автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение точности механической обработки на многофункциональном оборудовании на основе моделирования динамических погрешностей

Гаврилов Виктор Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОМ ОБОРУДОВАНИИ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Специальность 05 02 08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Омск-2007

160242

003160242

Гаврилов Виктор Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОМ ОБОРУДОВАНИИ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Специальность 05 02 08 — Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Омск - 2007

Работа выполнена в государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет»

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор КОСОВ М Г

доктор технических наук, профессор РАУБА А А

доктор технических наук, профессор

АРТАМОНОВ Е В

ФГУП ПО «Полет», г Омск

Защита диссертации состоится 02 ноября 2007 г в часов на

заседании диссертационного совета Д 212 178 05 в ГОУ ВПО ОмГТУ по адресу 644050, г Омск, пр Мира 11, корпус 6, ауд 340

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОмГТУ

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направить в адрес диссертационного совета

Автореферат разослан « О К r<PfJ~h 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 178 05

кандидат технических наук, доцент ' В Б Масягин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Создание конкурентоспособной продукции машиностроения в наибольшей степени обеспечивается точностью ее изготовления, которая последовательно формируется на всех этапах от проектирования технологического процесса изготовления до сборки готового изделия Наиболее важным с точки зрения достижения требуемой точности изделия является процесс изготовления деталей, поэтому повышение точности механической обработки является актуальной проблемой машиностроения

Успешное решение данной проблемы осложняется следующими факторами

Во-первых, непрерывным ростом требований к точности изготовления деталей, что объясняется тенденцией на повышение качества современных конкурентно-способных машин и стремлением улучшить технические характеристики машины, повысить ее надежность, долговечность, геометрические и динамические показатели точности, что невозможно без учета динамических свойств технологической системы

Во-вторых, особенностью современного машиностроения является значительная доля (75 80 %) его продукции, выпускаемая в условиях многономенклатурного производства с частой сменой изделий В связи с этим проблемы обеспечения точности деталей при обработке на многофункциональных станках становятся еще острее и требуют решения Это связано с разработкой и широким применением новых технологических процессов, современного технологического оборудования и инструмента, способных обеспечить требуемую точность деталей и производительность обработки в условиях высокой мобильности и гибкости производства

Выявление на стадии проектирования технологического процесса свойств по его гибкости с учетом обеспечения заданной точности обработки деталей позволяют сформулировать научно-обоснованные требования к технологическим системам по их точности и эффективности

В связи с частой сменой объектов производства и необходимостью расширения технологических возможностей, оборудование и большая номенклатура используемой оснастки должны обладать технической гибкостью, то есть способностью переходить, в пределах установленных технических возможностей, из одного функционального состояния в другое Обеспечение заданной точности обработки детали также требует повышения виброустойчивости всей технологической системы

В третьих, традиционный подход при исследовании точности обработки обычно состоит в том, что сосредотачивается внимание на различных аспектах проблемы точности, т е ограничиваются исследованием отдельных вопросов технологического и конструкторского плана, а не комплексным решением проблемы

В машиностроении при обеспечении точности решаются задачи по совершенствованию станочного оборудования, оснастки и инструмента, изучены вопросы выбора вариантов технологических процессов и оптимальных режимов резания, а также разработаны экспериментально-аналитические методы и модели, позволяющие производить оценку точности обработки на ЭВМ Все это привело к определенному прогрессу Достигнутые результаты требуют решения задач комплексной оценки точности, увязки ее с качеством станочного оборудования, его динамическим состоянием, выбором современных методов обработки, структуры операций и технологического процесса

Кинематика процесса формообразования, переменность припуска и физико-механических свойств заготовки, геометрические параметры инструмента, режимы обработки и теплофизические свойства процесса резания приводят к изменению во времени силового воздействия на технологическую систему и, как следствие этого, к возникновению колебаний, что снижает точность обработки и может стать причиной потери устойчивости динамической системы станка, ограничив его производительность

В связи с этим анализ и разработка теоретических методов, моделирующих процессы механической обработки с учетом динамических погрешностей, вносимых оборудованием, методами обработки, процессом резания, направленных на снижение погрешностей отдельных переходов, а также повышение точности путем оптимизации построения технологического процесса, являются актуальной проблемой машиностроения

Целью работы является улучшение качества машиностроительной продукции за счет повышения точности механической обработки на многофункциональном технологическом оборудовании на основе разработки моделей формирования погрешностей с учетом динамических процессов возникающих при резании в различных условиях обработки, а также повышение точности за счет оптимизации структуры технологического процесса

Основанием для выполнения работы послужили Комплексные программы повышения технического уровня производства агрегатов ТРА на 1983 - 1990 г г (Постановление С М СССР № 526), тематический план НИР ОмГТУ, финансируемый из средств федерального бюджета по единому заказ - наряду Министерства Образования РФ, г/б темы № Ф10-96, № Ф1-99, № 1 01 Ф, № 1 03 Ф, целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008г)»

Методология и методы исследования. В качестве общей методологической основы использован системный подход, заключающийся в анализе точности изделий как большой проблемы машиностроения, одной из составляющих которых является проблема обеспечения точности

механической обработки в многономенклатурном производстве, установлений влияния доминирующих факторов на точность обработки Так при исследовании погрешностей, вносимых колебательными процессами, проводится мониторинг состояния оборудования по вибрационной активности с помощью виброколлектора СК-1100 и двухканального анализатора вибраций ДИАНА-2М

Теоретические исследования проводились на базе основных положений и методов теории резания металлов, технологии машиностроения, механики твердого тела, теории упругости и теории колебаний, теории математического и физического моделирования с использованием методов вычислительной математики Для разработки математических моделей использовались результаты исследований динамических характеристик станков различных групп, проведенных автором и другими исследователями

Экспериментальные исследования проводились по известным и разработанных автором методикам в лабораторных и производственных условиях с применением методов планирования эксперимента и обработки их результатов Широко использовались возможности современных ПЭВМ как для расчета, так и для исследования модели

Объектами исследований являлись станки традиционных компоновок и опытные образцы, созданные на базе механизмов с параллельной кинематикой типа "Гексопод" и образцов, созданных по изобретениям А С № 1349954, № 1815122

С помощью экспериментальных исследований подтверждена достаточная для инженерных расчетов адекватность разработанных математических моделей

Научная новизна работы состоит в разработке концепции повышения точности механической обработки на многофункциональном оборудовании в условиях многономенклатурного производства, состоящей из обоснования последовательности выполнения переходов и операций технологического процесса с позиции обеспечения заданной точности и определении погрешности обработки с учетом динамического качества оборудования Создание научных основ и методик расчета рациональных параметров оборудования и режимов резания для повышения виброустойчивости и технологической надежности станков при механической обработке

- Установлена возможность обеспечивать точность и гибкость технологического процесса за счет оптимизации его структуры

- Предложена теория формирования операции и процесса в целом, позволяющая достигать заданное качество и производительность обработки

- Разработаны обобщенные физические и математические модели динамики несущей системы станков серийного выпуска и станков с параллельной кинематикой

- Разработана математическая модель автоколебаний технологической системы при точении валов, в которой источником возбуждения является

падающая характеристика силы резания и запаздывание силы от перемещения

- Раскрыта взаимосвязь между колебательными процессами и кинематическими приращениями глубины резания, подачи и скорости резания при поперечных колебаниях и определена степень влияния этих приращений на условия возбуждения колебаний и устойчивость системы с нелинейными зависимостями силы от скорости и перемещения

Установлено, что при чистовом точении технологически нежестких валов резцами с зачищающей режущей кромкой падающая характеристика силы резания является основным, а запаздывание силы от перемещения несущественным источником первичного возбуждения автоколебаний

Разработаны основные положения по обеспечению точности принципиально новых поколений технологического оборудования с параллельной кинематикой, обладающих свойствами

многофункциональности, гибкости и переналаживаемости, на основе повышения их качества путем рационального проектирования узлов несущей системы

Предложены основные направления развития металлообрабатывающего оборудования для многономенклатурного производства

Решена задача повышения виброустойчивости станков на основе использования виброгасящих устройств с тонкостенными упругими элементами и распределенной нагрузкой, величина которой может регулироваться по заданному закону Устройство может использоваться в адаптивных системах

Практическая ценность. Результаты научных исследований вносят существенный вклад в технологию машиностроения и станкостроения, раскрывая сущность образования погрешностей при механической обработке деталей на многофункциональном оборудовании, в частности, на многооперационных станках и станках с параллельной кинематикой Направления и перспективы развития подобного оборудования (рекомендации по проектированию и эксплуатации), вопросы оптимизации режимов обработки и структуры технологических процессов, предложенные в диссертационной работе, позволяют значительно расширить область их практического использования в металлообработке

Для руководства и использования в проектной инженерной деятельности предлагаются

- методика проектирования гибких технологических процессов для многономенклатурного производства с заданной точностью,

- методика установления отношений следования операций и переходов с обеспечением требования по точности при изготовлении деталей в условиях ГПС,

- алгоритм определения вариантов последовательности операций механической обработки,

обоснование выбора рационального состава технологического оборудования по критерию максимальной производительности и точности,

математические модели динамики многофункционального оборудования (серийного выпуска и опытных образцов на базе механизмов с параллельной кинематикой), алгоритмы и программы, позволяющие решать практические задачи по оценке точности многофункционального оборудования на стадии его проектирования и при эксплуатации, а также обеспечивать необходимую точность обработки при проектировании технологических процессов,

- рекомендации по оптимизации режимов резания,

- рекомендации по расчету и применению виброгасящих устройств

Реализация результатов работы

При проектировании и создании опытных образцов реализованы полностью или частично признаки изобретений А С № 1195102, А С № 1236242, А С № 1244407, А С № 1505893, А.С № 1349954, А С № 1337227, . А С № 1815122, АС № 1245419, АС №1245418

Результаты исследований внедрены на ФГУП ОМО им П И Баранова, в Омском машиностроительном конструкторском бюро и ФГУП «Омский завод Подъемных машин»

Научные разработки автора работы внедрены в учебном процессе и используются при чтении курсов «Расчет и испытание станков на точность», «Конструирование, расчет и САПР станков и станочных комплексов», а также в курсовом и дипломном проектировании

Основные положения, выносимые на защиту. Концепция повышения точности механической обработки на многофункциональном оборудовании в условиях многономенклатурного производства, которая базируется на системном методологическом подходе к проблеме повышения точности и связывает в единое целое технологическое проектирование

- выбор методов обработки и их реализацию в технологических переходах,

- синтез операций из совокупности переходов,

- выбор (или разработка задания на проектирование) технологического оборудования, оснастки и инструмента,

- определение последовательности выполнения операций с соблюдением требований по точности и производительности обработки

Основу этапов проектирования составляют методики по установлению отношений следования операций и переходов, алгоритмизации определения последовательности обработки, обеспечению точности обработки

Решение задачи снижения погрешности отдельных методов обработки и переходов, исходя из принципа отклонения траектории движения формообразования под действием соответствующих сил, можно представить как состоящую из постоянной и переменной (вибросмещения) составляющих

Результатом данных отклонений траектории взаимного движения инструмента и заготовки является погрешность обработанной поверхности, состоящей из постоянной и переменной составляющих погрешностей детали А так как

амплитуда вибросмещения достигает значительных величин, соизмеримых с допустимыми на линейные размеры, то и погрешность, включая вибрации, может влиять не только на микронеровности и волнистость, но и на точность размеров, формы и взаимного расположения поверхностей В связи с этим исследования погрешностей, вносимых упругими деформациями технологической системы и колебательными процессами, являются важными для определения общих погрешностей механической обработки

Для повышения точности отдельных переходов предлагается

- методика комплексной оценки точности многофункционального металлообрабатывающего оборудования на основе учета геометрических, кинематических и динамических погрешностей,

- обобщенные физические и математические модели динамики многофункционального оборудования, алгоритмы и программы расчета динамических параметров станков,

математическая модель оценки точности обработки на многооперационном станке,

- математическая модель и результаты исследования динамики виброгасящих устройств с тонкостенными упругими элементами с распределенной нагрузкой,

- результаты комплексного исследования многофункционального технологического оборудования нетрадиционных компоновок на базе механизмов с параллельными структурами,

- математическая модель автоколебаний при обработке валов на токарном станке и исследования условий безвибрационной работы,

- методика определения оптимальных режимов резания

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертация докладывались и обсуждались на всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы создания гибких производственных систем и роль САПР при внедрении «безлюдной» технологии в промышленности» (Москва, 1986 г), на всесоюзной научно-технической конференций «Автоматизированное проектирование машин, оборудования, приборов и технологических процессов в машиностроении» (Устинов, 1986 г), на региональной научно-технической конференции «Разработка и внедрение гибких производственных систем для механической обработки» (Омск, 1987 г), на региональном научно-техническом совещании «Прогрессивные методы проектирования и конструкции механообрабатывающего оборудования» (Омск, 1987 г), на всесоюзной научно-практической конференции «Проблемы создания и внедрения гибких производственных и робототехнических комплексов на предприятиях машиностроения» (Одесса, 1989 г), на зональной научно-технической конференции «Проектирование и эксплуатация промышленных гидроприводов и систем гидропнемоавтоматики» (Пенза, 1989 г), на зональном семинаре «Состояние, опыт и направление работ по комплексной автоматизации на основе ГПМ, РТК и РР» (Пенза, 1989 г), на зональной

научно-технической конференции «Совершенствование процессов резания и средств автоматизации для повышения производительности гибких станочных систем» (Курган, 1990 г), на республиканской научно-технической конференции «Создание интегрированных гибких компьютеризированных производств в области механической обработки и опыт их эффективной эксплуатации в промышленности» (Киев, 1990 г), на научном семинаре «Новая технология, оборудование, оснастка и инструмент для механической обработки и сборки» (Москва, 1990 г), на XXX научной конференции «Ресурсосберегающие технологии Проблемы высшего образования» (Омск, 1994 г), на международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, в 1995, 1997, 1999, 2002, 2004 гг ), на техническом конгрессе «Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2001 г), на научно-практической конференции «Машиностроительная отрасль -будущее России» (Омск, 2004 г), на семинаре кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» и научной конференции ОмГТУ, проведенных в период 1972-2006 гг

Публикации. Содержание диссертаций опубликовано в 85 работах, включая три монографии, 11 патентов и авторских свидетельств на изобретение и трех зарегистрированных отчетов по НИР

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 179 наименований и приложения Основной текст изложен на 319 страницах машинописного текста, включает 10 таблиц и 129 рисунков

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы повышения точности механической обработки на многофункциональном оборудовании в условиях многономенклатурного производства и необходимость моделирования динамических погрешностей для их учета при повышении точности Сформулирована цель и изложены основные результаты работы

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

В данной главе дан обзор литературных источников и проведен анализ состояния проблемы точности, особенностей обеспечения точности механической обработки в условиях многономенклатурного производства,

определены объекты и методики исследований Проанализированы основные причины возникновения погрешностей при механической обработке, включающие методы формообразования, физико-механические свойства процессов резания, особенности оборудования и структуры технологического процесса Выдвинуты гипотезы об активной роли динамики многофункционального оборудования и технологии в формировании погрешностей обработки деталей

Обзор отечественных и зарубежных источников по становлению и развитию научного направления о точности машин и методах ее обеспечения при механической обработке показал, что проблема точности рассматривается с трех различных точек зрения конструкторской, технологической и метрологической

В конструкторском направлении основополагающими работами являются труды Н Г Бруевича, Н А Калашникова, Д Н Решетова, В Т Портмана, В Э Пуша и др

Научные основы технологического обеспечения точности заложены в работах Б С Балакшина, Н А Бородачева, Б М Базрова, А.П Соколовского и др

Из известных методов оценки точности расчетно-аналигический метод определения точности, разработанный А П. Соколовским, В М Кованом и другими исследователями, является более перспективным при механической обработке в многономенклатурном производстве Он основан на аналитическом и экспериментальном исследовании погрешностей, вызываемых отдельными технологическими факторами и последующем суммировании этих погрешностей по определенным правилам

Анализ моделей точности показывает, что они постоянно развиваются, обновляются и все в большей степени отражают свойства явлений, происходящих при обработке Так при геометрическом анализе на основе теории размерных цепей разработаны правила и принципы, такие как принцип единства баз Б С Балакшина, принцип кратчайшего пути А П Соколовского, принцип совмещения и постоянства баз А М Кована, условие наименьшей погрешности В Л Фираго, позволяющие рационально выбирать способы базирования деталей для обеспечения заданной точности В этих принципах допускается определенная идеализация узлов и их взаимосвязей Такие принципы получили широкое применение в технологическом направлении обеспечения точности В работах С П Митрофанова, Д В Чарнко, Ю М Соломенцева, В Д Цветкова, Н М Капустина, А Г Суслова. А М Дальского и др., посвященных проектированию технологических процессов, рассмотрены и вопросы обеспечения точности обработки

Уточненная модель для оценки точности оборудования и технологических процессов была разработана И М Колесовым, В А

Тимирязевым и др на основании представления детали, как абсолютно твердой и имеющей отклонения формы и положений образующих ее поверхностей

Наиболее полная точностная модель для оценки оборудования и его влияния на точность обработки разработана Б М Базровым с введением деформируемых связей между абсолютно твердыми деталями и учетом совместного влияния геометрических, жесткостных и других факторов, сопутствующих процессу механообработки Эта модель нашла свое отражение и развитие в работах других исследователей В Т Портмана и М Г Косова

Дальнейшее развитие моделей точности связано с отказом от представления деталей и узлов как абсолютно твердых тел, и моделирования собственных и контактных деформаций, жесткости технологической системы В этом направлении значительный вклад внесли К В Вотинов, Д Н Решетов, 3 М Левина, В В Каминская, М Г Косов и другие авторы, что позволило повысить точность, виброустойчивость и долговечность станков

При анализе точности обработки ранее не рассматривалась ситуация, при которой относительные колебания инструмента и заготовки приводят не только к снижению качества поверхности, но и к появлению погрешности линейного размера Такая ситуация возможна при фрезеровании, растачивании и других методах обработки, когда появляются погрешности до 10-30 мкм Отсюда следует, что между погрешностями детали и параметрами точности технологической системы существует зависимость, которая может быть найдена на основе учета колебаний при процессе формообразования

В технологических системах возможны свободные, вынужденные колебания и автоколебания

Исследованиям природы возбуждения автоколебаний в процессе механической обработки посвящены работы, А П Соколовского, Л С Мурашкина, А И Каширина, В А Кудинова, И С Амосова, И И Ильницкого, И Тлустого, И С Штейнберга и др Ими был выдвинут ряд гипотез, учитывающих нелинейность характеристики силы резания с падающими участками, запаздыванием от перемещения, координатной связи вертикальных и горизонтальных перемещений вершины резца относительно заготовки и др Каждый из указанных выше источников обычно изучался изолированно, независимо от других

Оборудование, используемое в многономенклатурном производстве, превращается в сложные системы, обладающие свойствами многофункциональности, гибкости и переналаживаемости, поэтому в работе предлагается провести исследования динамики данного оборудования с использованием обобщенных моделей

В последнее время в отечественном и зарубежном машиностроении развитие получили станки нетрадиционных компоновок на основе механизмов с параллельной кинематикой Они обладают рядом достоинств и являются перспективными для использования в многономенклатурном производстве, исследования по которым практически отсутствуют. При оценке точности такого оборудования, наиболее важным является комплексный подход, обеспечивающий учет геометрических, кинематических, жесткостных и динамических параметров

Сложность процесса механической обработки объясняется физической природой, происходящих при этом явлений, изучение которых представляет комплексную задачу Значительный вклад в изучение этих процессов и развитие теории резания, взаимосвязи тепловых и механических процессов внесли И А Тиме, Н Н Зорев, А М Розенберг, М Ф Полетика, В С Кушнер и др

Кушнер В С рассмотрел темпералуру на передней и задней поверхностях инструмента, высказал предположение, что на возникновение автоколебаний при резании существенную роль оказывают силы трения на передней и задней поверхностях инструмента. Им было установлено, что напряжение, а значит, и силы трения на передней и задней поверхностях инструмента уменьшаются с ростом температуры Этот факт, очевидно, является первопричиной возбуждения автоколебаний

На общую суммарную погрешность обработки оказывает влияние вся совокупность входных, возмущающих и выходных параметров, которые определяют элементарные составляющие суммарной погрешности В тоже время мало уделяется внимание исследованиям взаимосвязи методов, переходов и операций на точность обработки В связи с этим одной из задач по повышению точности стала разработка методики определения рациональной последовательности обработки

Сложность многофункционального оборудования и недостаточная изученность оборудования с параллельной кинематикой предопределяет исследование упругих деформаций данных технологических систем в качестве одной из задач

Выявление первичных причин, вызывающих образование погрешностей позволяет наметить конкретные пути повышения точности механической обработки

Наиболее важными в настоящий момент являются работы, связанные с исследованием первичных погрешностей, особенно мало изученных, таких как погрешности, вносимые вибрационными явлениями, а также с разработкой технологических способов повышения точности

Учитывая возрастающую роль многономенклатурных производств в машиностроении, в качестве объектов расчета и исследования выбраны многоцелевые станки и оборудование с параллельной кинематикой

В исследование точности механической обработки значительный вклад внесли школы МГТУ им НЭ Баумана, ЛПИ, МГТУ «СТАНКИН» и другие вузы, а также научно-исследовательские институты и передовые предприятия машиностроения

На основе анализа состояния проблемы, сформулированы задачи исследования

1 Проанализировать направления развития металлообрабатывающего оборудования, обладающего свойствами многофункциональности, гибкости и переналаживаемости для многономенклатурного производства Определить объекты исследования

2 Разработать экспериментальные установки методики проведения исследований

3 Исследовать физическую сущность и выявить природу возбуждения автоколебаний при механической обработке

4 Разработать математические модели оценки точности обработки

5 Разработать технические средства и обосновать режимы обработки для повышения виброустойчивости

6 Исследовать многофункциональное оборудование нетрадиционных компоновок с целью определения перспектив их использования при механической обработке Исследовать многофункциональное оборудование нетрадиционных компоновок с целью определения перспектив их использования при механической обработке

7 Разработать методику синтеза гибких технологических процессов для многономенклатурных производств, обеспечивающих заданную точность

8 Разработать обобщенные математические модели динамики многофункциональных станков

2. Технологические способы повышения точности механической обработки. Математическая модель оценки точности обработки.

В главе рассмотрена возможность повышения точности механической обработки при проектировании многовариантных технологических процессов на основе принципов совместности и последовательности выполнения переходов и операций Разработана методика установления отношений следования операций и переходов, создан алгоритм определения вариантов последовательности операций механической обработки Дано обоснование рациональной структуры технологического оборудования для выполнения данных операций

К технологическому процессу, реализуемому в многономенклатурном производстве, предъявляются требования, существенно отличающиеся от

традиционных Оптимальные технологические решения, связанные с повышением точности и производительности должны быть приняты для всей совокупности изготавливаемых изделий Технология должна обеспечивать возможность изменять свою структуру и состав применяемых методов, операций в зависимости от производственной ситуации

Для решения проблемы создания технологического процесса, обеспечивающего необходимую гибкость, точность, производительность, был разработан метод синтезирования вариантов процесса из элементарных переходов и операций, базирующийся на выявлении его гибкости, исходя из способности элементарных составляющих (переходов и операций, в зависимости от уровня рассмотрения) изменять свое положение в ряде последовательности операций В результате создается возможность многовариантности технологического процесса

Анализ задач проектирования позволил выявить факторы структуры технологического процесса, варьирование которых существенно влияет на показатели точности деталей Такими факторами являются отношения совместности и отношения последовательности обработки между парами поверхностей Достоинством этих факторов является то, что варьирование ими, как правило, не требует дополнительных изменений в средствах технологического оснащения, что облегчает их управление Так, например, при использовании разных уровней совместности обработки обработка пары поверхностей за одну позицию, обработка за одну установку и т.п, получаемые параметры точности относительного положения поверхности являются переменными В связи с этим при проектировании технологического процесса в зависимости от заданной точности следует выбирать требуемый уровень совместности обработки пар поверхностей и рациональную последовательность их обработки Таким образом, вышеуказанные факторы пригодны для использования в качестве переменных, изменяя которые можно в процессе проектирования технологического процесса обеспечивать требуемую точность деталей Так как выбор для каждой пары поверхностей надлежащих решений представляет довольно сложную задачу, то при больших объемах технологического проектирования может оказаться целесообразной предварительная разработка типовых технологических решений и процедур по выбору уровня совместности и последовательности обработки Такие решения и процедуры устанавливаются для основных видов показателей точности в пределах возможного изменения и^ количественных характеристик и условий конкретного производства Исследование возможности многовариантного проектирования технологических процессов достигается путем использования типовых технологических решений обработки комплексов поверхностей детали

На основе вышешлОжениьщ положений разработана и апробиронана методика проектирования многовариантных малооперационных технологических процессов обработки корпусных деталей ка станках типа «обрабатывающий центр».

Для изменения порядка выполнения операций технологический

маршрут может быть представлен в форме сети (рисунок 1а), где вершины -

это номера операций, ребра - это отношения следования операций. Сеть на

рисунке 1а представляет собой модель реального технологического процесса

(см. таблицу I), где содержательным анализом технологии изготовления

детали установлены отношения следования операций, л ^

2 3 4 5 6 7

I 1 2 2 0 2 2 2

2 1 1 1 2 2 2

3 мг!» 0 0 1 2 2

4 0 1 2 2

5 0 0 ]

6 а: I 2

7 1

8 ■ Щ

Рисунок 1 - Гибкий технологический маршрут обработки детали: а -сеть гибкого маршрута; б матрица отношений следования операций.

Эти отношения возникают в результате действия ограничений физического или организационно-экономического характера, существующих н производстве. 11 аир им ер, такие ограничения, как невозможность обеспечения за один этап обработки заданной точности летали, особенности структуры размерных связей и детали, необходимость первоочередной обработки базовых поверхностей, ограничения в доступе инструмента в зону обработки, ограничения, связанные с конкретной компоновкой станка и т.д. В рассматриваемом примере на рисунке 1а отношения следования 1 очевидны из текста примечаний в таблице 1. Из рисунка 1а ясно, что некоторые операции (1, 2, 3, 6, 7, 8) должны выполняться с жесткой последовательностью, другие операции (5,4) допускают изменение порядка следования. Например, операция 5 может выполняться до или после любой из операций 3, 6, 7.

Таблица 1

Маршрут обработки

№ опер Содержание операции Примечание

1 Заготовительная

2 Фрезерная Подготовка базы для последующих операций

3 Фрезерная На операциях 3, 4, 5 фрезеруются разные стороны заготовки

4 Фрезерная

5 Фрезерная

6 Расточка двух отверстий Поверхности под расточку подготовлены на операциях 3, 4

7 Сверлильная Сверление крепежных отверстий на плоскостях с расточенными отверстиями

В Контрольная

Вершины сети имеют индексы 1- 6 Индексы соответствуют порядковому номеру вершин при перечислении вершин, входящих в путь максимальной длины от входа до индексируемой вершины По индексам вершин устанавливается диапазон допустимых перестановок операций Назовем индекс, присвоенный вершине /, верхним уровнем операции и обозначим символом V,, а индекс смежной вершины со стороны выхода -нижним уровнем операции и обозначим И, Следовательно, диапазон допустимых перестановок можно определить как разность этих уровней Операции, имеющие одинаковый уровень V,, могут выполняться в любой последовательности, с разными уровнями в порядке возрастания V, В документации (марЩрутной карте) кроме номера операции указываются два дополнительных атрибута К и V, операции К этим атрибутам (или к массиву данных в ЭВМ) обращаются каждый раз, когда возникает необходимость в переформировании маршрута обработки

Для того чтобы определить численные значения верхнего и нижнего уровней, нужно сформировать матрицу отношений следования операции М(/,7) Пример матрицы приведен на рисунке 16 (матрица соответствует сети на рисунке 1 а) Строчки и столбцы матрицы - это операции технологического процесса, расположенные в порядке их выполнения, элементы матрицы -отношения следования операций Значение "1" соответствует утверждению, что операция / должна предшествовать операции] Значение "О" указывает на отсутствие связи между операциями, значение "2" означает, что данное

отношение не требуется анализировать в силу его транзитивности Например, если установлено, что операция 1 должна предшествовать операции 2, операция 2 - предшествовать операции 3, то нет необходимости изучать отношение операции 1 и 3 Значения отношений "О" и "1" задает технолог в режиме диалога, значения "2" определяет ЭВМ, что освобождает технолога от анализа большой части отношений Для уменьшения размерности матрицы рекомендуется для каждого этапа технологического процесса разрабатывать отдельную матрицу, а однотипные операции сводить в одну условную операцию На полученной матрице по специальному алгоритму вычисляются значения уровней К, и V,, которые затем записываются в маршрутную карту технологического процесса и заносятся в массив данных ЭВМ в качестве переменной информации

Изложенная методика применяется в действующем производстве для разработки гибких маршрутов изготовления корпусных деталей

Переход реализуется тем или иным технологическим методом, поэтому с точки зрения выявления погрешностей процессов, влияющих на ход обработки, переход является основным звеном, а метод - объектом исследования и совершенствования, что позволяет определить все погрешности, возникающие в процессе резания

Выявленные погрешности элементарного перехода ставят задачу по его совершенствованию, что возможно изменениями схемы формообразования, вспомогательного элемента (точки, линии) и параметров задания движения (скорости, направления, траектории, исходной точки и пути) В результате можно улучшить характеристики или создать новый метод обработки

Погрешности, вносимые переходом с учетом условий его выполнения (перепозиционирования, зажима приспособления или стола в позиции, подвода инструмента), могут являться характеристикой перехода Дальнейшее формирование операции требует учета последовательности и совместности выполнения переходов, погрешности базирования, установки и закрепления заготовки, что позволяет определить суммарную погрешность операции Точность детали определяется интегральной оценкой погрешностей всех операций, кроме этого, необходимо учитывать возможную термообработку, напряженное состояние детали, технологические временные выдержки и возможные изменения напряжения при этом, а, соответственно, и возможные погрешности

Результат анализа причин образования погрешностей является методологической основой поиска слабых мест в обеспечении точности, проведении исследований и разработки мероприятий, направленных на повышение точности

С учетом выявленных факторов, влияющих на погрешность обработки на многофункциональных станках, разработана математическая модель оценки точности в следующем виде

где {г}д - координаты вершины инструмента в системе координат детали, {г}и - координаты вершины инструмента в системе координат инструмента, п - число систем координат, участвующих в расчете, [М]ои - матрица перехода от системы координат, построенной на основных базах блока 1-1 к системе координат, построенной в основании поля допуска на отклонение от параллельности (перпендикулярности) вспомогательных баз блока 1-1 Данная матрица определяет взаимное положение основных и вспомогательных баз блока, обусловленное компоновкой станка, без учета погрешностей изготовления, [М]г,_1, - матрица перехода от системы координат, построенной в основании поля допуска на отклонение от параллельности (перпендикулярности) вспомогательных баз блока 1-1 к координатной системе, построенной на вспомогательных базах блока 1-1 Данная матрица учитывает погрешность положения (изготовления) вспомогательных баз блока относительно его основных баз [М]ф,,, -матрица перехода от системы координат, построенной на вспомогательных базах блока 1-1 к системе координат, построенной на основных базах блока I без учета упругих деформаций в стыке между 1-1-м и 1-м блоком Данная матрица задает движение формообразования 1-ого блока относительно 1-1-го блока [М]д|.!, - матрица перехода от системы координат построенной на вспомогательных базах 1-1-го блока к системе координат, построенной на основных базах 1-го блока без учета движения формообразования Данная матрица учитывает упругие перемещения в стыке между 1-1-м и 1-м блоками станка

При рассмотрении динамических процессов для формирования матриц, задающих упругие перемещения в стыке, необходимо определить амплитуду колебаний опорных точек блоков станка и микроперемещеиия в пределах зазоров

3. Обобщенные физические и математические модели

многофункционального металлообрабатывающего оборудования.

Обобщенная модель станка представляется в виде дискретной модели реальных конструкций узлов, пространственно ориентированных Узлы несущей системы представляются стержнями и массивами, соединенными невесомыми упругими и диссипативными элементами при некотором фиксированном положении узлов станка

Такое представление расчетной модели позволяет обобщить результаты исследований, проведенных на различных станках и других технологических машинах

Предложенная расчетная модель обладает универсальностью, гибкостью и комплексностью Модели реальных станков могут быть получены как более простые модели из более сложных, то есть имеет место принцип «вложенности» моделей В свою очередь, простая модель оказывается

типовым ядром обобщенной модели, полученной наращиванием на нее элементов, приданием новых свойств, нагрузок и усложнением структуры Точный расчет сложной обобщенной системы практически невозможен В связи с этим при решении конкретных задач целесообразно путем введения тех или иных допущений сократить количество элементов расчетной схемы и степеней свободы системы Естественно, что допущения должны быть обоснованы путем тщательного анализа физических особенностей конструкции и влияния различных факторов на состояние колебательной системы

В связи с вышеизложенным рассмотрим возможные варианты математических моделей упругой системы станка

В работе рассмотрена обобщенная математическая модель на примере токарного станка, расчетная схема которого представлена на рисунке 2

Рисунок 2 - Расчетная схема токарного станка

Рассматриваемая колебательная система имеет 21 степень свободы Обобщенные координаты

Я1=хь Чг = Уь Чз = ©ь

Ч4 = Ч21х, 45 = Я21у, Чб = ®2Ь

Я» ~~ 419)1' 420 - 420у, 421 ©76

Среди этих обобщенных координат X], Уь ©1 - перемещения станины и ее малые повороты относительно неподвижной системы координат, 4их, -относительные перемещения узлов станка (левой 2 и правой 3 тумб,

передней 5 и задней 4 бабок, продольного 6 и верхнего 7 суппортов), 0Ц -относительные повороты узлов станка Кинетическая энергия системы определяется выражением Т = 0,5{/я, + Чг2)+ J¡g}2 +

+ т2(<122 + 1гЯъЯг + ЯлЯг + ^гЯъЯг + + ¿Лэ2 + Я^гЯъ + ЯгЯ* + ¿2<7з<74 + + Ча2)+ тАЯ\ + 2 <7,+ ?42) + + + 2д3д6 + д62) +

+ т}{д22 + ¿з29з2 + 982 + 2<72£3<73 + 2<72<?8 +

+ -¡Ля/ + 2^з"?б + +

+ +972 +2?1<77) + - +

+ /И7[(?22 + + <7п2 + ? 20 2 +

+ 2Я21бЯ3 + 2Я2Ям + 2<3-2<5Г20 + 2 3^ 17 + + 21ЬЯ^2О + 29.7^20 + Я,2 + Я,62 + <7,92 +

+ 2<?191« + 2^1^19 + 1 + ^

+ -М?з2 + + ?212 + 2<73<7, 8 + 2ЯгЯ ц + + 2Я,яЯи )},

где ш, и - массы и моменты инерции узлов станка

Квадратичная форма представления потенциальной энергии имеет вид

П (<7, <Ь> . <7,) = £ /

ИЛИ /7 - у- (Си С22 д2 - + <7/ + 2С12ЧМ2 + (3)

Выражение потенциальной энергии (3) к квадратичной форме представлена в следующем виде

/7И = 0,5 {2С02у[Я22 + (12 + Ьх2) д/ + д/ + Л,,-2</,Ь2д3 +

+ 2д2 д5 - 21,2 дз <?д/ + [д,2 - д4 2 + И} 2 2 д32 - ку2 2 д62 + 2х,д4 +

+ 2д,у2дз - 2д,Иу2 д6 т 2(-/Ах/з + 2д4ку2 д6 + 2 ку2 2д3Яг,]}

Поз = 0.512Сп},[д22 - (Ьз1 + К22) д32 + д«2 + А,, V -*2у,Цд,-

+ 2дде; + 2Ь3д3 дв] + С03х[ д2+ дт2 + ку32д3 + Иу32д92 +

+2д!д7+ 2д1Иу3д3+ 2д,Ъу3д9±2д7Ьу3д3 + 2д 7к у3д9 + 2ку3 2д3д.,Ц

П,2 = 0,5{2С]2у[д52 + К22ск2] + Сш[д/ + V V -Иу2 2д4д6]}

П,3 - 0,5{2С13у[д82 + Их32д92] + С13х [д/ + Ьу32д 2 -Иу3 2д7д9]}

П„ = 0,5{2Cl,}fq„i -+ hj q,2] + C„x fq,,/ + h},2 q,2 + 2hy, q,q„J}, где i = 4, 5, б

П76 - 0,5{2Cj(,y[q2o -1 hx72q2,2] + C76x[q,92 -t hy72q:/ + 2qw hy7q2J}

где С, - коэффициенты жесткости

Уравнения колебаний запишутся в виде

+ а12<72 + + auq„ + ¿>,,¡7, + bnq2 + + blsq, + cl]qi + cnq2 + +c„qs=Q1, a21qi + a22q2 + + a2iqs + b2iq] + b22q2 +

+ b2sqs + c2,qx+ c22q2+ + c2sqs = Q2, (4)

aslqi+as2Q2+ + aS!qs + bslql + bi2q2 +

+ 6S,<7S + + csi4i + +cssqs = Qs, где s = 21

Обобщенные силы Q, соответствующие обобщенным координатам q, определены с учетом всех возможных схем закрепления заготовки Для определения сил действующих на узлы станка использовали функции влияния (функции Грина) При определении сил выявлено положение точки приложения силы резания, при котором момент, передающийся на переднюю бабку принимает максимальное значение

А(М(о^)) = -i_(2/2 -6/£ + 3<f2) 21

где \ - координата точки приложения силы резания

При % = 0,423/ максимальный момент будет М = 0192 / Ру, а

поперечные силы, действующие на переднюю бабку Q\(Q,g)Py = 0,169Ру На

заднюю бабку действует поперечная сила - Q(0,£)Py = -0,23\Ру

Горизонтальная сила, действующая на переднюю бабку будет равна

Р]х = 0,5ПРх, на заднюю бабку Р2х = 0,423Рх Обобщенные силы

определяли как отношение элементарной работы действующих сил на

перемещении механической системы вызванной элементарным приращением

координаты о = </ /ач,

Используя обобщенную модель токарного станка, проанализированы расчетные сх( мы суппортной группы одномассовой с одной степенью свободы, двух 1ассовой с двумя степенями свободы, а также разработанная математическа 1 модель суппортной группы в виде двухмассовой системы, имеющей четыре степени свободы

Исследования проводились численными методами при помощи пакета MathCad 8 0 Plus Исследовались системы уравнений свободных и вынужденных колебаний элементов суппортной группы

В качестве исходных данных при математическом моделировании использовались результаты эксперимента Так как в математической модели элементы суппортной группы представлены в виде параллелепипедов, а в реальной модели имеют более сложные формы, для приведения в соответствие массовых характеристик модели и реальных образцов используются следующие допущения

1 Массы элементов в математической модели представлены в виде функций габаритных размеров элементов

2 Введен коэффициент заполнения объемов параллелепипедов Кг Применение данного коэффициента в диапазоне 0,7 0,85 позволяет принять допущение, что параллелепипеды являются равномерно заполненными объемами

Так для исследуемого токарного станка получены зависимости собственных частот, амплитуд вынужденных колебаний суппортной группы от различных ее параметров На основе анализа результатов исследований, предложены практические рекомендации по увеличению виброустойчивости суппортной группы на данной операции, что приведет к улучшению качества обработки

Изучение свойств реальной технологической системы осуществляется на основе приведения ее к математической модели При этом обычно ее расчленяют на составные части - подсистемы (например, подсистему заготовки, подсистему резца и др) К каждой подсистеме могут быть применены как аналитические, так и экспериментальные методы исследования При этом частоты собственных колебаний различных нежестких валов могут быть определены расчетным путем Для диагностирования же резонансных режимов обычно используются экспериментальные методы исследования, позволяющие получить полную картину колебаний элементов технологической системы

Спектр частот колебаний технологической системы определяли с использованием диагностического комплекса на базе одноканального виброколлектора СК-1100 Результаты измерения из памяти виброколлектора передаются в ПЭВМ, где заносится в базу данных, которая обеспечивает дальнейший анализ с помощью специального программного обеспечения Виброколлектор позволяет измерять временную реализацию виброперемещения, виброскорости и виброускорения в полосе частот 10 5000 Гц

Измерения проводили в процессе обработки гладкого нежесткого вала диаметром 35 мм и длиной 450 мм, установленного в центрах токарного станка. Режимы обработки глубина резания I = 0,5 мм, подача я = 0,21 мм/об, частота вращения шпинделя п = 630 об/мин Датчики устанавливали на резце в направлении оси У

На рисунке 3 показаны спектры колебаний технологической системы при обработке правого, среднего, а также левого участков вала

Рисунок 3 - Спектры колебаний по осям А(амплитудгц: мкм) и «{частота, Г ц).

И:; рисунка следует, что первые два режима имеют частоты, соответствующие частоте вращения шпинделя (заг отовки) п = 630 об/мни (Г 10 Гц) и частоте вращения ротора двигателя п 1450 об/мин (Г-24 Гц), Эти колебания являются вынужденными. Возмущающая сила - центробежная сила из-за неуравновешенности вращающейся заготовки и ротора. Амплитуды колебаний составляют 2...3 мкм. В рассматриваемом случае это главные составляющие спектра колебаний технологической системы. Остальные составляющие спектра являются второстепенными. К ним относятся подшипниковые, зубчатые и др. вибрации. Уровень последних незначителен и может быть отнгсен к вибрационному шуму. Шпиндельные и роторные колебания могут быть снижены за счет балансировки вращающихся звеньев привода (танка.

В проведанных иссдедоышнях было установлено, что устойчивые колебания могут возникнуть при обработке статически и динамически уравновешенных валов на вполне исправном станке и при отсутствии каких бы то ни было внешних периодических нагрузок. Потери энергии периодически пополняются от источника, не обладающего колебательными свойствами (от двигателя главного движения). Колебания происходят с частотой собственных колебаний заготовки. Такие колебания являются самовозбуждающими или автоколебаниями.

Поэтому к работе была поставлена задача по исследованию автоколебаний в процессе резания и влияния их на точность обработки.

Предварительные исследования и практика производства свидетельствуют о том, что при обработке деталей пониженной жесткости доминирующей подсистемой станка является подсистема детали. Поэтому при разработке математической модели предполагалось, что

неуравновешенность обрабатываемого вала отсутствует, процесс резания происходит при скоростях, соответствующих падающему участку характеристики силы резания. Расчетная схема системы представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Кинематика процесса резания: а) пространственная схема; б) в поперечном сечении; в) схема резания в плоскости УХ; г) схема резания в плоскости ХУ.

Эквивалентная приведенная масса (рисунок 4а) находилась из условия соблюдения равенства первой собственной частоты действительной и приведенной системы. Приведенный коэффициент жесткости определялся из условия равенства потенциальной энергии, а приведенный коэффициент демпфирования - из условия равенства рассеянной мощности действительной и приведенной систем. При разработке модели рассматривался наиболее неблагоприятный случай обработки середины ьала. Уравнения колебательного движения подсистемы детали записаны в виде: ту + Ьу + су = - А Р\> {/М, АЗ, Д\'Уг„).

(5)

тх + Ы + С7. = -ДРг (М,АЗ, АV, г„), 1 '

где т, Ъ и с - приведенные значения массы, коэффициента сопротивления и жесткости подсистемы детали, АРу и ДРг - приращения составляющих Ру и Р/. силы резания при поперечных колебаниях (переменные силы резания), Аг, ДБ, ДУ - кинематические приращения параметров режимов резания (глубины, подачи и скорости) при поперечных колебаниях с учетом запаздывания т0 Кинематические приращения А1, ДБ, Л при колебаниях (рисунок 4 в,г) определялись в предположении, что длина С зачищающей режущей кромки равна величине подачи Б, а начальное перемещение 8 совпадает с линией действия равнодействующей Ру2 силы резания (рисунок 4в), т е угол © = 0, что соответствует отсутствию крутильных колебаний в системе.

Выражение для приращения параметров режимов резания примут вид

М = У = у = у = ^ г с1£<р,Д(/ = -~-'у = 2 (6)

Переменные силы резания при колебаниях находились путем разложения в ряд Тейлора функции силы при стационарном резании Р = ф, Б, V) в окрестности рабочей точки (1о, Бо, Уо) в предположении, что характеристики Р = Г (О, Р = Г (Б), Р = Г (V) силы резания являются симметричными относительно положения равновесия При выполнении условий I »Д I, Б »Д 8, V » ДУ, после преобразования получим

(0 А£1 (5) (П

3» 31 3'

(7)

Полагая, что силы резания изменяются через некоторое время (запаздывают) после приращения параметров резания для составляющей ДРУ получим выражение

Д/\ = /\(<) V, + Р, (¿) с^</> у, + Р,(У) V,-

р\

(8)

у3 , у3 я 3 у 5

- Л (О Л (5) сй'^-/», (У)

6 6 р1 6

где Л =Ж-г0), У, =У(г~т0)

Первое уравнение системы (5) с учетом (8) приводится к уравнению с запаздывающими силами

У + У = 4 У-е у-а yT+ß у\-у ут+м (9>

где <5 = 1-^7, (o,s = j—, СО - собственная частота системы, е =

о) \ m m (0

Py(t) + Py(S) ctgcp

приведенные потери в системе, а ---г-- приведенная

суммарная крутизна характеристик Py-t и PS без учета запаздывания,

ß = O+Pv (S) ctg <р _ коэффициент нелинейности характеристик Py-t и 6 т (о~

Pz Py{V)%

Ру - S, у --- - приведенная крутизна характеристики Py-V без учета

т со

- Pz3 Ру iV)^

запаздывания, // =-J— - коэффициент нелинейности характеристики

6т со~

Py-V, SF - сумма внутренних сил системы, действующих на консервативную колебательную систему, выражение которой написано слева.

Полагая, что за время запаздывания амплитуда колебаний изменяется достаточно мало, при % « 1, е « 1, а « 1, ß « 1, у « 1, ц « 1, используя принцип гармонического баланса, находим закон установления автоколебаний в системе в виде dy<¡ _ У» ' dr Ico

где © = со то - фазовый сдвиг (относительное запаздывание)

Условие устойчивости стационарного положения равновесия системы определяется из (10) методом возмущений в виде неравенства

f^l <0 (11)

-е+а sin©+~/? yl sin©-/ cos©+~/¿ yl cos©

=Ф(Уо) , (Ю)

ГфП

4 ' yJ0=0

или е> asm&- ycos&

С учетом принятых обозначений оно преобразуется к виду

, _ ,. sin<ar0 „ siniyr,, Pz _ ....

Ь> Pv (/) -- + Py(S) ctgtp-^--Py(V) cos®r0 (12)

а со Py

На границе области устойчивости знак "больше" заменяется знаком "равно"

Из выражения (12) следует, что при увеличении величины запаздывания крутизна характеристики Р = / (t) и Р = / fS) увеличивается, Р - f (У) уменьшается

При то —> О получим частное условие устойчивости

Ь>£-ГЛГ) (13)

Ру

Проведенные исследования показали, что приращения и Д5 увеличивают жесткость, а приращение ДУ на падающем участке характеристики силы резания способствуют возбуждению автоколебаний в системе Установлено, что запаздывание т0 можно не учитывать, если его величина мала по сравнению с периодом колебаний, то есть т0 « Т

По результатам проведенных исследований разработана методика определения оптимальных режимов резания, которая внедрена в производство В качестве независимых переменных выбрали скорость резания - V и подачу -Б Целевая функция -П (производительность обработки) П=У*5 На параметры режима резания (V и Б) накладываются ограничения (по мощности, по точности, по виброустойчивости и др ) Тогда задача оптимизации с ограничениями запишется в виде Найти тахП=тах(У*8) При ограничениях я,(У,8)<0, 1=1 к, где к- количество ограничений Используя линейное программирование, перешли к новым переменным, а именно к логарифмам переменных (^У=Х| и 1§5=Х2)Пример графического решения задачи представлен на рисунке 5

Рисунок 5 - Область устойчивых режимов при токарной обработке

4. Исследование динамики и точности многооперационных станков.

Рассматриваются результаты теоретических и экспериментальных исследований многооперационного станка с позиции обеспечения точности обработки деталей с учетом геометрических, кинематических и динамических факторов

Особенностью многооперационных станков является широкий диапазон нагрузок при выполнении различных видов черновой и чистовой обработки при высоких требованиях к точности Проведенный анализ факторов, оказывающих влияние на точность станка, показал, что основными характеристиками, определяющими погрешность обработки, являются геометрические параметры базовых поверхностей отдельных элементов станка, определяющих их взаимное положение, упругие деформации в стыках, динамические характеристики элементов станка В основу математической модели положен метод координатных систем с деформирующимися связями

Согласно разделения рассматриваемого станка на блоки, принятой методики построения на основных и вспомогательных поверхностях блоков соответствующих систем координат, учитывающих отклонения взаимного положения основных и вспомогательных поверхностей, а также исходя из поставленной задачи, составляется граф связей систем координат (рисунок 6)

1,2, ,12 — порядковый номер системы координат

Рисунок 6 - Граф связей системы координат

Вершинами графа являются системы координат, построенные на основных и вспомогательных поверхностях узлов станка, ребрами - матрицы перехода от одной системы координат к другой На графе приняты следующие обозначения

[Мч вй, ЧзГ ■ матрица перехода от вспомогательной системы координат горизонтального суппорта к системе координат, построенной на основной установочной базе заготовки,

[Мчс2 двс2]гтр - матрица перехода от системы координат, построенной на основных базах горизонтального суппорта к системе, связанной с его вспомогательными базами,

[Мч к] с|с2]"р - матрица перехода от вспомогательной системы координат вертикального суппорта к основной системе координат горизонтального суппорта,

[Мяс1 чвыГр - матрица перехода от основной системы координат вертикального суппорта к вспомогательной системе координат вертикального суппорта,

[И, ВСТ1 [|с1]пр - матрица перехода от вспомогательной системы координат станины к основной системе координат вертикального суппорта,

[Мц ст ч вст]"11 - матрица перехода от основной системы координат станины к вспомогательной системе координат станины,

[Мчш ф,]обр - матрица перехода от основной системы координат инструмента к основной системе координат шпинделя,

[Мч шг чш]о6р - матрица перехода от основной системы координат шпинделя к основной системе координат шпиндельной головки ,

[М5 ст ч Шг]обр - матрица перехода от основной системы координат шпиндельной головки к системе, построенной на плоскости 5 станины,

[Мр ст $ ст]о6р - матрица перехода от системы координат, построенной на плоскости э к системе, построенной на плоскости р станины,

[Мч ст р ст]обр - матрица перехода от системы р к системе координат, построенной на основной установочной базе станины,

гАи - радиус - вектор вершины расточного резца в системе координат инструмента,

Гдг радиус - вектор точки А в системе координат заготовки Тогда координаты вершины расточного резца, заданные в системе координат инструмента, в системе координат заготовки найдутся по формуле

ж,/ X Ли

у*,

¿л, 1 1

где [М]сум - суммарная матрица преобразования координат размерностью 4x4 при переходе от системы координат инструмента к системе координат

заготовки, определяемая как произведение последовательных преобразования координат,

[М]сум , [Мч к2 чэ Г [М.С2 чвс2 Г' [М , чс2 ]пр [М , ,вс1 ]пр

гж* тпр г* г тпр г1 я Г1Ч/Г

матриц

[М, СТ Ч вст ст р ст р [Мрст5ст

ГМ 1о6р ГМ I06" гм 1о6р

ст q шг J шг цш

(15)

технологического

[^^ЧШ чи ]

В целях автоматизации расчета точности оборудования разработана программа БУБКООНО

В качестве исходных данных для работы программы составлены таблицы координат опорных точек в соответствии с геометрией описываемых узлов станка, учитываемых зазоров и погрешностей изготовления деталей

Шпиндельная головка как упругая система представлена в виде одномассовой системы с четырьмя степенями свободы (рисунок 7), т е как частный случай физической модели, рассмотренной в разделе 3 При этом прежде всего учитывается прямолинейное перемещение центра тяжести шпиндельной головки вдоль оси ОХ, вращение вокруг оси ОУ, прямолинейное перемещение центра тяжести вдоль оси ОУ, вращение вокруг оси ОХ

_ ''. У

В

- Р вт со!

1

Рисунок 7 - Схема колебаний шпиндельной головки в плоскости ЧО>Ъ

Рассматриваются колебания шпиндельной головки в горизонтальной (ХОг ) и вертикальной ( УОЪ ) плоскостях Колебания в плоскости ХОУ не оказывают существенного влияния на точность обработки при растачивании отверстий и поэтому здесь не учитываются

Корпус шпиндельной головки считаем недеформируемым Жесткости упругих связей в точках А и В принимаются равными С и определяются расчетно-экспериментальным путем Радиус инерции шпиндельной головки р относительно оси У, проходящей через ее центр тяжести, определяется исходя из допущения равномерного распределения массы по принятой в схеме модели шпиндельной головки

Процесс колебаний шпиндельной головки можно представить состоящим из двух взаимно несвязанных процессов колебаний в

горизонтальной и в вертикальной плоскостях В этой связи, дифференциальные уравнения колебаний в плоскости YOZ принимают вид

т у+2С у-С(а-Ь) © =Р

, , (16) У, 0, +С(а2 + ¿r) ©t-C(a-b) у = Мх

где Jx = mp2

Для собственных частот колебаний уравнение будет иметь вид

Ic-mco1 с{Ъ-а) c(b — а) с(а2 + b2) — ¡со2

Аналогичное уравнение составляется для колебаний в плоскости XOZ

Численное решение уравнения (17) для колебаний в обеих плоскостях осуществлялось на ЭВМ при следующих значениях параметров системы а = 0,34 м, в = 0,14-0,24 м, С = 0,1 -0,2 м, ш = 92кг

Для колебаний в плоскости XOZ

с = 52 300 000 Н/м, р = 0,21 м, С = 0,2 м

Для колебаний в плоскости YOZ

с = 75 600 000 Н/м, р = 0,20 м, С= 0,16 м

В результате проведенных исследований выявлено

- собственные частоты угловых и линейных колебаний существенно зависят от вылета шпиндельной головки и уменьшаются с его увеличением,

- различие в радиусах инерции и жесткости подвижных стыков в плоскостях XOZ и YOZ приводит к изменению собственных частот колебаний,

- частоты угловых колебаний в обеих плоскостях имеют численно большие значения, чем собственные частоты линейных колебаний

Анализируя точность различных видов обработки на станке МС12-250М1, необходимо подчеркнуть, что наибольший интерес представляют вынужденные колебания шпиндельной головки под действием сил резания при растачивании отверстий, так как данный вид обработки требует высокой точности, и на этих операциях вектор результирующей силы резания Р постоянно меняет свое направление, оставаясь неизменным по величине Изменение направления действия силы резания вызывает вынужденные колебания шпиндельной головки Частота этих колебаний при установившемся движении будет равна частоте вращения шпинделя При растачивании отверстий в условиях несвободного резания равнодействующая сила сопротивления резанию Р раскладывается

= 0

(17)

на три взаимно перпендикулярные составляющие силы, действующие на резец Рт - тангенциальную силу, Р0 - осевую силу, РР - радиальную силу

На соотношение между силами Рт, Рр и Ро влияют элементы режима резания, геометрические элементы режущей части резца, материал обрабатываемой заготовки, износ резца и др Начиная со скорости около 50 м/мин, отношения Рр/Рт и Ро/Рт уменьшаются с увеличением скорости резания Отношения РР и Р0 возрастает с увеличением отрицательного значения переднего угла и с увеличением износа резца по задней поверхности С увеличением глубины резания и главного угла в плане отношение Ро1Р/ возрастает, а Рр ¡Рт убывает, что приводит к вынужденным колебаниям

Так как осевая составляющая сил резания практически не оказывает влияния на точность диаметра и формы обрабатываемого отверстия при рассмотрении колебаний шпиндельной головки она не учитывается Ввиду сравнительно небольших диаметров отверстий, обрабатываемых на станке МС12-250М1, условно считается, что точкой приложения результирующей силы является пересечение оси вращения инструмента (ось Z) и плоскости параллельной ХОУ, проходящей через вершину инструмента

Таким образом вектор результирующей силы резания вращается в плоскости, параллельной ХОУ, проходящей через вершину инструмента, с частотой, равной частоте вращения шпинделя

Раскладывая силу Р на составляющие по осям Хн У можно записать

Рх = Рсов^+а), Ру = Рзт(оЛ+а), (18)

где а - угол между Р и Рр, определяемый из отношения

Рт

а - агсщ ——

Рр

Анализ технологических процессов, содержащих различные виды обработки на многоцелевом станке МС12-250М1, и статистические данные эксплуатации данного оборудования, позволили определить среднее значение результирующей силы Р, которые используются при определении амплитуд вынужденных колебаний шпиндельной головки

Численные значения амплитуд вынужденных колебаний при различных параметрах настройки (вылет шпиндельной головки, величина и частота возмущающей силы) были получены с использованием ЭВМ

С целью проверки адекватности математической модели колебательной системы шпиндельной головки были проведены экспериментальные исследования Исследовалась жесткость подвижного стыка «станина -шпиндельная головка» в различных направлениях Типовая схема деформаций при нагружении по оси ОХ "влево", представлена на рисунке 8

-Нагружен и е при 1=200 —ё—Раэгружение при 1=200 Р, кН

—ж Нагружение при 1=100 —й— Разгружение при L=10□ -Х=18,1Р+6,7 ---Х=8Р+5,1

Рисунок 8 - Деформации при нагруженин влоль оси ОК , "влево"

Наибольшую податливость данный узел имеет в плоскости ХОТ., а наименьшую - в плоскости УО/,, при натру жени и сверху - вниз. Существенное влияние на характер упругих перемещений оказывают зазоры в подвижном стыке.

Для исследования вынужденных колебании было разработано специальное нагрузочное устройство, позволяющее смоделировать реальные нагрузки при расточке. Для исследования динамических характеристик шпиндельной головки использовался серийно выпускаемый станок модели МС12-250М1 и необходимая измерительная и регистрирующая аппаратура. Обработка полученных осциллограмм производилась по методикам, предложенным Л,С. Пронникопим.

Результаты эксперимента позволили не только определить амплитуды колебаний шпиндельной головки относительно станины станка, но и построить траекторию движения вершины инструмента в системе координат детали для чего была использована программа расчета на ПЭВМ.

По результатам проведенных исследований с использованием стенда для определения динамических характеристик шпиндельной головки были сделаны следующие выводы:

- колебания опорных точек передней части шпиндельной головки имеют боль жую амплитуду, чем задней, из-за смещения центра поворота шпиндельной головки;

- максимальную амплитуду колебания шпиндельной головки имеют в плоскости ХОг, из-за уменьшения влияния силы тяжести головки;

- с увеличением вылета амплитуды колебаний монотонно возрастают;

- увеличение частоты возмущающей силы к пределах рабочих режимов станка приводит к уменьшению амплитуд колебаний опорных точек шпиндельной головки из-за наличия гироскопического эффекта.

5. Методы и технические средства для повышения виброустойчивости технологического оборудования.

Исследования, проведённые в главах 1-4, показывают, что расширение технологических возможностей станков достигается за счет увеличения количества звеньев в кинематических цепях механизмов, несущих инструмент и заготовку Следовательно, увеличивается число подвижных и неподвижных стыков в станке, каждый из которых вносит свой вклад в погрешность обработки Очевидно, что точность деталей, обработанных на станке, зависит, главным образом, от точности его направляющих и наличия зазоров.

Одним из направлений снижения интенсивности колебаний или полного их исключения, является обеспечение беззазорных сопряжений подвижных и неподвижных соединений станка во время обработки Отсутствие зазоров может быть обеспечено только путем сборки с натягом Предварительный натяг играет еще одну не менее важную роль - повышает жесткость системы Однако при посадке с натягом, перемещение узлов связано со значительными потерями мощности, нагревом поверхностей и возможностью заклинивания соединений В связи с этим совершенствование и создание конструкций, способных обеспечить постоянное беззазорное соединение и лишенных отмеченных недостатков, является важной задачей повышения виброустойчивости системы С этой целью было предложено соединение с упругими регулируемыми элементами, обеспечивающими необходимый натяг В основу предложения положена способность тонкостенного упругого элемента (ТУЭ), являющегося частью одной из сопряженных поверхностей, к перекрытию зазора

Перекрытие зазора осуществляется за счет деформации упругого элемента под действием избыточного давления Избыточное давление в рабочей камере создается двумя способами

1 Подводом жидкости под давлением от индивидуального источника

2 Подводом части рабочей жидкости из полости высокого давления во внутреннюю камеру устройства с ТУЭ

В зависимости от степени перекрытия зазора тонкостенный упругий элемент может работать в режиме устойчивого контакта с поверхностью сопряжённого узла в режиме наличия зазора между сопряженными поверхностями При деформации ТУЭ больше величины первоначального зазора (\У>5), соединение будет работать как контактное (рисунок 9)

В)

Рисунок 9 - а), б) расчетные схемы; в) образцы ТУЭ

Величина давления, обеспечивающая контакт в соединении определяется натягом Д, равным А = - Б.

В связи с этим определение величины и характера деформации тонкостенного элемента, а также площади контакта является необходимым для определения компенсирующей способности ТУЭ при отклонении узла от своего идеального положения.

Ширина зазора определяется диаметром сопряжения и равна Длина зазора зависит от геометрических параметров элемента и характера деформации. В качестве ТУЭ представляют интерес упругие элементы с длиной в пределах до 0,1м, диаметром для поршней 0,04-0,25м, толщиной от (0,1-1)10"' м и несколько выше. Значит упругий элемент имеет одно из измерений (толщину) значительно меньше двух других. Поэтому упругий элемент при дальнейшем рассмотрении можно считать цилиндрической оболочкой с осеспмметричной нагрузкой.

Для поддержания избыточного давления во внутренней камере необходимо надёжно ее герметизировать. Обычно тонкостенный упругий элемент является звеном, ограничивающим внутреннюю камеру по периферии. Сама камера выполнена в виде кольцевой проточки в корпусе одной т сопряжённых деталей соединения, и герметизация сё обеспечена. Поэтому герметизация камеры полностью зависит от надёжности крепления ТУЭ.

Уравнение профиля деформированной поверхности ТУЭ, согласно схемы рис 8, имеет вид

(19)

Л4 О

где IV- деформация оболочки, Р = Р2 - Р> - избыточное давление,

Р = У ^ о =__553_ " цилиндрическая жесткость, К ,5 , I

Я 2 5 2 12(1-у2)

соответственно радиус, толщина и длина оболочки, Е- модуль упругости материала ТУЭ, V- коэффициент Пуассона

Общее решение этого уравнения имеет вид

V, ((к)+С2 У2фх)+С3 У3(Рх)+Су К/Дх) + IV,, (20)

где IV, - частное решение уравнения

рх

W = f — VA(/3x-t)dt • <21)

0 Р

Vi , V2 , V3, V4 - фундаментальные функции Крылова, которые имеют следующие выражения

Vx(j3x) = ch0x cos/Зх

V2(Jlx) = ~[ch/3x sin ¡3x+sh/3x cos Px\

I (22)

V} (/2x)= ^ shflx sm px,

VA(fix)=]^chPxsm fix-chfix cos fix]

Для определения деформации ТУЭ в любом сечении по длине, при граничных условиях

Х=0, W(0)=0 и — = 0, dx

dW

Х=/, W(/)=0 и — = 0, ах

получаем выражение:

ятГ 1 -----? — +

| У2(р1)У4(р1)-У32{р1) 3 (23)

У2(р1)У4(р!ЬУ32(р]) I

где д _ Л г _ '_ - безразмерные параметры, д Я

Аналитические исследования зависимости (23) проведены в области параметров к - 50...400; у = 0.2... 1.0. Исследования ТУЭ с линейным распределением давления со стороны зазора было пронедепо гто выведенному уравнению деформации с безразмерными параметрами

И7* = - =

К V

Зависимость V/* от у. X, р* в исследуемой области представлены на рисунок 10.

■Л'" ----- . .......■::■■■:::.:. .1

Рисунок 10 - Зависимость относительной деформации и" относительной длины у, толщины л и давления р* в исследуемой области.

Анализ способов крепления ТУЭ позволил прийти к двум расчетным схемам для цилиндрической оболочки с жестким и шарнирным креплением торцев.

При этом принимались следующие граничные условия: шарнирное закрепление:

*е2

жесткое закрепление

1 2 ЛЕ

'1

Результаты теоретических исследований хорошо согласуются с экспериментальными данными (расхождение не более 5 10 %)

На кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» ГОУ ВПО «ОмГТУ» на основании изобретений, предложенных автором, разработано устройство в виде дополнительной опоры с тонкостенным упругим элементом, находящимся под действием избыточного давления жидкости Проведенные исследования показали, что с помощью этого устройства амплитуды колебаний шпиндельной головки уменьшились на 20 30 %

Произведенный анализ результатов исследований позволяет сделать следующие выводы

1 Теоретические и экспериментальные исследования деформации ТУЭ подтвердили научную гипотезу о возможности перекрытия зазора в соединении за счет их деформации и создания необходимого натяга

2 Рассмотренное виброгасящее устройство позволило уменьшить амплитуду вынужденных колебаний шпиндельной головки на 20 30 % при разных частотах вращения шпинделя Конструктивные решения по созданию виброгасящих устройств с ТУЭ имеют перспективу

3 Исследовано влияние геометрических параметров ТУЭ и давления на компенсационную способность и установлено, что при относительной толщине уплотнения Я > 100 ее длина, начиная с у > 0,5, незначительно влияет на компенсационную способность

Выявлен характер образования контактного пояска и его величина в зависимости от первоначального зазора, геометрических параметров и давления Выявлено влияние условий закрепления тонкостенного упругого элемента на компенсационную способность Установлено, что при значениях X, > 100 и у > 0,4 условия закрепления торцов элемента практически не влияют на его компенсирующую способность При X < 100 и у < 0,4 необходимо учитывать характер закрепления торцов оболочки

6. Исследование многофункционального металлообрабатывающего оборудования нетрадиционной компоновки

В оборудовании нетрадиционных компоновок на основе механизмов с параллельной кинематикой рабочий орган (например, шпиндельный узел) расположен на пространственно-ориентируемой платформе Она имеет шесть степеней свободы и ее положение в пространстве определяется за счет

согласованного изменения длин шести опор, на которых она расположена Один из конструктивных вариантов такого станка показан на рисунке 11

Пространственно-ориентируемая

платформа

Рисунок 11 - Станок нетрадиционной компоновки

Предварительные исследования такого оборудования показали, что рабочая зона является функцией геометрических параметров (размеров платформы, длин опор и пределов их регулирования, величины угла наклона опор и их расположения, ограничений, накладываемых узлами крепления опор к основанию и платформе) Статические и динамические характеристики оборудования зависят от геометрических и массовых параметров системы, величины и вида нагрузок, положения платформы в рабочем пространстве Для каждой точки рабочего пространства собственные частоты системы, жесткость и амплитуды вынужденных колебаний зависят от положения платформы относительно основания

Поэтому в настоящей работе были проведены теоретические и экспериментальные исследования механизма с параллельными структурами приведенного на рисунке 11, с целью определения его рабочей зоны и возможных положений подвижной платформы Исследования проводились с учетом граничных условий, накладываемых узлами крепления опор к основанию и платформе (шарнир Гука, сферический шарнир) по длине опор Ь„„„ <Ь, < 1™,,

по углу отклонения платформы <р, > сртш; Угол ф, определяется для каждой опоры по формуле

<р, - агсБш

( 22{г)-1{1)\

I ДО У

(24)

где Z? и 2- координаты крепления опор

Определены зависимости угла поворота опоры относительно основания и подвижной платформы

Исследования рабочей зоны проводились с использованием специально разработанной программы на ПЭВМ в пределах граничных условий Рабочая зона представляет сложную объемную фигуру, зависящую от параметров опор Типовая картина рабочей зоны в виде параллельных сечений представлена на рисунке 12, а так же были получены зависимости изменения длин опор при перемещении рабочего органа вдоль координатных осей

Угол поворота вокруг □си

□ граничение длин опор

Максимально |тоо Минимально |доо

X град |сР У град (5~ град |о"

У

□граничение а узлах лоепления опор

ф р~ 0 [эо~

Рисунок 12 - Картина рабочей зоны

Для исследования динамических характеристик была разработана математическая модель свободных колебаний системы в форме дифференциальных уравнений Лагранжа П-го рода, представлено уравнением в виде

л6 -+ /2Д4 - 1ъл3 + 14л2 - /5л + /6 = 0 (25)

Используя МАТЬАВ 6 можно найти все значения корней К, а значит, и собственные частоты к, к, = (26)

Проведена экспериментальная проверка параметров свободных и вынужденных колебаний, исследованы жесткосные характеристики системы

для разных шжсжедай т\ тифоиды ъ предала* рабочей зоны, чго позволило определить условия безвибрационнфр работы.

Одним из перспективных и малоисследованным, особенно, в плане использования в виде оснастки, являете« платформа с зкецетриновыми опорами. На кафедре металлорежущих ста)!ков и инструментов ОмГТУ разработан опытный образец платформы с эксцентриковыми опорами, который позволяет ориентировать обрабатываемую деталь или силовую головку по четырем координатам (рисунок 13). Он представляет собой подвижную платформу, закрепленную из двух эксцентриковых опорах. Изменяя настройки регулируемых опор по заданному закону, можно обеспечить любое положение центра подвил;ной платформы или задать любой закон движения в пределах рабочего пространства по заданным координатам.

Особенностью данной конструкций является то, что синхронное врашателыюе движение дисков обеспечивает поступательное перемещение исполнительного органа в плоскости, а при асинхронном вращении -перемещение в пространстве. Преимущество данной платформы состоит в гом. что эксцентриковые опоры позволяют получить широкий диапазон регулирования положения подвижной платформы при достаточно высокой жесткости. Платформа несложна в управлении, для ее позиционирования необходимо задание четырех управляющих координат. Это вращения больших и малых эксцентриков. Все эти достоинства говорят о том, что применение платформы с эксцентриковыми опорами позволит снизить время на переналадку оборудования,

Рисунок 13 - Платформа с эксцентриковыми опорами: 2 - основание, 3 -сферический шарнир, 4 - подвижная платформа, 5 - силовая головка* 7 -большой эксцентрик. 6 - ¡чалый эксцентрик, 8 - червяк, 9 - червячное колесо, 10 -- зубчатое колесо, 11 — фиксатор, 12 - наружный фиксатор, 13 - обойма.

Для исследования динамических характеристик платформы с эксцентриковыми опорами, была разработана математическая модель динамики системы, в ней рассматриваются колебали*, я по дата коордииктншл направлениям (27), Исследование данной модели производилось при помощи программы МаЙкаН 2001.

т <?", =42 С1+ 2 С2+С,) (С,-С2) <?4 ¿ + РХ,

т <?', = -(2 С4+2 С5) - ^ (С4-С5) д, I + Р, ,

т (г,,2 9,+ Л"<( ги <ь) + .Л <Ь = ^

= £" (С4 + С5) Л (С4-С5) +

4 2

1} (С, + С2) Л (С,-С2) <72 + А/у,

™ ¿л/ д4+ Хм гм q^) + Jz д5 =

= С, </5 52+Л/г

Жесткость несущей системы рассматриваемых станков зависит от геометрических параметров, от положения подвижной платформы в рабочем пространстве чем она дальше от центра рабочей зоны, тем податливость больше В вертикальном направлении система более жесткая Величины жесткости по всем направлениям, соизмеримы с жесткостью станков средних и малых габаритов серийно выпускаемых моделей, таких как МС12-250-М1, ИР320ПМФ4.

Исследования свободных колебаний позволили выявить низшие, наиболее опасные частоты исследуемых систем, которые находятся в пределах 60-65Гц у платформы на стержневых опорах, 60-80 Гц у платформы с эксцентриковыми опорами

Наибольшие значения амплитуд при вынужденных колебаниях имели место при расположении платформы в крайних положениях рабочего пространства, где величина амплитуды достигала 17мкм у платформы на стержневых опорах, 28 мкм у платформы с эксцентриковыми опорами в горизонтальном направлении В вертикальной плоскости амплитуда колебаний наименьшая в центре платформы в пределах 0,3мкм у платформы на стержневых опорах и 5 мкм - для платформы с эксцентриковыми опорами Сопоставимые результаты были получены по амплитуде крутильных колебаний относительно координатных осей

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о перспективности технологического оборудования на базе механизмов с параллельными структурами. Их целесообразно использовать при черновой и чистовой обработке деталей сложной конфигурации в мелкосерийном производстве

Вместе с тем целесообразно продолжить исследования кинематики и динамики технологического оборудования данного типа, направленные на улучшение их амплитудно-частотных характеристик, повышение точности обработки

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена комплексная научно-техническая проблема по повышению точности механической обработки в многономенклатурном производстве Основные научные и практические результаты заключаются в следующем

1 Предложена и обоснована единая концепция обеспечения качества механической обработки как научно-производственной проблемы, решаемой путем снижения погрешности обработки в ходе улучшения статических и динамических характеристик многофункционального оборудования и оптимизации последовательности операций и переходов с позиции обеспечения максимальной точности

2 Выявлены признаки многовариантности технологических процессов Впервые предложен инструмент установления отношений следования операций и переходов в технологическом процессе и разработан научно обоснованный алгоритм определения рациональной последовательности операций механической обработки

3 Предложены математические модели динамики станков и на основе результатов исследований установлено влияние конструкторско-технологических параметров технологической системы на точность обработки

4 Предложена методика расчета точности при обработке на многофункциональном оборудовании на основе установления связей систем координат, определяющих положение узлов с развитыми ветвями механизмов, несущих инструмент и заготовку

5 Разработана математическая модель механизма возникновения автоколебаний при обработке на токарном станке и определены условия их устранения Предложена методика определения рациональных режимов резания, обеспечивающих безвибрационный режим при токарной обработке

6 Установлено, что из основных источников автоколебаний падающая характеристика силы от скорости является основным фактором возникновения автоколебаний, а влияние запаздывания силы от перемещения в рассматриваемых системах практически не оказывает влияния на условия возбуждения автоколебаний

7 Разработано виброгасящее устройство (АС №1195102 и А.С №1505893) на базе тонкостенного упругого элемента, находящегося под

воздействием избыточного давления и обеспечивающего беззазорное соединение сопряженных узлов Проведены теоретические и экспериментальные исследования данного устройства, которые показали перспективность его применения при модернизации и разработке технологического оборудования

8 Разработаны опытные образцы (АС № 1349954, № 1815122) технологического оборудования на базе механизмов с параллельными структурами и проведены исследования по определению рабочей зоны, статических и динамических характеристик при разных положениях подвижной платформы (рабочего узла) в пределах рабочей зоны

9 Показаны перспективы создания станков и приспособлений на базе механизмов с параллельными структурами, как обладающие высокой гибкостью и переналаживаемостью, минимальной металлоемкостью и другими положительными характеристиками

Основное содержание диссертации опубликовано в 85 научных работах, в том числе

1 Гаврилов В А Оптимизация режимов резания при точении нежестких валов / В А Гаврилов, В Г Гребень // Технология машиностроения, 2006 -№1 -С 16-19

2 Гаврилов В А Обеспечение заданной точности при проектировании технологических процессов для многономенклатурного производства / В А Гаврилов // Омский науч вестник Механика, Машиностроение - 2006 - №8 (44) - С 77-79

3 Гаврилов В А. Исследование динамических характеристик механизмов параллельной структуры с помощью вибродиагностического прибора/В А Гаврилов//СТИН -2006 -№10-С 12-14

4 Гаврилов В А Экспериментальные исследования точности обработки на многоцелевых станках / В А Гаврилов // Омский науч вестник Механика, Машиностроение - 2006 - №7 (43) - С 93-95

5 Гаврилов В А. Многофункциональное оборудование на основе параллельной кинематики / В А Гаврилов, А Г Кольцов // Деп ВИНИТИ, 2006 -№1481-В2006 - 131 с

6 Гаврилов В А Определение обобщенных сил при обработке деталей на токарном станке с различными схемами закрепления / В А Гаврилов // Омский науч вестник Механика, Машиностроение - 2006 - №6 (42) -С 86-89

7 Гаврилов В А Анализ частот колебаний технологической системы при то«ении нежестких валов / В А Гаврилов, В Г Гребень // Технология машиностроения,2005 -№1 -С 19-21

8 Патент РФ № 43324 Гидровинтовой следящий привод /В А Гаврилов, В А Сергеев, А П Чермашенский//Опубл 10 01 2005 Бюл №1

9 Гаврилов В А Безвибрационное точение нежестких валов / В А Гаврилов, Гребень В Г //СТИН -2004 - №4 - С 32-34

10 Гаврилов В А Расчет и испытание станков на точность / В А Гаврилов // Омск Изд-во ОмГТУ, 2004 - 91 с

11 Гаврилов В А Исследование рабочей зоны и жесткости механизмов с параллельной кинематикой / В А Гаврилов, Д А Спиридонов, А Г Кольцов // СТИН - 2004 - № 2 - С 24-26

12. Гаврилов В А Определение области устойчивого точения нежестких валов / В А Гаврилов, В Г Гребень // Справочник Инженерный журнал М Изд-во Машиностроение,2004 -№12 -С37-40

13 Гаврилов В А Классификация механизмов для технологических машин с параллельной кинематикой / В А Гаврилов, А Г Кольцов, А X Шамутдинов // СТИН -2005- №9 -С28-31

14 Гаврилов В А Устойчивость технологической системы при точении нежестких валов / В А Гаврилов, В Г Гребень // Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе сб матер П Междунар технол конгр Омск Изд-во ОмГТУ, 2003 - Ч 3 -С 126-130

15 Гаврилов В А Колебания при резании металлов / В А Гаврилов, В Г. Гребень // Омск Изд-во ОмГТУ, 2003 - 35 с

16 Гаврилов В А Исследование динамических процессов в станках токарной группы и их влияние на точность обработки / В А Гаврилов, А Г. Кольцов // Деп ВИНИТИ 09 09 03 №1658-В2003 - 75 с

17 Гаврилов В А Расширение возможностей технологического оборудования за счет применения механизмов с многоповодковой структурой / В А Гаврилов, Д А Спиридонов, А Г Кольцов // Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе Сб матер II Междунар технол конгр Омск Изд-во ОмГТУ, 2003 - Ч 3 - С 126-130

18 Гаврилов В А Гашение колебаний в многоцелевых станках и резерв повышения точности обработки деталей / В А Гаврилов, В А Сергеев // Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе Сб матер П Междунар технол конгр Омск Изд-во ОмГТУ, 2003 - Ч 3 - С 146148

19 Гаврилов В А Исследование металлорежущего оборудования нетрадиционных компоновок / В А Гаврилов, А Г Кольцов // Деп ВИНИТИ 09 09 03 №1659-В2003 - 100 с

20 Гаврилов В А Исследование точности обработки на многоцелевых станках / В А Гаврилов, А Г Кольцов // Деп ВИНИТИ 09 09 03 №1657-В?003 - 87с

21 Гаврилов В А Расчет и оптимизация режимов резания на токарных станках / В А Гаврилов, В Г Гребень//Омск-Изд-во ОмГТУ, 2001 -23 с

22 Гаврилов В А Синтез и анализ кинематических схем станков / В А Гаврилов// Омск Изд-во ОмГТУ, 2001 -124с

23 Гаврилов В А Повышение точности обработки на многоцелевых станках / В А Гаврилов, В А Сергеев // Динамика систем, механизмов и машин материалы Ш Международной научно-технической конференции Омск, 1999 Кн 2 - С 41-42

24 Многофункциональное оборудование на основе параллельной кинематики /В А Гаврилов, АГ Кольцов//Деп ВИНИТИ29 11 06№1481-В2006 - 131с

25 Гаврилов В А Экспериментальные исследования жесткости платформы с эксцентриковыми опорами / В А Гаврилов, А Г Кольцов // Деп ВИНИТИ 04 05 06 №603-В2006 - 25 с

26 Гаврилов В А Пространственно-ориентируемый стол / В А Гаврилов // Автоматизация технологических процессов в машиностроении Межвузовский сборник науч тр Волгоград ВОЛГПУ, 1994 - С 5-12

27 Патент РФ № 2015428 Способ смазки подшипника скольжения / В А Гаврилов, ШР Буликян, ПГ Финаев // Опубл 30 06 94 Бюл №12

28 Ас № 1815122 (СССР) МКИ, кл В23р1/04, 16/02 Поворотное устройство / В А Гаврилов, П.Г Финаев//Опубл 15 05 93 Бюл №18

29 Гаврилов В А Обеспечение точности деталей при проектировании многовариантных малооперационных техпроцессов обработки на станках с ЧПУ / В А Гаврилов, Б С Мордвинов, В С Савкин // Совершенствование процессов резания и средств автоматизации для повышения производительности гибких станочных систем материалы зональной научно-технической конференции Курган, 1990 - С 93-95

30 Гаврилов В А Разработка гибкого маршрута изготовления деталей / В А Гаврилов // Новая технология, оборудование, оснастка и инструмент для механической обработки и сборки материалы семинара. - М Изд-во МДНТП, 1990 - С 85-90

31 Гаврилов В А ГАУ на базе многооперационных станков модели МС 12-250М1 / В. А Гаврилов, ПЕ Попов, В А Сергеев // Проблемы создания и внедрения гибких производственных и робошгехнических комплексов на предприятиях машиностроения Всесоюзная научно-практическая конференция М, 1989 - С 47-48

32 Ас № 1505893 (СССР) МКИ, кл В66ЕЗ/24 Гидродомкраг / В А Гаврилов, В А Сергеев, П Г Финаев // Опубл 07.09 89 Бюл №33

33 Гаврилов В А Агрегагно-модульный принцип построения ГПС / В А Гаврилов // Разработка и внедрение гибких производственных систем дгм механической обработки материалы региональной научно-технической конференции Омск, 1987 -С4-5

34 Ас № 1337227 (СССР) МКИ, кл В23(}1/08 Шпиндельный узел / В А Гаврилов, ЮВ Малашенко и др // Опубл 15 09 87 Бюл №34

35 Ас № 1349954 (СССР) МКИ, кл, В23С>1/04. Поворотное устройство / В А. Гаврилов, В А Сергеев // Опубл 07 11 87 Бюл № 41

36 А с № 1245419 (СССР) МКИ В23в5/06 Способ заточки метчика / В А Гаврилов, А Ю Попов, Л Г Финаев и др // Опубл 23 07 86 Бюл № 27

37 Ас № 1244407 (СССР) МКИ, кл Р16С32/06, Опора скольжения / В А Гаврилов, Ю.А Рогоза, ИЛ Орлов // Опубл 1507 86 Бюл №26

38 Ас № 1245418 (СССР) МКИ, Кл В2305/06 Метчик для нарезания резьбы в глухом отверстии / В А Гаврилов, А Ю Попов, И П Николаев и др // Опубл 0701 85. Бюл №27.

39 Ас № 1195102 (СССР) МКИ, кл И6Л5/48, Устройство для уплотнения поршня / В.А Гаврилов, П Г Финаев, И П Финаева // Опубл 30 11 85 Бюл № 44

40 Гаврилов В А Применение ЭВМ для расчета оптимальных геометрических параметров на примере тонкостенных уплотнительных элементов / В А Гаврилов, А И Миронов // Автоматизация технической подготовки производства Вып 4, АН БССР, Минск, 1977 - С 125-130

Отпечатано с оригинала-макета, предоставленного автором ИД №06039 от 12 10 2001

Подписано в печать 26 09 07 Формат 60x84 Отпечатано на дупликаторе Бумага офсетная Уел печ л 3,0 Уч-изд л 3,0 Тираж 100 Заказ 662

Издательство ОмГТУ Омск, пр Мира, 11 Т 23-02-12 Типография ОмГТУ

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Проблемы точности механической обработки.

1.2. Исследование компоновок, гибкости и переналаживаемости металлорежущих станков.

1.3. Влияние динамических процессов в ТС на точность обработки.

1.4. Цель и задачи исследования.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ.

2.1. Оценка влияния вибрационных характеристик ТС на точность технологических переходов.

Выбор объекта исследования.

2.2. Обеспечение точности относительного положения поверхностей при разработке ТП обработки детали.

2.3. Алгоритм определения вариантов последовательности операций механической обработки.

2.4. Установление отношений следования операций и переходов изготовления деталей.

2.5. Влияние элементов ТС и условий резания на точность и виброустойчивость.

2.6. Математическая модель оценки точности обработки.

3. ОБОБЩЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ.

3.1. Обоснование обобщенных моделей.

3.2. Физическая и математическая модели узла станка как элементарной составляющей обобщенной модели.

3.3. Разработка обобщенных математических моделей токарных станков

3.3.1. Физические модели токарных станков.

3.3.2. Математическая модель колебательной системы станка.

3.3.2.1. Квадратичная форма представления кинетической энергии.

3.3.2.2. Определение потенциальной энергии колебательной системы.

3.3.2.3. Математическое представление диссипативной функции.

3.3.2.4. Уравнения колебаний масс в упругой системе токарного станка.

3.3.2.5. Обобщенные силы при обработке.

3.3.3. Анализ вариантов расчетных схем суппортной группы.

3.3.3.1. Одномассовая система с одной степенью свободы.

3.3.3.2. Двухмассовая система с двумя степенями свободы.

3.3.3.3. Двухмассовая система с четырьмя степенями свободы.

3.3.3.3.1. Имитационные исследования свободных колебаний.

3.3.3.3.2. Исследование вынужденных колебаний.

3.4. Исследования и разработка математической модели автоколебаний при токарной обработке.

3.4.1. Особенности колебаний при обработке на токарном станке и принятая физическая модель.

3.4.2. Уравнения движения подсистемы детали.

3.4.3. Определение силы резания при поперечных колебаниях.

3.4.4. Устойчивость состояния равновесия.

3.5. Пример определения оптимальных режимов резания при токарной обработке.

3.6. Оценка точности обработки нежесткого вала.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ И ТОЧНОСТИ МНОГООПЕРАЦИОННЫХ СТАНКОВ.

4.1. Математическая модель оценки точности обработки на многооперационных станках.

4.2. Построение графа связи систем координат и определение пути расчета.

4.3. Погрешность расточки отверстия.

4.4. Порядок работы с программой SYSKOORD.

4.5. Динамическая составляющая погрешности обработки.

4.6. Методика определения положения шпиндельной головки при квазидинамическом режиме движения.

4.7. Исследование колебательных процессов шпиндельной головки станка модели МС 12-25ОМ 1.

4.8. Экспериментальные исследования точности обработки на станке МС12-250М1.

4.8.1. Определение жесткости подвижного стыка станина - шпиндельная головка.

4.8.2. Нагрузочное устройство для моделирования процесса растачивания.

4.8.3. Стенд для определения динамических характеристик шпиндельной головки.

4.9. Обработка результатов эксперимента и построение траектории движения вершины инструмента.

5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОНКОСТЕННОГО УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА (ТУЭ), ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ГАШЕНИЕ ВИБРАЦИЙ.

5.1. Принцип и режим работы ТУЭ.

5.2. Аналитические зависимости деформации тонкостенной цилиндрической оболочки от геометрических параметров и давления.

5.3. Влияние характера крепления торцев в оболочке на величину деформации.

5.3.1. Шарнирное опирание.

5.3.2. Оболочка с жестким защемлением торцев.

5.4. Влияние давления в зазоре на деформацию ТУЭ.

5.5. Определение профиля деформированной поверхности тонкостенного упругого элемента и величины контакта с поверхностью направляющей.

5.6. Экспериментальные исследования деформации ТУЭ.

5.7. Экспериментальные исследования виброгасящих свойств (ТУЭ).

6. ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ КОМПОНОВОК.

6.1. Технологическое оборудование с параллельной кинематикой на базе стержней изменяемой длины.

6.2. Математическая модель формообразующей системы станка.

6.3. Граничные условия.

6.4. Исследование прямолинейных перемещений станка.

6.5. Исследование рабочей зоны станка.

6.6. Результаты исследования рабочей зоны станка нетрадиционной компоновки.

6.7. Математическая модель свободных колебаний механизма с параллельной кинематикой.

6.7.1. Исследование колебаний динамической системы.

6.7.2. Определение собственных частот.

6.7.3. Исследование свободных колебаний.

6.7.4. Исследование вынужденных колебаний.

6.7.5. Экспериментальное исследование рабочей зоны.

6.7.6. Экспериментальное исследование статических параметров.

6.7.7. Экспериментальное исследование динамических характеристик.

6.8. Технологическое оборудование с параллельной кинематикой на базе эксцентриковых опор.

6.8.1. Кинематика платформы с эксцентриковыми опорами.

6.8.2. Исследование движения подвижной платформы.

6.8.3. Разработка математической модели динамической системы платформы с эксцентриковыми опорами.

6.8.4. Исследование колебаний динамической системы платформы с эксцентриковыми опорами.

6.8.5. Определение собственных частот.

6.8.6. Исследование свободных колебаний.

6.8.7. Решение системы частных неоднородных дифференциальных уравнений.

6.8.8. Исследование вынужденных колебаний.

6.8.9. Экспериментальные исследования платформы с эксцентриковыми опорами.

6.8.9.1. Исследование статических характеристик.

6.8.9.2. Исследование динамических характеристик.

Создание конкурентоспособной продукции машиностроения в наибольшей степени обеспечивается точностью ее изготовления, которая последовательно формируется на всех этапах от проектирования технологического процесса изготовления до сборки готового изделия. Наиболее важным с точки зрения достижения требуемой точности изделия является процесс изготовления деталей, поэтому повышение точности механической обработки является актуальной проблемой машиностроения.

Успешное решение данной проблемы осложняется следующими факторами.

Во-первых, непрерывным ростом требований к точности изготовления деталей, что объясняется тенденцией на повышение качества современных конкурентоспособных машин и стремлением улучшить технические характеристики машины, повысить ее надежность, долговечность, геометрические и динамические показатели точности, что невозможно без учета динамических свойств технологической системы.

Требования к точности, особенно у технологических машин, определяются необходимой выходной точностью, связанной с их служебным назначением, непрерывно возрастающей мощностью, быстроходностью, динамической нагруженностью и другими характеристиками машин.

Вибрации при механической обработке деталей оказывают существенное влияние на качество обработки поверхностей. Поэтому, проблема вибраций представляет значительный научный интерес и от ее решения зависит прогресс в технологии машиностроения.

Во-вторых, особенностью современного машиностроения является значительный рост номенклатуры выпускаемой продукции, снижение ее серийности и сокращение длительности производственного цикла.

По результатам отечественных и зарубежных исследований [14, 50] удельный вес продукции машиностроения в серийном и мелкосерийном производствах составляет 75.80 %, и тенденция на увеличение данной продукции продолжается. Анализ серийного производства, проведенный К. Картером [52], показал, что лишь 5 % от общей длительности производственного цикла заготовка находится на станке, а из этого времени только 1/3 (или 1,5 % общего времени) приходится непосредственно на процесс формообразования. Близкие по своим характеристикам результаты получены автором при обследовании механообрабатывающих производств г. Омска [77]. Значительные затраты времени приходятся на переналадку оборудования при выпуске новой продукции. В связи с этим основные направления повышения эффективности многономенклатурного производства связаны с сокращением времени нахождения детали в процессе производства и повышением коэффициента использования технологического оборудования, для чего необходимо повысить технические характеристики и возможности оборудования, его автоматизации.

Для решения проблем, возникающих при автоматизации мелкосерийного производства, в 70-х годах сформировалось направление - создание гибких производственных систем (ГПС) [85, 106, 107, 108, 109]. Сущность концепции гибкого производств состоит в том, что она позволяет переходить с выпуска одного изделия на выпуск другого без переналадки технологического и любого другого оборудования. Новизна концепции ГПС состоит в создании высокоавтоматизированного, в перспективе «безлюдного» производства. Создание ГПС - это комплексная научно-техническая задача. Ее решение связано с разработкой гибких многовариантных технологий, точного, надежного и высокопроизводительного многофункционального оборудования, способного быстро переходить на выполнение различных операций при широкой номенклатуре объектов производства.

Промышленноразвитые страны - США, Япония, ФРГ и другие реализуют крупные национальные программы по изучению, разработке и созданию опытных образцов ГПС. В настоящее время во всех высокоразвитых странах ведутся работы по созданию заводов-автоматов. Значительный научный и технический потенциал по созданию ГПС накоплен и в нашей стране. Отечественный и зарубежный опыт внедрения гибких производственных систем показывает, что они обеспечивают высокую мобильность, практически равную мобильности единичного производства, высокую производительность и низкую себестоимость изделий, которую можно сравнить с теми же показателями массового производства.

Непрерывное возрастание мощности и быстроходности машин, увеличение степени централизации обработки на многофункциональном оборудовании, значительные колебания нагрузок на узлы при черновой и чистовой обработках, гибкость системы вызывают изменения условий взаимодействия инструмента с заготовкой в процессе обработки и в целом характеризуют нестабильность процесса во времени и снижение точности системы. Интенсивность отмеченных процессов зависит от динамических свойств металлообрабатывающего оборудования. Нестабильность процессов, проявляющаяся в механических колебаниях системы, приобретает особую важность в условиях автоматизированного производства.

Перечисленные свойства оборудования превращают станок в сложную многофункциональную систему. Качество и количество выпускаемой продукции становится функцией возможностей машины. Многообразие процессов, протекающих в такой сложной системе, требует серьезных научных исследований при решении вопросов повышения точности механической обработки.

Таким образом, проблемы обеспечения точности деталей при обработке на многофункциональных станках становятся еще острее и требуют своего решения. Выявление на стадии проектирования технологического процесса свойств по его гибкости с учетом требований точности обработки деталей позволяют сформулировать научно-обоснованные требования к станкам по их точности и гибкости.

В-третьих, традиционный подход при исследовании точности обработки обычно состоит в том, что сосредотачивается внимание в различных аспектах проблемы точности, т.е. ограничиваются исследованием отдельных вопросов технологического и конструкторского плана, а не комплексным решением проблемы.

В машиностроении при обеспечении точности решаются задачи по совершенствованию станочного оборудования, оснастки и инструмента, изучены вопросы выбора вариантов технологических процессов и оптимальных режимов резания, а также разработаны экспериментально-аналитические методы и модели, позволяющие производить оценку точности обработки на ЭВМ. Все это привело к определенному прогрессу в каждом из рассмотренных случаев. Достигнутые результаты требуют решения задач комплексной оценки точности, увязки ее с качеством станочного оборудования, его динамическим состоянием, выбором современных методов обработки, структуры операций и технологического процесса.

Кинематика процесса формообразования, переменность припуска и физико-механических свойств заготовки, геометрические параметры инструмента, режимы обработки и теплофизические свойства процесса резания приводят к изменению во времени силового воздействия на технологическую систему и, как следствие этого, к возникновению колебаний, что снижает точность обработки и может стать причиной потери устойчивости динамической системы станка, ограничив его производительность.

В связи с этим анализ и разработка теоретических методов, моделирующих процессы механической обработки с учетом динамических погрешностей, вносимых оборудованием, методами обработки, процессом резания, направленных на снижение погрешностей отдельных переходов, а также повышение точности путем оптимизации построения технологического процесса, являются актуальной проблемой машиностроения.

Целью работы является улучшение качества машиностроительной продукции за счет повышения точности механической обработки на многофункциональном технологическом оборудовании на основе разработки моделей формирования погрешностей с учетом динамических процессов, возникающих при резании в различных условиях обработки, а также повышение точности за счет оптимизации структуры технологического процесса. Основанием для выполнения работы послужили: Комплексные программы повышения технического уровня производства агрегатов ТРА на 1983 -1990 г.г. (Постановление С.М. СССР № 526); тематический план НИР Ом-ГТУ, финансируемый из средств федерального бюджета по единому заказ -наряду Министерства Образования РФ, г/б темы № Ф10-96, № Ф1-99, № 1.01.Ф, № 1.03.Ф, целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008г.)».

Методология и методы исследования. В качестве общей методологической основы использован системный подход, заключающийся в анализе точности изделий как большой проблемы машиностроения, одной из составляющих которых является проблема обеспечения точности механической обработки в многономенклатурном производстве, установлений влияния доминирующих факторов на точность обработки. Так при исследовании погрешностей, вносимых колебательными процессами, проводится мониторинг состояния оборудования по вибрационной активности с помощью виброколлектора СК-1100 и двухканального анализатора вибраций ДИАНА-2М.

Теоретические исследования проводились на базе основных положений и методов теории резания металлов, технологии машиностроения, механики твердого тела, теории упругости и теории колебаний, теории математического и физического моделирования с использованием методов вычислительной математики. Для разработки математических моделей использовались результаты исследований динамических характеристик станков различных групп, проведенных автором и другими исследователями.

Экспериментальные исследования проводились по известным и разработанных автором методикам в лабораторных и производственных условиях с применением методов планирования эксперимента и обработки их результатов. Широко использовались возможности современных ПЭВМ, как для расчета, так и для исследования модели.

Объектами исследований являлись станки традиционных компоновок и опытные образцы, созданные на базе механизмов с параллельной кинематикой типа "Гексопод" и образцов, созданных по изобретениям А.С.№ 1349954, № 1815122. С помощью экспериментальных исследований подтверждена достаточная для инженерных расчетов адекватность разработанных математических моделей.

Научная новизна работы состоит в разработке концепции повышения точности механической обработки на многофункциональном оборудовании в условиях многономенклатурного производства, состоящей из обоснования последовательности выполнения переходов и операций технологического процесса с позиции обеспечения заданной точности и определении погрешности обработки с учетом динамического качества оборудования.

Создание научных основ и методик расчета рациональных параметров оборудования и режимов резания для повышения виброустойчивости и технологической надежности станков при механической обработке.

- Установлена возможность обеспечивать точность и гибкость технологического процесса за счет оптимизации его структуры.

- Предложена теория формирования операции и процесса в целом, позволяющая достигать заданное качество и производительность обработки.

- Разработаны обобщенные физические и математические модели динамики несущей системы станков серийного выпуска и станков с параллельной кинематикой.

- Разработана математическая модель автоколебаний технологической системы при точении валов, в которой источником возбуждения является падающая характеристика силы резания и запаздывание силы от перемещения.

- Раскрыта взаимосвязь между колебательными процессами и кинематическими приращениями глубины резания, подачи и скорости резания при поперечных колебаниях и определена степень влияния этих приращений на условия возбуждения колебаний и устойчивость системы с нелинейными зависимостями силы от скорости и перемещения.

Установлено, что при чистовом точении технологически нежестких валов резцами с зачищающей режущей кромкой падающая характеристика силы резания является основным, а запаздывание силы от перемещения несущественным источником первичного возбуждения автоколебаний.

Разработаны основные положения по обеспечению точности принципиально новых поколений технологического оборудования с параллельной кинематикой, обладающих свойствами многофункциональности, гибкости и переналаживаемости, на основе повышения их качества путем рационального проектирования узлов несущей системы.

Предложены основные направления развития металлообрабатывающего оборудования для многономенклатурного производства.

Решена задача повышения виброустойчивости станков на основе использования виброгасящих устройств с тонкостенными упругими элементами и распределенной нагрузкой, величина которой может регулироваться по заданному закону. Устройство может использоваться в адаптивных системах.

Практическая ценность. Результаты научных исследований вносят существенный вклад в технологию машиностроения и станкостроения, раскрывая сущность образования погрешностей при механической обработке деталей на многофункциональном оборудовании, в частности, на многооперационных станках и станках с параллельной кинематикой. Направления и перспективы развития подобного оборудования (рекомендации по проектированию и эксплуатации), вопросы оптимизации режимов обработки и структуры технологических процессов, предложенные в диссертационной работе, позволяют значительно расширить область их практического использования в металлообработке.

Для руководства и использования в проектной инженерной деятельности предлагаются:

- методика проектирования гибких технологических процессов для многономенклатурного производства, обеспечивающая заданную точность;

- методика установления отношений следования операций и переходов с обеспечением требования по точности при изготовлении деталей в условиях ГПС;

- алгоритм определения вариантов последовательности операций механической обработки;

- обоснование выбора рационального состава технологического оборудования по критерию максимальной производительности и точности;

- математические модели динамики многофункционального оборудования (серийного выпуска и опытных образцов на базе механизмов с параллельной кинематикой), алгоритмы и программы, позволяющие решать практические задачи по оценке точности многофункционального оборудования на стадии его проектирования и при эксплуатации, а также обеспечивать необходимую точность обработки при проектировании технологических процессов;

- рекомендации по оптимизации режимов резания;

- рекомендации по расчету и применению виброгасящих устройств.

Реализация результатов работы. При проектировании и создании опытных образцов реализованы полностью или частично признаки изобретений: А.С. № 1195102, А.С. № 1236242, А.С. № 1244407, А.С. № 1505893, А.С. № 1349954, А.С. № 1337227, А.С. № 1815122, А.С. № 1245419, А.С. № 1245418.

Результаты исследований внедрены на ФГУП ОМО им. П.И. Баранова, в Омском машиностроительном конструкторском бюро и ФГУП «Омский завод Подъемных машин».

Научные разработки автора работы внедрены в учебном процессе и используются при чтении курсов «Расчет и испытание станков на точность», «Конструирование, расчет и САПР станков и станочных комплексов», а также в курсовом и дипломном проектировании.

Основные положения, выносимые на защиту. Концепция повышения точности механической обработки на многофункциональном оборудовании в условиях многономенклатурного производства, которая базируется на системном методологическом подходе к проблеме повышения точности и связывает в единое целое технологическое проектирование:

- выбор методов обработки и их реализацию в технологических переходах;

- синтез операций из совокупности переходов;

- выбор (или разработка задания на проектирование) технологического оборудования, оснастки и инструмента;

- определение последовательности выполнения операций с соблюдением требований по точности и производительности обработки.

Основу этапов проектирования составляют методики по установлению отношений следования операций и переходов, алгоритмизации определения последовательности обработки, обеспечению точности обработки.

Решение задачи снижения погрешности отдельных методов обработки и переходов, исходя из принципа отклонения траектории движения формообразования под действием соответствующих сил, можно представить как состоящую из постоянной и переменной (вибросмещения) составляющих.

Результатом данных отклонений траектории взаимного движения инструмента и заготовки является погрешность обработанной поверхности, состоящей из постоянной и переменной составляющих погрешностей детали. А так как амплитуда вибросмещения достигает значительных величин, соизмеримых с допустимыми на линейные размеры, то и погрешность, включая вибрации, может влиять не только на микронеровности и волнистость, но и на точность размеров, формы и взаимного расположения поверхностей. В связи с этим исследования погрешностей, вносимых упругими деформациями технологической системы и колебательными процессами, являются важными для определения общих погрешностей механической обработки.

Для повышения точности отдельных переходов предлагается:

- методика комплексной оценки точности многофункционального металлообрабатывающего оборудования на основе учета геометрических, кинематических и динамических погрешностей;

- обобщенные физические и математические модели динамики многофункционального оборудования, алгоритмы и программы расчета динамических параметров станков;

- математическая модель оценки точности обработки на многооперационном станке; - математическая модель и результаты исследования динамики виброгасящих устройств с тонкостенными упругими элементами с распределенной нагрузкой;

- результаты комплексного исследования многофункционального технологического оборудования нетрадиционных компоновок на базе механизмов с параллельными структурами;

- математическая модель автоколебаний при обработке валов на токарном станке и исследования условий безвибрационной работы;

- методика определения оптимальных режимов резания.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертация докладывались и обсуждались на всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы создания гибких производственных систем и роль САПР при внедрении «безлюдной» технологии в промышленности» (Москва, 1986 г.); на всесоюзной научно-технической конференций «Автоматизированное проектирование машин, оборудования, приборов и технологических процессов в машиностроении» (Устинов, 1986 г.); на региональной научно-технической конференции «Разработка и внедрение гибких производственных систем для механической обработки» (Омск, 1987 г.); на региональном научно-техническом совещании «Прогрессивные методы проектирования и конструкции механообрабатывающего оборудования» (Омск, 1987 г.); на всесоюзной научно-практической конференции «Проблемы создания и внедрения гибких производственных и робототехни-ческих комплексов на предприятиях машиностроения» (Одесса, 1989 г.); на зональной научно-технической конференции «Проектирование и эксплуатация промышленных гидроприводов и систем гидропнемоавтоматики» (Пенза, 1989 г.); на зональном семинаре «Состояние, опыт и направление работ по комплексной автоматизации на основе ГПМ, РТК и РР» (Пенза, 1989 г.); на зональной научно-технической конференции «Совершенствование процессов резания и средств автоматизации для повышения производительности гибких станочных систем» (Курган, 1990 г.); на республиканской научно-технической конференции «Создание интегрированных гибких компьютеризированных производств в области механической обработки и опыт их эффективной эксплуатаций в промышленности» (Киев, 1990 г.); на научном семинаре «Новая технология, оборудование, оснастка и инструмент для механической обработки и сборки» (Москва, 1990 г.); на XXX научной конференции «Ресурсосберегающие технологии. Проблемы высшего образования» (Омск, 1994 г.); на международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, в 1995, 1997, 1999, 2002, 2004 гг.); на техническом конгрессе «Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2001 г.); на научно-практической конференции «Машиностроительная отрасль - будущее России» (Омск, 2004 г.); на семинаре кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» и научной конференции ОмГТУ, проведенных в период 1972 -2006 гг.

Публикации. Содержание диссертаций опубликовано в 85 работах, включая три монографии, 11 патентов и авторских свидетельств на изобретение и трех зарегистрированных отчетов по НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 179 наименований и приложения. Основной текст изложен на 319 страницах машинописного текста, включает 10 таблиц и 129 рисунков.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена комплексная научно-техническая проблема по повышению точности механической обработки в многономенклатурном производстве. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Предложена и обоснована единая концепция обеспечения качества механической обработки как научно-производственной проблемы, решаемой путем снижения погрешности обработки в ходе улучшения статических и динамических характеристик многофункционального оборудования и оптимизации последовательности операций и переходов с позиции обеспечения максимальной точности.

2. Выявлены признаки многовариантности технологических процессов. Впервые предложен инструмент установления отношений следования операций и переходов в технологическом процессе и разработан научно обоснованный алгоритм определения рациональной последовательности операций механической обработки.

3. Предложены математические модели динамики станков и на основе результатов исследований установлено влияние конструкторско-технологических параметров технологической системы на точность обработки.

4. Предложена методика расчета точности при обработке на многофункциональном оборудовании на основе установления связей систем координат, определяющих положение узлов с развитыми ветвями механизмов, несущих инструмент и заготовку.

5. Разработана математическая модель механизма возникновения автоколебаний при обработке на токарном станке и определены условия их устранения. Предложена методика определения рациональных режимов резания, обеспечивающих безвибрационный режим при токарной обработке.

6. Установлено, что из основных источников автоколебаний падающая характеристика силы от скорости является основным фактором возникновения автоколебаний, а влияние запаздывания силы от перемещения в рассматриваемых системах практически не оказывает влияния на условия возбуждения автоколебаний.

7. Разработано виброгасящее устройство (А.С. №1195102 и А.С. №1505893) на базе тонкостенного упругого элемента, находящегося под воздействием избыточного давления и обеспечивающего беззазорное соединение сопряженных узлов. Проведены теоретические и экспериментальные исследования данного устройства, которые показали перспективность его применения при модернизации и разработке технологического оборудования.

8. Разработаны опытные образцы (А.С. № 1349954, № 1815122) технологического оборудования на базе механизмов с параллельными структурами и проведены исследования по определению рабочей зоны, статических и динамических характеристик при разных положениях подвижной платформы (рабочего узла) в пределах рабочей зоны.

9. Показаны перспективы создания станков и приспособлений на базе механизмов с параллельными структурами, как обладающие высокой гибкостью и переналаживаемостью, минимальной металлоемкостью и другими положительными характеристиками.

Результаты исследований приведенных в 3, 4, 6 главах помогут технологу при разработке технологического процесса научно обоснованно принимать решения по снижению первичных погрешностей вносимых упругими и вибрационными явлениями в технологической системе.

Использование результатов 5 главы позволит снизить или исключить погрешности за счет использования виброгасящего устройства.

1. Альперович Т.А. Исследование точности станков. / Т.А. Альперович // М.: Машиностроение, 1984. - 44 с.

2. Амосов И.С. Точность, вибрации и чистота поверхности при токарной обработке / И.С. Амосов, В .А. Скраган // М.; Д.: Машгиз, 1958. С. 39-70.

3. Аршанский М.М. Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлорежущих станках. / М.М. Аршанский, В.П. Щербаков // М.: Машиностроение, 1988. 136 с.

4. Аршинов В.А. Резание металлов и режущий инструмент. / В.А. Аршинов, Г.А. Алексеев // М.: Машиностроение, 1968.- 480 с.

5. Архипенко Н.А. Определение гибкости автоматизированных производственных систем / Н.А. Архипенко // Вестник машиностроения. 1989. - № 7. С. 44-46.

6. Базров Б.М. Технологические основы проектирования самоподнастраива-ющихся станков. / Б.М. Базров // М.: Машиностроение, 1978. 216 с.

7. Базров Б.М. Расчет точности машин на ЭВМ. / Б.М. Базров // М.: Машиностроение, 1984. 256 с.

8. Балакшин Б.С. Теория и практика технологии машиностроения. В 2-х кн. / Б.С. Балакшин // М.: Машиностроение, 1982. 320 с.

9. Бармин Б.П. Вибрации и режимы резания. / Б.П. Бармин // М.: Машиностроение, 1972, 71 с.

10. Бородачев Н.А. Анализ качества и точности производства. / Н.А. Бородачев // М.: Машгиз, 1946.- 252 с.

11. Бруевич Н.Г. Точность механизмов. / Н.Г. Бруевич // М.: ГИТТЛ, 1946. 332 с.

12. Н.Васильев В.Н. Организация, управление и экономика гибкого интегрированного производства в машиностроении. / В.Н. Васильев // М.: Машиностроение, 1986. 312 с.

13. Васин С.А. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учебн. для техн. вузов. / С.А. Васин, А.С. Вере-щака, B.C. Кушнер // М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. 448 с.

14. Вейц B.JI. Вынужденные колебания в металлорежущих станках. / B.JI. Вейц, В.К. Дондашевский, В.И. Чиряев // М.; JL: Машгиз, 1959. 288 с.

15. Болотин В.В. Вибрации в технике. Справочник в 6 т. Том 1. Колебания линейных систем. / В.В. Болотин // М.: Машиностроение, 1978. 352 с.

16. Блехман И.И. Вибрации в технике. Справочник в 6 т. Том 2. Колебания нелинейных механических систем. / И.И. Блехман // М.: Машиностроение,1979. 351 с.

17. Диментберг Ф.М. Вибрации в технике. Справочник в 6 т. Том 3. Колебания машин, конструкций и их элементов. / Ф.М. Диментберг, К.С. Колесников // М.: Машиностроение, 1980. 544 с.

18. Фролов К.Ф. Вибрации в технике. Справочник в 6 т. Том 6. Защита от вибраций и ударов. / К.Ф. Фролов // М.: Машиностроение, 1981. 456 с.

19. Вибрация. Термины и определения. ГОСТ 24346-80. М.: Изд-во стандартов,1980.-22 с.

20. Вотинов К.В. Жесткость станков. / Вотинов К.В. // Лонитомаш, 1940. 95 с. 23 .Врагов Ю.Д. Анализ компоновок металлорежущих станков. Основы компонетики. / Ю.Д. Врагов // М: Машиностроение, 1978.- 208с.

21. Гаврилов В.А. Определение области устойчивого точения нежестких валов. / В.А. Гаврилов, В.Г. Гребень // Справочник. Инженерный журнал. М.: Изд-во Машиностроение, 2004. №12. - С.37-40.

22. Гаврилов В.А. Колебания при резании металлов. / В.А. Гаврилов, В.Г. Гребень // Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003. 35 с.

23. Гаврилов В.А. Безвибрационное точение нежестких валов / В.А. Гаврилов, Гребень В.Г. // СТИН. 2004. - №4. - С. 32-34.

24. А.С. СССР, № 1245419, МКИ B23G5/06. Способ заточки метчика. / Гаврилов В.А., Попов А.Ю., Финаев Л.Г. и др. // 23.07.86. Бюл. № 27.

25. Патент РФ № 43324 Гидровинтовой следящий привод. / В.А. Гаврилов, В.А. Сергеев, А.П. Чермашенский // Опубл. 10.01.2005. Бюл. №1.

26. Гаврилов В.А. Исследование рабочей зоны и жесткости механизмов с параллельной кинематикой. / В.А. Гаврилов, Д.А. Спиридонов, А.Г. Кольцов // СТИН. 2004. - № 2. - С. 24-26.

27. Гаврилов В А Расчет и оптимизация режимов резания на токарных станках. / В. А. Гаврилов, В.Г. Гребень // Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. 23 с.

28. Гаврилов В.А. Классификация механизмов для технологических машин с параллельной кинематикой. / В.А. Гаврилов, А.Г. Кольцов, А.Х. Шамутдинов // СТИН. -2005.- №9. С.28-31.

29. Гаврилов В.А. Повышение точности обработки на многоцелевых станках. Динамика систем, механизмов и машин: Материалы П1 Международной научно-технической конференции. / В.А. Гаврилов, В.А. Сергеев // Омск, 1999. Кн. 2. С. 41-42.

30. Гаврилов В.А. Экспериментальные исследования точности обработки на многоцелевых станках / В.А. Гаврилов // Омский науч. вестник. Механика, Машиностроение. 2006. - №7 (43). - С. 93-95.

31. Гаврилов В.А. Синтез и анализ кинематических схем станков: Учебное пособие. / В.А. Гаврилов // Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. 124 с.

32. Гаврилов В.А. Определение оптимальных режимов резания при токарной обработке. Информ. мат. / В.А. Гаврилов, В.Г. Гребень, Н.И. Губкин // Омск, 1998. 4с. № 61-98. ЦНТИ.

33. Гаврилов В.А. Анализ частот колебаний технологической системы при точении нежестких валов / В.А. Гаврилов, В.Г. Гребень // Технология машиностроения, 2005. №1. - С. 19-21.

34. Гаврилов В.А. Оптимизация режимов резания при точении нежестких валов / В.А. Гаврилов, В.Г. Гребень // Технология машиностроения, 2006. -№1. С. 16-19.

35. Гаврилов В.А. Пространственно-ориентируемый стол // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвузовский сборник науч. тр. / В.А. Гаврилов // Волгоград: ВОЛГТТУ, 1994. С. 5-12.

36. Гаврилов В.А. Исследование переналаживаемых пространственно-ориентируемых узлов станков // Ресурсосберегающие технологии. Проблемы высшего образования: Тезисы докладов XXX научной конференции. / В.А. Гаврилов, Д.А. Назаров // Омск: ОмГТУ, 1994. С. 29.

37. Гаврилов В.А. Исследование динамических характеристик механизмов параллельной структуры с помощью вибродиагностического прибора. / В.А. Гаврилов // СТИН. 2006. - №10 - С. 12-14.

38. Гаврилов В.А. Обеспечение заданной точности при проектировании технологических процессов для многономенклатурного производства. / В.А. Гав-рилов // Омский науч. вестник. Механика, Машиностроение. 2006. - №8 (44). - С. 77-79.

39. Гаврилов В.А. Применение ЭВМ для расчета оптимальных геометрических параметров на примере тонкостенных уплотнительных элементов. / В.А. Гаврилов,

40. A.И. Миронов // Автоматизация технической подготовки производства: Вып. 4, АНБССР, Минск, 1977 г. С. 125-130.

41. Гаврилов В.А. Определение обобщенных сил при обработке деталей на токарном станке с различными схемами закрепления. / В.А. Гаврилов // Омский науч. вестник. Механика, Машиностроение. 2006. - №6 (42). - С. 8689.

42. Гаврилов В.А. Расчет и испытание станков на точность. / В.А. Гаврилов // Омск: Изд-во ОмГТУ, 2004. 91 с.

43. Майоров С.А. Гибкое автоматизированное производство. / С.А. Майоров, Г.В. Орловский //JI.: Машиностроение, 193.-376 с.

44. Глухов В.И. Повышение точности измерений в машиностроении на основе введения новых комплексных показателей действительных размеров детали. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. / В.И. Глухов //М. 1998. 370 с.

45. Горюшкин В.И. Основы гибкого производства деталей машин и приборов. /

46. B.И., А.Ф. Прохоров // М.: Наука и техника, 1984. 222с.

47. ГОСТ 18097-88. Станки токарно-винторезные и токарные. Нормы точности и жесткости.- М.: Изд-во стандартов, 1988. 31 с.

48. ГОСТ 7035-75. Станки металлорежущие и деревообрабатывающие. Общие условия испытания на жесткость. М.: Изд-во стандартов, 1975. - 4 с.

49. ГОСТ 8-82. Станки металлорежущие. Общие требования к испытаниям на точность.- М.:Изд-во стандартов, 1988 8 с.

50. Грановский Г.И. Кинематика резания. / Г.И. Грановский // М.: Машгиз, 1948.-200 с.

51. Гребень В.Г. Безвибрационное точение нежестких валов. / В.Г. Гребень, В.А. Гаврилов // СТИН. 2004. - № 4. - С. 32-34.

52. Гребень В.Г. Виброустойчивые режимы чистового точения нежестких валов резцами с зачищающей режущей кромкой. Диссертация на соискание ученой степени кандидата техн.наук / В.Г. Гребень // Омск: ОмПИ, 1984.-174 с.

53. Григорьян Г.Д. Точность, надежность и производительность металлорежущих станокв. / Г.Д. Григорьян, С.А. Зелинский, Г.А. Оборский и др. // К.: Тэхника, 1990.-222с.

54. Давиденков Н.Н. О рассеянии энергии при вибрациях. / Н.Н. Давиденков // ЖТФ, 1938, т. 3, вып. 6, с. 156-161.

55. Ден-Гартог Дж.П. Механические колебания. / Дж.П. Ден-Гартог // М: Физ-матгиз, 1960. 580 с.

56. Добронравов В.В. Курс теоретической механики. / В.В. Добронравов, Н.Н. Никитин// М.: Высшая школа, 1983. 575 с.

57. Дроздов Н.А. К вопросу о вибрациях резца при токарной обработке. / Н.А. Дроздов // Станки и инструменты 1937, N 22, с. 10-17.

58. Дунин-Барковский И.В. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. / И.В. Дунин-Барковский // М.: Машиностроение, 1975. -352 с.

59. Евстигнеев В.Н. Оценка компоновок многоцелевых станков по критерию жесткости. / В.Н. Евстигнеев, З.М. Левина // Станки и инструменты 1986.-№1.-с.5-7.

60. Еникеев X. М. Жесткость металлорежущих станков. / Х.М. Еникеев // М.: ЦБТИМСС, 1950.

61. Еремин А.В. Влияние компоновки на динамические характеристики токарных станков. / А.В. Еремин // Станки и инструмент.— 1991.— №7.— С. 18— 19.

62. Житомирский В.К. Механические колебания и практика их устранения. / В.К. Житомирский // М.: Машиностроение, 1966. 176 с.

63. Заре В.В. Исследование динамических характеристик силы резания. В кн.: Высокопроизводительное резание в машиностроении. / В.В. Заре // М.: Машиностроение, 1966, с. 115-142.

64. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. / Н.Н. Зорев // М.: Машгиз, 1956. 367 с.

65. Зорев Н.Н., Кучма Л.К. Аппаратура для исследования сил и вибраций при скоростном резании. / Н.Н. Зорев // М.: Машгиз, 1953. 52 с.

66. Ильницкий И.И. Колебания в металлорежущих станках и пути их устранения. / И.И. Ильницкий // М.: Машгиз, 1958. 152.

67. Иориш В.И. Виброметрия. / В.И. Иориш// М.: Машгиз, 1963, 452 с.

68. Дикушин В.И. Исследование колебания металлорежущих станков при резании металлов / В.И. Дикушин, Д.Н. Решетов // М.: Машгиз, 1958, 292с.

69. Гаврилов В.А. Исследование производственного процесса и разработка технологических модулей ГАП для сложных корпусных деталей ТРА и ГТД: Отчет о науч. исслед. работе (заключ.) // Руководитель темы № 404 / В.А. Гаврилов // Омск, 1989 г. 99 с.

70. Каминская В.В. Расчетный анализ динамических характеристик токарных станков разных компоновок. / В.В. Каминская, А.В. Еремин // Станки и инструмент. 1985.- № 7. - С. 3-6.

71. Каминская В.В., Гринглаз А.В. Расчетный анализ динамических характеристик несущих систем станков. / В.В. Каминская, А.В. Гринглаз // Станки и инструмент.- 1989. № 2. С. 10-13.

72. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ. / Н.М. Капустин // М.: Машиностроение, 1976. 287 с.

73. Каширин А.И. Исследование вибрации при резании металла. / А.И. Каши-рин // М.: Изд-во АН СССР. 1944. 132с

74. Кедров С.С Колебания металлорежущих станков. / А.И.Кедров // М.: Машиностроение, 1978, 199с.

75. Коваль М.И. Система технического диагностирования тяжелых и уникальных станков / М.И. Коваль, А.В. Коробко, А.Г. Лаврехо // Станки и инструмент. 1990. - № 12.- С. 16-20.

76. Кован В.М. Основы технологии машиностроения. / В.М. Кован, B.C. Корсаков, А.Г. Косилова, М.А.Э. Калинин, Н.М. Капустин, М.Д. Солодов // М.: Машиностроение, 1965. 489 с.

77. Козырев Ю.Г. Заводы автоматы - прототип предприятия будущего. / Ю.Г. Козырев // Станки и инструмент . 1988 - №7.- С5-9.

78. Колев К.С. Вопросы точности при резании металлов. / К.С. Колев // М.: Машгиз, 1961, 132с.

79. Корсаков B.C. Точность механической обработки. / B.C. Корсаков // М.: Машиностроение, 1961. 379 с.

80. Кораблев П.А. Точность на металлорежущих станках. / П.А. Кораблев // М.: Машгиз, 1962. 228 с.

81. Косилова А.Г. Точность обработки, заготовки и припуски в машиностроении. / А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков, М.А. Калинин // М.: Машиностроение, 1976. 288 с.

82. Косов М.Г. Моделирование точности при автоматизированном проектировании и эксплуатации металлорежущего оборудования Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. / М.Г. Косов // М. 1985. 384.

83. Косов М.Г. Оценка точности металлорежущих станков на этапе проектирования. / М.Г. Косов, В.В. Киселев // Станки и инструменты.-1988.- № 8.-С.16-18.

84. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения: Учебник для машино-строит. спец. вузов. / И.М. Колесов // М: Высшая школа, 1999. 591 с.

85. Кочинев Н.А. Экспериментальное определение форм колебаний станков методом импульсного возмущения. / Н.А. Кочинев //Станки и инструменты-1987.-№ 6.- с. 6-10.

86. Крылов А.Н. О расчете балок, лежащих на упругом основании. / А.Н. Крылов // Изд.З, АН СССР, 1931 245 с.

87. Кудинов В.А. Динамика станков. / В.А. Кудинов // М, : Машиностроение. 1967.-318с.

88. Кудинов В.А. Поузловой анализ динамических характеристик упругой системы станков. / В.А. Кудинов, В.М. Чуприна // Станки и инструмент.— 1989.—№ 11.—С. 8—11

89. Кулик В.К. Упрощение расчетных схем механизмов при проектировании станков. / В.К. Кулик, A.M. Педченко // Станки и инструмент.— 1989.— № 5.—С. 10-12

90. Кушнер B.C. Основы теории стружкообразования. Учебное пособие. Кн. 1,2. / B.C. Кушнер // Омск: Изд-во ОмГТУ.- 1996.

91. Кушнир Э.Ф. Динамическая характеристика процесса резания и динамическое качество станка при многоинструментальной обработке. / Э.Ф. Кушнир // Станки и инструмент.— 1991.— № 4.— С. 10—14

92. Левин А.И. Математическое моделирование в исследованиях и проектировании станков. / А.И. Левин//М.: Машиностроение, 1978. 184 с.

93. Левина 3. М. Контактная жесткость машин. / З.М. Левина, Д.Н. Решетов // М.: Машиностроение, 1971. 264 с.

94. ЮЗ.Максак В.И. Предварительное смещение и жесткость механического контакта. / В.И. Максак // М.: Наука, 1975.- 60с.

95. Масловский Ю.В., Евстигнеев В.Н., Гринглаз А.В. Анализ точности многооперационного станка. / Ю.В. Масловский, В.Н. Евстигнеев, А.В. Гринглаз // Станки и инструменты.-1983.-№3-с.8-11.

96. Менли Р. Анализ и обработка записей колебаний. / Р. Менли // М,: Машгиз, 1948, -250 с.

97. Митрофанов С.П. Групповая технология машиностроительного производства. / С.П. Митрофанов // Л.: Машиностроение, 1983. Т. 1. 404 е.; Т. 2. 376 с.

98. Михеев Ю.Е. Системы автоматического управления станками. / Ю.В. Михеев, А.В. Сосонкин // М.: Машиностроение, 1978. 264 с.

99. Ю8.Найда Г.М., Чичканов Б.И. Оценка гибкости автоматизированных производств. Изд.ЦНИИ. Электроника. / Г.М. Найда, Б.И. Чичканов // М., 1985, №4-5

100. Наянзин Н.Г. Системное проектирование гибких производственных систем. Обзор. / Н.Г. Наянзин // М.: НИИМаш, 1984. 52с.

101. ПО.Нашиф А. Демфирование колебаний. Пер. с англ. / А. Нашиф, Д. Джоунс, Дж. Хендерсон // М.: Мир, 1988. 314 с.

102. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний. / Я.Г. Панов-ко // М.: Машиностроение, 1967. 316 с.

103. Павлов А.Г. Оценка влияния параметров обработки на погрешность формы при точении. Известия вузов. / А.Г. Павлов // М.: Машиностроение, 1983, № 2, с. 84-86.

104. Писман B.J1. Управление точностью обработки на металлорежущих станках с ЧПУ. / B.J1. Писман // Станки и инструмент, 1987, № 12, с.20-21.

105. Писаренко Г.С. Вибропоглощающие свойства конструкционных материалов: Справочник. / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев // Киев: Наукова думка, 1971. 375 с.

106. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. / В.Н. Подураев // М.: Машиностроение, 1970. 350 с.

107. Пономарев С.Д. Расчеты на прочность машиностроения, т.2. / С.Д. Пономарев, B.JL Бидерман и др. // Машгиз, 1968. 325 с.

108. Попов В.И. Динамика станков. / В.И. Попов, В.Й. Локтев // Киев: Техника,1975. 181 с.

109. Портман В.Т. Точность металлорежущих станков. / В.Т. Портман, Д.Н. Решетов // М.: Машиностроение, 1986. 336 с.

110. Портман В.Т. Исследование точности положения подвижных узлов на направляющих. / В.Т. Портман, Д.В. Генин, М.Б. Халдей // СТИН, 1993, № 2.- С5-9.

111. Проников А.С. Программный метод испытания металлорежущих станков. / А.С. Проников // М.Машиностроение, 1985.- 288с.

112. Проников А.С. Оценка качества металлорежущих станков по выходным параметрам точности. / А.С. Проников // Станки и инструмент, 1980, N 6, С.5-8

113. Пуш А.В. Оценка качества станков по областям состояний их динамических характеристик. / А.В. Пуш // Станки и инструмент, 1984, N 7, С.9-12.

114. Решетов Д.Н. Точность металлорежущих станков. / Д.Н. Решетов, В.Т. Портман // М.: Машиностроение, 1986. 336 с.

115. Равва Ж.С. Новое в повышении точности станков. / Ж.С. Равва // Куйбышевское книжное изд-во, 1974. 336 с.

116. Гаврилов В.А. Разработка, исследование и внедрение методов дробления сливной стружки на операции торцового точения детали типа фланец. / В.А. Гаврилов, Ю.В. и др. // Отчет по НИР. № гос. per. 73063457. рук. темы Ю.В. Попов. -Омск: ОмГТУ, 1973.80 с.

117. Гаврилов В.А. Разработка теоретических основ проектирования гибких переналаживающих станков и СК на базе платформы Стюарта: Отчет о науч. исслед. работе (заключ.) / Руководитель темы Ф-10 В.А.Гаврилов // Омск 1999-61 с.

118. Решетов Д.Н. Возбуждение и демпфирование колебаний в станках. В кн.: Исследование колебаний металлорежущих станков. / Д.Н. Решетов, З.М. Левина, В.И. Дикушин, Д.Н.Решетова//М.: Машгиз. 1958. С. 87-153.

119. Розенберг A.M. Элементы теории процесса резания металлов. / A.M. Ро-зенберг, А.Н. Еремин // М. Свердловск, 1956.

120. Рыжков Д.И, Вибрации при резании металлов и методы их устранения. / Д.И. Рыжков // М.: Машгиз, 1961.131 с.

121. Санкин Ю.Н. Расчет динамических характеристик несущих систем металлорежущих станков. / Ю.Н. Санкин // Станки и инструменты.- 1974.-№1.-С.7-8.

122. Серегин А.А. Определение точности механических систем станков. / Серегин // Станки и инструмент, 1991, N 1, с.8-10.

123. Скраган В.А. Производственный метод определения жесткости металлорежущего оборудования. / В.А. Скраган // М.-Л.: Машгиз, 1950. -110с.

124. Соколовский А.П. Жесткость в технологии машиностроения. / А.П. Соколовский // М.: Машгиз, 1946.-271с.

125. Соломенцев Ю.М. Технологические основы оптимизации процесса обработки деталей на станках. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. / Ю.М. Соломенцев // М., 1974.

126. Соломенцев Ю.М. Оценка гибкости автоматизированных станочных систем. / Ю.М. Соломенцев, А.А. Кугин, С.А. Шептунов // Вестник машиностроения, 1984, № 1. С. 3 8-41.

127. Старостин В.К. Оценка компоновки металлорежущего станка. / В.К. Старостин, В.М. Макаров // Станки и инструмент, 1987, № 4, С.8-9.

128. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивание и износостойкость твердосплавного инструмента. / Н.В. Талантов // Физические процессы при резании металлов. Волгоград, 1980. Вып. 1 С. 3-8.

129. Талантов Н.В. К вопросу определения температуры резания // Точность металлорежущих станков и пути расширения их технологических возможностей. / Н.В. Талантов, Т.В. Шитов // Ижевск: Изд-во Удмуртия, 1967. С. 115-121.

130. Ташлицкий Н.И. Исследование характеристик жесткости и демпфирования системы СПИД на токарных станках. / Н.И. Ташлицкий, В.Г. Гребень // Вестник машиностроения, 1983, № 10, С. 33-36.

131. Теодорчик К.Ф. Автоколебательные системы. / К.Ф. Теодорчик // М.: Гос-техтеориздат, 1952. 271 с.

132. Бурцев В.М. Технология машиностроения: в2 т. Т.1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов / В.М. Бурцев, А.С. Васильев, A.M. Дальский и др. // Под ред. A.M. Дальского. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. - 564 с.

133. Тимирязев В.А. Управление точностью многоцелевых станков. / В.А. Тимирязев // Станки и инструмент, 1991, N 1, С. 11-13.

134. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. / С.П. Тимошенко // М.: Наука, 1967.-444с.

135. Тимошенко С.П. Пластинки и оболочки. Государственное изд-во физико-математической литературы. / С.П. Тимошенко, С. Войновский-Кригер // М., 1966.-432 с.

136. Проников А.С. Точность и надежность станков с числовым программным управление / А.С. Проников // М.: Машиностроение, 1982. 256 с.

137. Соколовский А.П. Точность механической обработки и пути ее повышения. / А.П. Соколовский // М.: Машгиз, 1951. 487с.

138. Тлустый И. Автоколебания в металлорежущих станках. / И. Тлустый // М.: Машгиз, 1956. 359 с.

139. Трент Е.М. Резание металлов. Пер. с нем. / Е.М. Трент // М.: Машиностроение, 1980.-174 с.

140. Федосеев В.И. Сопротивление материалов. / В.И. Федосеев // М.: Наука, 1986,512с.152.0стафьев В.А. Физические основы процесса резания металлов. / В.А. Ос-тафьев // Киев: Вища школа, 1976. 136 с.

141. Фикс-Марголин Г.Б. Оценка качества станков по характеристикам жесткости. / Г.Б. Фикс-Марголин // Ташкент: ФАН, 1978. 92 с.

142. Фираго В.П. Основы проектирования технологических процессов и приспособлений. Методы обработки поверхностей. / В.П. Фираго // М.: Обо-ронгиз, 1963. 378 с.

143. Харкевич А.А. Избранные труды в трех томах. Линейные и нелинейные системы. / А.А. Харкевич // М.: Наука, 1973, т. 2. 566 с.

144. Хомяков B.C. Влияние компоновки на его точность с учетом действия силовых факторов. / B.C. Хомяков, И.И. Давыдов // Станки и инструмент, 1988, № 12. С.8-11.

145. Хомяков B.C. Оптимизация динамических характеристик станков. / B.C. Хомяков, В.М. Зайцев // Станки и инструмент, 1978, № 8. С. 22-24.

146. Хомяков B.C. Оценка влияния стыков на точность станков. / B.C. Хомяков, И.В. Тарасов // Станки и инструмент, 1991, № 7. С. 15-17.

147. Цветков В.Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов. / В.Д. Цветков // М.: Машиностроение, 1972. 240 с.

148. Шитов A.M. Диагностирование механизмов и узлов станков методом контрольных осциллограмм. / A.M. Шитов // Станки и инструмент. 1980. - № 9. - С. 4-7.

149. Щтейнберг И.С. Устранение вибраций, возникающих при резании металлов на токарном станке. / И.С. Щтейнберг // М.: Машгиз, 1947. 143 с.

150. Чапый-Прилуцкий А.Н. Практические методы анализа колебаний точных металлорежущих станков. / А.Н. Чалый-Прилуцкий // Иваново. 1975. 60 с.

151. Чарнко Д.В. Основы выбора структуры технологических операций и компоновок оборудования. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. / Д.В. Чарнко // М. 1964. 320 с.

152. Чинаев П.И. Общие методы в анализе и синтезе гибких автоматизированных производственных систем. / П.И. Чинаев // Вестник машиностроения. №7. 1989. С10-15.

153. Эльясберг М.Е. Динамическая устойчивость станков при работе фрезами различных видов. / М.Е. Эльясберг, В.А. Демченко // Станки и инструмент. 1988.-№ 11.-С. 16-20.

154. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. / А.И. Якушев // М. Машиностроение, 1974. -217 с.

155. Arnold R. Mechanism of tool Vibration in Cutting of Steel. / R. Arnold // The Engeer, 1945, p. 4686 4687.

156. Cole . Theory of vibrations for engineers. / Cole // London 1950

157. Course H., Mimeche M. Sealing pneumatic cylinders. / H. Course, M. Mimeche // Hydraulic, pneumatic power, Vol. 19, № 224, 1973.

158. S. Doi, S. Kato. Chatter Vibration of lathe tool. Transaction of the Asme, vol, 78, № 5, Julu, 1956.

159. Kabler S., Andreasen M.M., Aym T. Design of assembly systems for maximum flexibility.

160. Steward D. A platform with six degrees of freedom. / D. Steward // Inst. Mech. Eng.-1965-1966.-V.180.- pt.l.- № 15.-P. 371-386.

161. Sweeney G. Grinding instability. " Advances in machine tool delight and research 1965, London, Pergamon Press, 1966. P. 15-22.

162. Shepler P., Hopen O. „Split-ring seals" „Machine disign", Vol. 33, № 3, 1961.

163. Takegama H. And Sakata O. Study on chatter vibration of cutting tool.- "Bull. Japan Soc. Of Proc. Eng.", 1975, vol.9, N1, p. 21-22.

164. Thompson E.C. The choice and development of dynamic packing for the pneumatic industry. Hydraulic, pneumatic power, Vol. 19, № 228, 1973.

165. Upper G. Temperature of sealing lines. Proceedings of the Fourth International Conference on fluid Sealing. Philadelphia, USA. 1969.

166. Walsh R.H., Westcott M.J. and Lydiard W.G. Metallic and Composite seals for jack Rods. Proceedings of the fourth International Conference on fluid Sealing. Philadelphia, USA. 1969.

167. Wills A.F. und Wills P. Blahkorperdichung mit abgeschlossenem Hohlraum. Pa-tentschrift № 589162 Klasse 47f gruirne 2260.