автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Оптимизация многоинструментальной токарной обработки материалов на основе термомеханического взаимовлияния процессов резания

1. ОПТИМИЗАЦИЯ МНОГОИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Состояние вопроса.

1.2. Выводы по главе 1. Формулировка цели и задач исследований.

2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА ТОКАРНОЙ МНОГОИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ

2.1. Аналитические зависимости для учета взаимного термомеханического влияния процессов резания при токарной многоинструментальной обработке.

2.2. Получение аналитических выражений для определения выходных характеристик многоинструментальной токарной обработки, учитывающих термомеханическое взаимовлияние процессов резания

2.2.1. Определение параметров сечения среза при многоинструментальной токарной обработке с учетом деформации элементов системы СПИЗ в результате воздействия температурно-силового фактора.

2.3. Аналитическое определение технико-экономических показателей токарной многоинструментальной обработки материалов на станках-автоматах

2.3.1. Производительность труда при токарной многоинструментальной обработке на станках-автоматах.

2.3.2. Себестоимость технологической операции при токарной многоинструментальной обработке на станках-автоматах.

2.3.3. Используемая стойкостная зависимость при многоинструментальной токарной обработке материалов на станках-автоматах.

2.4. Аналитическое определение выходных характеристик процесса резания, рассматриваемых в качестве технологических ограничений для процесса оптимального поиска.

2.4.1. Аналитическое определение шероховатости обработанной поверхности.

2.4.2. Аналитическое определение прочностных характеристик режущего инструмента при токарной обработке материалов.

2.4.3. Определение погрешности токарной обработки материалов.

2.4.4. Аналитическое определение коэффициента запаса динамической устойчивости процесса токарной многоинструментальной обработки.

2.5. Выводы по главе 2.

3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА СТРУКТУРНО

ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ МНОГОИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ

ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ.

3.1. Составляющие математической модели структурно-параметрической оптимизации.

3.2. Исходные параметры оптимизации многоинструментальной токарной обработки.

3.3. Осуществление параметрической оптимизации технологических условий токарной обработки материалов.

3.4. Осуществление комплексной структурной и структурно-параметрической оптимизации многоинструментальной токарной обработки.

3.5. Выводы по главе 3.

4. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА MULTITOOL-1 ДЛЯ

ОПТИМИЗАЦИИ ТОКАРНОЙ МНОГОИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ

ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ НА СТАНКАХ-АВТОМАТАХ.

4.1. Описание САПР ТП "Multitool-1".

4.2. Результаты производственного использования автоматизированной системы МТ-1.

4.3. Выводы по главе 4.

Общие выводы и результаты работы

1. При осуществлении многоинструментальной токарной обработки материалов на станках-автоматах (позволяющей значительно повысить производительность выполняемой технологической операции и снизить ее себестоимость) происходит термомеханическое взаимовлияние процессов резания, осуществляемых одновременно применяемыми инструментами (в результате наложения температурных полей, изменения действительной глубины резания каждого инструмента под воздействием совместного температурно-силового фактора, изменения впереди идущим инструментом твердости поверхностного слоя материала; припуска, срезаемого позади идущим инструментом}, что необходимо учитывать при оптимизационном нормировании вышеуказанного вида токарной обработки.

2. На основе анализа физико-механических и теплофизических явлений, происходящих при резании материалов, разработана научно обоснованная методология расчетного определения погрешности обработки, характеристик шероховатости формируемого поверхностного слоя, температурно-силовых, контактных, стойкостных, технико-экономических и других основных выходных характеристик многоинструментальной токарной обработки деталей на станках-автоматах с учетом одновременно протекающих процессов резания, осуществляемых применяемыми инструментами.

3. Отличительной особенностью этой методологии является то, что входящие в нее базовые аналитические зависимости помимо исходных технологических условий обработки (физико-механические и теплофизические свойства обрабатываемых и инструментальных материалов, геометрические параметры инструмента, режимы резания, размеры заготовки и обрабатываемых на ней участков, жесткость технологической системы СПИЗ и др.) включает предлагаемый нами критерий B-z(Bz=tg(Pi), где Д - угол наклона условной плоскости сдвига в зоне резания анализируемого инструмента), учитывающий термомеханическое взаимовлияние одновременно протекающих процессов резания при многоинструментальной токарной обработке материалов.

4. Базируясь на вышеуказанной методологии, аналитического определения выходных характеристик многоинструментальной токарной обработки материалов и используя модернизированный симплекс-метод Нелдера-Мида, разработано математическое и программное обеспечение структурно-параметрической оптимизации технологических условий указанного процесса точения на станках-автоматах с учетом специфических особенностей эксплуатации этих станков, термомеханического взаимовлияния одновременно протекающих процессов резания, а также необходимости обеспечения равенства (или кратности) периодов стойкости используемых инструментов, обязательного выполнения накладываемых технико-технологических ограничений и достижения экстремального значения заданного критерия оптимизации (минимум себестоимости технологической операции или максимум ее производительности).

181

5. Разработанное математическое и программное обеспечение реализовано в действующей САПР ТП "Multitool-lпозволяющей осуществить структурно-параметрическую оптимизацию технологических условий как одноинструментальной, так и многоинструментальной токарной обработки материалов на станках-автоматах и позволяет получить экстремальное значение заданного критерия оптимизации технико-экономического характера (.минимум себестоимости технологической операции и максимум производительность труда при ее выполнении) с учетом обеспечения равенства (или кратности) периодов стойкости используемых режущих инструментов в наладке станка при условии выполнения технико-технологических ограничений, накладываемых на процесс обработки требованиями чертежа (погрешность обработки и характеристики шероховатости поверхностного слоя обработанной детали), прочностными характеристиками инструмента, виброустойчивостью процесса точения, а также эксплуатационными возможностями используемого металлорежущего оборудования.

6. Производственные испытания САПР Ш "Multitool-l" подтвердили эффективность использования самой автоматизированной системы и достоверность ее математического обеспечения.

1. Козлов В.А. Структурно-параметрическая оптимизация процесса точения. Рыбинск: РГАГА, 2000. - 670 с.

2. Шаумян А.Г. Автоматы и автоматические линии. -М.: Машиностроение, 1961. 552 с.

3. Темчин Г.И. Теория и расчет многоинструментальных наладок. -VI.: Знание, 1952.

4. Козлов В.А. Температурно-силовые характеристики процесса резания и их теоретико-экспериментальное определение Учебное пособие / РГАТА. Рыбинск, 1997. - 449 с.

5. Банда Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер. С англ. М.: Радио и Связь., 1988. - 128 с.

6. Колев К.С. Точность обработки и режимы резания. М: Машиностроение, 1968. - 130 с.

7. Якобе Г.Ю., Якоб Э., Кохан Д. Оптимизация резания. Параметризация способов обработки резанием с использованием технологической оптимизации: Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1981. - 279 с.

8. Колев К.С., Горчаков JI.M. Точность обработки и режимы резания. -М: Машиностроение, 1976. -144 с.

9. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки. М.: Машиностроение, 1981,- 243 с.

10. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М. Машиностроение, 1976. - 278 с.

11. Макаров А.Д., Мухин B.C., Шустер Л.Ш. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов. Уфа: УАИ, 1974. - 372 с.

12. Филоненко С.И. Резание материалов. Киев, Техника, 1975. 237 с.

13. Зорев Н.Н., Грановский Г.И., Ларин М.Н и др. Развитие науки о резании металлов. М,: Машиностроение, 1967. - 416 с.

14. Козлов В.А., Смирнова Г.В. Влияние вибраций в технологической системе СПИД на высотные характеристики поверхностного слоя, формируемого при токарной обработке материалов. Рыбинск, 1990. -86 с.

15. Оптимизация технологических условий механической обработки деталей авиационных двигателей/ В.Ф. Безъязычный, Т.Д. Кожина, А.В.Константинов и др.- М.: Из-во МАИ, 1993. 184 с.

16. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1982,- 320 с.

17. Козлов В.А. Аналитическое определение на ЭВМ оптимальных по размерной стойкости инструмента режимов резания при точении материалов: Учебное пособие/ РГАТА. Рыбинск, 1997. - 123 с.

18. Силин С.С., Козлов В.А. Оптимизация процессов резания с учетом обеспечения заданной шероховатости обработанной поверхности// Производительная обработка и технологическая надежность деталей машин: Сб.науч. тр./РАТИ. Ярославль, 1977,- №6. - С. 36-41.

19. Козлов В.А. Аналитическое определение прочностных характеристик режущего инструмента при токарной обработке материалов/ РГАТА. -Рыбинск, 1998. 99 с.

20. Силин С.С. Метод подобия при резании материалов. М.: Машиностроение, 1979,- 152 с.

21. Дзельтен Г.П. Определение напряженного состояния и прочности режущей части инструмента с целью выбора ее рациональных параметров: Автореферат дис. канд.техн.наук. СПБ, 1996. - 14 с.

22. Башкин О.И., Банахов П.С., Воробьев И.В. О длине контакта стружки с передней поверхностью инструмента// Технология и автоматизация машиностроения: Респ.межвед.науч.-техн. Сб./КПИ. Киев. 1975. -Вып. 15. - с. 6-9.

23. Остафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1979.- 168 с.

24. Лоладзе Т.Н. Износ режущего инструмента. М.: Машгиз, 1958,- 354 с.

25. Бетанели А.И. Хрупкая прочность режущей части инструмента/ ГПИ. Тбилиси, 1969,-319 с.

26. Утешев М.Х. Разработка научных основ прочности режущей части инструмента по контактным напряжениям с целью повышения его работоспособности: Автореферат дис. . Докт.техн.наук. Томск. 1966. - 36 с.

27. Безъязычный В.Ф., ЧистяковЮ.П. Расчетное определение технологической погрешности обработки лезвийным инструментом // Расчет режимов резания на основе общих закономерностей процессов резания: Сб.науч.тр./РАТИ. Ярославль, 1982. - с.51-63.

28. Аршинов В.А., Алексеев Г.А. Резание металлов и режущий инструмент. М.: Машиностроение, 1967,- 440 с.

29. Бобров В.Ф. Основы теории резания. М.: Машиностроение, 1975.344 с.

30. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М.: Высшая школа, 1985.- 304 с.

31. Вульф A.M. Резание металлов. Л.: Машиностроение, 1973.- 496 с.

32. Ящерицын П.И., Еременко М.Л., Фельдштейн Е.Э. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах: Учебник для вузов. Мн.: Вышейшая школа, 1990,- 512 с.

33. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956. - 368 с.

34. Великанов К.М., Новожилов В.И. Экономические режимы резания металлов. Л.: Машиностроение, 1972,- 119 с.

35. Горанский Г.К., Владимиров Е.В., Ламбин Л.Н. Автоматизация технического нормирования на металлорежущих станках с помощью ЭВМ. М.: Машиностроение, 1970,- 222 с.

36. Игумнов Б.Н. Расчет оптимальных режимов обработки для станков и автоматических линий. М.: Машиностроение, 1974,- 200 с.

37. Автоматизированное проектирование оптимальных наладок металлорежущих станков/ A.M. Гильман, Г.В. Гостев, Б.Ю. Егоров и др. М.: Машиностроение, 1984,- 168 с.

38. Оптимизация режимов резания на металлорежущих станках/ A.M. Гильман, J1.A. Брахман, Д.И. Батищев и др. М.: Машиностроение, 1972,- 188 с.

39. Макаров А.Д. Износ и стойкости инструментов. М. Машиностроение, 1966. 264 с.

40. Козлов В.А. Аналитическое определение критического износа режущих инструментов/ РГАТА. Рыбинск, 1998. - 40 с.

41. Трусов В.В., Козлов В.А. Взаимосвязь между значениями износа режущего инструмента по задней поверхности в радиальном направлении/ РАТИ. Рыбинск, 1986. - 32 с.

42. Козлов В.А., Белецкий Д.В. Прогнозирование стойкости инструмента и технико-экономической эффективности процесса токарной обработки материалов на стадии технологический подготовки производства/ РГАТА. Рыбинск, 1998. - 109 с.

43. Непомилуев В.В. Обобщенная зависимость для расчета интенсивности износа режущего инструмента при точении //Оптимизация операций механической обработки: Сб.науч.тр. / ЯПИ. Ярославль, 1990. - с.59-62.

44. Горанский Г.К., Бендерова Э.И. Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. М: Машиностроение, 1981. - 455 с.

45. Горанский Г.К. Автоматизированные системы технологической подготовки производства: структура, функционирование и перспективы развития в СССР и за рубежом: Обзорная информация/. -Минск: БелНИИНТМ, 1989. 56 с.

46. Горанский Г.К. Методика выбора металлорежущих станков, инструментов и режимов резания в автоматизированных системах технологического проектирования: Учебник для вузов/. М: Машиностроение, 1988. - 352 с.

47. Силин С.С. Установление критериальных зависимостей при резании металлов на основе изучения тепловых явлений// Тепловые явления и обрабатываемость резанием авиационных материалов: Сб. науч. тр./ МАТИ. М.: Машиностроение, 1966,- с 102-138.

48. Силин С.С. Расчет оптимальнх режимов на основе изучения процессов резания методами теории подобия// Технология машиностроения: Сб. науч. тр./ЯПИ. Ярославль, 1968.- с 43-64.

49. Силин С.С. Теория подобия в приложении к технологии машиностроения: Учебное пособие/ ЯПИ. Ярославль, 1989,- 108 с.

50. Силин С.С., Козлов В.А. Аналитическое определение теплофизических и физико-механических характеристик процесса лезвийной обработки материалов// Вестник машиностроения. 1993,-№5-6. - С. 32-43.

51. Кононов Ю.Е., Шапошников A.M., Солцев Б.А., Камкин А.А. Оптимизация технологических процессов важнейший фактор повышения производительности труда. Тез. докл. конф. Рыбинск, 1977, с 21-22.

52. Макаров В.Н., Камкин А.А., Шапошников А.М. Производительная обработка и технологическая надежность машин. Межвуз. сб. науч. тр./ ЯПИ, РАТИ. Ярославль, 1979, с 77-79.

53. Панкин А.В. Основные вопросы наивыгоднейшего резания металлов. -М.: Машиностроение, 1948. 259 с.

54. Крылов В.И. Приближенное вычисление интегралов. -М: Наука, 1967

55. Бахвалова Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. -М.: Наука, 1987