Размещено на http://www.allbest.ru

Тернопільський державний технічний університет Імені Івана пулюя

Денисюк віктор юрійович

УДК 621.01:681.31

Технологічне забезпечення формоутворення поверхонь тіл обертання в умовах серійного виробництва

05.02.08 - технологія машинобудування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Тернопіль - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луцькому державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Марчук Віктор Іванович

Луцький державний технічний університет,

завідувач кафедри “Приладобудування”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Гавриш Анатолій Павлович,

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”,

професор кафедри “Технологія машинобудування”;

кандидат технічних наук, доцент

Данильченко Лариса Миколаївна,

Тернопільський державний технічний університет

імені Івана Пулюя,

доцент кафедри “Технологія машинобудування”.

Провідна установа: Одеський національний політехнічний університет, кафедра “Технологія машинобудування”, Міністерства освіти і науки України, м. Одеса.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ________________ Зінь М.М.

загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Однією з найважливіших задач сучасного машинобудування є підвищення надійності та довговічності виробів за рахунок технологічного забезпечення якості поверхонь та експлуатаційних характеристик деталей в процесі їх виготовлення. Оскільки експлуатаційні характеристики деталей машин визначаються показниками якості геометричної структури поверхні і фізико-механічними властивостями поверхневого шару, то особливої актуальності набуває проблема технологічного забезпечення якості, ефективності і точності формоутворення поверхонь деталей на операціях механічної обробки.

В багатьох галузях машинобудівного виробництва для формоутворення поверхонь тіл обертання поряд з універсальними та спеціалізованими токарними верстатами успішно використовуються одношпиндельні токарні автомати (ОТА), доцільність використання яких визначається серійністю виробництва, розмірами та складністю оброблюваних деталей. Основним стримуючим фактором для ефективного використання ОТА в умовах багатономенклатурного виробництва, адаптованого до умов ринкової економіки, є низький рівень технологічної гнучкості формоутворюючих токарно-автоматних операцій. Ефективним шляхом усунення цього недоліку є розробка і впровадження організаційно-технологічних заходів, направлених на вдосконалення системи технологічної підготовки ОТА, підвищення їх технологічної гнучкості і продуктивності в умовах серійного багатономенклатурного виробництва.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до координаційного плану Комітету з питань науки і техніки України, розділу “Машинобудування” (позиція 43) “Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні” на 2000 - 2005 роки. поверхня деталь одношпиндельний токарний

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення показників якості і ефективності формоутворення поверхонь тіл обертання на токарно-автоматних операціях в умовах серійного багатономенклатурного виробництва.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

1. Провести аналіз зв'язків, способів і режимів формоутворення поверхонь тіл обертання з параметрами якості деталей, оброблюваних на ОТА.

2. На основі виявлених залежностей і взаємозв'язків розробити модель формування технологічної операції та інструментального налагодження для прийнятих умов і обмежень.

3. Розробити методику моделювання зв'язків в технологічній системі верстат - інструментальне налагодження - інструмент - деталь.

4. Дослідити особливості автоматизованого проектування і реалізації процесів формоутворення поверхонь деталей типу тіл обертання на ОТА в умовах гнучкого переналагоджувального виробництва, а також існуючих систем технологічної підготовки.

5. Провести комплекс теоретичних і експериментальних досліджень зв'язків конструкторсько-технологічних параметрів багатоінструментальної операції з показниками якості оброблюваних деталей для прогнозування та технологічного забезпечення точності і ефективності формоутворення поверхонь тіл обертання в умовах серійного багатономенклатурного виробництва.

6. Розробити алгоритми і програми автоматизованого проектування оптимальних багатоінструментальних операцій та інструментальних налагоджень для вдосконалення технологічної підготовки ОТА.

7. Розробити алгоритм і програму автоматизованого проектування керуючих кулачків як складової частини інструментального налагодження ОТА для реалізації методики оптимального формоутворення поверхонь тіл обертання.

8. Розробити інженерну методику проектування технологічного оснащення та реалізувати на практиці спосіб прискореного налаштовування різального і допоміжного інструменту поза верстатом.

Об'єкт дослідження - прогресивні технологічні процеси та інструментальні налагодження для формоутворення поверхонь деталей типу тіл обертання стосовно ОТА та автоматизованих дільниць верстатів-автоматів.

Предмет дослідження - токарно-автоматні операції формоутворення поверхонь деталей в умовах серійного частопереналагоджувального виробництва.

Методи дослідження. В основу дисертаційних досліджень були покладені наукові підходи та принципи загальної технології машинобудування, теорії різання матеріалів, а також математичний апарат аналізу і синтезу процесів формоутворення. Для опису конструктивно-технологічних особливостей деталей, а також для побудови на структурному рівні моделей багатоінструментальної операції та інструментального налагодження застосовувався апарат теорії множин, функції відображень і методи теорії графів. В частині алгоритмізації процедури формування оптимальних технологічних рішень застосовувались методи матричного аналізу і основні положення логічних функцій. Результати теоретичних досліджень були підтверджені аналітичними розрахунками і експериментами шляхом моделювання на ЕОМ, а також перевірені у виробничих умовах.

В дисертаційній роботі використано системний підхід до організації гнучкої технологічної підготовки ОТА для умов багатономенклатурного виробництва. Розглянуто теоретичні передумови технологічної підготовки виробництва на основі структурного аналізу технологічних рішень, аналізу відповідності технологічної операції елементам багатоінструментального налагодження з використанням методу структурно-параметричної оптимізації. Для рішення оптимізаційної задачі розроблено моделі технологічної операції та багатоінструментального налагодження з урахуванням можливості їх використання в САПР.

Приведені в роботі теоретичні дослідження доведені до практичної реалізації на виробництві.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше вирішено актуальну науково-технічну задачу моделювання зв'язків елементів структури оброблюваної деталі, технологічної операції та інструментального налагодження ОТА для формування оптимальних технологічних процесів механічної обробки, визначено механізм взаємозв'язків конструкторсько-технологічних параметрів токарної операції та інструментального налагодження з показниками якості формоутворення поверхонь оброблюваних деталей та техніко-економічними показниками токарно-автоматної операції.

Для цього вперше:

- встановлено залежності між параметрами якості оброблюваних поверхонь і конструкторсько-технологічними факторами токарної операції;

- розроблено моделі зв'язків структури оброблюваної деталі, технологічної операції, інструментального налагодження та геометрії керуючих кулачків для ОТА;

- виявлено взаємозв'язки між параметрами мікрорельєфу оброблюваних поверхонь і режимами та технологічними особливостями процесу формоутворення;

- розроблено алгоритм і програму проектування багатоінструментальної операції, інструментального налагодження, геометричної структури керуючих кулачків, що дозволило вдосконалити систему технологічної підготовки токарно-автоматних операцій і підвищити ефективність процесів формоутворення поверхонь тіл обертання.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені алгоритми та програми автоматизованого проектування багатоінструментальної операції та інструментальних налагоджень дозволили скоротити час підготовки технологічної документації та підвищити якість прийнятих технологічних рішень.

Результати теоретичних і практичних досліджень відкривають резерви підвищення технологічної гнучкості ОТА в умовах багатономенклатурного автоматизованого виробництва, прогнозування і забезпечення показників якості оброблюваних деталей, підвищення ефективності механічної обробки в умовах частопереналагоджувального виробництва.

Розроблена методика автоматизованого проектування інструментальних налагоджень і керуючих кулачків для виконання токарно-автоматних операцій в поєднанні з використанням ефективного методу налаштовування різального інструменту поза верстатом дозволили скоротити на 70 % цикл технологічної підготовки ОТА і підвищити вдвічі технологічну продуктивність механічної обробки деталей на автоматизованій дільниці в умовах багатономенклатурного виробництва.

Спроектовано, виготовлено та впроваджено у виробництво на Луцькому ВАТ “Електротермометрія” пристрій для прискореного налаштовування інструменту поза верстатом, а також програму „Розрахунок інструментальних налагоджень і кулачків для ОТА”, яка реалізована на мові об'єктно-орієнтованого програмування Delphi 6.0. Результати роботи також впроваджені на Львівському НВО “Термоприлад”.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що автором безпосередньо розроблено модель зв'язків між елементами структури оброблюваної деталі, технологічної операції, інструментального налагодження [1, 10, 11], запропоновано новий принцип вдосконалення системи технологічної підготовки ОТА на основі автоматизованого проектування інструментальних налагоджень і керуючих кулачків [2, 3, 4, 6, 7], встановлено експериментальним шляхом залежності параметрів якості оброблюваних поверхонь від режимів різання та інших технологічних факторів, таких, як жорсткість технологічної системи, діаметр оброблюваної заготовки [5, 8], виявлено зв'язки між параметрами мікрорельєфу оброблюваних деталей, режимами та технологічними особливостями процесу формоутворення [9]. Основні результати роботи отримано автором самостійно. Постановка задач і аналіз результатів виконані спільно з науковим керівником та, частково, із співавторами публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались й обговорювались на: науково-технічних конференціях Луцького державного технічного університету (Луцьк, 2000, 2001, 2002, 2003); Міжнародній науково-технічній конференції “Прогресивні технології в машинобудуванні” (Одеса, 2000); VIII-й Міжнародній науково-технічній конференції “Машинобудування і техносфера на межі ХХІ століття” (Севастополь, 2001); 2-й Міжнародній науково-технічній конференції “Фізичні і комп'ютерні технології в народному господарстві” (Харків, 2000); 5-й Міжнародній науково-технічній конференції “Фізичні і комп'ютерні технології в народному господарстві” (Харків, 2002); 6-й Міжнародній науково-технічній конференції “Фізичні і комп'ютерні технології в народному господарстві” (Харків, 2002); Першому науковому симпозіумі ”Сучасні проблеми інженерної механіки” (Луцьк, 2000). У повному обсязі робота доповідалась та отримала позитивний відгук на розширеному науковому семінарі кафедр “Сучасні технології в машинобудуванні” і “Приладобудування” Луцького державного технічного університету 22 жовтня 2003 року (протокол №3).

Публікації. Основний зміст і результати роботи опубліковані в 11 друкованих працях, 7 з них у фахових виданнях, 4 у тезах науково-технічних конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Повний обсяг дисертації - 297 сторінок машинописного тексту, в тому числі 54 ілюстрації, 12 таблиць, 9 додатків і список використаних джерел з 168 найменувань. Обсяг основного тексту дисертації - 135 сторінок.

Основний зміст РОботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету, об'єкт, предмет досліджень та задачі, які розв'язуються у роботі. Окреслено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію про апробацію, структуру та обсяг роботи.

В першому розділі “Сучасний стан теорії формоутворення поверхонь тіл обертання на операціях механічної обробки і постановка задачі досліджень” розглянуто загальні принципи і основні положення теорії формоутворення поверхонь, особливості та доцільність використання ОТА для формоутворення поверхонь тіл обертання в умовах гнучких виробничих систем, подано огляд і критичний аналіз літературних джерел, які присвячені структурному аналізу технологічних операцій багатоінструментальних верстатів, технологічній побудові та особливостям застосування токарно-автоматних операцій в умовах серійного і дрібносерійного багатономенклатурного виробництва, приведений аналіз методів технологічної оптимізації операцій та інструментальних налагоджень в САПР, а також поставлена задача досліджень.

Аналіз опублікованих робіт вітчизняних і зарубіжних учених показує, що існують значні теоретичні розробки і накопичений досвід проектування і реалізації процесів механічної обробки, але не достатньо досліджено питання методології побудови оптимальних структур технологічних операцій стосовно багатоінструментальної обробки. Існуючі методи не володіють в повній мірі науково обґрунтованими правилами прийняття рішень під час формування структур багатоінструментальних операцій та інструментальних налагоджень. Не достатньо вивчені логічні та кількісні взаємозв'язки конструктивно-технологічних особливостей оброблюваних деталей, структур багатоінструментальних операцій і відповідних структурно-функціональних схем інструментальних налагоджень з параметрами якості оброблюваних деталей, техніко-економічними показниками токарно-автоматних операцій.

У другому розділі “Моделювання зв'язків умов формоутворення поверхонь з параметрами якості деталей на токарно-автоматних операціях” розглянуто теоретичні передумови побудови моделей оброблюваної деталі, багатоінструментальної операції та інструментального налагодження на рівні структурно-функціональних зв'язків.

Послідовність формування конструкторсько-технологічних рішень в САПР технологічних процесів представлено у вигляді графа, вершини якого подані як структурно-функціональні елементи технологічної системи, а ребра у вигляді зв'язків між ними (рис. 1).

Показано, що вихідною інформацією для формування конструкторсько-технологічного рішення є структура оброблюваної деталі і компонування робочого простору верстата. Кожній із n елементарних оброблюваних поверхонь F і-тої деталі поставлено у відповідність один чи декілька елементарних (інструментальних) переходів N_m, структури операції, реалізація яких можлива на одному із супортів чи додаткового пристосування ОТА. На наступному етапі визначається необхідний для обробки F_n-ї поверхні допоміжний D_k та різальний R_l інструмент. Таким чином, кожна вітка графа являє інформацію, яка стосується процесу обробки F_n-ї поверхні в структурі багатоінструментальної операції, а сукупність всіх віток (зв'язків) є характеристикою структури багатоінструментальної операції і налагодження в цілому з відповідним значенням критеріїв оцінки варіанта структури.

Формування технологічного рішення здійснюється на основі направленого поетапного пошуку варіанта структури операції, який задовольняє прийнятим критеріям оптимальності з урахуванням сформульованої системи обмежень М і умов U.

В загальному випадку зв'язок між елементами двох множин, наприклад, множиною поверхонь деталі і множиною інструментальних переходів інтерпретується як бінарне відношення. Сукупність зв'язків між елементами двох множин описується функціями відображень , де - функція відображення між елементами двох множин.

Математична модель зв'язків може бути представлена у вигляді булевої матриці , тобто

. (1)

Елемент матриці , якщо існує бінарне відношення (зв'язок) між і-тим елементом множини і -тим елементом множини , у протилежному випадку .

Такий принцип опису зв'язків покладений в основу розробленої методики моделювання структури оброблюваної деталі, операції та налагодження. Вихідною інформацією для побудови матриці структурних зв'язків налагодження є результат вирішення задачі на стадії формування структури операції, тобто упорядкована множина інструментальних переходів . Задача технологічного проектування на цьому етапі зводиться до виділення з неупорядкованої множини уніфікованого різального інструмента , необхідного для обробки деталей класифікаційної групи кінцевої множини інструмента , необхідного для обробки уніфікованих елементарних поверхонь деталі з врахуванням умов U і обмежень M.

Матриця структурних зв'язків для цього випадку має вигляд:



. (2)

Таким чином, задача формування структури технологічної операції зводиться до визначення структурно-функціональних зв'язків .

З вище викладеного випливає, що процедура формування структури токарної операції та інструментального налагодження описується матрицями структурно-функціональних зв'язків елементів деталі, операції і налагодження .

Приведені результати теоретичних і експериментальних досліджень моделювання зв'язків умов формоутворення поверхонь з параметрами якості дозволяють вирішувати серію прикладних задач з розробки і оптимізації технології точіння заготовок типу тіл обертання.

На геометричну точність і мікрорельєф поверхні деталі в процесі механічної обробки впливає велика кількість факторів: швидкість різання v, глибина різання t, подача s, геометрія і ступінь притуплення інструмента, твердість матеріалу деталі, переміщення заготовки y₁, переміщення вершини різця y₂, особливості технологічної системи, стан устаткування, у тому числі ступінь його спрацювання, рівень досконалості приладів і методів вимірювання параметрів точності, шорсткості та хвилястості. Кожний з перерахованих чинників у процесі обробки може змінюватися, причому його величина коливається біля певного середнього значення, тобто має місце об'єднання систематичних і випадкових похибок, що також відноситься до сумарного впливу усіх чинників.

Для одержання значень масиву {Y_i} взаємні переміщення заготовки і вершини різця представлені рівнянням рівноваги елемента заготовки одиничної довжини масою m в довільний момент часу:

, (3)

де Е - модуль пружності, а і - момент інерції поперечного перерізу заготовки.

На рис. 2 показана розрахункова схема точіння заготовки з врахуванням параметрів верстата, до затискної цанги якого прикладена зумовлена її дисбалансом збуджуюча сила . Для розрахунків використовуємо параметри наведені на рис. 2: а - відстань від місця закріплення заготовки до місця прикладення радіальної складової сили різання; М_ц - маса цанги; М_с - маса супорта; М_д - маса дисбалансу; М₀ та Q₀ - згинальний момент та поперечна сила розподіленого навантаження q₀ елемента одиничної довжини в довільному перетині на відстані x; r_д - відстань маси дисбалансу від осі обертання; - кругова частота обертання цанги; C₀, C₁, C₂, C₃, C₄, C₅ - жорсткості різця, затискної цанги, додаткового пристосування, супорта, шпинделя, підшипників. У зв'язку з наявністю нерівномірних переміщень заготовки від вершини різця в процесі точіння буде змінюватися і глибина різання t, а, відповідно, і сила Р_у.

Рівняння рівноваги супорта з закріпленим різцем має вигляд:

. (4)

Спільне розв'язання рівнянь (3) і (4) з застосуванням функцій Крилова приводить до системи лінійних рівнянь, яка дозволяє визначити переміщення:

, (5)

де R_ij - елементи матриці коефіцієнтів системи лінійних рівнянь.

З аналізу отриманих результатів моделювання встановлено, що збільшення діаметра заготовки в 2 рази тієї ж довжини приводить до зменшення пружних переміщень заготовки з урахуванням жорсткості шпиндельної бабки і маси дисбалансу практично в 7-8 разів, а параметрів шорсткості в найбільш небезпечних перетинах по довжині заготовки - в 2,5 рази. Похибка моделювання шорсткості, порівняно з експериментальними даними для тих же умов обробки, в середньому не перевищувала 20 %. Викладена методика моделювання параметрів геометричної структури поверхні дозволяє поряд з шорсткістю і хвилястістю моделювати такий показник точності, як некруглість поверхні.

З метою перевірки достовірності і порівняння результатів вимірювання параметрів шорсткості оброблюваних поверхонь під час проведення комплексу досліджень використовували принципово новий метод вимірювання шорсткості в системі 3D на автоматизованому вимірювальному комплексі “Talyskan - 150”. Методика і керуюча програма Mountains Map Universal - 2.0 передбачає після сканування досліджуваної поверхні отримати мікротопографічну карту зі значеннями параметрів шорсткості, хвилястості та відхилення форми. Фрагмент мікротопографічної карти з профілограмами досліджуваної поверхні після точіння показано на рис. 3. Отримані результати вимірювань дозволили побудувати гістограми залежностей параметрів шорсткості та хвилястості від режимів різання і технологічних факторів токарно-автоматної обробки.

У третьому розділі “Експериментальні дослідження зв'язків параметрів якості з умовами формоутворення поверхні” викладені методика та план проведення експериментальних досліджень, приведені результати впливу фактора багатопрохідності на параметри макро- та мікрогеометрії поверхні.

Дослідження зв'язків залежностей параметрів якості оброблюваних поверхонь від режимів обробки, діаметра оброблюваної заготовки, матеріалів інструмента та деталі, жорсткості технологічної системи проводились на токарно-гвинторізному верстаті моделі 1М61П. Це дало змогу регулювати значення режимів різання та інших технологічних чинників в широких межах з необхідними діапазонами регулювання. З метою максимального наближення умов експериментальних досліджень до умов виконання токарно-автоматної операції забезпечували рівень жорсткості технологічної системи верстат - інструмент - деталь (ВІД) дослідного верстата моделі 1М61П і жорсткості системи ВІД токарного автомата моделі 1А12П. Перевірка достовірності отриманих результатів щодо залежностей показників якості оброблюваних поверхонь деталей від технологічних чинників здійснювалась безпосередньо на токарному автоматі моделі 1А12П.

Такий підхід з одного боку забезпечив проведення досліджень в широкому діапазоні зміни технологічних параметрів, а з іншого - отримання результатів з достатнім рівнем достовірності.

Метою експериментальних досліджень передбачалось визначення співвідношення значень подач на двох чергових переходах в процесі токарної обробки вальцьованої поверхні, виникаючих під час обробки складових сили різання та амплітуди коливання цієї сили, а також впливу подач на шорсткість і хвилястість поверхні.

Під час експериментів використано токарні різці із різальними пластинами твердого сплаву Т15К6.

Досліди проведено на вальцьованому пруті діаметром 20 мм зі сталі 45 до термообробки.

Проведені дослідження засвідчили про те, що на величини сил різання, шорсткість і хвилястість суттєвий вплив має співвідношення між значеннями подач на почергових переходах токарної обробки (рис. 4). При виборі відповідних

співвідношень подач (визначених в процесі досліджень) коливання сили різання значно змінюються, тобто можна визначити режим подач на почергових переходах, що відповідає значенням амплітуди коливань сил різання, які дають можливість досягти найвигідніших значень параметрів шорсткості, в той же час не спричиняючи виникнення хвилястості.

Таким чином експериментально підтверджується теоретичний висновок про те, що на стадії проектування токарно-автоматних операцій вибором оптимальних технологічних факторів можливо цілеспрямовано впливати на показники якості оброблюваних поверхонь, тобто створити

передумови для технологічного керування якістю під час проектування технологічних процесів та інструментальних налагоджень.

У четвертому розділі “Практична реалізація методики оптимального формоутворення поверхонь тіл обертання” розглянута оптимізаційна модель процесу формоутворення поверхонь тіл обертання на токарно-автоматних операціях, визначені критерії якості формоутворення і обмеження за показниками багатоінструментальної операції та розроблена програма „Розрахунок інструментальних налагоджень і кулачків для ОТА”.

Математична оптимізаційна модель процесу формоутворення поверхонь подана у вигляді значення собівартості операції Q, як функції незалежних змінних n, s:

, (6)

де ; , Е_в - собівартість верстато-хвилини обробки; х - параметр, який характеризує тепловідведення від різальних крайок інструмента; l - переміщення інструмента; j - число інструментів на верстаті; Т - стійкість інструмента; h_мj - час роботи інструмента до досягнення спрацювання; h_нj - період нормального спрацювання інструмента; D - діаметр оброблюваної деталі; м - показник, який характеризує ступінь впливу швидкості різання на стійкість; л - коефіцієнт часу різання; А, В - коефіцієнти, які враховують умови обробки.

Вираз (6) дозволяє здійснювати оптимізацію режиму обробки з врахуванням обмежень за силами різання, похибками обробки, за піковою потужністю електродвигуна, стійкістю інструмента та за шорсткістю поверхні деталі.

Програма „Розрахунок інструментальних налагоджень і кулачків для ОТА”, фрагменти якої показані на рис. 5, призначена для спрощення і прискорення процесу проектування інструментальних налагоджень і керуючих кулачків ОТА поздовжнього точіння. Система автоматизованого проектування дозволяє в десятки разів скоротити час технологічного проектування. Для цього попередньо програмується геометрична структура деталі, яка формується з елементарних геометричних поверхонь. Потім задаються основні розрахункові дані, такі, як діаметр та матеріал заготовки, з якої буде виготовлятись деталь, шорсткість поверхні, яку необхідно досягти під час обробки та відповідно модель верстата, на якому буде здійснюватись обробка. За допомогою модуля формування технологічного маршруту визначається склад та послідовність технологічних переходів, параметри основних та допоміжних рухів попередньо визначених інструментів та деталі, режими обробки, тощо. Програма також дозволяє зберігати робочі креслення кулачків у форматах файлів програми AutoCad і передбачає стикування з програмою САМ, яка складає програму обробки кулачків по контуру для фрезерного верстата з ЧПК. На виконання цієї процедури в “ручному” режимі технологом витрачається більше 2-х годин часу. В автоматизованому режимі обрахунок проводиться за лічені хвилини. Така продуктивність проектних операцій особливо актуальна в умовах багатономенклатурного серійного виробництва.

Для реалізації результатів автоматизованого проектування багатоінструментальних налагоджень токарних автоматів в системі технологічної підготовки виробництва використано методику налаштовування різального інструменту поза верстатом з використанням індуктивних перетворювачів в комплекті з приладом реєстрації. Це дає змогу отримувати інформацію про зміну розміру у вигляді аналогового чи цифрового сигналу та передавати його на плату АЦП комп'ютера, що відкриває можливості застосування пристрою в автоматизованих системах технологічної підготовки дільниць токарних автоматів.

висновки

1. В дисертації наведено теоретичне узагальнення й нове вирішення науково-прикладної задачі, що полягає у підвищенні ефективності формоутворення поверхонь тіл обертання під час обробки деталей на ОТА в умовах серійного багатономенклатурного виробництва.

Встановлені кількісні та якісні взаємозв'язки технологічних особливостей і режимів формоутворення поверхонь тіл обертання на токарно-автоматних операціях з параметрами якості деталей. Вперше розроблена модель зв'язків оброблюваної деталі, технологічної операції та інструментального налагодження, яка дозволила формалізувати процедуру формування структури і параметрів інструментального налагодження ОТА для оптимального формоутворення поверхонь тіл обертання.

2. Розроблена і апробована методика моделювання структурно-функціональних, параметричних і розмірних зв'язків токарно-автоматної операції та інструментального налагодження ОТА, яка стала основою стратегії автоматизованого формування оптимальних технологічних рішень в системі технологічної підготовки серійного багатономенклатурного виробництва, що дозволило на 60% скоротити трудомісткість проектних робіт і на 20% собівартість токарно-автоматних операцій.

3. Створена і реалізована стратегія вдосконалення технологічної підготовки токарних автоматів, яка охоплює методику автоматизованого проектування операцій та інструментальних налагоджень, а також вдосконалений процес виконання переналагоджень, що дозволило підвищити вдвічі рівень технологічної гнучкості і технологічної продуктивності формоутворення поверхонь тіл обертання в умовах серійного виробництва.

4. Проведені експериментальні дослідження залежностей параметрів якості формоутворення поверхонь від розмірів заготовки (зовнішній діаметр та довжина), які підтвердили теоретичні передбачення встановлені моделюванням, що збільшення діаметра заготовки вдвічі, при її однаковій довжині, приводить до зменшення пружних переміщень з урахуванням дисбалансу практично в 7-8 разів, а зменшення параметра шорсткості Ra в 2,5 рази. Похибка моделювання шорсткості, порівняно з експериментальними даними в середньому не перевищила 20%. Для всіх варіантів кінцевої обробки (в діапазоні подач мм/об) відношення кроку до висоти хвилястості < 40, а максимальні відхилення форми поверхні () не перевищують 0,012 мм.

5. Встановлено, що під час оптимального поєднання співвідношень між параметрами режимів різання багатопрохідної обробки середня висота хвилястості Wz обробленої поверхні складає 90% загальної похибки відхилення профілю поверхні. Раціональним поєднанням умов різання багатопрохідної обробки можливе досягнення встановлених значень параметрів якості поверхні та її експлуатаційних характеристик без застосування алмазно-абразивних операцій.

6. Проаналізовано вплив подач на якість обробки та встановлено критерій співвідношення параметрів якості поверхні (відношення кроку до висоти хвилястості < 40), що забезпечує оптимальність параметрів якості поверхні. Встановлено діапазон подач, в якому доля хвилястості становить 14%-47%. Розроблена та впроваджена у виробництво методика автоматизованого проектування керуючих кулачків дозволила на 65% скоротити час технологічної підготовки токарно-автоматних операцій і покращити якість формоутворення поверхонь деталей.

7. Розроблена методика структурно-параметричної оптимізації багатоінструментальної операції та інструментального налагодження ОТА дозволила на 10-20% зменшити собівартість оброблюваних деталей з забезпеченням необхідних показників якості поверхонь, підвищити ефективність токарно-автоматних операцій в умовах серійного багатономенклатурного виробництва.

8. Вперше розроблена і апробована система автоматизованого проектування інструментальних налагоджень ОТА, яка дозволяє на порядок скоротити час технологічної підготовки серійного виробництва, скоротити на 25% собівартість токарно-автоматних операцій в умовах частопереналагоджувального виробництва, підвищити якість технологічних рішень, усунути фактор суб'єктивності під час формування конструкторсько-технологічного рішення, покращити умови праці інженерів-технологів.

9. На основі результатів теоретичних і експериментальних досліджень спроектовано, виготовлено та впроваджено у виробництво на Луцькому ВАТ “Електротермометрія” пристрій для прискореного налаштовування інструменту поза верстатом, а також програму „Розрахунок інструментальних налагоджень і кулачків для ОТА”, яка реалізована на мові об'єктно-орієнтованого програмування Delphi 6.0. Результати роботи також впроваджені на Львівському НВО “Термоприлад”, а сумарний річний економічний ефект від впровадження результатів досліджень у виробництво складає 20,1 тис. грн.

Список опублікованих праць

1. Денисюк В.Ю., Марчук В.І. Моделювання токарних операцій для конструкторсько-технологічного проектування інструментальних налагоджень // Труды Одесского политехнического университета. Науч. и произв. практ. сб. по техн. и естеств. наукам. Вып. 5. - Одесса: Изд-во ОПУ, 2001. - С. 68-70.

2. Марчук В.І., Денисюк В.Ю. Алгоритмізація розрахунку інструментальних налагоджень на одношпиндельні токарні автомати // Наукові нотатки. Міжвуз. зб. Луцького державного технічного університету (за напрямком “Інженерна механіка”). Вип. 6. - Луцьк: Вид-во ЛДТУ, 2000. - С. 121-128.

3. Денисюк В.Ю., Сулим Г.Т. Автоматизоване проектування інструментальних налагоджень на одношпиндельні токарні автомати // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Междунар. сб. науч. трудов. Вып.16. - Донецк: Изд-во ДонГТУ, 2001.- С. 173-177.

4. Денисюк В.Ю. Система автоматизованого проектування кулачків для одношпиндельних токарних автоматів в умовах багатономенклатурного виробництва // Наукові нотатки. Міжвуз. зб. Луцького державного технічного університету (за напрямком “Інженерна механіка”). Вип. 12. - Луцьк: Вид-во ЛДТУ, 2003.- С. 82-89.

5. Марчук В.І., Красовський В.В., Денисюк В.Ю. Автоматизація дослідження точності при багатоінструментальній механічній обробці // Високі технології в машинобудуванні. Зб. наук. праць НТУ “ХПІ”. Вип. 1(4) - Харків: Вид-во НТУ “ХПІ”, 2001. - С. 180-183.

6. Шабайкович В.А., Марчук В.І., Денисюк В.Ю. Особливості формування оптимальних інструментальних налагоджень багатошпиндельних токарних автоматів з ЧПК // Наукові нотатки. Міжвуз. зб. Луцького державного технічного університету (за напрямком “Інженерна механіка”). Вип. 5. - Луцьк: Вид-во ЛДТУ, 1999. - С. 258-269.

7. Марчук В.І., Денисюк В.Ю., Красовський В.В. Модульний принцип проектування інструментальних налагоджень токарних багатоопераційних верстатів // Вісник інженерної академії України. Спец. випуск. - Київ, 2000. - С. 339-343.

8. Денисюк В.Ю. Автоматизоване проектування технологічних процесів на одношпиндельні токарні автомати // Тр. 5-й Междунар. науч.-техн. конф. “Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве”.- Харьков: ХНПК “ФЭД”, 2002. - С. 222-225.

9. Марчук В.І., Денисюк В.Ю. Кайдик О.Л. Моделювання формоутворення мікрорельєфу поверхонь для забезпечення параметрів якості деталей при механічній обробці // Тр. 6-й Междунар. науч.-технич. конф. “Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве”. - Харьков: ХНПК “ФЭД”, 2002. - С. 49-52.

10. Марчук В.І., Денисюк В.Ю. Моделювання зв'язків багатоінструменталь-них технологічних систем // Материалы 15-й Ежегодной Междунар. науч.-техн. конф. “Прогрессивные технологии в машиностроении” (ТЕХНОЛОГИЯ-2000). Одесса - К.: Изд-во АТМ Украины, 2000. - C. 155-156.

11. Денисюк В.Ю. Дослідження механіко-кінематичних зв'язків при багатоінструментній обробці деталей // Тези Першого наук. симпоз. “Сучасні проблеми інженерної механіки”, - Луцьк: Вид-во ЛДТУ, 2000. - С. 44.

анотація

Денисюк В.Ю. Технологічне забезпечення формоутворення поверхонь тіл обертання в умовах серійного виробництва. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - “Технологія машинобудування”. - Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2004 р.

Робота присвячена питанням підвищення технологічної гнучкості та продуктивності виконання токарно-автоматних операцій в умовах серійного виробництва за рахунок вдосконалення системи технологічної підготовки на основі впровадження автоматизованого проектування багатоінструментальних операцій та інструментальних налагоджень, прогресивних способів виконання переналагоджувальних операцій з забезпеченням необхідних показників якості оброблюваних деталей. Розроблено математичні моделі зв'язків між технологічними факторами і показниками якості оброблюваних деталей, представлено результати експериментальних досліджень залежності параметрів якості поверхні від технологічних факторів. Визначена послідовність формування структури багатоінструментальної операції та інструментального налагодження у вигляді інтегрованої модульної системи зв'язків, на основі якої розроблена і апробована методика автоматизованого проектування інструментальних налагоджень і керуючих кулачків.

Ключові слова: формоутворення поверхонь, серійне виробництво, інструментальне налагодження, переналагоджувальна операція, технологічна гнучкість, токарний автомат.

аннотация

Денисюк В.Ю. Технологическое обеспечение формообразования поверхностей тел вращения в условиях серийного производства. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - “Технология машиностроения”. - Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2004 г.

Работа посвящена вопросам повышения технологической гибкости и производительности выполнения токарно-автоматных операций в условиях серийного производства за счет усовершенствования системы технологической подготовки на основе внедрения автоматизированного проектирования многоинструментальных операций и инструментальных наладок, прогрессивных способов выполнения переналадочных операций с обеспечением необходимых показателей качества обрабатываемых деталей. Разработаны математические модели связей между технологическими факторами и показателями качества обрабатываемых деталей, представлены результаты экспериментальных исследований зависимости параметров качества поверхности от технологических факторов. Определена последовательность формирования структуры многоинструментальной операции и инструментальной наладки в виде интегрированной модульной системы связей, на основе которой разработана и апробирована методика автоматизированного проектирования инструментальных наладок и управляющих кулачков.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений.

Первый раздел посвящен критическому анализу литературных источников, посвященных формообразованию поверхностей тел вращения, структурному анализу технологических операций и многоинструментальных наладок, технологическим предпосылкам и особенностям применения ОТА в условиях серийного многономенклатурного производства, приведен анализ методов технологической оптимизации операций и инструментальных наладок в САПР, а также поставлена задача исследований.

Во втором разделе рассмотрены теоретические предпосылки построения моделей обрабатываемой детали, многоинструментальной операции и инструментальной наладки на уровне структурно-функциональных связей. Для формализации процедуры принятия решения на первом этапе проектирования разработана модель связей, представленная в виде графа, вершинам которого поставлены в соответствие структурно-функциональные элементы технологической системы, а ребрам - связи между этими элементами. Исходной информацией для формирования конструктивно-технологического решения является структура обрабатываемой детали и компоновка рабочего пространства станка. Задача выбора наилучшего технологического решения состоит в том, чтобы из множества практически выполнимых вариантов выбрать оптимальный по совокупности показателей вариант. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований моделирования условий формирования параметров качества поверхности, что позволяет решать серию прикладных задач по разработке и оптимизации точения заготовок типа тел вращения. Предложена методика моделирования параметров геометрической структуры поверхности, которая позволяет вместе с шероховатостью и волнистостью моделировать такой показатель точности, как некруглость.

В третьем разделе изложены методика и план проведения экспериментальных исследований, исследована связь режимов обработки с параметрами шероховатости и волнистости, приведены результаты влияния фактора многопроходности на параметры макро- и микрогеометрии поверхности. Результаты исследований показали, что можно установить режим подач на поочередных переходах, гарантирующий стабилизацию значений сил резания, которые дают возможность достичь наивыгоднейших значений шероховатости без возникновения волнистости.

В четвертом разделе рассмотрена оптимизационная модель процесса формообразования поверхностей тел вращения на токарно-автоматных операциях, определены критерии качества формообразования и ограничения за показателями многоинструментальной операции, разработана программа ”Расчет инструментальных наладок и кулачков”, которая предназначена для совершенствования процесса проектирования инструментальных наладок и управляющих кулачков ОТА.

Для реализации результатов автоматизированного проектирования многоинструментальных наладок использовано методику настройки режущего инструмента вне станка с использованием индуктивных преобразователей в комплекте с регистрирующим прибором, что дает возможность получать информацию в виде аналогового или цифрового сигнала и применять приспособление в автоматизированных системах технологической подготовки токарных автоматов.

Ключевые слова: формообразование поверхностей, серийное производство, инструментальная наладка, переналадочная операция, технологическая гибкость, токарный автомат.

annotation

Denysiuk V.Yu. Technological support of surface forming of solid of revolution in serial production. - Manuscript.

Thesis for a Candidate degree on speciality 05.02.08 - “Mechanical Engineering technology”. - Ternopil State Technical University named after Ivan Puliuy, Ternopil, 2004.

The thesis is dedicated to raising technological flexibility and productivity of automatic single-spindle lathes under full-scale production conditions by improving the system of technological preparation based on automated design of multitool operations, tool adjustments and advanced processes of readjusting operations with provision of necessary quality indexes of the processed parts. Mathematical models of interdependence of technological factors and quality indexes as well have been mode. The results of experimental research of dependence of surface quality parameters on blank dimensions are presented. Sequence of the formation of multitool operation structure and ills tool adjustment have is presented in the form of integrated modular system of dependences. On the basis of the above mentioned system procedure of automated design of tool adjustment and control cams.

Key words: surface forming of solid, serial production, tool adjustment, readjusting operation, technological flexibility, automatic single-spindle machine.

Размещено на Allbest.ru

...