автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение производительности и точности обработки на токарных станках с числовым программным управлением за счет учета динамических свойств процесса на стадии проектирования управления программ

РГ6 од

. 5 ИЮН 1995

На правах рукописи

Суркоа Игорь Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ и точности ОБРАБОТКИ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ С ЧИСЛОВЫМ

ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ЗА СЧЕТ УЧЕТА ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОЦЕССА НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ

Специальность 05.02.08 - "Технология машиностроения"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск 1995

Работа выполнена на каФедре "Технология машиностроения" Челябинского государственного технического университета.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и

техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Корчак с. Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор НитроФанов в. г.;

кандидат технических наук Надеин В. А. >

ведушее предприятие - Челябинский автонатно-механический

Защита диссертации состоятся 20 июня 1995 гола, в 12 часов, в ауд. 502 на заседании диссертационного совета Л 053. 13.05 в Челябинском государственном технической университете по адресу: чьюео, Челябинск, пр. им. В. И. Ленина, 76.

Просим Вас принять участие в заседании диссертационного совета или прислать по указанному адресу отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке челябинского государственного технического университета.

Автореферат разослан "1£" 'М+Чх 1995 года.

завод.

Ученый секретарь специализированного совет доктор экономических наук, профессор

ОБ1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность, опыт промышленной эксплуатации станков с ЧПУ показывает, что наибольший экономический эФФект может быть получен при обработке на них сложных деталей| имеющих иного точных поверхностей, в тон числе Фасонных. Тела вращения с коническими, сферическими поверхностями, а также с поверхностями, имеющими более сложную форму в продольном сечении широко используются в узлах и механизмах, выпускаемых на предприятиях машиностроительного комплекса и авиаиионо-космической промышленности.

При этом, операции, выполняемые на станках с ЧПУ. часто являются окончательными, то есть обработка должна обеспечить получение конечных, достаточно жестких требований чертежа по точности и шероховатости. Это особенно важно при обработке Фасонных поверхностей, так как отклонение Формы, полученное при обработке, оказывает влияние на работоспособность соединения (конического или сферического) в механизме или узле. Например, в топливозапорной аппаратуре важным для герметичности соединения является точность прилегания конуса вала и отверстия.

При обработке Фасонных поверхностей на станках с ЧПУ к нес-танионарности процесса, обусловленной исходной неравномерностью припуска из-за колебаний размеров заготовки добавляется влияние следующих Факторов:

1. Форма исходных заготовок (прокат) обычно не совпадает с Формой готовой детали, что характерно для серийного производства, где в основном и применяются станки с ЧПУ. При обработке таких заготовок широко применяются стандартные многоходовые аиклы с автоматическим разбиением на рабочие хода, что связанно с простотой программирования и значительным уменьшением длины управляющих программ. Предварительные рабочие хода для удаления напуска в этих циклах выполняются по схеме "прямоугольная петля" и только один или два завершающих рабочих хода эквидистанты конечному контуру. Это приводит к появлению ступенчатого припуска (каждая ступень треугольной Формы) перед заключительными рабочими ходами, что вызывает значительные колебания силы резания и обуславливает отклонение Формы в продольном сечении из-за копирования ступеней.

г. При движении вершины резыа вдоль криволинейной образующей обрабатываемой поверхности происходит постоянное изменение направления контурной подачи, чтс приводит к изменению активной длины режушей чроьки. кинематических углов в плане и плошали сечения среза, то есть к изменению составляющих сил резания (их величины и направления).

Анализ показал, что на производстве, чтобы обеспечить заданное качество обработки, подготовку управляющей программы производят в г этапа. На 1-й этапе в управляющей программе задаются начальные ("стартовые") параметры многоходового никла, исходя из рекомендаций по обеспечению прочности инструмента (для. черновой стадии) и шероховатости обрабатываемой поверхности (для чистовой). На г-н этапе проводятся пробные обработки детали с многочисленными корректировками параметров многоходового цикла (изменяется уровень режимов для черновой обработки, вводятся дополнительные получистовые и чистовые рабочие хода), сравнение "стартовых" и внедренных в производство управляющих программ показало, что время выполнения (то есть производительность) различается в 1.5...г раза, что свидетельствует о низкой эффективности проектной методики, применяемой на 1-м этапе.

Высокие требования к точности поверхностей и переходные процессы на чистовых рабочих ходах (из-за переменности глубины резания) обусловили необходимость разработки методов управления режимами резания на стадии проектирования управляющих программ для обработки Фасонных поверхностей, с учетом динамических свойств процесса точения и ориентированных на возможности современных устройств с ЧПУ.

Цель работы: разработка методики проектирования многоходовых циклов с автоматическим разделением на рабочие хода для токарных станков с чпу с учетом динамических свойств процесса точения для повышения точности и производительности токарной обработки.

Основные задачи: 1. Разрабочать.аналитические силовые зависимости для контурной обработки деталей на токарных станках с чпу, учитывающие наличие радиуса при вершине резца и изменение направления контурной подачи при обработке фасонных поверхностей.

г. описать процесс контурного точения с помощью уравнений динамики и получить зависимость изненения силы резания от изменения параметров,срезаемого слоя с учетом инерционности технологической системы. Разработать расчетно-аналитическую методику определения постоянной вренени процесса точения, как основной динамической характеристики токарной обработки.

3. Сформировать методику и алгоритм расчета параметров высокопроизводительных многоходовых циклов точения с автоматическим разделением на рабочие хода, обеспечивающих заданную точность и учитывающих динамические свойства процесса точения, для применения в системах автоматизированного проектирования технологических процессов.

4. Разработать измерительно-вычислительный стенд и выполнить на нем комплекс экспериментов по проверке адекватности моделей.

5. дополнить существующие обшенашиностроительные нормативы режимов резания для станков с чпУ методикой расчета параметров многоходовых циклов токарной обработки с автоматическим разделением на рабочие хода.и.необходимыми нормативными картами.

6. Внедрить разработанные методики на производственных предприятиях и в учебный процесс.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения, теории резания металлов, законов механики, аналитической геометрии и теории автоматического управления.

Достоверность результатов аналитических решений проверялась экспериментально на специально разработанном измерительно-вычислительном стенде, обеспечивающем автоматизированные комплексные экспериментальные исследования процесса точения. Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики. вычисления и математическое моделирование выполнялось на ЭВМ ГШ РС.

Научная новизна. 1. На основе закона механики о равенстве активных и реактивных сил,, а также основных законов теории плас -тичности, разработаны аналитические силовые зависимости для контурной обработки деталей на токарных ст нках с ЧПУ. учитывавшие наличие радиуса при вершине резца и изменение направления контурной подачи при обработке Фасонных поверхностей.

г. Получена аналитическая зависимость изменения силы резания от изменения параметров срезаемого слоя с учетом инерционности технологической системы. Разработана расчетно-аналитическая нето-дика определения постоянной времени, как основной динамической характеристики процесса точения.

3. Исследовано влияние динамических характеристик процесса контурного точения на результирующую погрешность обработки, на этой основе сформирована методика и алгоритм расчета параметров высокопроизводительных многоходовых циклов точения с автоматическим разделением на рабочие хода, обеспечивающих заданную точность и учитывающих динамические свойства пропесса точения, для о применения в системах автоматизированного проектирования технологических процессов.

Практическая ценность и промышленная реализация работы. впервые разработаны, прошли промышленную апробанию на зо предприятиях и изданы в 1990 году "Обшенашиностроительные нормативы вре-'

пени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с ЧПУ. Часть П. Нормативы режимов резания", В главе "Точеиие и растачивание" (вид обработки - точение продольное и подрезание торцов) приведены карты выбора полачи и поправочных коэффициентов на подачу, полученных при использовании разработанных аналитических зависимостей сил резания, в нормативах решена задача обеспечения расчетно-обоенованного минимального основного времени обработки в зависимости от точности заготовки и необходимой точности обработки только для деталей, обработка которых осуществляется последовательным снятием с заготовки слоеэ материала рабочими ходами, эквидистантными обрабатываемой поверхности.

Поэтому, используя полученные расчетные модели, описывающие взаимосвязь получаемой при токарной обработке на станке с чпу точности размеров и Формы деталей с режимами резания на каждой вталии многоходового цикла точения и учитывающие динамические свойства процесса точения, разрабртанна методика расчета параметров многоходовых циклов и необходимые норнативные карты, которые дополняют изданные нормативы режимов резания и обеспечивают раэ-Р4ботку управлявших програнм наибольшей производительности.

По заказу ЦЕНТ ГОСКОНТРУДа СССР и других предприятий разработана автоматизированная система проектирования и нормирования операции для станков с ЧПУ. ориентированная на различные типы ЭВМ.

Результаты исследований в виде,руководящих технических материалов и систем автоматизированного проектирования и нормирования операция внедрены на 2 предприятиях. Их промышленное использование на ряде операций показало, что учет динамических характеристик процесса точения повысил эффективность разработки управляющих' программ, содержащих многоходовые автоматические циклы, и позволил сократить время их отладки в среднем на ЗОХ. а производительность обработки (при той же точности) повысить на разных операциях от 10 до ЧОУ:

Разработанные САПР нормирования операций используются в курсовом и дипломном проектировании студентами специальности 1201.

Апробация работа, основные результаты работы доложены и об-сужиены на научно-технических конференциях (НТК) и научно-методических семинарах (ШС): на НН с "Внедрение «нкропроцессорных средств V машиностроении", Челябинск, 1987 г.; на Республиканской НТК "Опыт позлания и эксплуатации гибких автоматизированных производственных систем механической обработки". Киев, 1987, 1966,

1989 гг. ; на Всесоюзной НТК "Технологическое и нормативное обеспечение станков с ЧПУ и Г"С"._ Челябинск. 1988 г.; на всесоюзном ННС "Роботы и ГЛС", Челябинск. 1988 г.; на Республиканском НМС "Автоматизация контроля качества в ГПС". Севастополь. 1989 г. : на Всесоюзном НИС "Новое в метрологическом обеспечении машиностроения", Носква, 1989 г. ; на зональной НТК "Совершенствование процессов резания и средств автоматизации для повышения производительности гибких станочных систем". Курган. 1990 г.. на ряде НТК Челябинского государственного технического университета 1987-1993 гг.

Публикации, Основное содержание диссертации изложено в 12 публикациях и в 4 отчетах по НИР.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, обших выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 107 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 99 наименований и 9 приложения на 52 страницах. Общий объем работы 223 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

Из работ Балакшина Б. с., Соломениева ¡о. н., Базрова Б. н., Митрофанова в. г. и ряда других исследователей известно, что наибольшее влияние на точность обработки деталей оказывают колебания сил резания и вызываемые ими взаимные упругие отжатия инструмента и детали, на которые и приходится большая доля погрешности обработки, так называемая погрешность динамической настройки.

Поэтому известные методики адаптивного управления точностью и производительностью токарной обработки основываются на зависимостях для расчета составляющих силы резания. Большинство существующих методик основано на эмпирических зависимостях и учитывает узкий диапазон варьирования параметров резания.

На основе использования Формул Корчака С. н. Гузеев в. И. предложил аналитические зависимости для определения составляющих сил резания при точении Фасонных деталей для случаев обработки с глубинами, значительно большими радиуса при вершине резца. • Ефимов Е. ю. получил зависимости для расчета составляющих сил резания, в которых учитывается наличие радиуса при вершине инструмента, но в них отсутствует учет изменения активной длины режущей кромки, ки-

в

нематических углов в.плане и плошали сечения среза при обработке Фасонных поверхностей.

Обший недостаток этих моделей - систена сил рассматривается в статике (для установившегося процесса), без учета инерпионости технологической системы. То есть, .считается, что ступечатое (мгновенное) изменение глубины резания вызывает мгновенное изменение силы резания и погрешности динамической настройки. Если для цилиндрической поверхности доля врезаний и выходов инструмента в обшен времени резания невелика, то при точении Фасонной поверхности со ступенчатым припускон эта доля переходных процессов значительна и из-за неучета динамики процесса резания разница между расчетными и реальными величинами сил резания и погрешностями обработки в этих случаях может оказаться существенной.

Для учета динамических характеристик задача про ктироваяия управлявшей программы для токарных станков с ЧПУ представлена как задача управления, при решении которой необходимо описание объекта управления с помощь» уравнений динамики. В работах Кудинова в. А.. Подураева в. Н.. Левина А. И.. Тверского И. Н. предложены различные варианты таких уравнений, вхояяше в эти уравнения постоянные времени и коэффициенты передачи являются обобщенными динамическими параметрами, определяшшми связь между входными воздействиями «подача 5 » глубина резания £ ) и выходными параметрами (точность и производительность), их общими недостатками следует считать то. что силовые эм: ирические зависимости, положение в основу этих моделей имеют узкий диапазон применения, кроме того сведения о постоянной времени процесса резания (3р) в научной литературе крайне ограничены и противоречивы. Ее определяют в основном экспериментально. Это затрудняет использование таких моделей для проектирования операций в широком диапазоне условий обработки на токарных станках с ЧПУ.

в большинстве исследований, посвященных точности обработки на токарных станках с ЧПУ. рассматриваются случаи, когда все рабочие хода эквидистантны обрабатываемым поверхностям, что характерно для обработки детали из близкой по Форме заготовки. Обработка делится на стадии: черновую, получистовую, чистовую, отделочную. Считается, что на каждой стадии происходит уточнение обрабатываемых поверхностей с определенным коэффициентом уточнения. В этон случае основным возиушяюшии воздействием, пороядаюшин динамическую погрешность обработки, является колебание размеров заготовки. которое уменьшается на каждой стадии. При расчете реяи-

нов резания, динамическая погрешность от упругих переметения ограничивается определенной долей от допуска на размер.

Как уже отнечалось. при обработке многоступенчатых деталей из проката на станках с ЧПУ используются стандартные многоходовые циклы. При этом, после чернового удаления напуска по схеме "прямоугольная петля" на Фасонных поверхностях возникают ступени, которые приводят к колебанию глубины резания на получистовом эквидистантном рабочем ходе. Величина этого колебания зависит от глубины резания на черновой стадии и значительно превышает колебание глубины резания от неточности заготовки. Упругие деформации при получистовой обработке приводят к появлению погрешности Формы в продольном сечении перед чистовой обработкой, величина этой погрешности часто оказывается значительной и окончательный (чистовой) рабочий ход не обеспечивает требуемую точность размеров и Формы из-за наследования погрешности Формы в продольном сечении от предыдущих стадий обработки.

Эту задачу можно решить разработкой соответствующей методики для расчета параметров многоходовых циклов точения, обеспечивающих максимальную производительность при заданной точности с учетом динамических свойств процесса точения в связи с его силовой нестабильностью.

г. ВЗАИМОСВЯЗЬ СОСТАВЛЯВШИХ СИЛ РЕЗАНИЯ С ЛИНАНИЧЕСКИНИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ.

для вывода силовых зависимостей был применен подход, основа-ный на законе механики о равенстве активных и реактивных сил, а так же на основных положениях теории больших пластических деформаций.

При определении составляющих силы резания для случая применения резпов с радиусом при вершине, которые обычно и используются при обработке Фасонных контуров, отдельно рассмотрим прямолинейный и радиусный участок режушей кромки инструмента. Используя формулы с. н. Корчака. описывающих равновесие активных и реактивных сил для элементарного участка режушей кронки. определены элементарные составляющие сил резания, действующих на задней • С1р%т£ и передней поверхности (с• прилегающих к этому

участку. После интегрирования этих выражений, получены зависимое-

^ , п "У л ру

ти для определения сил. возникающих на передней ^/та" />м'* СО и заией поверхностях Ф??Р-Р?тР ■Рх™Р<Р&гР>• при"

легаюших к. прямолинейному (индекс НУ) и 'радиусному (индекс РУ) участкам режущей кронки.

После суммирования и соответствующих преобразований получена система расчетных зависимостей составляющих сил резания:

\ ып(у-со) £ 1-д ¿> ));

^^.¿•(Ьеощ

<

«и

- zin Ste^ùU^.Gi • .¿ ./ t ■ -,, + m ujjjj ,2 yi &in(jn-j!,) câ Чд(ч>-<х>)

-h Z(Sin(,*p-ui) +Stn((p,-tti>) - J-aos (ip-œ)л

- 2-S S l'r? ( Vr V3; - 2-to;. oosCy

где 0£ - интенсивность напряжений В движущемся объеме деформируемого металла; J3 . угол действия и. угол сдвига; S - радиус при вершине резпа;СО -угол наклона обрабатываемой поверхности; ip. <~f>, г-ллшшй и вспомогательный углы в плане; - величина Фаски затупления,^ - коэффициент трения.

Получение аналитические зависимости описывают закономерности изменения силы в зависимости от режимных < S и "С > и геометрических параметров ( 2 . lj> . ifj , СО и т.д.). В результате появилась возможность расчетно-аналитического количественного определения влияния этих Факторов на силы резания, их , нестабильность и в дальнейшем на точность обработки.

Для теоретических исследований полученных зависимостей была составлена программа расчета на ЭВМ. Результаты моделирования для Ру представлены на рис. î в виде сплошных линий.

Для экспериментальной проверки полученных зависимостей и проведения других экспериментов разработан измерительно-вычислительный стенд (ИВС) на базе серийно-выпускаемого токарного станка с чпу модели 16К20ФЗСЗЗ (система ЧЛУ 2Р22). Этот станок дополнительно оснащен рядом датчиков (винт-датчик Для измерения силы резания, индикаторы контакта для контроля размеров детали и положе-' ния режуошх кромок инструмента), которые наряду со штатными измерительными приборами через модули стандартного интерфейса КАНАК подключены к шине ЭВМ IBM PC. функциональная схема ИВС приведена

Ш

400

ЙОО •

о,1 ца «V?

%,В Э.О

на рис. г. Математическое обеспечение Устройства 2Р22 расширено для управления дополнительным оборудованием. Аппаратная часть стенда разработана исходя из требования универсальности. Конкретные группы экспериментов проводятся на ИВС за счет расширения его программного обеспечения. иве выполняет Функции: сбор результатов измерений и ввод их в ЭВМ; первичная обработка информации; визуальное и графическое отображение информации; сортировка, накопление и хранение информации; автоматическое регулирова-. ние технологических параметров; программно-логическое управление' приводами и механизмами станка для Физического моделирования заланного режима исследования.

Экелерименталь н н е исследования (точки на. рис. 1) подтвердили справедливость полученных аналитических силовых зависимостей. Среднеквадратичное отклонение экспериментальных и теоретических значений составило не более 10

На основе выведенных силовых зависимостей, учитывая изменение режимных параметров во времени <Т) И влияние упругих „перемещений элементов технологичческой системы вдоль осей X и У на пло-. шадь сечения среза (т.е. обработки по следу), была получена обпая динамическая модель процесса точения. В этой модели было учтено влияние упругой системы станка, описанной линейной системой обык-

%0

ао

3,0

"8.0

о йо 40 (о,гроз

Рис.. 1. Взаимосвязь составляющей силы резания И, с параметрами точения: 1 - влияние подачи 3 1°); г - влияние глубины резания ^ со); з - влияние радиуса при вершине £ («); 4 - влияние угла наклона СО<х).

1ВЛРСАТ

озу вгвк нпд гон £(?А;Рхвоо

Магистраль хрейто КАМАК

\Аип 7/2

ГШ5Л кемтор

Р&истр. 30$

драть

СёВ9Ь злрктразЩ

потхой

Контроль пошности

I

ГШШ

Сонкртовиия Мг ■ ' |

16К20ФЗ

0 0

I О

учпу

гРгг

Копплвкс

ГЮАОШЁЗЮ*

тхиреги-

стрирую-щик прибо*

роё

Зле*™ро~

о&тояйТУ" ко стонка

Рис. 2. функциональная скена ИБС

новенных дифференциальных уравнений и выраженное через передаточные ФУНКЦИИ и W^

Ру IT.) = (Ky,Src)-*Ky3)-t (t) Ку2 '$СЪ) + Куч S Px(t)=(Kxrsec)*Kx3)-tez)+Kxs-Siz)-*Kx4j t t Cc)-(ylt:) -Кп-уст -Го jj; (2)

Q (т; = S (X)- (Xyn (T)-Xyn ;

у (H) - V/yiP) -PyCc)) XynCCjxVAW-PxCC), где Д't- текущее изменение глубины резания; 1Г0 - время одного оборота; у . Хуп" упругие деформации технологической системы по осям у их; Кп~ коФФиииент перекрытия следа; оператор

дифференцирования;/^ _^ ,/CXf ц - аналитические коэффициенты, зависящие от . ji . ^ . g . со • ^ • • JU (введены из-за громоздкости полных выражений составлявших силы резания в (1)).

Для исследуемой контурной обработки Фасонных поверхностей на станках с чну, когда в кадре управляющей программы скорость подачи неизменна, непостоянство срезаемого слоя связано с колебаниями Фактической глубины резания. Рассматривая отклонения составляющей силы резания при S =const и "t const и используя функцию запаздывающего аргумента, получим следующее выражение, описывающее влияние нестаиионарности глубины резания на составляющую силы Ру'.

А б Kyf'S + Куз____л+ /<7-}

заменяя выражение экспоненты рядом Паде и учитывая, что в большинстве исследований упругая система станка представлена как одномассовая, получим следующую формулу для передаточной функции процесса резания, которая позволяет оненнть реаклию процесса резания. выражающееся в изменения силы резания, на ступенчатое изменение глубины резания:

Т „г Q«'P*+QiPa*(UP>i+a:iP а» Wpe3 Р'" e<!P«->&3p3+&if>Z + 6ip * 6о

где Qv QsbCKyt-S+KysX&T^To+TxT*};

(4)

*( 12Тг+б1;о); Q. = 12-(Ky1Si-Ku3):

=677-2To +T3-Vo*j 6s=(Ky,S*Ky3)*

6, = 6Te- Ky(Kyi S +KU3){t -fKn) -fCt>-

6o = 12(Kyr S +Kjjz)-Ky ■( 1 - Kn) + t2;

Ку- Т, • То - статический коэффициент передачи и постоянные времени передаточной функции упругой системы станка.

Для дальнейшего исследования точности обработки процесс точения. как динамическое звено, ножет быть описан дифференциальным уравнением 1-го порядка, которому соответствует передаточная фун-

КШ1Я \ а 7 К Р

1Л/рез(р; = 1 +Тр-"р .> ■ _ <5>

где Кр- статический коэффициент передачи звена! Гр - постоянная времени процесса точения, характеризующая его инерционность, которая выражается в отставании изменения силы резания, относительно вызвавшего это изменение глубины резания.

на основе этого разработана методика определения постоянной вренени процесса точения 7р ■- основной динамической характеристики процесса, которая состоит из:

1) построения переходной Функции по переваточной функции (4) (оплошные линии на рис, 3);

2) аппроксимации полученной переходной функции решением дифференциального уравнения первого порядка (штриховые линии);

3) получения значения постоянной вренени процесса по аппроксимированной функции известнши математическими столами „(жгрих-

ДРу.Н

500

Тр 0,5 № 15 Г С

Рис. з. Реакция силы резания Ру на ступенчатое изменение глубины резания' (сталь 45, Т15К6, ^-9Ъ°, !л) = 20° % =0, 2 мм,5=0,2 мм/об)

пунктирные линии иллюстрируют метод построения касательных к ап-роксимированной кривой для определения Тр ).

Аналогично были проведены исследования для составляющей силы резания в направлении X,

Эксперименты, выполненные с использованием ИБС. показали, что расхождение экспериментальных и теоретических данных не превышает 15.. . 1 ТУ.

3. НЕТОЛИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОХОДОВЫХ 11ИКЛОВ ТОЧЕНИЯ

Для вывода модели управления точностью и производительностью в многоходовых циклах обработки получено выражение, описывающее взаимосвязь динамической составляюшей погрешности обработки Фасонной поверхности (отклонения Формы в продольном сечении) с вызывающим эту погрешность изменением глубины резания (с учетом динамических свойств процесса точения): , • _

-Кр-Ат <Т~

д =_ - е' )

'¿д^; <) -Т* 1 ¡/-Тг. у у ^ /» (б)

где А-{- = ГПО.Х'^А'Ь ("V)}- ■ * время действия возмушаюшего воздействия > рис.4).

• Решение дифференциального уравнения при нулевых начальных условиях позволило получить Формулу для определения максимальной погрешности обработки: -т-

АдаИ(~ Ад К -Тр ■ ¿п тф^Т ■ <7 >

Предложенные зависимости были использованы для разработки методики расчета наиболее производительных циклов многоходовой обработки, обеспечивающих заданную точность. Разработанная система аналитических уравнений описывает взаимосвязь погрешностей на каждой стадии обработки с режимными параметрами многоходового

3" К-Лгд ^

У1 -¿¿псз/ъ'

А •¿гС^-^А л • (8)

---

гдеД^ з з " погрешность обработки, подача и глубина ре-

зания на черновой (1), получистовой (2), чистовой стадии цикла (3);Д0 - погрешность заготовки

Программная траектория

\Аст

^ У /— / ^ \ ) * \ "

Рис. ч. Влияние изменения глубины резания на погрешность формы в продольном сечении:

Д-т статическая составлявшая погрешности; А - высота ступени после черновой стадии:£п, программная и Фактическая глубина резания

и 8 = 5| : I ~ число рабочих ходов на черновой стадии; К£,- коэффициент уточнения погрешности.

В этой системе, во-первых, учтены подача и глубина резания на каждой стадии цикла, состоящего из различных по геометрии рабочих ходов, а во-вторых, учтено влияние черновой обработки по схеме "петля" на результирующую погрешность обработки.

Для опенки производительности многоходового цикла разрабо-танна Формула, описывающая взаимосвязь суммарного времени цикла с режимными параметрами на каждой стадии обработки:

где (.СЛ;- время на смену инструмента;/^, Пи$ - периоды стойкости инструмента;- длины рабочих ходов; Пу^.з - частота врашения шпинделя ,Кд1 - кэФФшшент укорочения длины рабочего хода.

Задача расчета параметров многоходовых пиклов решается методом динамического программирования, когда последовательно для каждой стадии иикла выбираются параметры управления (подача и глубина резания), удовлетворяющие технологическим ограничениям, таким образом, чтобы обеспечить минимальное значение времени цикла (9). стандартные технологические ограничения (по прочности инструмента, привода подач, шероховатости и т. л. ) были дополнены

разработанным ограничениями по точности обработки с использованием многохолового цикла.

Для цилиндрической поверхности: ~

С*-,-0 Д 3. (10)

Для Фасонной аоверкпостп:(0,125—0,5)-ОС^-(ГЛз, глеСХ.}- Скоэффициенты, выражающие долю погрешности обработки от упругих перемещений в суммарной погрешности: ¿^ - величина поля допуска выполняемого рамера; Дд~ определяется из системы (в); (О, 125.. .о. 5)- выбор зависит от степени геометрической точности детали.

Все необходимые расчеты были произведены на ЭВМ.

Описанная методика позволила дополнить изданные в 1990 году общемашиностроительные нормативы режимов резания для станков с ЧПУ разделом для определения параметров высокопроизводительных многоходовых циклов и расчета норм времени.

ОБШИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании использования закона о равенстве активных сил (резания) и реактивных сил (сил сопротивления металла пластической деформации). а также основных законов теории пластичности, получены аналитические зависимости, которые описывают закономерности изменения составляющих силы резания при контурной обработке на токарных станках с ЧПУ, в зависимости от режимных (подача и глубина резания), геометрических параметров (радиус при вершине инструмента, активная длина режущей кромки, кинематические углы в плане и т. д.) и Физико-неяанических свойств детали.

г. Процесс контурной обработки описан дифференциальным уравнением первого порядка, как связь изменения составляющих силы резания от колебания глубийы резания. Коэффициента этого уравнения отражают свойства процесса точения и использованы как его динамическая характеристика при исследовании влияния ступенчатого припуска при обработке Фасонного профиля на результирующую погрешность формы в продольном сечении. Впервые получена расчетная методика определения постоянной времени, как основной динанической характеристики процесса точения.

з. с использованием динамических характеристик точения разработана эффективная методика проектирования многоходовых автоматических циклов контурного точ ния, учитывающая технологические ограничения (по точности обработки, шероховатости поверхности, прочности инструмента и т. л.). эта, методика использована в режим-

1в

них блоках систем автоматизированного проектирования операций лля станков с ЧПУ, а также ножет быть использована в виде подпрограмм математического обеспечения станочных микроэвм нового поколения (проектируюше-управляюших).

4. разработаны необходимые для расчета параметров многоходовых циклов токарной обработки карты, дополняющие действующие об-шемашиностроительные нормативы.

5. создан измерительно-вычислительный стенд, на котором выполнен комплекс необходимых экспериментов по проверке адекватности разработанных моделей.

6. Промышленное использование разработанных на основе проведенного исследования нормативных материалов показало, что учет динамических характеристик процесса точения повысил эффективность разработки управляющих программ и позволил сократить время их отладки в среднем на 30*. а производительность обработки (при той же точности) повысить на разных операциях от ю до 10'/-. Головой экономический эФФект составил 789,3 тыс. рублей по пенам до 1991 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: ,

1. В. А.Иоголевич, И.В.Сурков, использование микропроцессорной техники в системах автоматизированного контроля //внедрение микропроцессорных средств в машиностроении: Тез. докл. - Челябинск: ЧПЙ. 1967.- с. 32-33

г. и. в. Сурков. Управление точностью обработки на токарных станках с ЧПУ // технологическое и нормативное обеспечение станков с ЧПУ и гибких производственных систем: Тез, докл. Всесоюзной науч. техкич. конФ. - Челябинск, 1966.- С. 5.

3. с. н. корчак. в. и. Гузеев. к. в. сурков и др. Назначение режимов резания при точении и Фрезеровании концевыми Фрезами с учетом точности обработки, включая алгоритмическое оснащение микропроцессоров: Методические рекомендации. - Н. : ВНИИТЭНР. 1987. - 36 с.

4. Разработка исходных данных по учету точностных параметров в нормативах режимов резания лля токарных и Фрезерных станков с ЧПУ: отчет о НИР (заключит.) /ЧПИ; Руководителе с.Н.Корчак. - Н гр 01640019206; инв. К 02870032715. - Челябинск. 1987. - 97 с.

5. Разработка САПР технологических процессов на базе см и ЕС эвн. Автоматизация подготовки управляющих программ лля станков с чпу: отчет о НИР (заключит.) /ЧПИ; Руководитель С. Н. Корчак. - N гр 01.65.0033669; инв. к 02530022657. - Челябинск. 19&7. - юз с.

6. Гузеев в. и.. Иоголевич в. а. . Сурков и, в. и др. Измерительные устройства на базе индикаторов контакта для станков с чпу. инфорн. листок н 527-88, 1986.

7. Сурков И. В. Испытания систем автоматического контроля на точность и надежность // Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. - Челябинск: ЧПИ, 1988.-С. 111-113.

8. сурков И. В. , иоголевич В. А. Внедрение индикаторов контак' та на токарных станках с ЧПУ // Новое в метрологическом обеспече» нии машиностроения: Материалы семинара. - Н., 1989. - С. 47-48.

9. Иоголевич В. А., Сурков И. В. Расширение технологических возможностей станков с ЧПУ // Автоматизация контроля качества в ГПС: Тез. докл. - Н. , 1969. - С. 11 -12.

10. обшемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для технического нормирования работ на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Ч. II. '- Нормативы режимов резания. - М. : Экономика. 1990. - 473 с.

И. Иоголевич В. А-. Сурков и. В. Использование индикаторов контакта в системах ЧПУ // Совершенствование процессов резания и средств автоматизации для повышения производительности гибких станочных систем: Тез. докл. - Курган. 1990. - С. 11-12.

12. сурков и. в. Расчетное проектирование многопроходных циклов обработки Фасонных поверхностей на токарных станках с ЧПУ // Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. - Челябинск: ЧГТУ. 1993. -С. 79-80.

13. Сурков И. в. Измерительно-вычислительный стенд для автоматизации исследования процесса точения // Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. - Челябинск: ЧГТУ. 1995. -С. 55-58.

14. Гузеев В. И., Иоголевич В. А.. Сурков И. В. Обшемашиностро-ительная система автоматизированного проектирования и нормирования операций для станков с ЧПУ. ИнФорм. листок Н 434-93. 1993.

15. Разработка и внедрение компонентов САПР ТП применительно к изделиям предприятия: Отчет о НИР/ ЧПИ; Руководитель Гузеев В..И. ; N ГР 01.88.0006633.- Челябинск: ЧПИ. 1990.- 97с.

16. Разработка системы автоматизированного нормирования работ на универсальных и многоцелевых станках с ЧПУ. Рекламно-тех-ническое описание. Шифр 88007, к ГР 01680006619. Челябинск. ЧГТУ,. 1990. - 36 с.