Основи раціональної експлуатації різального інструменту на важких верстатах

На відміну від існуючих раніше, нові нормативи режимів різання передбачили: перехід від напаяних різців на збірні різці, вибір їх конструкції та її урахування при призначенні режимів різання; упровадження контролю якості інструменту, якості його експлуатації та видатку деталей інструменту; диференційований розрахунок подач у залежності від багатьох чинників; урахування жорсткості і вібростійкості технологічної системи при виборі інструменту та призначенні регламентів його експлуатації; урахування обмежень на режими різання з метою забезпечення заданої надійності інструменту та вимог ергономіки; розрахунок видатку інструменту, виходячи з імовірності його руйнації та коефіцієнту основного часу; змінену форму основних таблиць, призначених для конкретних умов металообробки та мінімальних витрат часу технолога-нормувальника.

Результати досліджень дійсної роботи послужили теоретичною основою для розробки рекомендацій з керування якістю процесу експлуатації інструменту на важких верстатах шляхом обґрунтованого вибору конструкції інструменту, забезпечення вхідного контролю його якості, визначення раціональних регламентів його експлуатації з урахуванням умов та особливостей процесу експлуатації інструменту на важких верстатах. Розроблені рекомендації впроваджені у виробництво на заводах важкого машинобудування і верстатобудування. Крім того, основні результати досліджень упроваджені шляхом включення в такі нормативи: [30-39]. Розроблені нормативи пройшли промислову апробацію і впроваджені на промислових підприємствах.

Розроблені комплексні нормувальні карти для визначення регламентів експлуатації інструментів для кожного типорозміру важких токарних верстатів: 1М665, 1М670, 1М675, 1К665Ф3, 1К675Ф3, КЖ16159Ф3, лоботокарних 1М692, 1М693, 1М692Ф3, 1М693Ф3 і вальцетокарних верстатів 1К826Ф2, 1К827Ф2 упроваджені на ВАТ “Краматорський завод важкого верстатобудування”. Ними укомплектована технологічна документація верстатів при постачанні споживачу разом із програмним забезпеченням для визначення регламентів експлуатації. Річний економічний ефект від впровадження у розрахунку на 1 верстат склав 240000 грн.

Основні положення дисертаційної роботи впроваджені у виді рекомендацій з вибору конструкції інструментів, регламентів їх експлуатації і визначенню якості процесу експлуатації в НВО “Більшовик”. На важких верстатах впроваджені різці збірних конструкцій, нормативи їх експлуатації, зроблено детальний аналіз і розрахунки якості процесу експлуатації інструментів на заводі, що дозволило виявити значні резерви поліпшення інструментозабезпечення заводу без додаткових витрат, скоротити видаток інструменту на 15 %. Річний економічний ефект від упровадження результатів роботи склав 840000 грн. Річна економія розраховувалась з умови скорочення основного часу обробки деталей на важких токарних верстатах при впровадженні нормативів режимів різання, що передбачають новий рівень подач (вище або нижче) для верстатів даних типорозмірів.

Висновок

У результаті теоретичних і експериментальних досліджень процесу експлуатації різального інструменту на важких верстатах створені наукові основи і вирішена науково-технічна проблема підвищення ефективності використання різального інструменту шляхом розробки системи керування якістю процесу його експлуатації, визначення раціональних регламентів цього процесу і створення загальномашинобудівних нормативів різання.

Запропоновано принцип формування системи керування якістю процесу експлуатації різального інструменту на важких верстатах, відповідно до якого цей процес орієнтований на споживачів і розглядається як сукупність процесів: організаційного, керування ресурсами, обслуговування технологічної системи, підготовчо-інформаційного, обробки деталей і забезпечення зворотного зв'язку із споживачами (оцінка, аналіз, удосконалення), - кожний із яких має вихідні параметри, що є вхідними для наступного процесу, зміна яких дозволяє керувати якістю процесу експлуатації інструменту.

Розроблено методологію кваліметричних досліджень процесу експлуатації інструменту, на базі якої створена ієрархічна система властивостей, що складають якість процесу, для встановлення залежностей між процесами, оцінки рівня якості процесу експлуатації, оптимізації його стратегій і регламентів.

Розроблено алгоритм і програмне забезпечення практичної реалізації методології визначення рівня якості процесу експлуатації інструменту, за допомогою яких здійснюється кількісна оцінка якості процесу експлуатації, обґрунтування структури підготовчо - інформаційної підсистеми процесу експлуатації, що містить найбільш вагомі процеси: аналіз умов експлуатації, вхідний контроль якості інструменту, вибір ЗОТС, вибір стратегій заміни і рівня надійності інструменту, розрахунок режимів різання і видатку інструменту, - параметри яких необхідно враховувати при розробці нормативів регламентів експлуатації інструменту.

Показано необхідність урахування імовірнісного характеру процесу механообробки при виборі конструкції інструменту і визначенні параметрів їх міцності. На базі кластерного аналізу розроблено методику вибору інструменту з банку його конструкцій за критерієм інтенсивності накладення областей їх раціональної експлуатації. Запропоновано спосіб урахування імовірнісного характеру навантажень інструменту при виборі його конструктивних параметрів. Показано, що розміри різальної пластини змінюються до 5 разів у залежності від необхідного рівня надійності інструменту.

Вперше показана необхідність визначення надійності збірного важконавантаженого інструменту як системи не тільки з погляду його безвідмовності, але і з позиції комплексних показників надійності, для чого розроблена за допомогою теорії марковських процесів математична модель функції готовності різця, використання якої дозволяє керувати стабільністю роботи інструменту, що особливо важливо при обробці деталей на важких верстатах.

У результаті аналізу можливих стратегій заміни інструменту на важких верстатах при розгляді процесу експлуатації інструменту як складної системи встановлено, що їх ефективність залежить від параметрів законів розподілів наробітків на відмову і відновлення працездатності системи. Використання розроблених математичних моделей надійності системи дозволило встановити раціональний рівень надійності з погляду критеріїв інтенсивності витрат і продуктивності г = 85-90 %, (більші значення гама - відсотку відповідають верстатам менших типорозмірів).

Показано, що процес експлуатації інструменту є багатопараметричним та багатокритеріальним. За допомогою розробленої системи критеріїв, що включають приведені витрати, продуктивність, надійність, видаток інструменту, а також уточнених обмежень, пов'язаних із масою деталі, психофізичним навантаженням на робітника, можна знаходити для будь-яких виробничих умов Парето - оптимальні оцінки. При цьому економиться до 20 % дефіцитних дорогих інструментальних матеріалів.

У результаті теоретичних та експериментальних досліджень процесу експлуатації різального інструменту на важких верстатах створені наукові основи та нове рішення науково-технічної проблеми підвищення ефективності використання різального інструменту шляхом розробки системи управління якістю процесу його експлуатації, визначення раціональних регламентів цього процесу та створення загальномашинобудівних нормативів різання.

Запропоновано принцип формування системи управління якістю процесу експлуатації різального інструменту на важких верстатах, відповідно до якого цей процес орієнтований на споживачів і вперше розглядається комплексно як сукупність процесів: організаційного, управління ресурсами, обслуговування технологічної системи, підготовчо-інформаційного, обробки деталей та забезпечення зворотнього зв'язку із споживачами (оцінка, аналіз, удосконалення), - кожний із який має вихідні параметри, що є вхідними для наступного процесу, зміна яких дозволяє управляти якістю всього процесу експлуатації інструменту.

Розроблено методологію кваліметричних досліджень процесу експлуатації інструменту, основою якої є створення і дослідження ієрархічної системи властивостей, розташованих на 5 рівнях та характеризуючих якість процесу, які використовувалися для встановлення залежностей між процесами, оцінки рівня якості процесу експлуатації, оптимізації його стратегій та регламентів. Оцінка якості комплексних властивостей визначалася як адитивна згортка оцінок і вагомостей властивостей більш низького рівня розгляду

Розроблено алгоритм і програмне забезпечення практичної реалізації методології визначення рівня якості процесу експлуатації інструменту, за допомогою яких проводилася кількісна оцінка якості процесу експлуатації, обгрунтування структури підготовчо - інформаційної підсистеми процесу експлуатації, що включає встановлені експертною оцінкойю найбільш вагомі процеси: аналіз умов експлуатації, вхідний контроль якості інструменту, вибір ЗОТС, вибір стратегій заміни і рівня надійності інструменту, розрахунок режимів різання і видатку інструменту, - параметри яких є базовими для оцінки якості процесу експлуатації інструменту і розробки нормативів регламентів експлуатації інструменту.

Показано необхідність урахування імовірнісного характеру процесу механообробки при виборі конструкції інструменту та визначення її міцнісних параметрів. Розроблено методику на базі кластерного аналізу вибору інструменту з банку його конструкцій за критерієм інтенсивності накладення областей їх раціональної експлуатації. Запропоновано засіб урахування імовірнісного характеру навантаження інструменту при виборі його конструктивних параметрів. Показано, що розміри різальної пластини змінюються до 5 разів у залежності від необхідного рівня надійності інструменту.

Вперше показана необхідність визначення надійності збірного важконавантаженого інструменту як системи не тільки з погляду його безвідмовності, але і з позиції урахування комплексних показників надійності, для чого розроблена за допомогою теорії марковських процесів математична модель функції готовності різця, використання якої дозволяє управляти стабільністю роботи інструменту, що особливо важливо при обробці деталей на важких верстатах.

У результаті аналізу можливих стратегій заміни інструменту на важких верстатах при розгляді процесу експлуатації інструменту як складної системи встановлено, що їх ефективність залежить від параметрів законів розподілів наробітків на відмову і відновлення працездатності системи. Використання розроблених математичних моделей надійності системи дозволило встановити раціональний рівень надійності з погляду критеріїв інтенсивності витрат і продуктивності г = 85-90 %, (великі значення гама - відсотка відповідають верстатам менших типорозмірів).

Показано, що процес експлуатації інструменту є багатопараметричним та багатокритеріальним. За допомогою розробленої системи критеріїв, що включають приведені витрати, продуктивність, надійність, видаток інструменту, а також уточнених обмежень, пов'язаних із масою деталі, психофізичним навантаженням на робітника, можна знаходити для будь-яких виробничих умов Парето - оптимальні оцінки. При цьому економиться до 20 % дефіцитних дорогих інструментальних матеріалів.

Запропоновано засіб уточнення стійкістної залежності шляхом урахування вперше типорозміру важкого токарного верстату, ймовірності руйнації інструменту, а також параметрів його надійності. Показано, що застосування уточненої стійкістної залежності при оптимізації режимів різання дозволяє одержувати глобальний мінімум критеріїв в області, вільної від обмежень, що підвищує точність розрахунків і сприяє виявленню нових резервів підвищення продуктивності.

Дослідження залежностей експлуатаційної міцності і надійності інструментів від їхньої конструкції й умов експлуатації дозволило уточнити математичні моделі для визначення раціональних параметрів експлуатації: елементів режимів різання, чисел періодів стійкості, часу і стратегії заміни інструменту, рівня його надійності, - а також запропонувати комплекс методів підвищення якості експлуатації інструменту, установити ступінь тісноти зв'язку видатку інструменту з регламентами його експлуатації для верстатів різних типорозмірів.

На підставі теоретичних і експериментальних досліджень підготовчо-інформаційної підсистеми експлуатації інструменту розроблені загальномашинобудівні нормативи регламентів керуючих параметрів процесу експлуатації інструментів на важких верстатах, що забезпечують необхідний рівень його якості.

Реалізація наукових положень і методів роботи використані для підвищення ефективності процесу експлуатації різального інструменту на важких верстатах при рішенні таких практичних задач: розроблені і впроваджені методики вибору конструкції інструменту й оцінки якості процесу експлуатації інструменту, застосування яких на заводі важкого машинобудування дозволило підвищити продуктивність обробки деталей і знизити видаток інструментальних матеріалів, що дало фактичний річний економічний ефект 840 тис. грн.;

розроблені і впроваджені комплексні нормувальні карти для важких токарних, лоботокарних, вальцетокарних та карусельних верстатів, призначені для вибору регламентів експлуатації інструментів для конкретної моделі верстатів, що випускаються верстатобудівним заводом. Їх застосування при постачанні нових верстатів споживачу дозволяє підвищити конкурентноздатність верстатів та одержати фактичний річний економічний ефект 240 тис.грн. у розрахунку на один верстат. Створені і впроваджені на заводах України загальномашинобудівні нормативи різання для інструментів важких токарних, лоботокарних, карусельних, повздожньо-стругальних і повздожньо -фрезерних верстатів.

Література

різальний інструмент машинобудування

Клименко Г.П., Коновалов А.Д., Коробкина О.С. Определение рациональных режимов резания и разработка общемашиностроительных нормативов для тяжелых токарных станков// Надежность режущего инструмента. . Сб. статей. - Донецк. - 1984.- С.93-97.

Клименко Г.П. Гущин И.Ф. Методика расчета норм расхода твердосплавных резцов// Надежность режущего инструмента. . Сб. статей. - Донецк. - 1984. - С.65-69.

Клименко Г.П. Эксплуатация инструмента на тяжелых токарных станках // Станки и инструмент. - 1988. - № 2. - С. 20-22.

Клименко Г.П., Ивченко Т.Г., Коваленко Г.А. Применение экспертных оценок для определения качества эксплуатации инструмента. // Надежность режущего инструмента. Сб. статей. - Вып 4.- Краматорск: КИИ.-1991. - С.52-55.

Клименко Г.П Определение надежности сборных резцов как системы// Надежность режущего инструмента Сб. статей. - Вып.4, Краматорск: КИИ, 1991. - С.32-35.

Клименко Г.П Определение целесообразного уровня надежности инструмента при назначении режимов резания// Надежность режущего инструмента. Сб. статей. - Вып. 4. -Краматорск: КИИ, 1991. - С.64-66.

Ивченко Т.Г. Клименко Г.П., Васильченко Я.В. Прогнозирование вероятности безотказной рабты режущего инструмента с учетом его прочности и действующей нагрузки //Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем. Сб. статей. - Вып. 6.- Краматорск.- 1996.-С. 171-175

Клименко Г.П. Анализ условий обработки деталей на тяжелых станках на основе информационного банка данных .//Резание и инструмент в технологических системах. Межд. научн.-техн. сборник. - Харьков: ХГПУ, 1997. - Вып.51.- С.122-127.

Клименко Г.П. Обеспечение надежности технологической системы оптимальными стратегиями замены инструмента // Надежность режущего инструмента и оптимизация технологической системы. Сб. статей. - Краматорск.- ДГМА.-1997.- С.65-72.

Клименко Г.П., Мироненко Е.В., Васильченко Я.В. Определение показателей надежности инструмента с износостойкими покрытиями в связи с обеспечением стабильного стружкодробления // Надежность режущего инструмента и технологической системы. Сб. статей. - Краматорск: ДГМА, 1997.- Т.2.- С.88-93.

Клименко Г.П. Определение нормативного расхода режущего инструмента для тяжелых токарных станков.//Резание и инструмент в технологических системах Межд. научн.-техн. сборник. - Харьков: ХГПУ, 1998. - Вып.52.- С.99-104.

Клименко Г.П., Васильченко Я.В. Анализ областей функционирования сборных резцов как составная часть маркетинга инструмента/ Высокие технологии в машиностроении. - Харьков: ХГПУ, 1998.-С. 151-153.

Клименко Г.П. Повышение эффективности эксплуатации режущего инструмента на тяжелых станках// Прогресивна техніка i технологія машинобудування i зварювального виробництва. Збірник наукових праць.- Київ: НТУУ “КПІ”, 1998.- T.1.- С. 417-422.

Клименко Г.П. Создание общемашиностроительных нормативов режимов резания с учетом требования тяжелого машиностоения// Надійність різального інструменту та оптимізація технологічних систем. збірник статей. - Краматорськ: ДДМА, 1999.- Вип. 8.- С.12-24.

Клименко Г.П. Надежность сборных резцов тяжелых токарных станков/Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ.- 1999.- Вып. 60.- С. 251-256.

Клименко Г.П. Розроблення системи раціональної експлуатації збірних різців для важких верстатів // Машинознавство .- № 5.- 1999.- С.29-32.

Хает ГЛ., Клименко Г.П., Прокудина Т.Г. Интеллектуальная система автоматизированного принятия решений при механообработке / Надійність різального інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник статей. - Краматорськ: ДДМА, 1999.- Вып. 9.- С.76-80.

Клименко Г.П. Определение периода стойкости инструмента для тяжелых токарных станков // Резание и инструмент в технологических системах. Межд. научн.-техн. сборник. - Харьков: ХГПУ, 1999.- Вып. 53.- С.75-79.

Клименко Г.П. Разработка системы рациональной эксплуатации режущего инструмента// Резание и инструмент в технологических системах.. Межд. научн.-техн. сборник. - Вып. 57.-Харьков: ХГПУ.- 2000.-С. 110-114.

Клименко Г.П., Васильченко Я.В., Штученко С.Ю. Вероятностный подход к определению конструктивных параметров резцов // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, 2000.- Вып.110.- C. 118-122.

Клименко Г.П., Васильченко Я.В. Определение надежности обслуживания режущего инструмента// Високі технології в машинобудуванні Збірник наукових праць.- Харьков: ХГПУ, 2000.-С.134-137.

Хает Г.Л., Клименко Г.П. Исследование рациональной эксплуатации твердосплавного режущего инструмента // Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем . Сб. статей. - Краматорськ: ДГМА, 2000.- С.3-8.

Клименко Г.П., Васильченко Я.В., Штученко С.Ю. Обоснование выбора рациональной конструкции сборных резцов// Вестник Национального технического университета "ХПИ". Сборник научных трудов.- Вып. 10.- Харьков: НТУ "ХПИ", 2001.- С.72-76.

Равська Н.С., Клименко Г.П. Обеспечение заданного уровня надежности режущего инструмента при расчете их конструктивных параметров // Резание и инструмент в технологических системах. Межд. научн.-техн. сборник. - Харьков: ХГПУ, 2001. - Вып. 60. -С.200-204.

Клименко Г.П. Определение уровня качества эксплуатации режущего инструмента на тяжелых станках// Вісник Національного технічного університету України “КПІ”: Машинобудування. - Київ: НТУУ “КПІ”, 2001. -Вип.40.- С.337-346.

Клименко Г.П. Надежность сборных инструментов и процесса их обслуживания на тяжелых токарных станках// Надійність різального інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник статей. - Краматорськ: ДДМА, 2001. - С.13-18.

Клименко Г. П. Менеджмент качества процесса эксплуатации режущего инструмента на тяжелых станках / /Високі технології в машинобудуванні. Збірник наукових праць НТУ “ХПІ”.- Харків, 2002.- Вип. 1 (5).- С.157-160.

Равская Н.С., Клименко Г.П. Влияние стохастического характекра обработки деталей на выбор инструмента для тяжелых станков// Резание и инструмент в технологических системах.- Межд. научн.-техн. сборник.- Харьков: НТУ “ХПИ”, 2002.- Вып. 63.- С. 126-129. Пат.40077А UA, 6С21Д6/04. Спосіб оцінки якості різального інструменту і деталей машин.- Ковальов В.Д., Мірошниченко Ю.В., Клименко Г.П., Васильченко Я.В. - № 2000010205; Заявл. 13.01.2001; Опубл. 16.07.2001; Бюл. №6.- 3 с.

Общемашиностроительные нормативы резания, норм расхода резцов для карусель-ных и лоботокарных станков/ Хает Г.Л., Клименко Г.П. - М. :НИИМаш. - 1982. - 36с.

Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Нормы расхода инструмента для продольно - строгальных станков/ Локтев А.Д., Хает Г.Л., Клименко Г.П. - М. :НИИМаш. - 1984. - 68 с.

Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Токарные и карусельные работы. /Локтев А.Д., Хает Г.Л., Клименко Г.П.- М. :НИИМаш. - 1985. - 92 с.

Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. Токарные работы / Локтев А.Д., Хает Г.Л., Клименко Г.П.- М. :НИИМаш. - 1986. - 142 с.

Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 2. Строгание и долбление / Коткина М.Г., Гущин И.Ф., Клименко Г.П.- М. :НИИМаш. - 1987. - 76с.

Общемашиностроительные нормативы режимов резания Справочник. Т1. Токарные и карусельные работы. Фрезерные работы. /Локтев А.Д., Клименко Г.П. Гущин И.Ф. и др. М.: Машиностроение. -1991.- 634 с.

Обшемашиноcтроительные нормативы Справочник. Т2. Нарезание резьбы, строгание и долбление протягивание зубобработка /Локтев АД, Клименко Г.П., Гущин И.Ф. и др. М,; Машиностроение. -1991.- 634 с.

Міжгалузеві укрупнені нормативи часу виконувані на великих токарних верстатах. Одиничне та малосерійне виробництво.- Краматорськ: Центр продуктивності Міністерства праці та соціальної політики України, 1999.- 278 с.

Міжгалузеві укрупнені нормативи часу виконувані на повздовжньо-фрезерних верстатах. Одиничне та малосерійне виробництво - Краматорськ: Центр продуктивності Міністерства праці та соціальної політики України, 1999.- 120 с.

Міжгалузеві укрупнені нормативи часу виконувані на повздовжньо-стругальних верстатах. Одиничне та малосерійне виробництво - Краматорськ: Центр продуктивності Міністерства праці та соціальної політики України, 1999.- 170 с.

Клименко Г.П. Оценка качества инструментов и процесса их эксплуатации / Сборник научных статей.- Вып.2 .- Краматорск.- 1994.- С. 188-190

Клименко Г.П., Обеспечение надежности технологической системы при определении режимов резания // Современные технологии машиностроения. Прогрессивные методики преподавания. - Сумы. - 1997.-Вып. 1.-С.57-59.

Клименко Г.П. Сертификация процесса эксплуатации режущего инструмента //Высокие технологии в машиностроении “Интерпартнер - 97”.- Харьков: ХГПУ. - 1997.- С. 116-118.

Клименко Г.П. Обеспечение оптимального уровня надежности твердосплавных резцов для тяжелых станков// Высокие технологии в машиностроении.- Харьков: ХГПУ, 1999.- С.48-49.

G.Klimenko Система за рациональна работа на инструмента за тяжки металорежущи машины// 5 International Conference on advanced Mechanical Engineering and Technology AMTECH'99 (болгар.) Beyond 2000.- P. 142-148.

Клименко Г П. Підвищення надійності інструменту та визначення його витрат/ Міжнародний симпозіум украінських інженерів-механиків у Львові.Тези доповідей. Львів,Україна, 1993.- С.337.

Размещено на Allbest.ru