автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Конструкторско-технологическое обеспечение безопасности автоматизированной токарной обработки нежестких осесимметричных деталей

■ ч.

•

с-

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ,-ч СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 621.914:658.382.3

ТАРАНЕНКО ГЕОРГИЙ ВИКТОРОВИЧ ;

КОНСТРУКГОРСГО-ТЕХНОЛОгаЧВСЮЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ НЕЖЕСТКИХ СЮВСИММЕТРЙЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Специальность 05.26.01 - Охрана труда в машиностроении 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Севастополь 1997

Диссертация является рукописью Работа выполнена в Севастопольском? государственном" техническом университете

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Севриков В.В.' . Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Железняк В.Г.' кандидат технических наук Плюснин В.А.

Ведущее предприятие - НПП "ЮГ" Министерства машиностроения, военно-промышленного комплекса и конверсии Украины (г.Се'вастополь)

Защита диссертации состоится -\Ь » оуи 1997 г.

в 1*5 часов на заседании специализированного Совета Д . 11.03.04 при Севастопольском государственном техническом университете по адресу: 335000, г.Севастополь, ул.Гоголя, 14, ком.317.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета.

Автореферат разослан

Отзыв в 2-х экземплярах, заверешых гербовой печат»), направлять в адрес специализированного Совета.

Ученый секретарь специализированного Совета

кандидат технических наук

доцент С.А.Гугник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОЙ ЗАДАЧЕЙ современного машиностроения является повышение уровня безопасности при выполнении автоматизированных технологических процессов (ТП) и повышение эксплуатационной надежности выпсукаемых изделий на основе повышения точности и улучшения качества изготовления деталей за счет повышения уровня автоматизации, внедрения автоматизированных систем проектирования, управления оборудованием. и ТП.

Функциональное назначение отдельных деталей - упругое, компенсирующее, виброизоляционное исполнение, а также стремление к снижении металлоемкости механизмов и машин обусловили необходимость широкого применения нежестких деталей высокой точности. Нежесткие детали, как правило, могут быть объединены в одну группу по их общему классификационному признаку форме - тела вращения, основными методами обработки которых являются наружное продольное точение и круглое наружное шлифование. От точности исполнения токарной операции зависит выполнение последующих операций и результаты обработки в целом, а в ряде случаев токарные операции является окончательным видом обработки.

Особенность обработки именно нежестких осесимметричных деталей (ЮД) заключается в том, что наряду с достижением заданных параметров точности формы и размеров, качества поверхности, малая собственная жесткость деталей, их относительно низкая жесткость по сравнению с жесткостью узлов станка, наличие в процессе обработки воз- . мущащих и дестабилизирующих процесс обработки факторов (большие собственные упругие деформации, возникновение вибраций, износ инструмента и т.п.) являются причинами, влияющими на безопасные условия функционирования технологической системы (ТС) при точении нежестких валов, вынуждают вести поиск новых методов управления, и автоматизированных способов обеспечения в комплексе безопасных условий труда при заданной точности и качестве поверхности обработки деталей.

Наиболее целесообразным направлением решения комплексной задачи повышения эксплуатационной надежности НОД и безопасности юс механической обработки является автоматическое управление точностью и безопасностью их формообразования в упругодеформированном состоянии на основании научно обоснованных технологических методов воздействия на заготовку.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ в диссертации является автоматизированная токарная обработка нежестких осесимметричных деталей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - создание конструкторско-технологических методов и средств автоматического направленного комплексного воздействия и управления упругой ТС для достижения безопасности обработки (БО) и эксплуатационной надежности при получении заданных параметров точности формы и качества поверхности нежестких деталей при точении, базирующихся на комплексных теоретических и экспериментальных исследованиях закономерностей процесса формообразования в условиях упругодеформированного состояния ШД.

Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

- сформировать структуру логических причинно-следственных связей, методологию системного подхода к проектированию ТП обработки ШД с учетом обеспечения и управления безопасностью и точностью автоматизированного производства;

- разработать математическую модель (ММ) безопасного функционирования ТС при создании упругодеформированного состояния детали за счет приложения дополнительных силовых воздействий;

- разработать конструкторско-технологические средства безопасного функционирования ТС при формообразовании поверхности ШД в упругодеформированном состоянии;

- сформировать типовой процесс автоматизированного проектирования ТП для изготовления деталей нежесткие валы и подсистему точностных расчетов и моделирования параметров качества для достижения

ВО и эксплуатационной надежности ШД.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для решения поставленных задач использовались теоретические положения технологии машиностроения, оптимизации технологических процессов в машиностроении, механики твердого деформируемого тела, математического анализа, теории вероятности, охраны труда и др. Экспериментальные исследования проводились на модернизированных высокоточных станках с использованием специально . . изготовленных устройств, систем управления и современной контрольно-измерительной аппаратуры."

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ЗНАЧИМОСТЬ диссертационной работы заключается в том, что решена-задача в области охраны труда и автоматизации ТП в машиностроении повышения безопасности обработки и эксплуатационной надежности изготавливаемых деталей, заключающаяся в создании совокупности конструкторско-технологических методов обеспечения безопасности и точности еттоматизированной токарной обработки НОД, которые базируются на раскрытых закономерностях улругодеформирован-ного поведения деталей, математическом описании ТС для получения требуемой точности формы и качества поверхности.

1. Предложена методология системного подхода к решению задачи обеспечения безопасности и точности формообразования НОД и структура причинно-следственных, связей при управлении безопасностью и точ- "

. ностыо автоматизированного производства НОД.

2. Обоснованы и получены ММ упругих линий НОД при различных тех- . нологических способах управления упругодефорыированным состоянием нежесткой детали для достижения безопасного функционирования ТС и обеспечения заданных параметров точности и качества поверхности

НОД при точении. ...... ■ • -

3. Разработаны и исследованы конструкторско-технологические ме-- тоды. и средства целенаправленного • формирования упругодёформирован-

ного состояния для безопасного достижения заданной точности деталей, а также закономерности направленного автоматизированного воз-

действия для управления параметрами шероховатости поверхности.

4. Разработан типовой процесс автоматизированного проектирования ТП изготовления нежестких валов, включающий подсистемы программ • точностных расчетов и моделирования шероховатости для обеспечения эксплуатационной надежности нежестких валов, оптимизации параметров нагружения детали, методов базирования и закрепления ГОД.'

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Результаты выполненной работы, позволившие получить новые знания о взаимосвязи случайных и систематических факторов, снижающих точность формообразования НОД и приводящих к возникновению 01® и ШФ, при автоматизированной обработке точением, использовались: •

- в качестве базы при разработке способа и устройств управления безопасностью и точностью формообразования нежестких валов, обеспечивающих безопасное функционирование ТС и повышение точности и эксплуатационной надежности изготавливаемых деталей;

- при разработке пакетов прикладных программ точностных расчетов и моделирования параметров шероховатости поверхности при технологической подготовке и обработке нежестких валов для диалогового программного комплекса;

- при разработке методов базирования и закрепления упругодефор-мированных нежестких валов, обеспечивающих безопасное функционирование ТС при управлении упругодефорнированнш состоянием.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Работа выполнена в составе госбюджетных научно-исследовательских работ по Комплексной программе научно-технического прогресса и его социально-экономических последствий на 1991-2010 г. по Украине АН Украины, подраздел "Разработка прогрессивных технологических процессов механической обработки не- • жестких деталей машин, обеспечивающих повышение их надежности и долговечности"; научных работ "Технологии, машпаг и производства будущего" (1990-1996 г.г., Гос.заказчик - ИшЯауки России)^ "Инжиниринг России" (Постановление Правительства РЗ? Р 332 от 15.04.94). Научные

выводы, рекомендации, методики, пакеты прикладных программ внедрены и использованы: в РгЦ - инжиниринг Инжинирингсеть (г.Тольятти); АО АВТОВАЗ (г.Тольятти); Институте конструкторско-технологической информатики-РАН (г.Москва) с годовым экономическим эффектом.от внедрения 13,5 млн.руб. в ценах 1997 г.; Коллективном предприятии "Ареал" (г.Севастополь); Ассоциации "Безопасность жизнедеятельности" (г.Севастополь); в учебный процесс СевГТУ при подготовке сту-• дентов специальностей 7.092.501-, 7.090231, 7.090901; 7.090203; в

учебннй процесс СамГТУ____, • т.,. . . - \ — .-"----

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 3-Й Международной научно-технической конференции "Проблемы экологического мониторинга и охраны труда" (г.Севастополь, 1995 г.); Международной школе-семинаре "Проблемные вопросы автоматизации" (г.Севастополь, 1995 г.); 3-й Укра1нськой нонференцД з. автоматичного, керувания "Автоматика-96" (г.Севастополь, 1996 г.); 5 International- conference, on FLEXIBLE TECHOLOGIES MMA'94(NovL Sad,YuQoslavla,-i994y.); International scintlfic conference HEAVY MAGHINERY M'9b С HraLfcvo .Yugoslavia ,4996g.); {^International conference of PROBUC-ЦШ вШ'Шб of Yugoslavia* 95(fod^r"Lca- WvQ)Yu$oslavua ,-Шбу.); Международной научно-технической конференции "Неразъемные соединения в сборке изделий" (Vfersiawa , PoLbKa , 1996 г.); научных семинарах департамента прикладной экологии и охраны труда СевГТУ (г.Севастополь, 1994 - 1997 гг.); научно-техническом семинаре де-" партамента ПЭОТ СевГТУ (1997 г.); объединенном научно-техническом семинаре департаментов ПЭОТ и АТПП СевГТУ (г.Севастополь, 199? г.). ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 16 - печатных работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов, изложенных на 125 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 20 таблиц и список ис-

пользованных источников из 121 наименования, II приложений. Общий объем работы 227 страниц.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Методология системного подхода обеспечения безопасности и точности формообразования Н0Д.

2. ММ безопасного функционирования ТС для обеспечения заданных параметров точности формы и качества поверхности при точении нежестких деталей.

3. Технологический способ управления безопасностью и точностью формообразования НОД, технологические методы обеспечения ВО на этапе подготовки производства.

4. Конструкторские средства обеспечения безопасности формообразования упругодеформированных НОД.

5.' Алгоритмы и программы подсистемы точностных расчетов и моделирования параметров шероховатости для обеспечения эксплуатационной надежности изготавливаемых нежестких деталей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ содержит изложение в краткой форме актуальности исследования, научной новизны, практической значимости диссертационной работы, перечень задач, решаемых в диссертации, и основных положений, выносимых на защиту.

В первом разделе "СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ" на основе аналитического обзора формулируются задачи исследования. В разделе дается общая характеристика нежестких деталей, а также характеристики и особенности ТП обработки деталей типа НОД. Единственным и окончательным методом обработки, представленных в работе НОД, является наружное продольное точение. На основе анализа результатов исследования погрешностей обработки нежестких валов на операциях точения выявлено, что доминирующая погрешность обусловлена колебанием размера динамической настройки станка, определяемая, в основном, упругими деформациями ТС из-за упругих отжатий

Мая. .в 6 -4 ■

г -о ■

т

?рез. Вид

Мт а -

б -

4 -

г -о.

т

- Щ

Всего Тсхор С6е}и (¡ид ВсегоТтр. 'Грез, ¡ид

Мха.

а

*

г . о

ж

Мел

а -

в <

г.....

о

фагдтхи №

сзэ- нехестая деааль

-ЕЭ1- стружа, резец

ЯЬез. ¿ид _ Тенор. Вид

обраошш сфа

Рис. 1. Гистограмма травматизма, при механической обработке на станках в Ш Севморзаэод и«. 'С.Орджоникидзе

■ т

Зат.ВиЗ

М"* 4

г о

ж

Фрех Вид обрайотт

- -- т?

£сегаШи/а,%ез. Вид,

обработки.

Мт 4 г о

т Мюг1 4 т т №

г Т ьч о .1 1 ,.1шй 1 . Л 1 1—1

ЁсегоТощМир.Скс.&крМд Всеео1аюр.Шшр.виВ 9рез. Вид

Ряс. 2. Гистограммы травматизма при механической обработке на

станках предприятия ^иолент* г.Симферополь , ;. 'Данные'по травматизм Данные по травматизяу

ПО Севиорэавод ' предприятия "Фиолент"

им.Орджоникидзе Таблица I. г.Симферополь Таблица 2.

17/?ераци$* т Щ да т Ж Ы т № Ж № Ы лги. р. V

5м ^хе» Яш Р Чгл гт

Щхзерноя /V} / 40 з.7 з зо / го Т 1 26 Фрезерная М / 37 31 ~гз / Т 3 г«,г

Токарная № кё б 130 ) ¡00 ~70 < и Я» ШАироВаинсалЬ ~30 ! 2в / 23 / ЙГ ~ю J да

Сберлиштя л& ~50 / 45 а Тз 1 Л Токарная Та? 9г 2 ВО 65 30 3 Щ

Слесарная Ж То Та / 15 ~Ю Т 1 13.6

детали, отличающейся малой жесткостью. Одновременно был проведен анализ статистических данных производственного травматизма (ИТ) при работе на металлорежущих станка предприятий различных отраслей промышленности за последние 5-6 лет с помощью двух методик, позволяющих дать абсолютную и относительную оценку уровня ЕГГ и безопасности металлообработки на различных операциях. Ограниченные объем и . _ . , . .. глубина проведенных исследований объясняется тем, что имеющиеся

статистические данные 10-15 -"ти летней, давности.не.соответствует..... .......

условиям автоматизированного производства, а также связано с резким сокращением объемов производства за последние 5 лет. На рис Л

- 10 -

| Зташ лххмаюгии авлюматазиеаЗо/ггяяо /цхыэбо&я£а Авалей а машу* и ^

1 Метод мегоникесхой сбро&упни (/*сгение)\

ЗЕ

Рис. 3. Иерархические уровни причинно-следственных связей

обеспечения и управления точностью и безопасностью ' автоматизированного производства деталей

■ ■■■■■ "Втамвизескуе нежА/ руу&ика I I-,—111111 ./Ьнетуагюеепя ттоЛ/ «аесленщ*

Рис. 4. Структура система формообразования параметров точности, качества деталей к безопасности обработки

и рис.2 .представлены гистограммы распределения статистических данных Ш, сведенных в табл.1 и табл.2. Предложенная структура логических связей и иерархические уровни причинно-следственных связей (рис.3) обеспечения и управления точностью и безопасностью автоматизированного производства нежестких валов, системный подход к решению задачи обеспечения безопасности и точности формообразования \ нежестких валов (рис.4) показали, что причины, приводящие к возникновению опасных и вредных производственных факторов (01® и ВШ), и. фактора, оказывающее доминирующее влияние на точность и качество

обработки, имеют одну и ту же природу и неразрывно связаны между собой. Поэтому вопросы обеспечения безопасности и точности формообразования НОД должны рассматриваться в комплексе, учитывая по возможности всю совокупность факторов, оказывающих влияние как на точность, так и на безопасность.

Вопросы обеспечения безопасности обработки деталей, в том числе и НОД, базируются на теории управления точностью формообразования деталей,"которой посвщено значительное количество фундаментальных работ Б.С.Балггапта, Б.М.Еаз'рова, В.С.Корсакова, В.Н.Поду-раева, В.Г.Подпоркина, В.Г.Митрофанова, Ю.М.Соломенцева и др. В то же время отсутствуют целевые исследования по повышению безопасности и улучшению условий труда при механической обработке НОД и обработ- . ке подобных деталей в упругодеформированном состоянии. Вопросам эксплуатационной надежности изготавливаемых изделий и технологического оборудования посвящены работа А.М.Дальского, А.С.Прскйкова,' Д.Н.РеЬетова, П.И.Ящерицына и др.

На основе проведенного аналитического обзора сформулированы цель и задачи диссертационной работы, указанные выше.

Во втором разделе "ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ТОЧНОСТЬЮ И БЕЗОПАСНОСТЬЮ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ НЕЖЕСТКИХ (ХЗШЙММЕГРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ" _ получены ММ -. безопасной обработки упругодеформированных нежестких валов в установившихся режимах.

Аналитические расчеты, экспериментальные исследования и сравнительный анализ показали, что наиболее эффективными являются технологические методы воздействия, основанные на управлении положением или формой упругой оси нежесткой заготовки непосредственно в.....

процессе обработки. На основании законов механики твердого деформируемого тела, и положений, теории-управления получено теоретическое обоснование законов управления безопасностью и точностью при формообразовании нежестких валов в упругодеформированном состоянии при

точении в условиях продольно-поперечного изгиба. В 'работе представлены Ш в виде описаний упругой лиши нежестких валов при продольно-поперечном изгибе с приложением центральных и внецентренных растягивающих сил, последние из которых создаст два управляющих воздействия: продольную силу йн и изгибающий момент М= Р^ * 6, направленный в сторону компенсации деформаций от сил и моментов резания.

Управление упругодефорыированным состоянием при использовании в качестве управляющих воздействий растягивающей силы РХн и эксцентриситета 6 привело к следующей постановке задачи оптимизации: определить величину растягивающей силы Рх* и эксцентриситета в как функцию от параметров детали 1_ и (1 » составляющих сил резания , Ру ,Рг , а следовательно, и режимов резания V , Б , , расстояния О от места крепления и текущей координаты X > минимизирующих прогиб детали

у^тшфСа^Ривг^х^ДД^лХ) , (I)

а

где функция У построена на основании аналитических соотношений, полученных в работе. Значения составляющих сил резания Рх , Ру , Рг определяются технологическими условиями, то есть режимами и геометрией резания.

Технологические ограничения Ни , накладываемые на варьируемый параметр , определяются конструктивными ограничениями технологического оборудования (ТО), безопасными условиями эксплуатации ТО (Рэдиод ограничивается условиями заклинивания подшипников шпиндельной группы станка, тах = 2000 Н), допустимыми напряжения растяжения и т.п. , • .,

ае£0,1},хе10ДееСО,8а} _

Рхч 4 Нр; Рхч.,> = Нр • - Рр

где р - усилие растяжения, определяемое пределом прочности материала; (эц.р " допустимое напряжения растяжения; Нр - коэффициент запаса прочности; Рр - наименьшее значение площади попереч-

ного сечения заготовки при максимальном растягивающем усилии. Так как наиболее существенное- влияние на безопасность и точность обработки нежестких валов оказывает величина прогиба непосредственно под инструментом, соотношения (I) и (2) необходимо.дополнить, ограничением

... ............а = 1.-х........ . о)

Для определения оптимальных параметров погружения Рхн и 6 с учетом (2) и (3) были-использованы как метод сеток, так и, в силу унимодальности функции отклика,..градиентные методы; ■ • - - - .

Разработан способ механической обработки нежестких валов, который обеспечивает повышение точности и безопасности обработки за счет стабилизации упругих деформаций путём изменения осевого растягивающего усилия, приложенного к детали со стороны задней бабки, через механизм натяжения, создаваемого электродвигательным устройством. При., этом предотвращается возникновение недопустимых динамических усилий, обеспечивается создание и стабилизация начального растягивающего усилия, достигается высокое быстродействие при отработке возмущающих воздействий.

Разработаны схемы базирования и закрепления НОД в упругодефор-мированном состоянии с использованием искусственных технологических баз с кинематическим и силовым замыканием, что повышает надежность зажима, исключает смещение поверхностей детали и зажимного механизма в процессе обработки, снижает вероятность вырыва заготовки из зажимного устройства, что в свою очередь, повышает безопасность* обработки. Основное условие безопасности при закреплении заготовки в трехкулачковом патроне и в цанговом зажимном механизме со значительной базой зажима при наличии осевой растягивающей силы имеет вид

где Тзо* ,ТХ - радиальные силы зажима; коэффициент запаса

= 1,5 - 8);Мрвз " иомент силы резания; 5 - коэффициент трения; ^Ц - коэффициент: сцепления между губками цанги и заготовкой.

Приведены расчеты показателей, которые характеризуют различные схемы'базирования и закрепления, а также проведена оптимизация себестоимости подготовки технологических баз. Учет перечисленных показателей при выборе рационального метода закрепления детали в упругодеформированном состоянии в условиях продольно-поперечного изгиба осуществляется на. стадии технологической подготовки производства с помощью разработанной прикладной подпрограммы САПР ТП.

В третьем разделе "ЮДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕДУР БЕЗОПАСНОЮ ФОРМИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ -ОБРАБОТКЕ УПРУГОДШРШРОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ"'получены ММ характеристик качества поверхности при механической обработке деталей.

Поскольку параметры качества поверхности обработанной детали носят вероятностный характер, сравнительный анализ результатов исследований проведен с использованием аппарата математической статистики. При проведении статистических оценок использованы приемы непараметрической статистики, особенность которой - принятие статистических решений, неалпроксимируя к известным законам распределения. Законы распределения не отыскивались, распределения оценены гистограммами результатов моделирования. Оценка точности и надежности результатов моделирования вследствют ограниченности объемов этих результатов дана, с использованием доверительных пределов £^(Ч)и доверительных интервалов при выбранной доверительной вероятности =0,9. Микрорельеф поверхности моделируется наложением к вычисленным ранее массивам упругих перемещений раздел 2) детали профиля вершины инструмента в плане, который описывается дугой радиуса

Учитывая вероятностный характер параметров микро- и макронеровностей параметры профиля описаны усредненными величинами с добав-лением-их возможных превышений. Параметр ft а соответствует среднему значению неровностей, для оценни его случайных отклонений приемлем критерий Стъюдента . Параметр ft max определяется с использовани-

ем крайних значений статистического ряда неровностей и оценен с помощью критерия Ирвина Л,^ . Отклонения средних и крайних высот ординат относительно их средних значений не превышает их более чем на Допущение.25^погрешности прогноза позволяет применить для моделирования параметров шероховатости детерминированный подход, то есть свести до минимума учет технологических факторов, "обуславливающих появление случайной составляющей профиля неровностей, что подтверждается экспёрймёнтально. Проведённые экспериментальные исследования влияния технологических факторов:''сил резания,"физико-механических свойств материала заготовки, стойкости, инструмента на величину упругих деформаций ШД, точность обработки и условия безопасной эксплуатации оборудования позволили сформулировать условие

где Ру - экспериментальное значение составляющей силы резания Р^ ; tp - вреш работы резца; Т-- период стойкости резца; Рутсш/^ - табличное значение силы резания, прогнозируемое при выбранных режимах резания и материале режущей части инструмента;коэффициент, учитывающий изменение твердости заготовки, НВ.

Полученные Ш формирования параметров шероховатости использованы в модулях пакетов САПР и при разработке и оптимизации технологии токарной обработки деталей. Модели минимизированы и приведены -к использованию на "ПЭВМ, позволяют наряду с прямой задачей - оцен-' ' ки применимости одного из способов обработки упругодеформированных _ нежестких валов, решить обратную задачу - по параметрам качества поверхности выбрать оптимальную технологию.

Результаты численного моделирования и экспериментальные исследования характеристик шероховатости при точении с управлением упру-годефорыированным состоянием при центральном растяжении для деталей о[ ^ 6 мм и 20 указывают на уменьшение'параметра в " среднем 2-7 раз, а Р ^ в 1,3-5 раз по сравнению с обычным точением при прочих равных условиях. Для деталей с! = б мм точение нежест-

ких валов в упруго деформированном состоянии при внецентренном растяжении позволяет уменьшить параметр в 2-6 раз, а^в 2-4,5 раза по сравнению с обычным точением. Это позволяет повысить эксплуатационную надежность изготавливаемых деталей и обеспечить безаварийные режимы эксплуатации ТО. Одновременно следует отметить, что известный метод стабилизации упругих перемещений путем изменения величины продольной подачи по длине обработки, позволяет дос.-тичь теоретически заданную точность и характеристики шероховатости, но при существенном снижении производительности. Результаты экспериментальных исследований подтверждают, аналитические расчеты на моделях, при этом: расхождение в среднем: не превышает 4096, что соответствует ГОСТ" 2789-73. Расхождение результатов объясняется принятыми в моделях допущениями и погрешностями измерений особенно при оценке параметров шероховатости.

В четветугом разделе "ПРАКТИЧЕСКИЕ Р5ЮМЕЩАЩИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ КОНСГРУКГОРСКО-ТЕХНОЖ)П1ЧЕСКИХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ТОЧНОСТЬЮ И БЕЗОПАСНОСТЬЮ ОБРАБОТКИ НЕКЕСТКИХ ВАЛОВ" разработаны и исследованы технологические и конструкторские средства управления безопасностью при точении нежестких валов: с регулированием; упругодеформированного состояния обрабатываемых деталей посредством.целенаправленного изменения растягивающего усилия, включающие принципиальные схемы устройств автоматического управления точностью и безюпасностью на базе микропроцессорной техники; датчики для измерения упругих перемещений и растягивающего усилия; блок выделения модуля упругих перемещений; конструкции задних бабок станков для центрального растяжения с пневматическим и электрическим приводами. Конструкторские решения лимитируются условиями безопасности их эксплуатации по фактору эксплуатационноГпрочностной надежности отдельных элементов конструкции. Для задней бабки с электроприводом трос натяжения, передающий растягивающее усилие от электродвигателя к детали, является слабым звеном в конструкции и для него справедливо выражение

Рх-\ ^ Нтр • Рпроч - Ктр; £©рЗ'

где Ктр - коэффициент запаса ( Нхр = 2,5-3 для канатов и тросов тяговых и подъемных механизмов); Рпроч. - сила разрыва, троса; (э'р. -предельное напряжение; 2>Тр - площадь поперечного сечения троса.

Разработаны практические рекомендации по.использованию систе- • мы адаптивного управления процессом', обработки НОД, включающей самоцентрирующиеся упругие опоры и опоры-демпферы, принципиальную схему системы.управления. .Использование разработанного, технологического метода позволяет, наряду с повышением: точностных показателей обработки, повысить эксплуатационные характеристики обрабатываемой детали, что способствует повышению эксплуатационной надежности и уменьшению вероятности возникновения аварийных ситуаций, а также повысить устойчивость протекания ТЦ в целом. Применение программных модулей позволяет рассчитать и прогнозировать..точностные, качественные ха- ~-рактеристики ТП обработки НОД и, как следствие, эксплуатационные свойства и надежность изготовленных деталей узлов и машин, 'выбрать соответствующую оснастку и приспособления. Использование разработанного методического обеспечения, алгоритмов и программ: повышает эффективность проектирования за счет улучшения качества проектных решений, повышения производительности.

Р&работаяше практические' рекомендации, конструкции устройств, .систем адаптивного и автоматического управления, технологической оснастки внедрены и приняты-к-использованию в КП- "Ареал",- АО АВТОВАЗ, Гф-инжиниринг Инжинирингсеть России, ИКГИ РАН," Ассоциаций "Безопасность жизнедеятельности", НИИ Проблем.Надежности Механических Систем РФ. Экономический эффект согласно актам внедрения составляет 13,5 млн.руб. в ценах 1997 г.

Результаты исследований и практические рекомендации также внедрены в учебный процесс в Севастопольском государственном техническом и Самарском государственном техническом университетах.

ОБЩИЕ вывода.

1. В результате выполенных комплексных исследований и разработок решена важная задача в области охраны труда и автоматизации производственных процессов в машиностроении, заключающаяся в создании совокупности конструкторско-технологических методов обеспечения безопасности и точности автоматизированной токарной обработки ШД, которые базируются на раскрытых закономерностях упругодеформирован-ного поведения деталей, математическом описании ТС для безопасного получения требуемой точности формы и качества поверхности.

2. Критическое рассмотрение современного состояния задачи обеспечения безопасности металлообработки нежестких деталей показало, что теоретические методы оценки, прогнозирования и управления безопасностью должны формулироваться на базе комплексного учёта различных факторов ТП, влияющих на точность и ВО. Рассмотрен метод изучения публикаций, основанный на использовании таблиц анализа. Системный подход к решению задачи обеспечения безопасности, предложенная структура логических связей и иерархические уровни причинно-следственных связей обеспечения и управления точностью и безопасностью автоматизированного производства подобных деталей показали, что причины, приводящие к возникновению 0®> И ВШ>, и факторы, оказывающие доминирующее влияние на точность обработки, имеют одну и ту же природу и неразрывно связаны между собой. Поэтому- вопросы обеспечения безопасности и точности формообразования НОД должны рассматриваться в комплексе, учитывая , по возможности, всю совокупность факторов, оказывающих влияние на точность и безопасность.

3. Технологическое обеспечение и управление точностью формы, качеством поверхности, эксплуатационной надежностью и безаварийной работой изготовленных Н0Д должны базироваться на разработанном математическом описании процесса формообразования деталей, основанном на изучении реального взаимодействия детали и инструмента для случая нагружения растягивающей силой с использованием общесистемных принципов, включающих в себя разработку структуры Щ; выбор численных методов и алгоритмов решения. Выявленные связи упругодеформиро-ванного состояния детали с технологическими параметрами процесса, показателями точности, качества и эксплуатационной надежности воплощены в новом способе механической обработки.

4. Анализ причинно-следственных связей возникновения 0® и технологических параметров, обеспечивающих надежное закрепление упру-годеформированных валов в процессе обработки точением' позволили выявить сочетание показателей, которые учитываются при выборе схем базирования и закрепления нежестких валов, при этом помимо силово-

го должно осуществляться кинематическое замыкание при закреплении. Учет перечисленных показателей и оптимизация себестоимости подготовки технологических баз на стадии технологической подготовки производства позволяет оптимизировать технологию обработки ЮД, перейти к технологически ориентированному конструированию, обеспечить достижение заданных параметров точности формы и качества поверхности при сохранении требуемого уровня БО и исключить причины возник- . новения ОПЗ? и ПТ обслуживающего персонала.

5. ММ, положенная в основу технологического метода автоматизированного управления качеством поверхности, получена на основании схемы наложения на массив: упругих перемещений, детали в ТС 'профиля вершины инструмента в плане. Разработанная методана моделирования параметров шероховатости позволяет решить серию прикладных задач оптимизации технологии точения нежестких валов, прогнозировать качество поверхности и эксплуатационную надежность деталей. Оценка статистической значимости результатов, полученных при использовании различных технологических методов управления точностью и БО проведена с применением аппарата непараметрической статистики. Представление о точности, надежности оценок и конкурентноспособности раз- ■ ■ личных способов управления дано с использованием доверительных пределов и доверительных интервалов. ММ позволяет наряду с прямой задачей - оценки применимости одного из способов обработки упругоде-формированных нежестких валов, решить обратную задачу - по заданным параметрам качества поверхности выбрать оптимальную технологию,

то есть технологически обеспечивать заданную эксплуатационную надежность и, как следствие, безаварийную работу изготовленных деталей узлов и машин.______________________ ______ ____________

6. Для обеспечения безопасной автоматизированной-обработки ГОД в упрутодеформированном состоянии разработаны и исследованы принципиальные схемы устройств и систем автоматического и адаптивного управления, конструкции задних бабок токарных станков, схемы.рационального расположения упругих опор и опор-демпферов.

?. При автоматизированном проектировании ТП безопасной обработки нежестких валов рекомендуется применять разработанный диалоговый программный модуль, позволяющий прогнозировать точностные, качественные характеристики "процесса обработки, эксплуатационные свойства, надежность и безаварийную работу изготовленных деталей и повышающий эффективность проектирования за счет; улучшения качества проектных решений и повышения производительности.

8. Практическая реализация разработанных алгоритмов, систем и устройств автоматического управления, конструкторско-технологичес-

ких методов управления позволила существенно повысить эффективность и степень автоматизации ТП безопасной обработки нежестких валов. Достоверность основных положений и выводов, полученных в-диссертационной работе, подтверждена опытом проектирования, результатами практической реализации и экспериментальных исследований конструк-торско-технологических методов обеспечения БО.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В ПУБЛИКАЦИЯХ:'

1. Тараненко В.А., Тараненко Г.В. Прогнозирование точности механической обработки деталей в условиях автоматизированного производ-

: ства // 5th International conference on FLEXIBLE TECHNOLOGIES

MM'9MoviSad,8-9iun шдшщк mml , m-m.

2. Косатенво H.E., Тараненко Г.В. Автоматизированное устройство для обработки нежестких валов с растяжением // Совершенствование систем и технологий: Научн.-техн. сб. - Севастополь: Севаст.отд. ассоциации Mlmnce. francalse, 1996. - с.29-32.

3. Палагнюк Г.Г., Тараненко Г.В., Тараненко В.А., Драчев О.И. Автоматическое управление процессом обработки нежестких осесиммет-ричных деталей // Совершенствование систем и технологий: научн.-техн. сб.- Севастополь: Севаст. отд. ассоциации КШдпсе Fvuncolse» 1996. - С.40-51.

4. Тараненко Г.В., Тараненко В.А., Севриков В.В. Исследование влияния технологических факторов на точность и условия безопасности механической обработки нежестких валов // Совершенствование систем и технологий: Научн.-техн. сб.- Севастополь: Севаст. отд. ассоциации Klluanca Francalse , 1996. - С.60-66.

5. Тараненко Г.В. Технологические методы управления уровнем безопасности металлообработки нежестких осесимметричных деталей // 3-я Украинская конференция по автоматически управлению "Автоматика - 96".Том 3. - Севастополь: СевГТУ, 1996. - С.55 - 56.

6. Тараненко Г.В., Тараненко В.А. Технологические методы повышения безопасности металлообработки нежестких осесимметричных деталей на этапе подготовки производства И 26th International conference of PRODUCTION ENGINEERING o£ Yugoslavia'96,Podgorica - budva, V3-&0 September Ш>,Yugoslavia. p.--Ш-А093

7. Тараненко В.А., Драчев О.И., Тараненко Г.В., Бойко В.Б. Адаптивное управление точностью формообразования нежестких осесимметричных деталей // "international ^IsntLfLc conference HEKVY МИСНЬШ HW'96,krat]evo28-3O]uneJlQ%/Yu^sbvla.p.406-4.9l

8. Тараненко Г.В., Тараненко В.А. Точность и безопасность металлообработки нежестких валов с позиций системного анализа //

International ^cuvtUlc conference МШУ ЩСНТЖйУ HM'96' K\at]&vo 28-30 iune -19%, Yugostcwla .9.4.AU -4.-H6.

9. Тараненко Г.В., Тараненко В.А. Математическое моделирование технологических методов управления точностью и безопасностью обработки нежестких деталей // Совершенствование систем и технологий : Научн.- техн. сб. - Севастополь: Севаст. отд. ассоциации МЛдАОСе FranCQi.Se, 1997. - С.44 - 54.

10. Тараненко В.А., Тараненко Г.В. Предпосылки построения САПР технологических процессов^ механической обработки нежестких деталей // Оптимизация производственных процессов: Научн. - техн. сб. - Севастополь: Севаст. отд. ассоциации КШлпсй. francoise. , 1994.-Вып.2.C.I24 - 129.

11. Тараненко Г.В., Тараненко В.А. Точность и безопасность автоматизированной металлообработки нежестких валов с позиции системного анализа // Автоматизация процессов и управления : Вестник СевГГУ. - Севастополь: СевГГУ, 1997. - Вып.8. - С.

12. Тараненко Г.В. Статистический анализ производственного травматизма при металлообработке // Энергетика. Механика. Экология.: Вестник СевГТУ. - Севастополь: СевГГУ, 1997.- Вып.6. - С.

13. Тараненко Г.В., Косатенко Н.Е., Тараненко В.А. Технологическое обеспечение надежности и безопасной эксплуатации деталей машин // Оптимизация производственных процессов: Научн.-техн. сб. - Севастополь: Севаст.отд.ассоциации КШ.СШе.6. PrarvCQl&e , 1997. -Вып.5. - С'.б - 13.

14. Абакумов A.ML, Тараненко В.А., Тараненко Г.В. Способ механической обработки нежестких осесимметричных деталей и устройство для его реализации. МКИ В23В I/OO, B23Q 15/00. Заявка на патент Ш К0- 96109283 от 22.05.96.

15. Тараненко Г.В. Повышение уровня безопасности механической обработки деталей типа тел вращения // Проблемы экологического мониторинга и охраны труда: 3-я Международная научн.-техн.конф. -Севастополь: 1995. - С.

16. G.VI.TaraWvsn4o. Hlerarchlc-ine pozlomy ■zWiasnovj pr^c^novio - skutviovjych рггц sfcerovjanlu doUtacinoseta t fepleczebsivJsm zautoma-iijzoVJanej produW\\u c/teicl // TechnoLogla ! au-tomaty^acja топ-Ьогу: U.vJQrtaLnic naukovio-

-lecbirilc?.ny. - Te\iorr\Q/Vlarsiavoa 00-34.

Тараненко Г.В. Конструеторсько-технолопчне забезпечення безпеки автоматизованоТтокарноТ обробки нежорстких осесиметричних деталей.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук по спещальностям 05.26.01 - охрана пращ в машинобудуванш i 05.13.07 -автоматизац'ш технолопчних процессов та виробництв. Севастопольский Державний техшчний ушверсггет. Севастополь, 1997.

Захищаеться рукопис на 6a3i 16 робгт, який мютять результата доошджень проблемы створення конструкторсько-технолопчних метод1в i 3aco6iß автоматичноТ направлено! комплексно!" ди i управлшня пружною технолопчною системою для досягнення безпеки обробки i експлуатацшно! надшносгп при одержаны! заданих параметр1в точносп форм i якост1 поверхносп нежорстких деталей при точеннЗ, як\ базуються на комплексних теоретичних i експериментальних дослщженнях закономерностей процессу формоутворення в умовах пружно-деформаваного стану нежорстких осесиметричних деталей.

Ключев! слова: автоматизована токарна обробка, безпека обробки, пружн! деформацп, пружно-деформаванаи стан.

Taranenko G.V. Design-technological provision of safety of automated turning of non-rigid axis-symmetrical parts. .

Thesis for obtaining scientific degree of the candidate of technical sciences on specialities - 05.26.01 - labour control in machine construction and 05.13.07 - automatization of technological processes and manufacturing. Sevastopol State Technical University. Sevastopol, 1997.

The manuscript is defended which is based on 16 articles and contains the results of the problem research of creating design - technological methods and means of automatically oriented complex acting and controlling of elastic technological system for. reaching treatment safety and service reliability while obtaining the given parameters of forms precision and surface quality of nonrigid parts during turning based on-complex theoretical and experimental investigations of the laws of formation process under conditions of elastic-deformed state of non-rigid axis-symmetrical parts.