Забезпечення точності токарної обробки з використанням систем автоматичного керування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет

"Харківський політехнічний інститут"

УДК 621. 941. 0.15: 681.5

Спеціальність 05.02.08 - Технологія машинобудування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Забезпечення точності токарної обробки з використанням систем автоматичного керування

Тріщ Роман Михайлович

Харків 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі "Технологія машинобудування" Української інженерно - педагогічної академії Міністерства освіти і науки України, (м. Харків)

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Арпентьєв Борис Михайлович, Українська інженерно - педагогічна академія, завідувач кафедри "Технологія машинобудування".

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Зіновьєв Микола Іванович, Донбаська державна машинобудівна академія, завідувач кафедри "Металорізальні верстати та інструменти";

- кандидат технічних наук, Дудко Петро Дмитрович, Харківський державний економічний університет, доцент кафедри "Техніка і технологія".

Провідна установа: Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування Міністерства промислової політики України, м. Харків

Захист відбудеться " 29 " березня 2001 року о 14 годині на засідання спеціалізованої вченої ради Д 64.050.12 у Національному технічному університеті "Харківський політехнічний інститут" за адресою: 61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут".

Автореферат розісланий " 28 " лютого 2001р.

За вченого секретаря спеціалізованої вченої ради Карпусь В.Є.

Анотації

Тріщ Роман Михайлович "Забезпечення точності токарної обробки з використанням систем автоматичного керування". - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08. - технологія машинобудування. Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2001.

Дисертація присвячена питанням підвищення точності при токарній обробці на основі прогнозування похибки обробки та введення поправки на положення інструменту. Дано наукове обґрунтування можливості прогнозування зміни якісних параметрів технологічного процесу на основі використання методів непараметричних статистик та ланцюгів Маркова, і на цій основі розроблені методики прогнозування точності обробки. В результаті дослідження технологічних процесів встановлено, що необхідно враховувати стаціонарність технологічного процесу при прогнозуванні якості обробки, тому запропоновано дві математичні моделі прогнозування в залежності від стаціонарності процесу. Розроблена структура систем контролю та запропонована схема керування якістю механічної обробки.

Ключові слова: прогнозування, фактор, стаціонарність процесу, непараметричні статистики, поле разсіювання.

Трищ Роман Михайлович "Обеспечение точности токарной обработки с использованием систем автоматического управления".- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения. Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2001.

Диссертация посвящена вопросам повышения точности при токарной обработке, на основе прогнозирования погрешности обработки и введении поправки на положение инструмента. Дано научное обоснование возможности прогнозирования изменения качественных параметров, технологических процессов на основе использования методов непараметрических статистик и цепей Маркова. На этой основе разработаны методики прогнозирования точности обработки. В результате исследований технологических процессов установлено, что необходимо учитывать нестационарность технологического процесса при прогнозировании качества обработки, поэтому предложено две математических модели для стационарного и нестационарного процесса. Предложена схема управления точностью механической обработки.

В диссертации исследовано, что без учета нестационарности процессов в системе резания в их взаимосвязи с факторами первого и второго уровней невозможно решение проблемы достаточно точного, универсального и надежного математического описания закономерностей процесса резания и эффективного использования ЭВМ для прогнозирования ошибки изготовления и управления точностью. Поэтому необходимо производить проверку технологического процесса на стационарность. Для этого используются критерии, не зависящие от закона распределения случайных величин: критерий серий и критерий тренда.

Для управления точностью обработки на настроенных станках необходимо учитывать максимальное количество факторов. Все факторы разделяются на: случайные (неравномерность припуска, неоднородность материала и т.д.), систематические (износ инструмента, температурное влияние, и т.д.) и ошибку настройки, так как обработка состоит из многих циклов обработки, а ошибка настройки изменяется от цикла к циклу случайным образом. Поэтому предложена математическая модель, которая учитывает все три составляющие суммарной ошибки изготовления.

В случае стационарности процесса для прогнозирования ошибки изготовления использовалась теория цепей Маркова, которая позволяет, используя статистические данные технологического процесса получить прогноз ошибки изготовления на несколько шагов вперед. Применяя цепи Маркова для решения задачи прогноза точностных параметров технологического процесса дает возможность прогнозировать математическое ожидание и дисперсию выхода процесса за пределы допуска.

В случае нестационарности технологического процесса, или когда его статистические характеристики (среднее значение и квадрат среднего значения) меняются со временем, для прогнозирования ошибки изготовления можно использовать непараметрические статистики, которые позволяют, с достаточной надежностью прогнозировать и давать оценки, не зная закона распределения случайных величин.

Ключевые слова: прогнозирование, фактор, стационарность процесса, непараметрические статистики, поле рассеивания.

Roman Mikchailovich Trichsh "Providing Precision of Turning With Automated Control Systems"

A dissertation for awarding a scientific degree of the Candidate of Science in the proffession 05.02.08- machinebuilding technology. The National Technical Universiti "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2001.

The dissertation deals with improving precision of turning on the basis of machining error forecasting and correction of tool position. Scientific justification is given of possible forecasting of the change of technological process quality parameters on the basis of nonparametris statistics and Markov chins and working precision forecasting methods has been developed on this basis. As a result of inverstigation the technological process at machining quality the nesessity has been found that by forecasting of machining quality one must take into account machining quality. For this purpose two mathematical models of forecasting depending on process steadiness have been proposed System control structure has been developed and the regulation scheme of nechsnical machining quality has been proposed.

Key words: forecasting, factor, process, steadiness, nonparametris statistics, scaterring field.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Однією із складових успішного виходу України на світовий ринок товарів є випуск конкурентоспроміжної продукції. Тому основною задачею сучасного машинобудування є отримання продукції заданої якості. Якість складається з багатьох показників, і особлива роль в його забезпеченні відводиться показнику точності, бо від точності виготовлених поверхонь безпосередньо залежить якість роботи машини, її надійність та довговічність.

Актуальність виконаного дослідження визначається тим, що неухильний ріст вимог до підвищення якості продукції і ефективності виробництва призводить до необхідності постійного удосконалення технологічних процесів обробки деталей. Коли говорять, що якість продукції повинна забезпечуватись технологічно, то мова йде про створення резервів технологічної точності. Так при виготовленні станків резерви точності у кращих японських фірм становлять 60 - 75%, тобто указані фірми використовують при виготовленні станків тільки 25 - 40 % поля допуску. Ця задача особливо актуальна при токарній обробці. Хоча методи шліфування дозволяють досягти більшої точності, але існують матеріали, які не можуть оброблятися методом шліфування, тому необхідно підвищувати вимоги до точності токарної обробки. Але існуючий рівень забезпечення необхідної точності механічної обробки деталей не задовольняє цим потребам. Ця робота особливо актуальна зараз, коли 80% виробництва - серійне та дрібносерійне, при якому не використовують селективний підбір деталей.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи пов'язана з тематикою кафедри "Технологія машинобудування" Української інженерно - педагогічної академії, згідно державній науково-технічній програмі "Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні", яка координується Міністерством освіти України (теми 95-1ДБ та 99-1ДБ за Наказом Міністерства освіти України №37 від 13.02.1997р. і рішеннями НТР УІПА - протоколи №3 від 23.12.98р., №2 від 23.12.94р.).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - підвищення точності обробки при точінні на основі прогнозування з використанням методів рішення в умовах невизначеності.

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані і вирішені наступні задачі:

1. Розроблені методики оцінки стаціонарності процесу розсіювання розмірів деталей при обробці на настроєних верстатах.

2. Запропонована математична модель похибки виготовлення деталей точінням з використанням непараметричних статистик та марківських процесів.

3. Розроблений алгоритм прогнозування похибки виготовлення та забезпечення сталості технологічного процесу за критерієм точності.

4. Розроблений принцип створення автоматичних систем керування якістю механічної обробки.

Об'єктом дослідження є процес виготовлення високоточних деталей циліндричної форми.

Предметом дослідження є прогнозування та автоматичне керування точністю обробки деталей при токарній обробці.

Методи дослідження. Робота виконана на основі теоретичних і експериментальних досліджень процесів розсіювання розмірів при токарній обробці на настроєних верстатах. Теоретичні дослідження проводились на основі використання сучасних досягнень в технології машинобудування, фундаментальних положень теорії ймовірностей і математичної статистики.

Експериментальні дослідження базувались на сучасних методиках з використанням сучасної контрольно-вимірювальної апаратури. Обробка результатів досліджень проводилась з використанням теорії планування експерименту з використанням ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна дисертаційної роботи складається з наступного:

Вперше запропоновано прогноз зміни якісних параметрів технологічного процесу з використанням методів непараметричних статистик та ергодичних регулярних ланцюгів Маркова і на цій основі:

1. Розроблена методика прогнозу точності обробки на n кроків вперед, застосовуючи ланцюги Маркова, яка позволяє прогнозувати імовірність відхилення від середнього розміру деталі на основі статистичної моделі та прогнозувати імовірний час виходу процесу за границі допуску.

2. Розроблена методика оцінки похибки настройки інструменту на розмір та довірливих границь, яка основана на критерії непараметричних статистик, критерії "Вілкоксона" і не потребуюча знання закону розподілу випадкової величини похибки настройки.

3. Розроблений метод розділу області дії випадкових та систематичних факторів, який оснований на критерії непараметричних статистик, що не потребує знання закону розподілу випадкових величин, критерій "Серій", при обробці різанням.

4. Розроблена методика прогнозу точності обробки кожної послідуючої деталі технологічного процесу, основана на використанні робасних оцінок.

Розроблена структура систем контролю та запропонована схема керування якістю механічної обробки.

Практичне значення одержаних результатів Практична цінність роботи полягає в тому, що: розроблений пакет програм для ЕОМ, які дозволяють розрахувати величину підналадочного імпульсу для керування точністю обробки кожної послідовно обробленої деталі технологічного процесу при заданих умовах; запропонований універсальний алгоритм оцінки та прогнозування точністних параметрів технологічного процесу не залежно від стаціонарності процесу; запропонована схема керування точністю обробки, яка включає: станок з ЧПУ, що керується за допомогою ЕОМ вищого рангу, блок контролю, блок накопичення статистичних даних, блок аналізу статистичних даних та блок корекції технологічного процесу по точнісних параметрах.

Результати проведених теоретичних та експериментальних досліджень впроваджені на ВАТ "ХЗТСШ" та АО "АВТРАМАТ". Теоретичні положення, що розглядаються в дисертаційній роботі, використовуються в навчальному процесі на кафедрі "Технологія машинобудування" Української інженерно-педагогічної академії.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягає в тому, що після проведення досліджень вперше встановлена можливість ефективного прогнозування похибки обробки на попередньо настроєних верстатах; для обґрунтування цього вивчені фактори, що впливають на похибку обробки, досліджено що при прогнозуванні похибки обробки необхідно враховувати нестаціонарність процесу розсіювання розмірів, розроблена методика оцінки процесу розсіювання розмірів на стаціонарність, яка позволяє давати надійні оцінки, не знаючи закону розподілу випадкових величин, розроблений метод прогнозування похибки обробки при точінні з використанням ланцюгів Маркова у випадку стаціонарності процесу; для цього досліджено до якого з класів у класифікації ланцюгів Маркова відноситься досліджуваний процес, приведено методику побудови перехідної матриці, що являється імовірною моделлю прогнозування похибки обробки; розроблені методики оцінки та прогнозування похибок обробки у випадку нестаціонарності процесу, для цього вперше використані методи непараметричних статистик; виконаний комплекс організаційно-технічних заходів щодо виготовлення системи автоматичного керування і впровадження високоефективної технології у виробництво.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи були доведені на 5-й міжнародній науково-технічній конференції "Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века" (м. Севастопіль, 1998р.), на ювілейних читаннях молодих вчених, присвячених річниці з дня народження М.Ф. Семко (м. Харків, ХДПУ, 2000р.), методичних семінарах кафедри технології машинобудування УІПА та ДПУ "ХПІ"

У повному обсязі дисертаційна робота докладена та ухвалена на засіданні кафедри "Технологія машинобудування" Української інженерно-педагогічної академії.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в 5 науково-технічних роботах.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 4 розділів, висновків і 4 додатків. Повний обсяг дисертації складає 183 сторінки, 6 ілюстрацій на 6 сторінках, 3 таблиці по тексту, 2 таблиці на 2 сторінках, 4 додатка на 31 сторінках, 107 використаних літературних джерела на 9 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми дослідження, висвітлена її важливість, сформульовані мета і задачі роботи, наведені відомості про наукову новизну результатів дисертації, практичну цінність і апробацію результатів дисертації, публікацію матеріалів дисертації у печаті, та впровадження результатів роботи.

У першому розділі подано аналіз сучасного стану питання з проблем підвищення точності виготовлення деталей при токарній обробці. Показано, що значна кількість робіт викривають закономірності механізму появи похибок і обґрунтовують шляхи підвищення точності. В результаті цих досліджень, накопичені необхідні данні для точності визначення параметрів технологічних процесів.

Були розроблені різноманітні методи точністних розрахунків для конкретних технологічних процесів, враховуючи вплив технологічної системи під дією зусиль різання, неточності обладнання, зносу інструмента, похибки наладки та інше. В роботах багатьох вчених розглянуті різні закони розподілу випадкової величини розмірів деталей, в основу яких покладені імовірні схеми, відповідно фізичної суті явищ, які визначають даний технологічний процес. Розглянуто зміну законів розподілу випадкових величин в залежності від різноманітного співвідношення систематичних і випадкових похибок, і від характеру зміни в часі переважаючих чинників.

На підставі проведеного аналізу можна зробити висновок, що існуючі методи досягнення необхідної точності обробки, дозволяють в тій чи іншій мірі скоротити всі складові сумарної похибки обробки. Частина цих методів одержала широке розповсюдження в промисловості. В основному це відноситься до методів, які скорочують вплив систематичних чинників: розмірний знос інструменту, температурних деформацій системи СПІЗ та ін. Недоліком багатьох методів являється те, що в більшості випадків невідомий закон розподілу випадкових величин, необхідно приймати ряд припущень щодо стаціонарності процесу та ін. На підставі проведеного аналізу сформульовані основні напрямки роботи.

Другий розділ присвячений розробці методики прогнозування точності обробки деталей при точінні, як при стаціонарному так і нестаціонарному процесі. Процес різання являє собою складну сукупність явищ, що визначаються великою кількістю факторів (знос інструменту, нерівномірність припуску, неоднорідність матеріалу, нерівномірність температурного впливу та ін.). В загальному випадку більшість з них може мінятися з часом. Але навіть зміна з усієї сукупності хоча одного фактору, як правило, приводить до нестаціонарності всього процесу обробки, що значно затрудняє як його аналіз, так і управління процедурою пошуку оптимальних умов його практичної реалізації. Тому для успішного вирішення прогнозування точності обробки необхідно спочатку визначити стаціонарність процесу. Для оцінки стаціонарності використовуються критерії, які не потребують знання закону розподілу випадкових величин: "критерій серій" та "критерій тренду". Розроблено методику та програму на ПЕОМ для визначення технологічного процесу на стаціонарність.

У випадку стаціонарності технологічного процесу, для прогнозування точності обробки, пропонується використовувати ланцюги Маркова. По центральній теоремі Маркова - вектор строку ймовірностей стану в n-й момент часу визначається співвідношенням:

P_n=P₀P_ijⁿ,

де Р ₀ = [ Р ₁; Р ₂; Р ₃; Р ₄; Р ₅; Р ₆ ] - вектор початкового стану; P_ij - матриця переходу;

n- крок прогнозування.

На основі проведених експериментів вперше розроблена методика побудови перехідної матриці (мал. 1). Для цього необхідно провести експеримент по вимірюванню розміру контролюючої поверхні деталей в порядку їх виготовлення. Поле розсіювання виподкових величин контролюючого розміру розбити на 6 зон. Кожна зона рівняється одній .

Мал. 1.Точечна діаграма розсіювання розмірів.

На першому етапі підраховується кількість випадкових величин (контролюючий розмір деталі), що попали в кожну із зон N_i =. На другому етапі підраховується кількість випадків, коли випадкова величина із зони i переходить в зону j - М_ij.



На основі цих досліджень будуємо матрицю переходу випадкової величини контролюючого параметру технологічного процесу.

Перехідна матриця являється імовірною моделлю для даного технологічного процесу при даних умовах (незмінне обладнання, ріжучий інструмент, марка обробляючого матеріалу і т.д.). У випадку, коли поміняються умови, необхідно будувати перехідну матрицю для нових умов. Для побудови перехідної матриці експериментально було визначено оптимальну кількість деталей у виборці, яка залежить від заданої надійності та довірливих інтервалів.

Чим більший крок прогнозування, який залежить від степені детермінованості процесу, тим менша імовірність достовірного прогнозу. При великих значеннях кроку прогнозування, матриця переходить у граничну, яка використовується для визначення ряду потрібних характеристик процесу. Гранична матриця має вигляд:

Крім цього пропонується методика визначення матриці математичних очікувань та дисперсій виходу процесу за границі поля допуску. Для цього необхідно визначити фундаментальну матрицю Z. Матриця Z являється тим основним засобом, за допомогою якого визначаються ряд інтересних характеристик регулярних ергодичних ланцюгів Маркова. Фундаментальна матриця визначається по формулі:

Z=(I-(P-A))^-1

де I-одинична матриця.

При керуванні точністю механічної обробки маємо справу з процесом, при якому при його досягненні границь поля допуску необхідно проводити підналадку, тобто повертати значення процесу до середини поля допуску. Однією із важних характеристик такого процесу являється час першого досягнення границь поля допуску. Для регулярних ланцюгів Маркова час першого досягнення, це функція, що рівняється кількості кроків, за які процес вперше досягне границь з початкового стану. Матриця математичного очікування часу першого досягнення М задовольняє рівнянню:

M=(I-Z+EZ_dg)D,

де Е - матриця, всі елементи якої рівняються 1,

Z_dg - матриця, одержана із матриці Z заміною всіх елементів, що не лежать на головній діагоналі нулями,

D - діагональна матриця, j-й діагональний елемент якої рівняється

L_j - вектор-строка граничної матриці.

Матриця дисперсій виходу процесу за границі поля допуску:

M₂=W-M_dg

де W=M(2Z_dgD-1)+2(ZM-E(ZM)_dg)

Дослідження різноманітних технологічних процесів дозволило зробити висновок, що більшість із них нестаціонарні, або їх статистичні характеристики міняються з часом. В такому випадку пропонується для оцінки і прогнозу точності обробки використовувати методи непараметричних статистик. Дані методи не потребують знання закону розподілу випадкових величин. Для використання цих методів для оцінки та прогнозу точності технологічних процесів необхідно попередньо провести технологічний експеримент по визначенню статистичних даних технологічного процесу при заданих умовах. Статистичними даними являються виборки деталей, виміряних в порядку їх виготовлення між підналадками. На основі статистичних даних будують точечні діаграми. Для надійної оцінки необхідно 3-5 діаграм, так як методи непараметричних статистик задовольняє мала кількість вибірок.

В роботі вирішується декілька задач для оцінки точності технологічного процесу непараметричними методами. Вперше запропонована методика визначення області дії систематичних та випадкових факторів, використовуючи критерій серій.

Для цього необхідно перевіряти умову випадковості процесу відносно середини поля допуску кожних 5-7 деталей на протязі технологічного процесу між двома підналадками, використовуючи для цього критерій непараметричних статистик, "критерій серій".

При N₁, N₂ < 20 умову випадковості можна записати:

g(;N₁;N₂)<r<G(;N₁;N₂)

де r-кількість серій,

g и G- верхня та нижня границя відповідно,

- рівень значимості,

N₁, N₂ - кількість розмірів деталей, які розташовані нижче та вище середини поля допуску відповідно.

При N₁, N₂ >20 та при N₁ N₂ умова випадковості процесу:

де µ_r - математичне очікування; - дисперсія

(1-)- функція зворотня функції нормального розподілу

,

При

,

,

де N=N₁+N₂

Таким чином перевіряємо умову випадковості розподілу розмірів деталей на вибраному участку. Таким чином перевіряємо на протязі всього технологічного процесу.

Дана методика позволяє з надійністю 95% визначити область, в якій систематичні фактори не переважають над випадковими, і визначити границю між областями впливу випадкових та систематичних факторів. Необхідно провести 3-5 вибірок та вибрати середнє арифметичне значення, котре буде прогнозованою величиною границі області дії вище указаних факторів при заданих умовах обробки (незмінні режими обробки, обробляючий матеріал, різальний інструмент і т.д.).

Мал. 2. Визначення області дії систематичних чинників

Розроблено алгоритм для визначення області дії випадкових та сист. факторів. Так як домінуючим фактором являється знос різального інструменту, то знання цієї границі дозволяє технологу вчасно проводити переналадку, і таким чином виключати вплив домінуючих систематичних факторів.

Далі в другому розділі пропонується вперше розроблена нова методика визначення помилки настройки станка та її довірливих границь, використовуючи ранговий критерій, який не залежить від знання закону розподілу розмірів деталей, критерій Вілкоксона.

Для визначення помилки настройки крім статистичних даних технологічного експерименту необхідно провести спеціальний експеримент по визначенню статистичних даних за умовою, що помилка настройки дорівнює нулю. Спеціальний експеримент заключається в вимірюванні діаметральних розмірів контролюючої поверхні деталі за порядком їх виготовлення між підналадками. Помилка настройки визначається в кожній парі експериментів, де один з них без помилки, а другий виконаний при звичайних умовах експлуатації верстата.

Значення того експерименту, у якого довжина більша позначаються ігреками, а значення експерименту, у якого довжина менше, позначаються іксами. Різниця між усіма ігреками та іксами утворює послідовність: y₁-x₁, y₁-x₂, ...y₁-x_m, y₂-x_m,...y_n-x_m. Упорядковуються усі значення по зростанню і визначається медіанне значення варіаційного ряду, котре і являється помилкою настройки.

Для визначення довірливих границь необхідно знайти максимальне та мінімальне значення статистики Вілкоксона по таблицях в залежності від кількості деталей у експерименті, та від рівня значимості. Таблиці розраховані на 25 деталей. Якщо хоча б в одному з експериментів кількість деталей більше двадцяти п'яти, то граничні значення статистики Вілкоксона визначаються за формулами:

мінімальна границя статистики Вілкоксона

значення зворотньої функції нормального розподілу

максимальна границя статистики Вілкоксона

W_max=2MW-W_min

подвійне математичне очікування

найменше можливе значення статистики Вілкоксона

де n- кількість деталей у експерименті у якого довжина більша

Дальше по варіаційному ряду різниць y_n - x_m визначаються значення цього ряду, що стоїть на U_min та U_max +1 місці, котрі і будуть довірливими границями помилки настройки.

Розроблено алгоритм визначення помилки настройки та її довірливих границь, який позволяє з надійністю 95% визначити помилку настройки не потребуючи знання закону розподілу її випадкової величини. Знання помилки настройки та її довірливих границь позволяє технологу приймати рішення про необхідність застосування додаткових пристосувань, що зменшують помилку настройки, а також дану інформацію можна використати для визначення настроїчного розміру.

Далі в другому розділі вперше розроблена методика визначення помилки виготовлення кожної послідовно обробленої деталі технологічного процесу, використовуючи робасні оцінки. Вона заключається у визначенні кутового коефіцієнту переходу від одної деталі до другої, тобто на яку величину змістився розмір наступної деталі за рахунок впливу систематичних факторів.

Із усіх y_k-1-y_k різниць будується варіаційний ряд. Медіана цього ряду буде прогнозованою величиною. Ця оцінка має непогані властивості, так як непотрібно великої кількості вибірок, а також можна сказати що на неї не впливають грубі похибки, що попадають до статистичних даних. Вона дозволяє на базі статистичних даних технологічного експерименту визначити величину зміщення розміру між двома деталями. На основі цих величин будується крива, що відповідає систематичній складової кожної послідовної деталі, на протязі технологічного процесу, між підналадками при відповідних умовах. Подана методика дозволяє з високою надійністю прогнозувати величину систематичної складової наявній у кожній деталі, не знаючи закону розподілу випадкової величини. Ця методика дозволяє давати надійні оцінки до тих пір, поки не зміняться характеристики технологічної системи. У такому разі необхідно провести новий технологічний експеримент.

Третій розділ присвячений експериментальним дослідженням розсіювання розмірів оброблюваних деталей при точінні. Дослідження виконувалися в лабораторних умовах та на виробництві, на експериментальних та натурних зразках, лабораторному та промисловому обладнанні. Викладена загальна методика проведення досліджень, дані відомості про використане металорізальне обладнання, засоби та методи вимірювання, а також застосовані матеріали. Об'єктом дослідження були обрані деталі: поршень та гільза циліндра двигуна внутрішнього згорання. Ці деталі працюють в парі, і від точності їх виготовлення, залежить якість роботи двигуна.

Обчислювальні експерименти проводились з використанням спеціально розроблених комп'ютерних програм. Задачами проведення експериментів було вивчення поля розсіювання розмірів оброблюваних деталей при токарній обробці; перевірка процесу розсіювання розмірів на стаціонарність, в залежності від чого вибирався метод прогнозування точності обробки; перевірка адекватності математичних моделей прогнозування точності обробки деталей її дійсному розсіюванню розмірів; переквірка достовірності теоретично отриманих прогнозуючих значень розсіювання розмірів з експериментальними даними.

Проведено порівняння теоретично отриманих результатів та експериментальних значень.

Мал. 3. Точечні діаграми розсіювання розмірів деталей

На малюнку 3 показано поле розсіювання розмірів при точінні деталей, що отримані при лабораторному (точечна діаграма 1), та обчислювальних експериментах (точечна діаграма 2), використовуючи для прогнозу точності обробки ланцюги Маркова. Було проведено велику кількість експериментів і визначено, що поле розсіювання керуючого процесу зменшилось у порівнянні з некеруючим процесом на 15-18 відсотків. Подібні точечні діаграми побудовано при обробці інших деталей та при різних умовах. На малюнку 4 показано як змінився характер розсіювання після проведення обчислюваного експерименту, використовуючи методи непараметричних статистик. За рахунок введення підналадочного імпульсу на положення інструменту компенсуються систематичні фактори, що впливають на точність обробки.

Рис. 4. Характер розсіювання розмірів до керування (1) та після керування (2).

Четвертий розділ присвячений питанням розробки системи автоматичного керування точністю обробки (мал.5.) на базі станка з ЧПУ з використанням ПЕОМ та розробці універсального алгоритму (мал.6.), на основі якого визначається підналадочний імпульс. Також розглядаються практичні реалізації результатів досліджень. Були розроблені і впроваджені на АО "АВТРАМАТ" технологічні рекомендації та методики розрахунку підналадочного імпульсу. Методики реалізовані у вигляді програм по визначенню технологічного процесу обробки поршнів на стаціонарність та визначення підналадочного імпульсу для системи керування. Їхнє використання дозволило звузити поле розсіювання розмірів та підвищити точність обробки на 15 відсотків та скоротити кількість бракованих деталей і кількість наладчиків на участку в два рази.

Мал. 5. Система автоматичного керування точністю обробки

Також впроваджена система автоматичного керування точністю обробки (мал.5) на ОАО "ХЗТСШ". Дана система базувалась на токарному станку з ЧПУ з використанням ПЕОМ. Для алгоритму прогнозу похибки обробки використовувалась теорія ланцюгів Маркова. Розроблений алгоритм прогнозування та система автоматичного керування дають можливість скоротити кількість підналадок станка в 2.8 раза, підвищити точність обробки на 18 %, скоротити кількість наладчиків на участку в два рази, що дало можливість отримати річний економічний ефект в сумі 22 тис. грн.

Рис. 6. Універсальний алгоритм керування точністю

Висновки

технологічний обробка стаціонарність похибка

Підсумком роботи є наукові і практичні результати:

1. Розроблена методика оцінки технологічного процесу на стаціонарність методами непараметричних статистик дала можливість прогнозування точності обробки методами непараметричних статистик та ергодичних регулярних ланцюгів Маркова в залежності від стаціонарності процесу. Встановлено, що у випадку стаціонарності процесу для оцінки та прогнозу можна використовувати теорію ланцюгів Маркова, а для нестаціонарного процесу - методи непараметричних статистик, так як вони не потребують знання закону розподілу випадкових величин.

2. Запропонована математична модель прогнозування точності обробки для стаціонарного і нестаціонарного процесів, і на їх основі розроблені алгоритми та управляючі програми для ЕОМ, які позволяють з достатньою степінню надійності оцінити якісні параметри технологічного процесу.

3. Розроблена методика оцінки помилки настройки та довірливих границь, яка основана на критерії непараметричних статистик, критерії "Вілкоксона" і не потребуюча знання закону розподілу випадкової величини дозволила з достатньою надійністю оцінити помилку настройки і використати дану інформацію у процесі керування точністю обробки.

4. Розроблений метод розділу області дії випадкових та систематичних факторів, який оснований на критерії непараметричних статистик - критерій "Серій", дав можливість розділити області впливу на похибку обробки випадкових та систематичних факторів, та використати дану інформацію у процесі керування точністю обробки.

5. Розроблена методика прогнозу точності обробки кожної послідуючої деталі технологічного процесу, основана на використанні робасних оцінок позволяє з високою надійністю оцінити характер руху процесу з часом і визначити величину впливу систематичних факторів на кожну із деталей технологічного процесу.

6. Запропонований універсальний алгоритм керування точністю обробки, який враховує стаціонарний і нестаціонарний процес дозволяє забезпечити надійний прогноз точності обробки та визначити величину підналадочного імпульсу для використання його системою керування.

7. Запропонована схема керування точністю обробки, яка включає станок з ЧПУ, що керується за допомогою ЕОМ вищого рангу на основі розробленого алгоритму керування дозволяє підвищити точність обробки при точінні на 18%, та зменшити кількість наладчиків на участку в два рази.

8. Промислова реалізація запропонованих методик, методів розрахунку, технологічних рекомендацій та алгоритмів прогнозування точності обробки при точінні підтвердила ефективність виконаних розробок.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Гордеев А.С.,Трищ Р.М. Рассеяние размеров во времени при точении // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк: ДонГТУ, - 1998. - с.200-203.

2. Трищ Р.М. К вопросу автоматического управления точностью обработки // Резание и инструмент в технологических системах. - Международный научно-технический сборник. - Харьков: ХГПУ. - 1999, вып. 54. - с. 227-229.

3. Арпентьев Б.М., Гордеев А.С., Трищ Р.М. Алгоритм системы управления точностью обработки // Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Машиностроение. - Харьков: ХГПУ. - 1999 - вып. 54. - с. 7-11.

4. Трищ Р.М., Гордеев А.С. Стабилизация точности обработки // Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Новые решения в современных технологиях. - Харьков: ХГПУ. - 1999 - вып. 45. - с. 44-45.

5. Арпентьев Б.М., Гордеев А.С., Трищ Р.М. Повышение запаса точности при механической обработке // Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Новые решения в современных технологиях. - Харьков: ХГПУ. - 2000 - вып. 78. - с. 55-56.

Размещено на Allbest.ru

...