автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности гибких технологических систем путем комплексного управления размерными связями

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

р|^дковс!^| государственный технологический университет ' " С Т А Н К И И "

На правах рукописи УДК 621.9.06-114-529 043.3

ТИМИРЯЗЕВ ВЛАДИМИР АНАТОЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИБКИХ ТЕЛЕОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПУТЕМ КОМПЛЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ РАЗМЕРНЫМИ связям

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Московском государственном технологическом университете "Станкин".

Официальные оппоненты: доктор технических наук.профессор

Кузнецов А Л.

доктор технических наук,профессор Афонин ВЛ.

доктор технических наук,профессор Кузьмин В.В.

Ведущая организация: акционерное общество ЗНИМС

Защита состоится " & ^ 1994 г. в /О часов на заседании специализированного совета Д.063.42.02 при Московском государственном технологическом университете "Станкин" по адресу: 101472, 1Ш, Москва, К-55, Вадковский пер., д. 3-а. Телефон для справок 258-39-54

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

университета.

Автореферат разослан О3 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Д.063.42.02 ///

к.т.н.,доцент ГТОЛ^ 1 Г .Д .Волкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Создание эффективной рыночной экономики, обеспечивающей быстрое, гармоничное развитие всех отраслей хозяйственной деятельности страны должно основываться на ускорении научно-технического прогресса, на создании и освоении новых технологий и высокопроизводительной техники.

В решении этих важнейших задач развития общества важное значение имеет уровень развития машиностроительного производства. Потребности рыночной экономики обусловливают необходимость непрерывного обновления выпускаемой продукции при систематитичес-ком расширении вида выпускаемых изделий. Всё это означает необходимость создания гибких технологических производств, способных быстро реагировать на запросы рынка товаров и услуг.

В деле автоматизации мелкосерийного и серийного производства, объём выпуска продукции которого составляет порядка 75£, решавшее значение имеет эффективное применение станочного оборудования с числовым программный управлением, гибких технологических модулей и гибких производственных систем, обеспечивапцих возможность повышения производительности от трех до шести и более раз.

Создание и эффективное использование гибких технологических сиотем предусматривает решение комплекса сложных научно-технических проблем. Предстоит осуществить автоматизацию производства на основе широкого применения компьютерной технологии, обеспечивающей эффективное решение технологических задач управления точностью и производительностью как на этапах проектирования, так и в процессе изготовления изделий.

На решение этих проблем направлены научно-исследовательские работы, проводимые в технологическом университете "Станквн" в рамках кафедральных, общеинститутскдх и государственных программ.

Данная работа является актуальной, она выполнялась в рамках

программы важнейших научно-исследовательских работ,определяемы: координационным планом ГКНТ СССР, по решению научно-техническ проблемы 0.16.05 и предусмотренных в ней заданий Мосстанкину.

Целью работы - является раскрытие структуры пространствен' ных размерных связей технологических систем в гибком автоматиз] рованном производстве и разработка технологических основ комши ного управления размерными связями на этапах достижения точное

Методика исследования. Достижение поставленной цели стало возможным на основе теоретических и экспериментальных исследов. ни!. Теоретические исследования заключаются в развитии теории баз и теории размерных цепей. Разработанные методы идентификац и моделирования баз позволили дать единое математическое описа ние различных схем базирования, выявить структуру размерных связей,формируемых на этапах установки и оценить отклонения.во пикающие на поверхностях деталей.

Описание геометрической точности деталей обобщенными ко ординатами и выявление функциональной связи между нормируемыми геометрическими отклонениями на различных базирующих поверхнос тях позволило разработать общие методы расчета пространственны размерных связей, основанные на дифференцированном приведении отклонений составляющих звеньев к замыкающему звену. Эти метод позволяют решать задачи пространственного размерного анализа технологических систем на разных уровнях, с охватом различного состава факторов,формируемых на этапах достижения точности. Эк опериментальная часть работы включает практическую реализацш разработанных методов управления размерными связями многоцелев] станков и'подтверждение полученных теоретических положений.

Научная новизна. Решена научная проблема - раскрытие строения пространственных размерных связей технологических систем в гибком автоматизированном производстве .выявление закономерностей их формирования, устанавливающих взаимосвязь пространственных отклонений звеньев и механизм их влияния на образование отклонений замыкающего звена, а также путей комплексного управления точностью на этапах установки,статической и динамической настройки . гибких технологических систем, имевдих важное народнохозяйственное значение для повышения производительности и автоматизации производства. Решение этой проблемы содержит:

- выявление закономерностей структуры размерных связей гибких технологических систем,раскрывающих взаимосвязь пространственных отклонений,формируемых на составляющих звеньях и их влияние на точность замыкающего звена при действии факторов геометрической точности оборудования,погрешности установки,размерного износа,тепловых,контактных и упругих деформаций;

- раскрытие механизма формирования размерных связей на этапе установки,методику единого математического описания баз и установление связей между параметрами погрешности установки, координатами опорных точек и отклонениями устанавливаемой детали;

- установление закономерностей формирования позиционных связей технологических систем,раскрытие связей между точностью линейных и угловых параметров статической настройки,нормами точности на станок и точностью его базовых деталей;

- раскрытие механизма формирования пространстве1шых отклонений составляющих и замыкающих звеньев системы СПИД на этапе динамической настройки на основе выявления закономерностей действующей нагрузки и трансформации взаимосшзалных упругих перемещения присоединяемых и базовых деталей;

- общие метода расчета пространственных размерных связей, основанные на дифференцированном приведении, отклонений,формируемых на различных этапах, с учетом структур! баз, размеров базирующих поверхностей и расположения звеньев,функциональной связи геометрических отклонений и различия их влияния на точность замыкающего звена;

- технологические принципы комплексного управления на многоцелевых станках,предусматривающие выявление состава отклонений и реализацию на основе адаптивного управления гибких технологических циклов,обеспечивающих внесение коррекции по ходу выполнения процесса в задаваемые координаты и режимы обработки,путем модификации кадров управляющей программы с помощью ЭВМ.

Практическая ценность. Результаты исследований вносят вклад в теоретические основы технологии машиностроения - теорию баз и теорию размерных цепей. Разработанные методы расчета и способы управления размерными связями гибких технологических систем, а также алгоритмы для расчетов на ЭВМ, значительно расширяют эффективность принимаемых решений в процессе проектирования ШС, при разработке и реализации технологических процессов и методов управления. Комплексные методы расчета пространственных размерных связей, основанные на дифференцированном приведении отклонений, позволяют учитывать совокупное влияние ряда факторов на этапах достижения точности. Принципы идентификации и моделирования баз используются для расчета и управления точностью установки деталей,спутников и инструмента.

Метода расчета и аттестации геометрической точности многоцелевых станков обеспечивают переход от требований точности статической настройк' к нормам точности станка и параметрами точности его базовых деталей.

Это позволяет управлять позиционными связями технологических систем и компенсировать влияние отклонений геометрической точности оборудования, погрешности установки и статической настройки на точность обработки. Разработанные способы построения гибких технологических циклов,предусматривающие оценку параметров точности детали и адаптивное управление в процессе резания, обеспечивают управление точностью обработки и режимами резания путем параметрической и структурной модификации кадров управляющей программы и контроль за состоянием режущего инструмента.

Реализация работы. Результаты исследований используются в виде программ, алгоритмов,методов расчета и способов управления при проектировании и использовании оборудования ГПС,при разработке технологических процессов и систем управления в НПО ЭНИНС, НПО Оргстанкинпром на станкозаводах и проектных организациях -завод им.С.Орджоникидзе, завод Калибр, Рязанский станкозавод, ОКБ МСиИП и др. На машиностроительных заводах внедрены руководящие материалы по разработке и использованию систем управления на станках. Использование системы адаптивного управления на одном многоцелевом станке обеспечивает экономический эффект 12 тыс.руб. в год. Примером практической реализации результатов исследования является создание в Мосстанкине совместно с НПО Оргстанкинпром ГПС, управляемой от ЭВМ, для обработки корпусных деталей с использованием модернизированных многоцелевых станков Одесского станкозавода,спутников и гибкой транспортной системы, изготовленных на Московском станкозаводе МСЗ и Дмитровском станкозаводе.

Апробация работы . Результаты работы докладывались: на Всесоюзных научно-технических конференциях - "Автоматизация обеспечения качества продукции в машиностроении и приборостроении". Се-

вастополь, 1976г.', "Оптимизация технологических процессов механосборочного производства",Москва,1977 г.; "Современные пути повышения производительности и точности металлообрабатывающего оборудования и автоматизации технологических процессов в машиностроении", Москва,1980 г) "Материалы,конструкции и инструмент", Харьков,1984 г.; на международном симпозиуме "Динамика конструкций" Жешув 1969г., ПНР, на международных научно-технических конференциях - Ворошиловград 1980 , Карл-Маркс-Штадт 1984 ,ГДР, на республиканских научно-технических конференциях и совещаниях - "Исследование автоматизированных устройств станков и процессов машиностроения", Ташкент,1968 , "Научно-технический прогресс в машиностроении", Барнаул^1971 , "Повышение производительности металлорежущих станков и точности обработки путем применения адаптивных систем", Ленинград 1973 , "Механизация и автоматизация заготовительных и механосборочных процессов производства в машиностроении", Алма-Ата, 1975 , "Оптимизация управления прогрессивными технологическими процессами обработки деталей и сборки приборов^ Севастополь,1977 , "Развитие адаптивного управления про-.цессами изготовления изделий в машиностроении", МЦНТП им.Ф.Э. Дзержинского, 197Э , "Автоматизация и алгоритмизация технологических процессов", Киев/1979 , "Управление размерными связями технологических систем",ВДНТП им.Ф.Э.Дзержинского, 1980 , "Методы' повышения производительности и качества обработки на оборудовании автоматизированных производств", Андропов,1985 .

Диссертация обсуждена и одобрена на заседании кафедры технологии машиностроения и на НТС Московского станкоинструментально-го института, 3

Публикации . Основное содержание работы изложено в двух монографиях. По материалам диссертации опубликовано 40 печатных

работ и получено 5 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8-1 глав, общих выводов, списка литературы из 130 наименований и приложений. Работа содержит 286 страниц машинописного текста, 48 иллюстраций, 8 таблиц, 16 страниц, приложения, общий объем работы составляет 358 страниц.

содержание работы

I. ПРОБЛЕМА ШШЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТОЧНОСТЬЮ

технологического оборудования гибких производственных .

СИСТЕМ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Увеличение номенклатуры выпускаешх изделий, уменьшение сроков их морального старения, обусловленное потребностью создания новых^олее эффективных образцов машин, привело к необходимости создания гибких производственных систем, обеспечивающих автоматизированное изготовление деталей небольшими сериями.

Такие системы фактически работают в режиме автоматической перенастройки, при этом необходимо автоматизировать не только формообразующие и вспомогательные движения, а также операции контроля и управления качеством изделий, ходом процесса, состоянием инструмента и оборудования.

В соответствии с этим особую актуальность приобретают работы по автоматической размерной перенастройке станков. Одним из первых исследований в этом направлении являются работы Ю.М.Соломенце-ва, в которых определены задачи размерной настройки, даяа методика расчета настроечных размеров и показаны способы практической реализации. Исследованию этих вопросов посвящены также работы, выполненные под руководством Б.С.Бал&шгана ж Д.В.Чарнко, в которых показано применение принципов адаптивного управления для решения задач размерной настройки станков.

Вопросы точности механической обработки занимают центральное

- е -

место в технологии машиностроения, они освещаются в работах Б.С.Балакшина, Н.А.Бородачева, Н.В.Вот«нова, А;Н.Гаврмова, А.И.Каширина, И.М.Колесова, В.А.Кудвнова, В.А.Кована, В.С.Корсакова, А.П.Соколовского, Ю.М.Соломенцева, А.Б.Яхина в других.

Основные положения теорм баз и размерных цепей разработаны в трудах Б.С.Балакшина, который рассматривал комплекты баз как определенные координатные системы и отмечал, что "каждая деталь должна иметь свои системы координат". Эти положения используются в ряде исследований, в том числе: А.А.Гусевым доя раскрытия системы связей при автоматической сборке; В.Г.Митрофанова при структурной оптимизации технологических процессов; И.И.Колесовым при нахождении точек контакта и оценки отклонений дегахк с учетом рельефа на сопрягаемых плоских поверхностях; БЛЛ&зровш для получения геометрической модели, определяющей радиус-вектор при точении.

Достижение требуемой точности деталей при изготовлении их в ГШ определяет сложная система ^пространственных размерных связей, фориируемых на различных этапах выполнения процесса при прохождении детали и инструмента по различным позициям технологического оборудования. При этом формирование размерных связей и отклонений происходит еще до поступления детали на рабочую позицию станка, размерная настройка-которого означает достижение требуемой точности относительного положения координатных систем детали, инструмента, спутника и приспособления в системе координат станка. Изменение положения этих систем представляет результат совместного влияния отклонений, формируемых на этапах установки, статической и динамической настройки. Если на обычных станках и на стайках с ЧПУ, обслуживаемых оператором, функции управления и контроля га ходом процесса выполняет рабочий, то на многоцелевых

станках в ШС при реализации безлюдной технологии, эти задачи • должны решаться с помощью систем управления. Решение этих задач включает управление точностью установки, коррекцию статической настройки, управление режимами на различных переходах, оценку Л параметров точности детали и состояния режущего инструмента ни станке. Это означает комплексное управление размерными связями гибких технологических систем на этапах достижения точности. Эффективное решение этой проблемы определяют два аспекта - -управление точностью на этапе проектирования оборудования и процесса, а также управление непосредственно на станке при выполнении технологического процесса.

Комплексное управление размерными связями гибких технологических систем требует решения состава новых задач. Анализ работ и состояния проблемы показал, что полное и эффективное ее решение существующими методами не представляется возможным. Необходимо взыскание новых методов и путей решения проблемы, что возможно па основе дальнейшего развития теории баз и размерных цепей. Традиционные метода расчета плоских размерных цепей, основанные на использовании допуска как интегрального параметра,не позволяют дифференцированно учитывать влияние нормируемых геометрических отклонений составляющих звеньев на точность замыкающего звена. Отсутствие аналитического описания баз не позволяет решать задачи их математического моделирования, связанные с выявлением размерных связей, формируемых в процессе установки и позиционирования. Отклонения на составляющих звеньях обусловлены различными факторами, связанными с установкой, точностью оборудования, тепловыми я упругими деформациями, однако все они проявляются на замыкающем звене как размерные отклонения. Установление закономёр-

■остей формирования этих отклонений определяет путя управления процессом.

Целью данных исследований является раскрыта е структуры пространственных размерных связей технологически систем в гибком автоматизированном производстве и разработка технологических основ комплексного управления размерными связями на этапах достижения точности.

Необходимость изыскания эффективных проектных решений, получаемых на основе расчета размерных связей при проектировании технологического оборудования ГПС, при разработке технологического процесса и методов его управления, обеспечивающих достижение требуемой .точности, потребова®:

1. Выявить общие закономерности формирования размерных связей гибких технологических систем на различных этапах достижения точности1, взаимосвязь пространственных отклонений составляющих звеньев и их влияние на отклонения замыкающего звена.

2. Раскрыть механизм формирования пространственных размерных связей на этапе установки деталей, спутников и инструмента, разработать методы аналитического описания баз, обеспечивающие возможность их математического моделирования, и определить пути управления точностью на этапе установки.

3. Выявить механику формирования позиционных отклонений на этапе статической настройки в результате действия факторов геометрической точности оборудования, тепловых деформаций, размерного износа инструмента и пути управления пространственными позиционными связями многоцелевых станков.

4. Установить связь мезду требованиями точности статичеокой настройки, нормами точности станка и параметрами точности базовых деталей я узлов, разработать методику расчета геометрической

- II -

точности многоцелевых станков.

5. Раскрыть сущность формирования пространственных отклонений, обусловленных упругими перемещениями под действием силовых факторов; определить пути управления на этапе динамической настройки многоцелевых станков.

В. Разработать общие методы расчета пространственных размерных связей технологических систем и машин, обеспечивающие возможность комплексного учета отклонений, обусловленных действием рода факторов на этапах достижения точности.

2. исследование структуры пространственных размерных связбЯ технолошчвских систем. размерные связи деталей, функциональная и количественная связь отклонений геометрической точности

Построение координатных систем на базирующих и исполнительных поверхностях деталей позволяет оценить точность положения вспомогательных баз относительно основных баз вектором ;

, (I)

элементы которого - параметры смещения й/ £Г Г и относительного поворота Д) А Т являются обобщенными координатами. Допускаемые предельные отклонения параметров вектора к , также записываются соответствующими матрицами ;

- Я Л^ а"у ); = (А\ А\

разность между которыми определяет матрицу допусков:

Кк - { Щ Ь Щ) .

Описание геометрической точности деталей технологических систем и машин обобщенными координатами позволяет выявить схему фор-

•верования пространственных размерных связей деталей, обосновать правильность простановки и взаимосвязь линейна и угловых координирующих размеров, определить отклонения расстояния в требуемой точке базирующих поверхностей. Предельные угловые отклонения

Дну одной базирующей поверхности хоу относительно другой 107 имеют место при условия:

из которого следует связь нормируемых угловых отклонений г

(4)\ *

В работе показано, что допуск на размер является интегральным параметром, ограничивающим три вида геометрических отклонений, каждое из которых по-разному влияет на точность размера замыкающего звена.

Если предельные отклонения размеров в направлении трех координатных осей записать в виде матриц:

а6, ¿ч , ^ ^

и аналогично представить отклонения параметров смещения :

■ геометрической формы : /7®= у Ь^)у

то связь нормируемых геометрических отклонений для размеров^ограниченных плоскими поверхностями можно представить матричными выражениями:

« А1с * 1Г*Я + И* ; л1 = ^ + « * Г (2)

где Я ¿Г ^ - матрица, определяющая координаты краевых

точек; (У* Ц-и

ав =

- 13 -- матрицы преобразования

О -дг

АГ 0 Ал ! О

Vм

=

О -ДВ1ГДЛ

дУ О

ДА , О

Подобные зависимости получены и для размеров, определяющих точность межцентровых расстояний, точность положения оси отверстия относительно базовой поверхности. Получены также формулы, устанавливающие связь между вероятностными характеристиками рассматриваемых отклонений.

Построение систем на базирующих поверхностях деталей, описываемых обобщенными координатами, позволяет рассматривать пространственные размерные связи технологических систем, как связи ориентированных координатных систем, определяемые структурой баз, последовательностью базирования и относительным расположением базовых и присоединяемых деталей. Раскрытие структуры размерных связей н описание ее матрицами позволяет выявить закономерности формирования размерных связей, состав и взаимосвязь звеньев, определяющих положение каждого узла в системе координат станка и их влияние на точность замыкающего звена. Для многоцелевого станка (рис.1) матричное выражение, определяющее положение каждого узла Д; = £ /т, X', А'у Т:) ) имеет вид: в сокращенной форме записи :

Д = Н-К р

где К - матрица составляющих звеньев системы СПИД;

• Ц - операторная матрица, аяеыенты которой |И-1^ определяют влияние составляющих звеньев на положение определенного узла;

Рис. I Последовательность базирования и относительное положение деталей и узлов в главной система координат многоцелевого станка.

Д2

Лг

а*

Яг-

я*

йг

Да

К,

К*

К3

ки

Кг

К

кг

К*

Кз

(4)

- 15 -

или в развернутой форме : Мм

Н„ Ни н„ ни ч.з Ни N¡,2 Ны Им Ня Ня Н*ч Н6, О ООО Н„ 0 0 0 0 Нп Нгг НВ1 О ООО н3у Н,7 Иы

нп ик\ а о \о \н»

Положение одного из звеньев [ относительно координатной системы другого звена ] определяется как разность:

Лц = Л; -Д/.

Вектор статической настройки ^ > опре-

деляющий полояение исполнительных поверхностей режущего инструмента относительно исполнительных поверхностей спутника, определяется как разность = Де ~Л.5 . Получаемые в результате обработки размеры и относительные повороты поверхностей детали, характеризует вектор кл = /Да Гй/ АД/Да, . определяющий положение обработанной поверхности относительно технологических баз детали.

3.ОСНОВЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ БАЗ. ОДШМИКАЩЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ БАЗ

Раскрытие сущности формирования размерных связей на этапе установки детали, спутника и режущего инструмента основывается на разработанных принципах идентификации и моделирования баз. Погрешность установки определяется как вектор ;

6>у=ка,ч"0^*^ , (ь)

составляющие которого характеризуют смещение , • я поворот ^ , £ , ^ координатной системы технологических баз детали относительно работах поверхностей спутника.

Шесть теоретических опорных точек символизируют налагаемые на деталь связи и при соприкосновении реальных базирующих поверхностей они проявляются в виде точек контакта. Координаты точек можно разделить на две группы: нормальные ( Д-х; &У; А ), определяющие отклонения опорных точек в перпендикулярном к базирующим поверхностям направлении, и плановые ( аг,-, У; ), определяющие расположение проекций опорных точек на базирующих поверхностях.

Если нормальные координаты сгпуштировать по базам, расположить их в последовательности уменьшения отбираемых степеней свободы,, то получим матрицу Т нормальных координат, информативность которой позволяет: однозначно описать различные схемы базирования деталей; выявить структуру баз, виды базирующих поверхностей и характер налагаемых связей; определить расположение баз и соответствующих опорных точек на координатных плоскостях; оценить отклонения нормальных координат в соответствии с геометрической точностью базирующих поверхностей. Базирование спутника 5 на многоцелевом станке (см.рис.1) по трем плоскостям описывается матрицей;

т = (! лу„ д у,, д уЛ л а^ л ) (6)

-т—--«4-- -7-->

где нормальные координаты: установочной, направляющей;опорной базы.

На рис.2 показаны связи координатных систем деталей х узлов фрезерного станка с ЧПУ я дано описание структуры баз станка ориентированным графом. Узлы графа определяют схемы базирования деталей н последовательность их расположения относительно

X У,

Рис.2. Комплекты основных и вспомогательных баз г схема налагаемых связей деталей и узлов фрезерно-расточного станка с ЧПУ.

■о I

статны станка. Ребра графа, ориентированные на вход характеризуют комплект основных баз детали и связи,налагаемые со стороны базовых деталей; ребра^ ориентированные на выход^характеризуют вспомогательные багы ж формируемые на них связи. Расположение на нходе нескольких ребер означает наличие составного комплекта баз, образуемого несколькими деталями.

I

Раскрытие механизма формирования размерных связей на атасе установки позволило получить общую формулу для расчета составляющих вектора и)у при различных схемах базирования деталей :

, (7)

где а - матрица налагаемых связей Цф,'*])^ , И = 6 Для базирования спутника по схеме (6) выражение (7) в развернуто! форме имеет вид:

(8)

а, 0! 0 0 % О ДУ,

% Ы Чи 0 0 \о ДУ,

А 0 0 0 0 ДУ.,

А, % % & 0 о; о Да;

Зу 0 0 0 % <у0

% Чи я» 0 0 ¡0 4**

алементы

^ в у/ являются функциями плановых координат, опорных точек. Линейная комбинация каждой строки матрицы (X с элементами матрицы Т отражает функциональную связь между параметрами погрешности установки ж координатами опорных

точек. В работе установлены также связи для различных схем базирования и для выражения (8) можно записать;

п -

Та/ ~ £ -

% =

х* - а¡з

%Г

2,ог3 - .

сг, -от,

9 -

'29

V

с

С

/

а =

ъ, с

ы

а =..

% ** " ™ *к - X* '

а»

Ч = —

Я, -

Я«--**'

Г =

4 -2, Ж,

от.

9н«4 ;

Составляющими вектора являются величины случайные. Они изменяются в диапазоне от нижнего Р^ Л у Д° верхнего Л?.в = /Рв Ъ* Лв 2ГЛ) предельных значений. Наиболее вероятными значениями являются их математические ожидания ; = . В результате исследований установлены вероятностные характеристики составляющих погрешности установки - математические ожидания, средние квадратические отклонения , . . <з(Ть) и и связь с параметрами геометрической точности различных базирующих поверхностей. Математическое ожидание параметров смещения для направляющей базы при базировании по схеме (6) определяется ;

г

=

АХ?) ¿(ах,) ¿(АХ;) }

где Ая^- Функция двух независимых случайных переменных.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АШИТИЧВСКОЙ ТВОИМ БАЗ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТОЧНОСТЬЮ ГИБКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

В результате исследований установлена функциональная и коли-

явственная связь между пространственными отклонениями,формируемыми на различных поверхностях устанавливаемых деталей, спутников, инструмента^ и составляющими погрешности установки. Оценить влияние погрешности установки на формирование отклонений положения определенной поверхности, оси или точки возможно путем расчета приведенной погрешности установки 1йНА ¿г^А^АД^У^ . При атом учитывается положение рассматряваемой поверхности относительно основных баз детали, определяемое вектором к .

Мьь = + Пу к , где - блочная матрица преобразования :

О)

Т» I

о

--го I X

"ЗГ,

о з, о -V

'у

-А

К\ о

Полученные расчетные методы позволяют аналитически оценить фактические и предельные значения 1им > приведенной погре-

шности установки и определить вероятностные характеристики формируемых отклонений в рабочей зоне:

и)*6 = и)? + П?к ; Ч" +

где

П 8 • Л14 ~ матрицы преобразования ;

диагональные блоки которых компонуются аз угловых элементов предельной погрешности установки ;

и |т;

Тв=

о

Й о

а =

-д

л?

о $ V о

-4 о

В работе определены предельные отклонения по трем координатам: ДвХ, ЛВуа ; АВ3, АЧ А\

возникающие в пределах рабочего объема при наличии погрешности установки спутника. Использование гибкой технологической оснастки позволяет реализовать различные схемы базирования при установке корпусных деталей на единых спутниках. В работе получены зависимости , устанавливающие связь между отклонениями размеров установки, получаемых от различных баз,и составляющими вектора ^ . Так при базировании детали в координатный угол Т= (л Л ч3/ ДУ* Ду^Лэ^ отклонения размеров установки в направлении установочной базы Д . напраъляюцей Д ь'у^ и опорной д ¿/^ составляют:

& = -

д Щ = В(Г} + -

д = - ,

где о? У' % - координаты краевых точек, определяющие габаритные размеры рассматриваемых поверхностей.

Отклонения положения поверхностей устанавливаемой детали в рабочей зоне зависят от точности изготовления спутника

Д ке„ и применяемой оснастки А , от точности установки детали на спутник и точности установки спутника на станке (дЫи1 ".

чд - г^дк; , (Ю)

где уу. - операторы приведения отклонений ;

% =

о

о -е,.

i Еь; -Ъ; 0

(И)

; I i ъ-ъ 0 | i £>;

ex;, fs,-, egt / , Ea-, Ef; ~ линейные

в которых :

и угловые параметры, определяющие положение рассматриваемых поверхностей относительно соответствующих баз спутника, приспособления детали.

Разработанные методы расчета дают возможность аналитически определить совокупное влияние геометрической точности спутников и применяемой технологической оснастки, а также влияние точности установки детали и спутника на формирование пространственных отклонений в рабочей зоне отанка. В результате выявляются связи между требованиями -точности технологических задач, решаемых на этапе установки, параметрами конструкции и геометрической точности применяемых спутников и1ржспосоолений . При атом становится возможным аналитическое решение конструкторских и технологических еадач, анализа ж синтеза баз, важность которых обусловлена •требованиями широкого применения схотен автоматизированного про-актирования.

5. ФОРМИРОВАНИЕ РАЗМЕННЫХ СВЯЗЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

СИСТЕМ НА ЭТАПЕ СТАТИЧВСКОЙ НАСТРОЙКИ

Возникновение отклонений на етаяе статической настройки многоцелевых станков происходит под действием различных по физической природе факторов - геометрической точности оборудования, тепловых деформаций, размерного износа инструмента, точности позицио-

нирования,правильности задания программы и других. Однако все они проявляются на замыкающем звене как размерные отклонения. В результате параметры вектора Лк£ -/¿М/, ЛБг> АГс^ ЛД, определяются как разность отклонений,приведенных к замыкающему звену со стороны группы звеньев I = . . , определяющих положение детали А к*а) и группы звеньев /-/V > • Р) « определяющих положение режущего инструмента А ;

АV

(12)

При этом результирующие отклонения 4 к^ получают путем сум-

мирования приведенных отклонений от составляющих звеньев ;

V; - соответствующая матрица преобразования :

(13)

где

V; =

0-1 I о

--1- -

О | С:

(/. =

0 тД>; "А/3; А>; О

(14)

Е; - матрица коэффициентов приведения £\ - (еж; элементы которой определяют положение рассматриваемой поверхности на замыкающем звене относительно вспомогательных баз одного из звеньев.

В гибком автоматизированном производстве при непрерывной эксплуатации многоцелевых станков в течение 2-Зх смен существенное влияние оказывают тепловые деформации и размерный износ режущего инструмента. Исследования,проведенные на станках ИР 500 показывают, что отклонения Акс теш систематический характер, зависят от времени АЙе и достигают 0,03-0,7 мм. Тепловые деформации звеньев оцениваются как отклонение системы вспомо-

'ательных баз относительно основных баз детали -(цу. В^ с1; ^т^г,- ^ )

' ' / / /

1ри этом совокупное влияние составляющих звеньев можно рассчитать аналогично (13) или используя оператор (II) по формуле ;

(15)

где ' j - номер рассматриваемого конечного звена.

В работе выявлена связь между точностью установочных и формообразующих движений, обеспечивающих создание производящих линий на различных технологических переходах и соответствующими парамет- . рами вектора 1се Показано,что в соответствии с выполняемыми переходами имеют место различные размерные связи,определяющие формирование параметров вектора ке , при этом происходит переход от системы координат одних направляющих к другим.

Перемещение узлов станка (см.рисЛ) по управляемым координатам X] У Ъ V означает формирование пространственных позиционных отклонений,определяемых текущим вектором ^{¡¿^с^' параметры которого меняются о изменением соответствующей координаты: каретка 2 по 2 : стол 3 по X : шпиндельная бабка 5 по У:

- Л (*); /х (х); ^ = А

Позиционные отклонения, формируемые на столе станка ■ и на шпинделе Ц(и) » определяются согласно выражению ;

им

о

о

и)„%)

(16)

где ^ч - операторы приведения позиционных отклонений.

— би —

Отклонения вектора статической настройки Лкер ¿ГепАА^

обусловленные позиционными отклонениями стола и шпинделя составляют ;

Аксп = Цм - х^) .

Т.о./ при перемещении узла по одной из координат происходят пространственные отклонения и в других направлениях,движения по которым не программируются. Интенсивность изменения отклонений определяют частные производные :

( да - —; ' " • в* /.

Разработанные методы позволят выявить и рассчитать позиционные связи технологических систем и определить их влияние на формирование пространственных отклонений статической настройки Дс (Асхп^еуя, Асы) в различных точках Л//(х;, У; 2-,) рабочей зоны станка (см.рис.З). Т.о.,обеспечивается возможность пространственного управления геометрической точностью многоцелевых станков.

6. УПРАВЛЕНИЕ ТОЧНОСТЬЮ СТАТИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ ШОГОЦЕЯЕВЫХ СТАНКОВ НА БАЗЕ ПРИМЕНЕНИЯ УПРАВЛЯЩИХ ЭВМ Для компенсации погрешностей,формируемых на замыкающем звене в результате позиционных отклонений,разработан и реализован способ пространственного управления точностью статической настройки в пределах всей рабочей зоны станка. Согласно алгоритму управ-

•

ления (см.рис.4),реализуемого с помощью микропроцессора,происходит чтение каждого кадра программы и преобразование заданных значений управляемых координат непосредственно перед подачей их на станок:

Ciena прострааотвеюшх поакционных отклонений в рабочей зоне многоцелевого станка

Л, а, а,

к„ В, в,

о* г»

к* а* 4,

««

&

где

X

У

2 7

Ч>

- функциональные коэффщиенты,учитывающие влияние текущих координат на величину коррекции.

Значения коэффициентов ( а,В,с,с1 ) вводят в ЭВМ до начала обработки. С этой целью могут быть использованы также программные таблицы, ставящие в соответствие текущие значения управляемых координат и вносимые корректирующие поправки.

Если компенсируется только часть позиционных отклонений, обусловленная неточностью изготовления ходовых винтов и погрешностью отработки программы, выражение (Г7) принимает вид ;

д* о 1 X

Ку* — в: < У

к: 0 Сх1 2

Разработанная программа коррекции имеет модульную структуру. Это позволяет,путем введения дополнительных программных блоков,компенсировать одновременно отклонения, порождаемые тепловыми деформациями станка,размерным износом инструмента, а также отклонения, обусловленные погрешностью установки детали, спутника и инструмента. Необходимую информацию в этом случае получают путем измерения фактического положения режущего инструмента,положения детали и спутника на станке. Для компенсации систематических отклонений корректирующую поправку формируют как функцию времени работы станка •

к*х = "х + к*ю; к* + **(?); + -

Для определения фактического положения устанавливаемых деталей и спутников разработана система контроля с использованием из-

^ Начало ^ 1

Ввод технологической программы в Ш

Подать сле-

дующий кадр

программы

нет

выдача

кадра для

отработки 1

на станок

Анализ кадра, выявление значений координат X У.

наличие^ч^дТ

' корректируе-^г

(

формирование модифицированного кадра программы в коде 1$р-увИ

г ^

Ь

запись модифицированного кадра на позицию исходного кадра

Блок корректировки

да 47 Х.улу

вычисление корректирующих

поправок КГх, Кц, Кг. Кч>

вычисление новых значений координат хг чгг»**

Рас. 4 Схе;.-а алгоритма коррекции координат путем модификации состветствус^х кадров управляющей программы.

мерительной головки,обеспечивающей бесконтактную передачу информации по каналу радиосвязи. Процесс измерения выполняется по определенному циклу,предусмотренному в управляющей программе. Оценка точности установки ¿ду осуществляется согласно (7). Коррекция вносится при обработке наиболее ответственных поверхностей детали, к которым предъявляются повышенные требования точности. Для достижения точности положения центра отверстия с координатами ос/ % корректирующие поправки составят ;

Ву Су

А» А

Кх 1 0 | 0 2 -У

кь 4 у-Я 0 , *

«ъ 0 4 1 у о

(18)

Наличие системы автоматического контроля позволяет реализовать гибкие технологические циклы,обеспечивающие управление точностью по результатам измерения до начала обработки,перед чистовыми проходами или в конце программы. Такие циклы строятся на модульном принципе на основе выявления связей геометрических отклонений,формируемых на различных поверхностях детали. Так,например,отклонения расстояния и углов поворота' плоской поверхности относительно установочной базы определяют путем измерения в трех точках;

- У,**) (»,** - (чрс,-У.ъ) (%-Уя) (У, -Ух) (У* -У,)

( (- аг,; (*г -х,)

дг ДА

£ С

Д2-/

дг, ¿г.

,(19)

где Ы, - отклонения размера в точках измерения

гг. ц. --координаты точек измерения, ' 4 У,

£ - определитель

С -

А

- 30 -

Управление позиционными связями позволяет повысить точность измерения,выполняемого на базе системы ЧПУ станка, и в 2-3 раза повысить точность статической настройки. Использование микропроцессоров позволяет осуществить изложенный способ управления в виде программно-реализованной процедуры коррекции, составленной как рабочая программа, размещаемая в памяти ЭВМ.

7. УПРАВЛЕНИЕ РАЗМЕРНЫМИ СВЯЗЯМ ГИБКИХ ТЕХНОЛОШЧЕСКИХ СИСТЕМ В ПРОЦЕССЕ ДИШИЧЕСКОЙ НАСТРОЙКИ На этапе динамической настройки, в процессе резания под действием возникающей нагрузки происходят отклонения относительного положения деталей и узлов систеш СПВД. В результате на замыкающем звене формируются отклонения,определяемые вектором динамической настройки к9 -(й^Г^ Составляющие вектора кв харак-

теризуют смещение и поворот координатной систеш.связанной с исполнительными поверхностями режущего инструмента,относительно координатной систеш технологических баз детади.

К каждому эвену в общем случае приложена собственная нагрузка, которая может быть представлена вектором из трех сил и моментов Р; =( Рц; Их; Нь; Совокупность векторов Р1 образует матрицу собственной нагрузки звеньев систеш ;

Р = Р., . . Р., . . Рп) -

В соответствии со структурой баз на каждое звено дополнительно действует нагрузка р. со стороны присоединяемых деталей и узлов. Т.о.#возникающие в процессе обработки силы резания,силы инерции и трения в совокупности с силами веса и закрепления образуют замкнутый поток нагрузки,имеющий определенную направленность и охватывающий все детали и узлы,участвующие в образовании технологических разг/ерных связей.

- 31 -

В результате упругих деформаций, возникавших под действием приложенной нагрузки происходит изменение положения вспомогательных баз детали относительно ее основных баз, определяемое вектором собственных пространственных перемещений звена (¿. =(ия- иы

1 4 V о

(Ль; Я>ч. ) . Результирующие упругие перемещения каж-/ > / '

дого звена в главной сиотеме координат ¿^ зависят от собственных упругих перемещений звена Ц. и от упругих перемещений его базовых деталей Ь - . , j ;

7 »У 1-]

¿У; = £> + £ Е0,

где Vа. ~ матрица преобразования типа (14) элементами которой являются угловые параметры -А .

Т.о. пространственные отклонения деталей ж узлов систем СПИД проявляются как результат трансформации действупцей в системе СЩД нагрузки и трансформации возникающих упругих перемещений. Они определяются согласно выражения ;

I %х ' • Тт I

I • "

/

(20)

м,

г1 Р*

(21)

или в кояпактной форме;

где £ - матрица податливости системы СПИД, элементы которой определяют упругие перемещения звена под действием единичного вектора собственной нагрузки, приложенной к звену J Два последних вектора и„., ж характеризуют соответствен-

ко упругие перемещения режущего инструмента и обрабатываемой детали, а их разность определяет вектор на замыкающем звене:

ко, = -ии.

Разработанные методы позволяют на стадии проектирования и управления выявить структуру формирования отклонений на замыкающем и составляющих звеньях, установить их взаимосвязь и количественно оценить влгяние отклонений каждого звена на параметры вектора к3 . Зная значения составляющих вектора ка , их математические ожидания и предельные значения возможно рассчитать отклонения размеров динамической настройки Д^ Л А 1>ц) на различных технологических переходах. Для размеров, ограниченных плоскими поверхностями математические ожидания отклонений составляют:

(22)

0 2 -И

— ЫдБэ) + -г о ос

М/л/^ | у -ос 0

а предельные отклонения для размера А^дх. составят:

¿4

1

+

А®

-Ав, %

-4% А

ос У

(23)

где ос, ^ £ - координаты краевых точек.

Управление процессом на гтапе динамической настройки включает решение комплекса задач, связанных с управлением точностью обработки, с управлением режимами резания, с определением состояния режущего инструмента и момента его замены. Решение этих задач обеспечивается на основе адаптивного управления процессом. Особенностью систем адаптивного управления, создаваемых на мно-

гоцелевых станках, является реализация многопланового гибкого управления на различных технологических переходах при изготовлении разных корпусных деталей. Это осуществляется на базе микропроцессорных систем, при прямом управлении станка от ЭВМ. Разработанная система адаптивного управления для многоцелевого станка мод.6904 МФ2, работающего в составе ГПС, реализована на базе управляющей ЭВМ М-6000 и ЧПУ Размер 2М (см.рнс.5).

Информацию в процессе резания получают путем непрерывного измерения нагрузки привода главного движения и пргшода по-

дач А/у ^й по всем управляемым координатам.

Система автоматически подключается в нужный момент по ходу выполнения процесса и обеспечивает управление режимами ¿1 11 с учетом фактических условий обработки на выполняемых переходах, включая фрезерование, сверление, расточку,■зенкерование, развертывание. Включение системы выполняется по заданной в программе станка директиве, определяющей код уставки и соответствующий алгоритм управления на данном переходе.

При необходимости система обеспечивает также программную коррекцию режимов обработки. Процедура коррекции реализована в виде специальной программы, размещаемой в памяти ЭВМ. В кадрах программы, выдаваемых на станок, отыскиваются режимы обработка /7; з <1: и производится запрос о необходимости их коррекции. Для изменения скорости или подачи в меньшую или большую сторону, вводят коэффициенты, на основе которых вычисляют их новые значения.

Управление режимами резания обеспечивает стабилизацию нагрузки и уменьшение отклонений размера динамической настройки в 1,5-3 раза. В результате обеспечивается стабильное получение требуемых параметров точности детали и повышение производительности за счет уменьшения машинного времени в среднем на 25-40?.

Технологические переходы

фрезерование ¿М фрезерование ¿(у) растачивание сверление зенкерование М*)

привод подачи

Ч»

Нг

Ых

Ыг

привод

шпинделя пк>1

Ыш

N1

Ыш

Ыш

Ыш

Принципиальная блок-схема измерения нагрузки в приводе главного движния и подачи.

5 ** к

>

2

I

Рис. 5 Принципиальная схема системы адаптивного управления (многоцелевого станка с использованием ЭВМ: I - схема измерения; 2 - блок адаптивного управления; 3 - блок сопряжения

/

станка с ЗБ7>; 4 - схема сравнения; 5 - тиристорный привод.

- 35 -

Оценка состояния режущего инструмента выполняется на основе определения продолжительности его работы на определзгшых режимах я учета приращения нагрузки по мере его затупления- Согласно алгоритму принятия решений ЭШ выдает команду на замену инструмента при наличии его поломки, при выборе периода стойкости и достижении предельной нагрузки или износа, при котором исключается возможность размерной поднастройки.

8. РАСЧЕТЫ ТОЧНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ МЕТОДАМИ ПРОСТРАНСТШШОГО

РАЗМЕРНОГО АНАЛИЗА

Исследование позиционных связей показывает, что параметры вектора позиционирования Ю^ представляют собой случайные функции от соответствующих управляемых координат X У, у , а их изменения следует рассматривать как совокупность реализаций, которые варьируют относительно средних .-значений:

где . . . /?г[Г»/*)] - математические ожидания;

. . ^(г) - случайные составляющие функции. Нормируемые параметры геометрической точности станков рассматриваются как позиционные отклонения, формируемые на конечных звеньях, определяющих положение обрабатываемой детали и режущего инструмента. Это позволило выявить взаимосвязь параметров геометрической точности многоцелевых станков и установить связь между нормами точности станка и требованиями точности его базовых деталей и системы ЧПУ. В результате представляется возможным по заданным нормам геометрической точности определить предельные отклонения параметров вектора А ке в пределах рабочей зоны станка. Для многоцелевых станков (рис.1) предельные отклонения линей-

ных параметров д^ Д?г); 4 =/4,; составляют:

& = ТУ + # + з^глп] (24)

- (ХеГ- о?Е1а>05* - ыш , (25)

где сд/- матрицы, характеризующие влияние геометрической точности направляющих и базовых деталей, определяющих положение заготовки и инструмента;

У=(х У Я) - вектор перемещения узлов по управляемым координатам;

Е^ - координаты рассматриваемой точки в системах исполнительных поверхностей стола (Еу"*Е^) и шпинделя ;

с^гг] = [¿(¿П/), ¿(¿По), ¿(лПг)] - средние квадратические отклонения случайных составляющих, куда входят отклонения, формируемые при позиционировании по 3-м координатам;

Элементами матриц в являются предельные отклонения от перпендикулярности соответствующих направляющих (индекс один), относительно двух других (индекс два) :

0 -К < О

с 0 -А* г= ! о

-Я'хг 0 — Кх о

Элементами матриц являются нормируемые отклонения

относительного поворота поверхностей базовых деталей, определяющих положение спутника с заготовкой I»-4 . • с1 и режущего инструмента 1 = р .

o хй'д

et — ¡'"j

0' -IAA,-

"Z4; О

о -Г4, |Ад.

о -ГА-i-/ "'

Ы; о

Задача расчета геометрической точности многоцелевого станка заключается в определении параметров точности его базовых деталей S/T,. . ■ Вкни требований к системе Ч11У ju(h ^ Маг Н^), при которых на всем диапазоне рабочих перемещений (к; У; 2/, обеспечивается необходимая точность параметров статической настройки А ке:

А/сPi У; ъ) ^ .. 7ф(н

В работе рассчитаны пространственные отклонения AcL для многоцелевых станков трех исполнений П, А, С. Правильность назначения допусков и предельпых отклонений на базовые детали станка и требований к системе ЧПУ оценивается согласно (24), (25).

Исследования показывают, что в балансе геометрической точности многоцелевых станков исполнения П, А, С влияние точности одностороннего позиционирования, обеспечиваемое системой ЧПУ, составляет 42$, 28^ и 21%. Это означает, что на формирование пространственных отклонений Аси в большей степени влияет геометрическая точность базовых деталей и узлов станка, причем с увеличением класса точности станка гто влияние возрастает.

Расчет позиционных связей роботизированных систем автоматической ориентации и установки деталей спутников и инструментов заключается в определении точности пространственного положения конечных звеньев роботов и манипуляторов, в определении точности установки деталей и спутников, проходящих по различным позициям

системы. У спутников предусматривают несколько комплектов баз (к, кг , к-) , для базирования на станке и на промежуточных позициях Тл , . . 7; . Переход спутника с одной позиции на другую означает смену баз и формирование отклонений;

которые описываются определенными связями. Разработанные методы расчета позволяют определить комплекс условий, включая выбор баз, их исполнение и требования точности, обеспечивающие надежное прохождение спутника по всем позициям системы.

Разработаны принципиально новые методы расчета пространственных размерных связей технологических систем и машин, в которых формирование отклонений рассматривается в комплексе со структурой баз, а отклонения на замыкающем звене находят путем дифференцированного приведения трех видов нормируемых геометрических отклонений составляющих звеньев с учетом их функциональной и колвчест-. *

венной связи и различного влияния на точность замыкающего звена. Приведение отклонений к рассматриваемому звену осуществляется оператором у/ типа (II).

Разработанные методы расчета являются общими. Они позволяют выполнять расчет размерных связей на различных уровнях, с учетом отклонений, обусловленных геометрической точностью деталей, погрешностью установки, тепловыми, контактными и упругими деформациями. Для определения на замыкающем звене суммарных отклонений обусловленных действием ряда факторов = . используем форглулу: г и К

где Д. - отклонения на увеличивающих звеньях ¿^ин). Л^-1) ;

отклонения на уменьшавших звеньях . п .

Практическая реализация разработанных методов расчета и управления пространственными размерными связями технологических систем показана на примерах действующей ГПС Мосстанкина, созданной совместно с НПО Оргстанкинпром, Экономический аффект от внедрения результатов исследований составляет 138 т.руб. Ожидаемый, гарантированный годовой экономический эффект, определяемый выпуском многоцелевых станков-модулей и созданием ГПС, составляет 402 т.руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Увеличение степени автоматизации и расширение технологических задач, решаемых без непосредственного участия человека в гибком автоматизированном производстве, потребовало комплексной проработки и управления размерными связями гибких технологических систем на различных этапах достижения точности обрабатываемых деталей.

В результате теоретических и экспериментальных исследований найдено решение крупной научной проблемы - раскрытие строения пространственных размерных связей технологических систем в гибком автоматизированном производстве, выявление закономерностей их формирования, устанавливающих взаимосвязь пространственных отклонений звеньев и механизм их влияния на образование отклонений замыкающего звена, а также путей комплексного управления точностью на этапах установки, статической и динамической настройки гибких технологических систем, имеющих важное народнохозяйственное значение для повышения производительности и автоматизации производства. Решение проблемы отало возможным на основе дальнейшего развития теории баз и теории размерных цепей, а также изыскания принципиально новых путей и методов управления ходом технологического процесса.

На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Установленные закономерности структуры размерных связей гибких технологических систем раскрывают взаимосвязь пространственных отклонений составляющих звеньев и механизм их влияния на ■формирование отклонений замыкающего звена, показывают общность проявления пространственных размерных отклонений, формируемых на различных этапах и звеньях под действием различных по физической природе факторов - геометрической точности оборудования, погрешности установки, размерного износа, тепловых, контактных и упругих деформаций.

2. Описание геометрической точности деталей технологических систем и машин-обобщенными координатами на основе построения координатных систем на базирующих и исполнительных поверхностях позволяет выявить и оценить схему формирования пространственных размерных связей деталей, обосновать правильность простановки и взаимосвязь линейных л угловых координирующих размеров. В результате исследований получены зависимости, устанавливающие функциональную и количественную связь нормируемых геометрических отклонений на различных базирующих и исполнительных поверхностях деталей. Показано, что допуск на размер является интегральным параметром, ограничивающим три вида геометрических отклонений, каждое из которых по-разному влияет на точность замыкающего звена.

3. Раскрытие общих закономерностей формирования размерных связей при базировании деталей позволило дать единое математическое описание баз на основе их идентификации и разработать метода математического моделирования, раскрывающие механизм формирования отклонений на этапе автоматической установки, ориентации и закрепления деталей, спутников и инструмента. Методы иден-тифккацки баз обеспечивают однозначное описание различных схем

базировали деталей матрицами, определяя структуру баз, характер налагаемых связей, вида базирующих поверхностей, их геометрическую точность и расположение опорных точек на координатных плоскостях.

4. Пространственные отклонения на поверхностях устанавливаемой детали характеризует приведенная погрешность установки, учитывающая погрешность установки, формируемую на технологических базах, и расположение рассматриваемой поверхности относительно технологических баз. Полученные общие формулы для расчета точности установки деталей, спутников и инструмента основаны на выявлении функциональной связи между составляющими вектора погрешности установки и координатами опорных точек; они позволяют оценить влияние схемы базирования, геометрической точности баз и силового замыкания на формирование отклонений.

Это позволило установить связь между требованиями точности на этапе установки н параметрами конструкции и геометрической точности применяемых спутников и приспособлений, а также реализовать новые способы управления на этапе установки.

5. Выявление структуры баз стажа, представляемой в виде графа, позволяет определить комплекты основных и вспомогательных баз деталей, входящих в размерные цепи, и установить схему налагаемых на них связей. Это позволило рассматривать пространственные размерные связи технологических систем как связи ориентированных координатных систем, определяемые структурой баз, последовательностью. базирования, относительным расположением присоединяемых и базовых деталей. Раскрытие строения размерных связей

и описание их матрицами позволяет выявить закономерности формирования отклонений, состав и взаимосвязь звеньев, определяющих положение каждого узла, и их влияние на точность замыкающего

звена.

6. Исследование точности статической настройки многоцелевого станка позволило установить связь между составляицими вектора статической настройки г параметрами положения производящих линий, создаваемых соответствующими установочными и формообразующими движениями® различных технологических переходах. х

Получены уравнения, определяющие отклонения линейных и угловых параметров статической настройки. В зависимости от состава установочных и формообразующие движений на технологических переходах, имеет место различный состав формируемых отклонений, при атом отклонения линейных параметров зависят как от линейных, так от угловых отклонений составляющих звеньев.

7. Влияние геометрической точности оборудования на формирова ние пространственных отклонений в рабочей зоне станка возможно оценить путем расчета позиционных связей, представляющих особый вид размерных связей, у которых отклонения составляющих звеньев-определяются вектором позиционных отклонений перемещаемого узла. Раст:ет позиционных связей технологических систем позволяет установить количественную связь между точностью линейных ж угловых параметров статической настройки, кормами точности на станок, включая систему ЧПУ, и точностью его базовых деталей, что позволяет целенаправленно управлять геометрической точностью многоце- ■ левых станков.

В результате получены методы расчета пространственной точности многоцелевых станков, которые используются на этапе проектирования оборудования и при создании систем управления.

8. Выявлены общие закономерности формирования пространственных размерных связей технологических систем на этапе динамической настройки; установлено, что пространственные отклонения де-

талей и узлов системы СПИД проявляются как результат трансформа-цяи^ действующей в системе нагрузки^ л. трансформации упругих перемещений. Разработанные принципы комплексного управления процессом обработки на этапе динамической настройки позволяют на базе ЭВМ и средств адаптивного управления реализовать необходимые способы управления статической и динамической настройкой на различных технологических переходах, что позволяет управлять режимами обработки с учетом состояния системы СПИД и следить за состоянием режущего инструмента, фиксируя необходимый момент его замены.

9. Традиционные методы расчета размерных цепей не позволяют учитывать различное влияние нормируемых геометрических отклонений составляющих звеньев на точность замыкающего звена. Разработанные общие методы расчета пространственных размерных связей технологических систем и машин, основанные на дифференцированном приведении отклонений, позволяют выполнять расчеты на разных уровнях

с охватом различных факторов, определяющих формирование отклонений, обусловленных геометрической точностью деталей, их износом, погрешностью установки, тепловыми, упругими и контактными деформациями. При этом учитывается структура баз, размеры базирующих поверхностей и относительное расположение звеньев, функциональная и количественная связь геометрических отклонений и различный характер их влияния на точность замыкающего звена.

10. Реализация разработанных принципов комплексного управления размерными связями технологических систем путем создания на базе микро-ЭВМ систем управления, обеспечивающих внесение коррекции по ходу выполнения процесса в управляемые координаты и режимы обработки, позволяет создавать самонастраивающиеся многоцеле-

вые станки, с помощью которых обеспечивается эффективное решение задач безлюдной технолога« в гибком автоматизированном производстве.

Результаты исследований и практических разработок используются на предприятиях 1*3 и ИС при проектировании ГНС ж создании систем автоматического управления ходом технологического процесса.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАЩЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В

СЛЕДУЩ1Х РАБОТАХ:

1. Тимирязев В.А. Управление точностью гибких технологических систем. М., НИШАШ, 1983г. 64 с.

2. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Протопопов С.П., Рыбкин И.М., Тимирязев В.А. Адаптивное управление технологическим процессами. М., "Машиностроение", 1980, 536 с.

3. Тимирязев В.А. Применение адаптивных систем на станках с программным управлением. М., ШИМАШ, 1974, 126 с.

4. Тимирязев U.A. Управление размеряют связями системы СПИД. Ы., ШИМАШ, 1977, 84с.

5. Тимирязев В.А. Повышение точности токарной обработки цу-тем регулирования статической настройки. Станки и инструмент, 1967, £6, с.6-9.

6. Тимирязев В.А. Автоматизация настройки системы СПИД на заданную точность. Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции "Исследование автоматизированных устройств станков ицюцессов машиностроения". НТО, Машпром, Ташкент, 1968, с.8-10.

7. Тимирязев В.А. Управление малыми перемещениями суппорта

с целью повышения точности токаркой обработки на стенках с программным управлением. Сб. "Автоматизация программирования и кодиро-

ванне в машиностроении". Академия наук СССР. М., Наука, 1969, с.144-152.

8. Тимирязев В.А. Управление точностью статической и динамической настройки металлорежущих станков. Сб. трудов международного научного симпозиума "Динамика конструкций" г.Жешув, ШР, 1969, с.283-290.

9. Тимирязев В.А. Повышение точности и производительности токарной обработки путем комплексного управления размерами статической и динамической настройки. В сб. Самоподнастрамвающиеся станки. М., Машиностроение, 1970, с.339-363.

10. Митрофанов В.Г., Тимирязев В.А. Бесступенчатый электрогидравлический привод подач для автоматического управления упругими перемещениями на металлорежущих станках. В сб. Самопод-настраивающвеся станки. М., Машиностроение, 1970, с.271-286.

11. Тимирязев В.А., Митрофанов В.Г. Разработка и применение автоматических систем для повышения точности и производительности обработки на фрезерных и шлифовальных станках. М., НИИМАШ, 1971, 102 с.

12. Тимирязев В.А., Митрофанов В.Г. Разработка и использование автоматических систем для управления точностью и производительностью обработки на специальных металлорежущих станках. М., НШМАШ, 1971, 120 с.

13. Тимирязев В.А. Обоснование выбора источников получения информации в системах- адаптивного управления на металлорежущих станках. Тезисы докладов научно-технического совещания "Повышение производительности металлорежущих станков и точности обработки путем применения адаптивных систем". НТО Машпром, Ленинград, 1973, с.130-132.

14. Технология машиностроения. Беспалов Б.П., Глейзер Л.А.,

Колесов И.ГЛ., Латышев Н.Г., Тимирязев.В.А., Чарнко Д.В. М., Ма-.шиностроение, 1973, 448 с;

15. Адаптивное управление станками. Балакшин B.C., Базров ь.М., Митрофанов В.Г., Протопопов С.П., Соломенцев Ü.M., Тимирязев В.А. и др. Ы., Машиностроение, 197а, 688 с.

• 16. Тимирязев В.А. Применение адаптивных систем для создания самонастраивающихся станков. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Автоматизация обеспечения качества продукции в машиностроении". СПИ, Севастополь, 1976, с.6-7.

17. Тимирязев В.А. Адаптивное управление размерными связями системы СШЩ. В сб. Прогрессивные технологические процессы обработки деталей ж сборки приборов. Киев, Знание, 1976, с.7.

18. Тимирязев В.А., Схиртладзе А.Г. Управление процессом резания по предельной нагрузке привода станков. М., ГОСИНТИ, 1977, №406-77, Зс.

19. Тимирязев В.А., Схиртладзе А.Г. Малогабаритное динамометрическое устройство для определения размера динамической настройки системы СПИД. М., ГОСИНТИ, 1977, & 438-77, 5с.

20. Тимирязев В.А. Расчет и управление пространственными размерными связями станков. В сб. Прогрессивные технологические процессы в приборостроении. Киев, Знание, 1977, с.50-51.

21. Тимирязев В.А., Схиртладзе А.Г., Протопопов С.П. Адаптивное управление уровнем вибраций систеш СПИД. М., ГОСИНТИ, 1977, Ш102-77, 5с.

22. Тимирязев В.А., Протопопов С.П. и др. Определение момента контакта инструмента с деталью путем измерения линейных ускорений. М., ГОСИНТИ, 1977, Ä880-77, 5с.

23. Тимирязев В.А., Схиртладзе А.Г. Динамометрический инструментальный узел для обработки отверстий на программных станках

- 47 -

М., ГОСИНТИ, 1977, №458-77, 5с.

24. Тимирязев В.А. Адаптивное управление как средство оптимизации обработки деталей. Материалы Всесоюзной научно-технической конференции "Оптимизация технологических процессов механосборочного производства". М., НИИМАШ, 1978, с.86-92.

25. Тимирязев В.А., Схиртладзе А.Г. Малогабаритное динамометрическое устройство для металлорежущих станков. М., ГОСИНТИ,. 1979, №724-79, 5с.

26. Тимирязев В.А. Основы комплексного управления размерными связями технологических систем. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Современные пути повышения производительности и точности металлообрабатывающего оборудования

и автоматизации технологических процессов в машиностроения. Н., М., НИИМАШ, 1980. с.18-22.

27. Тимирязев В.А., Схиртладзе А.Г., Протопопов С.П. Устройство для коррекции точности статической иастройки токарного стайка с ЧПУ. М., ГОСИНТИ, 1980, № 155-00, 5с.

28. Соломеицев D.M., Лупков Е.И., Тимирязев В.А. Адаптивное управление металлорежущими ставками - история, развитие, перспективы. Тезисы докладов Всесоюзной жаучно-техиической конференции "Современные пути повышения производительности и точности металлообрабатывающего оборудования и автоматизации технологических процессов в машиностроении. U., НИИМАШ, 1980, с.3-8.

29. Тимирязев В.А., Схиртладзе А.Г. Определение номенклатуры-

н распределения технологических параметров корпусных деталей средних размеров единичного и мелкосерийного производства. М., ГОСИНТИ, 1981, Я 50-81, 5с.

30. Тимирязев В.А., Схиртладзе'А.Г. Определение влпляля сос-тавлвицях сады резания на размер динамической настройки. U.,

- 48 -

Г0СИН1И, 1931, Л124-81, 5с.

31. Тимирязев В.А. Адаптивное управление обработкой деталей на станках о ЧПУ. ОТО Машпром, М., Машиностроение. 1983, 43 с.

32. Тимирязев В.А., Схиртладзе А.Г. Определение параметров точности обработки корпусиых деталей на системах из станков с ЧПУ. Ы., МПДГГИ, 1984, йЗЗЭ-84, 5с.

33. Тимирязев В.А., Протопопов С.П. и др. Устройство дистанционной передачи измерительной информации. II., МГ1ЩТИ, 1984, ЛЗЗЗ-84, 6с.

34. Колесов И.М., Тимирязев В.А. Управление размерными связями при изготовлении деталей в ГШ. Материалы Международной научной конференции "Механообработка и сборка в автоматизированном производстве". г.Карл-Маркс-Штадт, ГДР, 1984, т.5, с.21-24.

35. Тимирязев В.А., Новиков В.Ю. Методы расчета и управления точностью автоматической установки деталей ж спутников в роботизированных системах ГАП. Тезисы докладов научно-технической конференции "Методы повышения производительности и качества обработки деталей на оборудовании автоматизированных производств". НТО Мао-цром, Ярославль, 1985, 0,31-32.

36. Тимирязев В.А., Схиртладзе А.Г. Определение погрешности установки спутников с учетом упругих деформаций в автоматических приспособлениях на многоцелевых станках. Ы., МГЦНТИ, 1985, Д147--85, 4с.

37. Тимирязев В.А., Схиртладзе АЛ'., Новиков В.Ю. Способ определения погрешности установка деталей и спутников на основе идентификации баз. М., МШТН, 1985, £149-85, 4с.

38. Тимирязев В.А., Схиртладзе А.Г. Управление точностью многоцелевых станков в гибком автоматизированном производстве. Тезисы докладов научно-технической конференции "Методы повышения про-

изводительности и качества обработки на оборудовании автоматизированных производств", НТО Машпром, Ярославль,1985, c.IIO-III.

39. Тимирязев В.А,. Автоматическое определение состояния режущего инструмента и момента его замены в гибком автоматизированном производстве. Вестник машиностроения, 1985, №6, с.38-40.

40. Тимирязев В.А. Расчеты точности станочного оборудования ПК!. Технология, ГНС и робототехника, ff. ,ВИМИ,1990, Х6, оД2-18.

г

41. Технология машиностроения. 1Усев A.A..Ковальчук Е»P., Колесов И.М. .Латышев Н J". .Тимирязев В.А. ,Чарнко Д;В. М. .Машиностроение, 1985, 480 с.

42. Тимирязев В.А. Адаптивное управление точностью многоцелевых станков в автоматизированном производстве. Технология, ШС и робототехника. ГЛ.,ВШИ, 1991, №6, с.56-63.

43. Проектирование технологии. Баранчукова И.М.,Гусев A.A., Еоломенце» ЮЛ..Тимирязев В.А. и др. М., Машиностроение,1990, 416 с.

44. Тимирязев В.А. Управление точностью многоцелевых станков. Станки и инструмент, 1991, Ж.

45. Тимирязев В.А. Управление позиционными связями технологических систем в автоматизированном производстве.Сбор. науч.трудов ПЛИ. Пенза, 1992, с.34-38.

46.. Тимирязев В.А., Баранчукова И.М1, Способ установки спутников на станок. A.c. №1691066,кл. В 23 0 41/02, БИ. №42, 1991.

47, Adaptive ¿teue'cunyeh von Wehk Zeußhi ach iht'h. л о -РотепсЫ HitiojwJ Ptatopup^ RyBki^ W, ШисУн, C.fkmer. 138f.

i/S2'S'ie.TlMiijn>ze\/ V. PioZtßüßeztfaehuHtjr Belm ¿ciaiiit&ea'r-

Se\U ¿cUfcftechh hebe beb ' KVT. dW.i

Подп. в печать 18.03.94 г. Формат 60 х 84 1/16 Тиран 100 Обьем 2,5 п.л. Отпечатано в оперативной полиграфии Ыоостаякина