автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса внутреннего шлифования на основе автоматического управления режимом обработки

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Состояние вопроса.

1.2. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Образование размера при шлифовании методом врезания.

2.1. Образование размера при обычном шлифовании.

2.2. Образование размера при применении САУ.

2.3. Выводы.

Глава 3. Образование размера при шлифовании методом продольных проходов.

3.1. Расчет погрешности формы отверстия в продольном сечении.

3.2. Расчет машинного времени, затрачиваемого на шлифование.

3.3. Пример расчета.

3.4. Выводы.

Глава 4. Система автоматического управления режимами обработки.

4.1. Измерительная часть САУ.

4.2. Гидравлическая часть САУ.

4.3. Выбор режима работы регулятора САУ.

4.4. Расчет САУ на устойчивость.

4.5. Выводы.

Глава 5. Экспериментальное исследование управляемой и неуправляемой технологической системы внутришлифовального станка.

5.1. Определение некоторых параметров технологической системы.

5.2. Определение динамических параметров регулятора.

5.3. Шлифование деталей на станке UR175/1000 обычным методом и с применением САУ.

5.4. Выводы.

Глава 6. Определение экономической эффективности применения САУ.

В современной технике используется большое количество втулок. Эти детали производятся, например, при изготовлении двигателей, редукторов, шпинделей, коробок скоростей, штанговых глубинных насосов и т.п. Постоянно возрастающие требования к повышению производительности и точности обработки таких изделий вызывают необходимость интенсификации и автоматизации процессов их изготовления. Эффективным средством автоматизации обработки на внутришлифовальном оборудовании в мелкосерийном и серийном производстве являются станки с ЧПУ, обладающие широкими технологическими возможностями.

Повышение эффективности шлифования малых партий втулок на станке с ЧПУ достигается за счет сведения к минимуму объемов подготовительных работ по изготовлению и корректировке управляющей программы, а также при условии ее достаточного качества и надежности. В управляющих программах задается большой объем информации о траектории движения инструмента, режимах резания и т.д. Однако, наблюдается разрыв между постоянно растущими технологическими возможностями станков с ЧПУ и трудностями в обеспечении требуемого качества, в том числе точности обработки на стадии проектирования управляющих программ из-за отсутствия формализованного описания процесса шлифования в широком диапазоне колебания его параметров. Из-за соизмеримости по абсолютным значениям величин снимаемых припусков с упругими отжатиями, износом круга и допусками заготовок формирование циклов врезного шлифования осложняется значительным несовпадением скорости съема припуска с программной скоростью движения шлифовальной бабки, что требует учета динамических характеристик процесса.

От того насколько полно спроектированная программа учитывает конкретные условия обработки, будет зависеть трудоемкость отладки рабочей программы, которая может снижаться за счет ликвидации многократного перепрограммирования, а также повышения технологической надежности выполняемой операции. Так, при высоких требованиях точности размеров и формы обрабатываемых поверхностей нередко время отладки может в 50 раз превышать длительность самой программы [48]. В основном это вызвано невыполнением требуемого качества обработки детали при начальных разработках управляющей программы, которые непосредственно связаны с назначением тех или иных режимов резания.

Для уменьшения многочисленных экспериментальных поправок программ на станках, вызывающих простои, технолог часто идет на заведомое занижение режимов резания для гарантии обеспечения точности и качества обрабатываемых поверхностей и, следовательно, на соответствующее снижение производительности процесса обработки. Таким образом, для подбора режимов резания, обеспечивающих получение требуемой точности, приходится неоднократно производить изменения в управляющей программе, причем количество корректировок зависит от квалификации и опыта технолога-программиста или наладчика. Отсутствие научно обоснованных нормативных материалов по режимам внутреннего шлифования для станков с ЧПУ существенно влияет на качество обработки, производительность операции и ее технологическую надежность. Поэтому разработка системы автоматического управления режимами шлифования с учетом динамических свойств процесса является весьма актуальной.

Значительное разнообразие схем обработки на внутришлифовальных станках с ЧПУ при ограниченных возможностях эмпирических силовых зависимостей, учитывающих узкий диапазон варьирования параметров шлифования, вызывает необходимость разработки аналитических силовых зависимостей для реализации управления режимами резания и точностью обработки.

Настоящая работа посвящена исследованию взаимосвязи геометрических и физико-механических параметров детали и инструмента (диаметра и ширины обрабатываемых поверхностей, размера шлифовального круга, обрабатываемости материала детали, степени затупления круга и др.), а также режимов шлифования и свойств технологической системы (в частности, жесткости) с силами резания при различных схемах обработки на внутришлифовальных станках с ЧПУ. Получена связь обобщенной динамической характеристики внутреннего шлифования с его параметрами. На основе этого было выполнено теоретическое исследование формирование продольного профиля детали в автоматическом цикле и получено технологическое ограничение на скорость подачи, обеспечивающей требуемую точность, и сформированы условия устойчивости (отсутствие огранки) и качества (неразвитие волнистости, обусловленной возмущающими воздействиями) динамических процессов. На базе этих исследований разработана методика формирования высокопроизводительных циклов с учетом набора технологических ограничений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Построена математическая модель образования размера при внутреннем шлифовании, которая позволяет:

- учесть одновременное влияние на погрешность формы в продольном сечении таких факторов, как режимы обработки, жесткость технологической системы, величина выхода круга из отверстия, величина радиуса приложения радиального усилия;

- количественно оценить величину погрешности формы в продольном сечении, возникающую в зависимости от действия вышеперечисленных факторов;

- количественно оценить эффект введения управления упругими перемещениями технологической системы (по точности);

- рассчитать машинное время, затрачиваемое на снятие припуска с заданной плотность распределения при обычном шлифовании и при шлифовании с САУ.

Последние два пункта позволяют произвести предварительные расчеты, связанные с внедрение САУ аналитически, не прибегая к экспериментированию.

2. Спроектирована и изготовлена система автоматического управления режимом обработки процесса шлифования за счет изменения величины продольной подачи.

3. Расчетным и экспериментальным путем определены все динамические параметры контура управления, включая процесс шлифования, написаны уравнения движения САУ.

4. Эксперименты, проведенные на станке UR175/1 ООО при обычном шлифовании и при шлифовании с САУ, показали:

- при одинаковом установившемся радиальном усилии погрешность формы в продольном сечении сокращается при шлифовании с САУ на этапе основного съема (при параметрах обработки, применяемых в работе, это сокращение достигает 72 %);

- при одинаковой окончательной точности обработки машинное время, затрачиваемое на шлифование, сокращается при шлифовании с САУ, в основном, за счет уменьшения времени чистового шлифования (при параметрах обработки, применяемых в работе, это сокращение достигает 55 %).

5. На основе экономического расчета установлено, что применение САУ начнет приносить эффект уже в условиях серийного производства.

1. Адаптивное управление технологическими процессами/ Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, С.П. Протопопов, И.М. Рыбкин, В.А. Тимирязев, Машиностроение, Москва, 1980.

2. Б.С. Балакшин. Новые принципы наладки и подналадки системы СПИД. Вестник машиностроения № 1,1957.

3. Б.С. Балакшин. Основы технологии машиностроения. Машгиз, 1959.

4. Б.С. Балакшин. Использование теории размерных цепей при разработке и выполнении технологических и производственных процессов. Кн. "Современные направления в области технологии машиностроения". Машгиз, 1957.

5. Б.С. Балакшин. О создании автоматически подналаживающихся систем СПИД. Кн. "Комплексная механизация и автоматизация в серийном машиностроении". Машгиз, 1962.

6. H.A. Бородачев. Основные вопросы теории точности производства. Изд. АН СССР, Москва, 1950.

7. Е.С. Вентцель. Теория вероятностей. Изд. "Наука", Москва, 1964.

8. З.Ш. Гейлер. Разработка и исследование систем автоматической поднастройки шлифовальных станков. Кандидатская диссертация. Москва, 1965.

9. Л.А. Глейзер. Сущность процесса шлифования. Докторская диссертация. МОССТАНКИН, 1955.

10. Л.А. Глейзер. Износ шлифовального круга. Труды МСИИ, Выпуск 1,1957.

11. Л.А. Глейзер. Методика выбора шлифовального круга и режима резания при круглом шлифовании. Сборник. МОССТАНКИН, 1955.

12. Л.А. Глейзер. Пути усовершенствования инструмента, станков и технологии шлифования. Филиал Всесоюзного института научной и технической информации. Тема № 1. Машиностроение, Москва, 1957.

13. Г. Дёг. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа. Изд. "Наука", Москва, 1965.

14. В.Л. Загускйн. Справочник по численным методам решения уравнений. Физматгиз, Москва, 1960.

15. Иоголевич В.А., Сурков И.В. Использование микропроцессорной техники в системах автоматизированного контроля. Кн. Внедрение микропроцессорных средств в машиностроении. Тезисы докладов научно-методического семинара. ЧПИ, Челябинск, 1987.

16. Иоголевич В.А., Сурков И.В. Расширение технологических возможностей станков с ЧПУ/ Автоматизация контроля в ГПС. Тезисы докладов семинара. Москва, 1989.

17. Э. Камке. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. Изд. "Наука", Москва, 1965.

18. Х.Х. Кенджаев. Влияние затупления и износа шлифовального круга на производительность и точность обработки при круглом шлифовании. Диссертация. Москва, 1957.

19. Е.М. Королева. Управление точностью обработки на внутришлифовальных станках. Кандидатская диссертация. Москва, 1963.

20. Е.М. Королева, В.Г. Митрофанов. Измерение режущей способности шлифовального круга. Вестник машиностроения № 1, 1967.

21. Курдюков В.И., Кудряшов В.П., Куль A.A. Повышение эффективности процесса шлифования. Кн. Пути повышения эффективности использования оборудования с ЧПУ. Тезисы докладов научно-практической конференции. Оренбург, 1989.

22. Г.Б. Лурье. Некоторые вопросы теории рабочего процесса при круглом шлифовании. "Вестник машиностроения" № 5,1954.

23. В.В. Мазуркевич. Исследование некоторых вопросов автоматизации круглого врезного шлифования. Кандидатская диссертация. МАМИ, 1964.

24. В.Г. Митрофанов и С.М. Шрайбман. Система автоматического регулирования для повышения точности обработки базового торца зубчатого колеса. ГОСИНТИ, Москва, 1965.

25. Михелькевич В.Н. Автоматическое управление шлифованием. Машиностроение, Москва, 1975.

26. Новиков В.Ю. Формализация корреляционных связей между быстродействием системы СПИД, качественными и временными характеристиками шлифования для автоматического управления режимами обработки детали. Докторская диссертация. Куйбышев, 1985.

27. Сорокалетов. К управлению статистическими объектами в машиностроении. Кандидатская диссертация. Москва, 1966.

28. В.В. Степанов. Курс дифференциальных уравнений. Гос. издательство технико-теоретической литературы, Москва, 1950.

29. Г.К. Такер, Д.М. Уилле. Упрощенные методы анализа систем автоматического регулирования.

30. Тверской М.М. Автоматическое управление режимами обработки деталей на станках. Машиностроение, Москва, 1982.

31. В.А. Тимирязев и В.Г. Митрофанов. Повышение точности обработки деталей. БТЭИ № 6, Москва, 1966.

32. Д. Тэлер, М. Пестель. Анализ и расчет нелинейных систем автоматического управления. Изд. "Энергия", Москва, 1964.

33. И.Е. Фрагин. Повышение производительности при центровом круглом шлифовании. Диссертация. Москва, 1959.

34. Хуа-Гань-Гань. Автоматическое обеспечение точности размеров на внутреннем шлифовании. Диссертация. Москва, 1960.

35. J1.B. Худобин. Разработка и исследование новых технологических возможностей круглошлифовальных станков. Диссертация. Москва, 1960.

36. Чжань-Хуань-Вэнь. Выбор режимов обработки, исходя из требуемой точности деталей, обрабатываемых на круглошлифовальных станках. Диссертация. Москва, 1955.

37. Л.Э. Эльсгольц. Введение в теорию дифференциальных уравнений с отклоняющимся аргументом. Изд. "Наука", Москва, 1964.

38. Самоподнастраивающиеся станки. Сборник под ред. Б.С. Балакшина. Изд. "Машиностроение", Москва, 1965.

39. Самоподнастраивающиеся станки. Сборник статей под ред. Б.С. Балакшина. Изд. "Машиностроение", Москва, 1967.

40. Основы автоматического регулирования. Том 1. Под ред. В.В. Солодовникова. Машгиз, Москва, 1954.

41. Hahn R. On the analysis of random errors in precision cringing operations. Journal of Engineering for Industry, may, 1961.

42. Hahn R. Шлифование с контролем усилия врезания. "Конструирование и технология машиностроения" № 3,1964.

43. Controlled force grinding ensures dimensional repeatability. Metalwork Product., 1963, 107, №43.

44. Aids to productivity. Mach. Lloyd and Electr. Engng. Overseas Ed., 1963,35, № 22.

45. Centner R.M., Idelson J.M. Adaptive controller for a metal cutting process. IEEE Trans. Applic. And Ind., 1964,83, № 72.

46. Tipton H. Electricity and machine tools Product Engineering, 1965,44, № 10.

47. Peynolds R.A., Norwood R.A. Adaptive controls are versatile. Metalwork Product, 1966, 110, №25.

48. Svith I.R. A case study in quality control of parts produced by numerical control machining. Prod. Eng. (Brit), № 8,1981.