автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Повышение эффективности комбинированного шлифования деталей из твердого сплава на автоматизированном оборудовании оптимизацией управления

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

~г, ОД

7 ч НОВ 10р"7

ФАЛАЛЕЕВ АНДРЕЙ ПАВЛОВИЧ

УДК 621.923: 621.90.47

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМБИНИРОВАННОГО ШЛИФОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА НА АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ОБОРУДОВАНИИ ОПТИМИЗАЦИЕЙ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 05.13.07 - Автоматизац>. 1 технологических

процессов '

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Севастополь - 1997

Диссертация является рукописьо

Работа выполнена на департаменте "Систем автоматизированных производств" Севастопольского государственного технического университета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Новоселов Юрий Константинович директор департамента САПР СевГТУ

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

Братан Сергей Михайлович доцент департамента САПР СевГТУ

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор, Узунян Матвей Данилович, профессор кафедры "Резание материалов и режущие инструменты" Харьковского государственного политехнического университета;

- кандидат технических наук, доцент, Карлов Антон Георгиевич, директор департамента "Автоматизация технологических процессов и производств" СевГТУ.

Ведущее предприятие

Черноморский научно-исследовательский институт технологии судостроения, Министерство промышленности Украины, Севастопоь.

Защита состоится 199^г. в часов на заседании

специализированного ученого Совета Д 11.03.01. в Севастопольским государственном техническом университете по адресу: 335053, г. Севастополь, - Стрелецкая бухта, студенческий городок, корпус СевГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СевГТУ.

Автореферат разослан ^ а- № 1991г.

Ученый секретарь специализированного совета

к. т. н, доцент

Одной из основных задач современного машино-строёния является создание высокоэффективных технологических процессов, обеспечивающих получение деталей с заданными параметрами качества при минимальной себестоимости обработки изделия и максимальной производительности процесса.

Задача особенно актуальна для финишной обработки особо прочных деталей (например, из твердых сплавов), к которым предъявляются высокие.требования по точности, шероховатости, физико-меха-• ническому состоянию поверхностного слоя.

Достижение заданных параметров качества при высокой производительности и низкой себестоимости при обработке таких деталей возможно за счет использования- комбинированных методов.

Наиболее перспективным является алмазно-эрозионное шлифование (АЭШ), которое лишено большинства недостатков, присущих остальным методам финишной обработки, обеспечивает высокую точность формообразования (4-7 квалитет) и низкую шероховатость поверхности (Ra=0,1 мкм).

АКТУАЛЬНОСТЬ" ТЕМЫ.

На современном этапе развития производства в Украине и в условиях жесткой конкуренции приобретает большое значение не только простое решение технологической задачи обработки материала с- заданным качеством, но изготовление детали требуемого качества с наименьшими затратами. Высокоэффективное производство возможно-на' основе использования оптимального управления операцией, но существующие исследования не приводят комплексных рекомендаций по оптимальному использовании метода АЭШ на автоматизированном оборудовании.

Актуальность теш подтверждается выполненными теоретическими и экспериментальными исследованиями, которые доказывают возможность повышения производительности финишной обработки твердых сплавов на автоматизированном оборудовании в 2-3 раза за счет оптимального управления алмазно-эрозионным шлифованием.

СВЯЗЬ РАБОТЫ С НАУЧНЫМИ ПРОГРАММАМИ, ПЛАНАМИ, ТЕМАМИ.

Работа выполнена на департаменте "Системы автоматизированных производств" Севастопольского государственного технического университета и является составной частью комплексных научных иссле-. дований, проводимых департаментом в рамках научной государственной тематики "Разработка научных основ оптимального управления при обработке заготовок на автоматизированном оборудовании" cor-

- г -

ласно приказа МО »37 от 13.02.97г.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

На основании вышеизложенного, целью работы является повышение эффективности АЭШ деталей из твердого сплава на автоматизированном оборудовании за счет оптимизации управления.

Для достижения сформулированной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Рассмотрены особенности управления процессом эрозионного шлифования алмазным инструментом, обоснована возможность и необходимость создания рациональных циклов обработки с учетом оптимального состояния рабочей поверхности инструмента.

2. Теоретически описано изменение состояния рабочей поверхности инструмента при алмазно-эрозионной обработке для любого момента времени его работы.

3. Дано теоретическое описание формообразования заготовки на основе вероятностного подхода, предложена комплексная математическая имитационная модель, позволяющая прогнозировать производительность обработки и качество изделия.

4. Экспериментально исследовано изменение выходных параметров системы при различных режимах, проведена адаптация теоретической модели к реальным условиям обработки.

5. Разработана модель и апробированы в производственных условиях алгоритмы оптимального управления процессом обработки деталей при плоском шлифовании периферией круга, предложены методики расчета рациональных циклов операции, обеспечивающих заданное качество изделия при экстремальном значении критерия качества.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

' Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Теоретически и экспериментально обоснована возможность повышения- эффективности операции плоского алмазно-эрозионного шлифования путем оптимизации управления обработкой инструментом.

2. Предложен единый подход к моделированию механического и эрозионного воздействий на поверхность заготовки и инструмента при алмазно-эрозионном шлифовании на основе усовершенствования теорико-вероятностного подхода.

3. Впервые разработана комплексная имитационная математическая модель, позволяющая для любого этапа процесса при различных алгоритмах изменения режимов определять фазовые координаты вектора состояний технологической системы, параметров качества обраба-

тываемой поверхности и выходных параметров процесса.

Модель построена с учетом изменения состояния рабочей поверхности инструмента, учитывает стахостический характер'-процесса, силовое взаимодействие инструмента и заготовки, позволяет дифференцированно оценивать роль отдельных факторов на параметры и качество деталей.

4. Впервые предложена методика проектирования рациональных циклов управления алмазно-эрозионным шлифованием, позволяющих ми-. нймизировать себестоимость обработки и поддерживать оптимальным состояние .режущего инструмента на протяжении всего периода стойЧ кости. .

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Рассматриваемая научная работа выполнена на департаменте "Систем автоматизированных производств" СевГТУ. Результаты выполненных исследований внедрены на Мелитопольском моторном заводе с экономическим эффектом 17187 руб/год (октябрь 91г) и апробировано на Керченском заводе "Залив" с ожидаемым экономическим эффектом 4820 грн/г. Теоретические и методические разработки внедрены в учебный процесс на департаменте САПР СевГТУ.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД СОИСКАТЕЛЯ.

Данная работа выполнена автором самостоятельно, на основе личных разработок и идей. При использование исследований других авторов указывался литературный источник научной информации.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и Всеукраинских научно-технических конференциях и семинарах:

- Автоматизация процессов механообработки и сборки в машино- и приборостроении, Алушта, 1991г.

- Пути повышения эффективности обработки материалов резанием в машиностроении, Санкт-Петербург, 1991г. " Г

- Высокие технологии в машиностроении: тенденции развития. менеджмент, меркетинг, Алушта, Интерпартнер, ХГПУ, 1997г.

- Объединенный семинар кафедр "Резание материалов и режущие инструменты" и "Металлорежущие станки и инструмент" Харьковского государственного политехниЧёс-кого университета от 09 октября 1997г.

- 4 -ПУБЛИКАЦИИ.

Результаты диссертационной работы опубликованы в 7 работах. 3 из них статьи в сборниках и брошюрах, 2 - авторское свидетельство и Патент Украины, 2- тезисы докладов научно-технических конференций.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, списка литературы и приложений. Она содержит 149 страниц машинописного текста, . 16 таблиц, 58 рисунков, библиграфический список, включающий 98 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ.

Во введении раскрыта актуальность проблемы; проведена краткая аннотация работы.

В первой главе дан краткий анализ состояния вопроса, связанного с повышением эффективности методов чистовой и отделочной обработки труднообрабатываемых материалов.

Эти вопросы рассмотрены в работах Ю.Д.Аврутина, Б.А.Артамонова, А.К.Байкалова, А.П.Гавриша, А.И.Грабченко, 'А.В.Королева, С.Н.Корчака, В.И.Лавриненко, Б.Р. Лазаренко, Г.Б.Лурье, Ю.К.Новоселова, Л.Я. Попилова, Э.В.Рыжова, Ф. В. Седыкина, М.Ф. Семко, М.Д.Узуняна, Л.Н.Филимонова, А.В.Якимова и ряда других отечественных и зарубежных ученных.

В выполненных исследованиях рассмотрена физическая сущность процессов финишной обработки, указаны достоинства и недостатки обработки деталей машин механическим и электроэрозионным шлифованием, указываются современные тенденции повышения эффективности финишных операций труднообрабатываемых деталей.

В главе показано, что вопрос оптимального управления на автоматизированном оборудовании эрозионным шлифованием еще не разработан, рассмотрены преимущества, которые могут быть получены при автоматическом управлении операцией с поддержанием профиля рабочей поверхности инструмента в оптимальном состоянии на протяжении всего цикла обработки.

В главе раскрыто современное состояние вопроса и поставлены задачи исследований. На основе критического анализа литературных данных определены .основные задачи работы:

1. Разработать математическую модель операции алмазного эрозионного плоского шлифования, которая учитывает формообразование заготовки и изменение состояния рабочей поверхности инструмента.

позволяет рассчитывать состояние параметров системы на протяжении всей операции. На основе полученной модели исследовать возможность повышения эффективности операции.

2. Провести проверку адекватности математической модели реальным условиям шлифования.

3. Выбрать метод оптимизации, разработать алгоритм управления и метод расчета оптимальных циклов обработки.

• 4. Разработать алгоритмы и программы для их расчета.

5. Экспериментально проверить результаты проектирования оптимальной .операции. "' -

Вторая глава посвящена аналитическому исследованию изменения параметров состояния процесса обработки.

Для решения задач, поставленных в диссертационной работе, операция алмазного эрозионного шлифования рассмотрена как динамическая система, имеющая вектор управляющих и возмущающих воздействий. Особенностью такой системы является ее внутренняя неустойчивость, .в процессе работы происходит изменение вектора параметров состояния системы до определенного критического предела, при котором эксплуатация системы становится нецелесообразной.

Ряд параметров системы крайне инерционны и требуют продолжительного времени для их изменения, поэтому наиболее эффективным при шлифовании является имитационное моделирование с целью выбора оптимальных режимов обработки. В качестве критериев эффективности в работе приняты приведенные затраты на обработку и время выполнения операции.

Для системы, изменяющей свои параметры дискретно (от оборота к обороту, от прохода к проходу), зависимости вектора состояний и выходных значений имеют вид:

йпл, = Г^-цз-п. Аи). и\т] , (1)

Гиз) = фнж *пня. »пГт>. ипнл] . (2)

где номер прохода; j - номер оборота круга; 5 - вектор параметров состояния системы; У - вектор выходных параметров; Г,Ф -законы отображения; и>п(т.) - вектор возмущающих воздействий; и"(х) - вектор управляющих воздействий; хп(т) - вектор входных параметров.

. Для автоматизированного оборудования без адаптивной системы управления необходимы жесткие циклы управления, где параметры

состояния и йи должны быть одинаковы. Изменения входных данных XI системы компенсируется за счет управляющих воздействий ит:

^[Бо. х81. »"(г), ип1]=5ш=г[5а.1, х\, »«(т). ипш]. (3)

Зная начальное Х2 и конечное состояние объекта У2, необходимо определить такое оптимальное значение вектора состояний системы (1) в допустимой области определения, при котором критерий эффективности принимает экстремальное значение. Выбрать такое допустимое управление для объекта (2) при котором значение вектора состояний (3) стремится или равно оптимальному.

Таким образом, " повышение эффективности операции достигается за счет определения оптимального значения вектора состояний системы на каждом этапе обработки, его реализации и поддержании.

Основная трудность заключается в создании комплексной модели, позволяющей оценить рациональность всей операции, а не отдельных ее элементов.

Множество процессов , происходящих в зоне резания при шлифовании, таких как, механическое воздействие зерен, случайно расположенных. на поверхности инструмента, и возникновение эрозионных разрядов между связкой инструмента и заготовкой носят стахости-ческий характер и могут быть рассмотрены как потоки случайных событий. Изменение поверхности заготовки тогда характеризует полная вероятность удаления любой точки ее обьема:

Р(М-З) = 1 - Р(Ю-Р(Э) , (4)

где Р(Й) - вероятность неудаления материала в результате воздействия абразивных зерен; Р(Э) - вероятность эрозионного неразруще-ния материала; Р(И-Э)- вероятность того, что рассматриваемая точка заготовки будет удалена механическим воздействием или эрозионным.

Вероятность удаления материала при механическом шлифовании найдена в работах Новоселова Ю. К. Представляя расположение лунок на поверхности заготовки простейшим потоком получим:"

Р(М-э)= 1 - ехр[~а0(уЛ) -акех(уЛ) -аэр(уЛП, (5)

где аИез[(у,.и - показатель, определяющий вероятность удаления материала от механического воздействия на уровне у через время £ после входа в зону контакта, рассчитывается по зависимостям Новоселова Ю.К.; а0(уЛ) - показатель, определяющий вероятность уда-

ления на предыдущем проходе; аэрСу,и - показатель, определяющий вероятность удаления точки заготовки от действия эрозионных-разрядов.

Показатель а3{1(уЛ) представляет собой математическое ожидание суммарной ширины эрозионных лунок, прошедших через рассматриваемое сечение (рис.1):

ОэрСУ) = Ъяун- Ьэр(у) , (6)

где \луи - среднее количество лунок на единицу длины сечения заготовки; Ьэр(у) - ширина эрозионной лунки на уровне у заготовки.

Р^ (Мат) =1^ Рфщ (Мат) =0,5 Роищ (Мат) = О

Рис.1 Формирование поверхности заготовки Количество лунок на поверхности заготовки найдем из утверждения, что разряды формируются прежде всего в местах возникновения стружек. Ширина лунки единичного разряда определяется при решении тепловой задачи.

Подставляя найденные значения в (6) и устанавливая пределы, исходя из кинематики обработки получим показатель, определяющий вероятность эрозионного удаления материала заготовки в точке с координатой 2 зоны контакта и на уровне у:

иг)-у^(г) г

а

Ук + уи . -

(у,г)= Н Сгк---п3- и*"1-йи- |/(71л.з- У + Ур-ЬЯг

Чи J }

эр. 3*

Ун

(7)

О

-ь

где Ь- - расстояние от основной плоскости до пересечения уровня заготовки с траекторией движения наиболее удаленной от центра режущей кромки; Ь(г) - глубина резания наиболее выступающим зерном в точке г зоны контакта; /гл з - глубина эрозионной лунки; и -расстояние от наружной поверхности инструмента до рассматриваемого сечения; Ук. скорость круга и скорость заготовки соответственно; л3- среднее количество лунок на единицу поверхности сечения заготовки; В - показатель, определяющий форму лунки; Сг- коэффициент, определяющий форму закона распределения зерен в инстру-

менте: К=7сс-кэр - коэффициент, учитывающий количество зерен без стружки и количество стружек без разрядов; г - координата по длине зоны контакта; уц(г)- высота удаленного материала в точке г зоны контакта.

Интегрирование по г осложнено тем, что для вычисления у$ в координате г требуется знание аэр.3 в предшествующей точке зоны контакта. Решение уравнения (7) возможно как сумма отдельных интегралов по 2.

Для нахождения слоя удаленного материала необходимо найти значение вероятности удаления последовательно во всех точках сечения зоны контакта по глубине (от 0 до Ц), а затем сравнить полученные величины с' уровнем принятой доверительной вероятности (3„. Формально удаленный слой по глубине ув можно записать используя единичную функцию:

= ^Ройн(У.г) - Р„) -йу , (8)

О

где 1(Р06щ(у.г)~ ри) - единичная функция, которая при достижении Робц(У.г) величины принимает значение, равное единице; Робц(У.г) - суммарная вероятность удаления материала заготовки на уровне у в исследуемом сечении зоны контакта; - принятый уровень, доверительной вероятности, (0.8 - 0.99).

Для вычисления (7), (8) было смоделировано образование единичной эрозионной лунки глубиной 71л.3. При расчете учетывалось, что:

- под действием теплового потока в канале разряда материал плавится и по мере плавления выбрасывается за счет паровых струй;

' - разряд во время своего существования скользит по поверхности заготовки и круга со скоростями Ускз, Уск.кр;

- на плавление заготовки идет лишь часть энергии разряда, характеризуемая коэффициентом 0;

- разряд формируется в момент генерации струнки абразивным зерном и прекращается при выходе из зоны контакта или по окончанию импульса генератора:

Р • 2П- И2" Х- Кг2

^Л . 3

Рз- I с?(Впп- Во) + Ьпл + 0-5■ Ур£

1

х-.-_ (9)

(1С- кГг + 2- Уск.з' Гк.ср}-(2г/Всв жск- 1ф *■ у6)

]

где Ур - скорость разлета частиц; ст - удельная теплопроводность заготовки; 1ПЛ - теплота плавления электрода; 80 - начальная температура электрода; впл - температура плавления электрода; р3 -плотность заготовки; Ускз - скорость скольжения пятна разряда по заготовке; гх - радиус канала разряда; г„ - электропроводность плазмы; и - напряжение на источнике питания.

Используя (7-9) рассчитывается глубина удаленного материала в любом сечении заготовки. Линейный съем после прохода определяется как ур■в точке выхода сечения заготовки из зоны контакта с кругом (в точке г = I):

Ообц = Уц(Ь) . (10)

Вероятностная модель разрушения позволяет также определить шероховатость детали. Она представляется как относительная опорная длина профиля tp(,y) на любом уровне у:

Ьр(у) = Р(у.и (И)

и высота слоя в котором распределена шероховатость йМах:

Ямах = - Ообц. (12)

Для оптимизации процесса шлифования необходима комплексная модель, позволяющая определять как параметры детали, так и инструмента. Инструмент на токопроводящей связке подвергается со стороны эрозионных разрядов тепловому воздействию, вызывающему удаление связующего материала и оголение зерен рабочей поверхности. Этот эффект препятствует засаливанию инструмента и позволяет поддерживать его режущую способность. Интенсивное разрушение связки приводит к повышенному износу круга и снижению эффективности операции.

Использование вероятностного подхода позволило описать изменение состояния поверхности инструмента, при описании учитывалось. что:

- разряд скользит по поверхности связки от его образования и до прекращения действия;

- связка занимает лишь часть.поверхности инструмента;

- расположение лунок на поверхности после большого количества оборотов представляет собой простейший поток случайных событий;

- механизм образования лунки в связке подобен разрушению заготовки и зависит только от поступившей энергии и свойств матери-

ала.

Для расчета глубины разрушенного слоя инструмента было получено выражение вероятности удаления связки Р0В((*,Як) на любом уровне ц после Пц оборотов круга:

к

•V

(13)

рсв • 20 • 1С- кгг • и2

"Рев" ^ СТ. СВ ' .СВ 00.СВ^ + ¿ПЛ.СВ * 0.5- Ур ] Рсъ(ч.ч) = 1 - ехрС-Осв^ПкЛ. (14)

где с,.св- удельная теплопроводность связки; ¿пл св- теплота плавления связки; Во.св Д|л.св " начальная температура и температура плавления связки; рсв - плотность связки; рсвдоля энергии разряда, поступающая на связку.

Расчет высоты профиля рабочей поверхности инструмента 5СВ (ц.) после Пк оборотов осуществлялся на основании выражений (5 - 34) и размерного анализа (рис. 2):

ÖCBfaJ=*CK -) (fcgi - fltJB.apl) .

(15)

где Дзв.эр! - высота слоя удаленной связки на i-м обороте; ft^ -износ выступающих зерен определяется из работы Новоселова Ю.К. на основании вероятности контакта с материалом 1-Р0бП(у,г); ®ск- высота выступания зерна из связки после правки инструмента определяется из работ Королева A.B.

связка зерно

Рис.2. Динамика износа рабочего слоя инструмента

Глубина заделки зерна ас дает возможность рассчитать силу закрепления единичного зерна и определить,момент его выпадения.'

В целом модели, разработанные в работе позволяют оценивать поведение всех элементов системы заготовка-инструмент, учитывать степень влияния отдельных факторов на поведение процесса обработки, на выходные параметры операции и имитировать алмазно-эрозионное шлифование при различных алгоритмах изменения управляющих воздействий.

Предложенные модели могут быть использованы для моделирования эрозионного разрушения при обработке периферией и торцом круга на операциях плоского и врезного шлифования.

Для осуществления расчетов необходимо определить распределение энергии разряда между электродами рсв. Рз- Эти зависимости могут быть получены путем экспериментальных исследований.

В третьей главе произведены экспериментальные исследования для нахождения зависимостей относительной эрозионной стойкости электродов различных материалов на прямой и обратной полярности при различной длительности импульсов генератора. Это позволило оценить распределение между электродами части энергии, идущей на плавление и испарение материала.

Изучено влияние технологического напряжения, скорости круга, скорости подачи заготовки, глубины резания и времени обработки на скорость и величину линейного съема, высоту шероховатости, высоту профиля рабочей поверхности инструмента, радиальный износ и силы резания. Эксперименты проводились по методике дробного факторного эксперимента с применением стандартных алгоритмов оценки.

По результатам экспериментов адаптирована к реальным условиям теоретическая модель путем выбора оптимальных значений уровней доверительной вероятности удаления материала заготовки и связки Рзаг=0,91, (5СВ=0,86. При их использовании в расчетах получена на-' иболыная адекватность моделей, оценка которых производилась по критерию Фишера. При исследовании точности модели использовались также результаты экспериментов других авторов. Наибольшая относительная погрешность результатов - 14% позволяет использовать теоретические модели для имитации процесса алмазно-эрозионного шлифования с целью оптимизации операции.

В четвертой главе описана методика расчета рациональных цик-

лов управления обработкой, обеспечивающих получение заданного качества изделий при максимальной производительности или минимальной себестоимости процесса. На основе полученных во второй и третьей главах зависимостей проанализированы особенности построения функционалов, описывающих изменение фазовых координат объекта, ■ технических ограничений и критерия эффективности для отдельных подсистем и системы в целом, предложена динамическая оптимизационная модель, приведенная в таблице 1.

Таблица 1

Постановка задачи рационального управления процессом.

Вид зависимое Зависимости математической модели

Изменение вектора состояния системы Ндет1 = Идет!-! - О06и1 = ~ Ообщ! ЯярЗ = Окрз-1 - 2• 3-1 5св]-1= 5св3 ~ - Осв.эрЗ| / Т- Тсп Тсп Ла -2- /а-т.---1п- V Т 2-Гсп Л1 = Л1.1 - Собш

технические ограничения 0 С < ёСВ1 Ъщ ^ч.доп + Ль ^ген и с —— ; Уи с уи.тах Тгаах Р < ¿пах ' Ост.' Я^ < Еадоп + Пь ^МАХ 1 < КмАХдоп + П1; бсв] ^ 5с в . доп'.

критерии оптимизации ^ич.к = ^ит.к + Ч' Л- В' Си Л- Б- Ь Ьщг.к ~ (1+ Ка) + Туст+ 1пер.кр Ообц

Ндет - высота детали; Окр -диаметр круга; - дефектный слой детали; Гсп -температура фазовых превращений; Лтах -допустимая погрешность изготовления; Р - сила резания; Сшт.ксебестоимость изготовления одной детали; 1шт.к - время изготовления детали.

Критерии оптимизации являются функциями от управляющих воздействий и параметров состояния системы:

К = Ш, пи,Ук.Уя,Бн^те„))_ (16)

где 5 - вектор состояния системы; К- критерий оптимальности.

Исследование функций Г и б (16) показало, что Р нелинейна и не имеет локальных экстремумов, а б нелинейна и имеет локальные экстремумы. Для оптимизации функции Г был использован метод прямого поиска - покоординатного спуска. Вектор состояния системы характеризовали параметром 5СВ- Для оптимизации функции б находили экстремумы функции Г при последовательно изменяемых значениях

бсв-

Основываясь на полученной модели, результатах оптимизации и анализе существующих станочных систем для использования операции алмазно-эрозионного шлифования были предложены несколько алгоритмов управления процессом обработки деталей, использующие частичную и полную оптимизацию операции.

1- бсв.1 > бсв.1-1 •

где бсв.1-ь бСв.1 - значение вылета зерен на предыдущем и последующих оборотах круга соответственно.

2- бсв.1 = бсв.1-1

3- бсв.1 = бсв.опт

Проведенные исследования показывают, .что в случае малых припусков на обработку и непродолжительных циклов алгоритм 3 вырождается в 2, который можно рассматривать как частный случай.

Предложенные методики и алгоритмы позволили произвести расчеты высокопроизводительных циклов алмазно-эрозионного шлифования деталей из твердого сплава с учетом возможного уровня оптимизации обработки.

В пятой' главе изложены экспериментальных исследований* приведены данные практического внедрения основных положений работы в производство. Разработанная математическая модель и методики рас-

чета положены в основу программы для автоматизированной разработки управляющих циклов операции плоского наружного алмазно-эрозионного шлифования. Алгоритм рационального управления процессом, описанный в четвертой главе, и программа аналитического расчета высокопроизводительных циклов апробированы на Мелитопольском моторном заводе и Керченском судостроительном заводе' "Залив".

Испытания предложенного программного обеспечения проводили при шлифовании матриц вырубных штампов. По сравнению с обработкой по алгоритму 2 себестоимость снизилась в 1,2 раза и в 2 раза по сравнению с 1.

Выполненные экспериментальные исследования подтвердили высокую эффективность разработанных циклов, а также возможность широкого применения предложенных методик в автоматизированном производстве. Ожидаемый экономический эффект на один станок составил 4820 грн. в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Доказана возможность повышения эффективности обработки прецизионных изделий в 1,2-3 раза за счет.обработки на автоматизированном оборудовании по рациональным циклам.

2. Исследован механизм удаления припуска при плоском алмазно-эрозионном шлифовании периферией круга как фактора, определяющего производительность обработки.

3. Исследован механизм формирования рабочей поверхности алмазного инструмента на токопроводящей связке и динамика его износа при АЭШ.

4. Разработана комплексная имитационная модель АЭШ, позволяющая для_любого прохода при различных алгоритмах изменения режимов определять фазовые координаты вектора состояний технологической системы (взаимное расположение инструмента и заготовки, параметры зоны контакта "инструмент-заготовка", режущую способность круга), параметры качества обработанной поверхности (шероховатость, размер, физико-механическое состояние поверхностного слоя), выходные параметры процесса (скорость съема припуска, износ инструмента, удельный расход алмазов). Комплексная модель построена с учетом эрозионного удаления материала и механического резания, учитывает стохастический характер процессов, протекающих

в зоне резания, обусловленных случайным строением инструмента. При описании эрозионного и механического воздействий на поверхность заготовки и круга сохранен единый подход на основе теории вероятности и массового обслуживания, позволивший адекватно описать взаимодействие инструмента и заготовки. Структура и состав модели позволяют использовать ее при моделировании АЭШ различных материалов как периферией круга, так и торцем.

5. Анализ полученных' зависимостей показал, что эффективность обработки зависит от характеристики и состояний инструмента, режимов обработки, параметров оборудования. Модель позволяет решать задачи автоматизации управления процессом с учетом наиболее ванных технологических факторов. При проверке адекватности зависимостей реальному процессу установлено, что наиболее существенными параметрами, определяющими эффективность обработки, являются высота рабочего профиля режущей поверхности инструмента, технологическое напряжение, подача шлифовальной бабки, скорость перемещения стола, длительность импульсов генератора и полярность обработки, что позволяет их использовать при параметрической оптимизации процесса АЭШ периферией круга.

6. Предложенная методика расчета циклов управления процессом АЭШ обеспечивает получение изделий заданного качества при минимальных затратах или максимальной производительности. Методика основана на использовании динамической модели и метода покоординатного спуска.

7. В результате проведенных исследований получены высокоэффективные циклы обработки прецизионных деталей, обеспечивающие заданное качество изделий при минимальных затратах или максимальной производительности. Результаты выполненных исследований внед- • рены на Мелитопольском моторном заводе с экономическим эффектом 17187 рублей в год (1991 г.) , и апробированны на ОАО ."Судостроительный завод "Залив" с ожидаемым экономическим эффектом 4820 грн/год (1996 г.).

По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликовано

1. Новоселов Ю.К., Фалалеев А.П.. Петров Д.В.

Механизм износа зерен при анодно-механическом шлифовании// Вестник СевГТУ, Моделирование и эксперимент в инже-

нерных задачах, 1995, M, с 59-62.

2. Фалалеев А.П.

Моделирование износа алмазного инструмента при комбинированном шлифовании твердых сплавов с целью оптимизации расхода алмазосодержащего слоя рабочей поверхности круга// Оптимизация производственных процессов' :Научно-тех-нический сборник. Выпуск 5, Севастополь, 1997г., с. 130-136 -

3. Братан С.М., Фалалеев A.n.

Моделирование распределения зерен в рабочем слое абразивного инструмента// СФРДЭНТП общества знание "Украины", СВВМИУ, СПИ,- "- Интенсификация машиностроительного производства.-1993г. /Брошюра/

4. Новоселов Ю.К., Харченко А.р., Харчин В.Л., Братан С. М., Сопин П. К., Фалалеев А. П.

Способ плоского шлифования /A.C. №1796414 от 08.10.92г.

5. Харченко А.О.. Торлин C.B., Фалалеев А.П. Многооперационный станок /Патент Украины №...(решение о выдаче по заявке 94053269 от 16.05.97г.

6. Сопин П. К., Харчин В. Л., Фалалеев А. П.

Расчет режимов алмазноэрозионного шлифования для станков с ЧПУ // Автоматизация процессов механообработки и сборки В машино- и приборостроении. Общество "Знание" Украины. РДЭНТП. - 1991г. /Тезисы докладов научно-технического семинара

7. Новоселов Ю.К., Сопин П.К., Братан С.М., Фалалеев А.П. Автоматизация процессов абразивной и комбинированной обработки с обеспечением требуемого качества деталей// Пути повышения эффективности обработки материалов резанием в машиностроении, ЛДНТП.- 1991г. /Тезисы докладов научно-технического семинара/

Фалалеев А. П. ГПдвищення ефективност1 комб1нованого ишфу-вання деталей з твердого сплаву на автоматизованому обладнанн1 оптим1зац1ев керування. - Рукопис.

Дисертац1я на здобуття наукового ступеня кандидата техн!чних наук за спецгальшстю 05.33. 07 - авгоматизащя технолог¡чних "процес1в. - Севастопольський державний техн1чний ушверситет, Севастополь, 1997.

Дисертащо присвячено питаниям оптимального керування апмаз-но-ероз1йним шл1фуванням на основ! розробки комплексно! матема-тично! модел! операцП. Щодо опису формоутворенняповерхн! заго-т1вл1 та алмазного жструменту в прац! використовуеться теорети-ко-шов1рносний п1дх1д, 0птим1зац1я створено! модели дозволила запрспонуваги нов1 методики розрахунку високопродуктивних цикл!в ишфування на автоматизованому обладнанн!. Основн! результат'и ро-боти знайшли промислове застосування у створент оптимальних цик-л!в обробки для автоматизованих систем.

Ключов! слова: алмазно-ероз1йне шифування, шов1рносний п!дх1д, оптимальне керування, автоматизащя.

Фалалеев А. П. Повышение эффективности комбинированного шлифования деталей их твердого сплава на автоматизированном оборудовании оптимизацией управления, г Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов.- Севастопольский государственный технический университет, Севастополь, 1997.

Диссертация посвящена вопросам оптимального управления алмазно-эрозионным шлифованием на основе разработки комплексной иаг тематической модели операции. Для описания формообразования заготовки и алмазного инструмента в процессе работы используется теоретико-вероятностный подход. Оптимизация созданной модели позволила предложить новые методики расчета высокопроизводительных циклов шлифования на автоматизированном оборудовании. Основные' результаты работы нашли промышленное применение в создании оптимальных циклов обработки для автоматизированных систем.

Ключевые слова: алмазно-эрозионное шлифование, вероятностный подход, оптимальное управление, автоматизация.

Falaleev A.P. The efficiency increase of combine grinding of hard alloys details on automotive equipment by optimal manage. -Manuscript. '

Thesis for a candidate of technical science degree by speciality 05.13.07 - automotization of technological processes. The Sevastopol state technical universitete, Sevastopol, 1997.

The dissertation is devoted to deing fronter topics that are connected with optimal manage in dimond-erosive grinding based on the complex mathematical model of process developing. For the of workpiece and dimond tool condition discription the theoreti-co-probable method was used. Optimization of such models allows tc propose new methods of highefficiency cisles for automotization equipment creation.

The resalts of the work have found as industrial utility in the optimal cicies for automotization system design.

Key words: dimond-erosiv grinding, probabl method, optimal manage, automatization.

Подписано в печать 17.30.97г. Формат бумаги 60x84 1/16 Объем 1 уч. изд. л. Заказ Тираж 100 экз.

Отпечатано в НПЦ "Зкоси-Гидрофизика" 335000, Севастополь, ул.Ленина 28