автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка системы управления скоростью резания, снижающей шум и вибрации при металлообработке

На правах рукописи

Трышкина Ольга Викторовна

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ РЕЗАНИЯ, СНИЖАЮЩЕЙ ШУМ И ВИБРАЦИИ ПРИ МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ

Специальность 05.13.06. — Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Рабата выполнена в ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «Станкин»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Шварцбург Л.Э.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Весепов О .В.

кандидат технических наук, доцент Стаценко Г.С.

Ведущее предприятие

ОАО « Станкоагрегат»

Защита состоится 21 декабря 2006г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К212.142.01 при Московском государственном технологическом университете «Станкин» по адресу: 101472, ГСП-4 Москва, Вадковсклй пер., За

Отзыв о работе, заверенный печатью, в 2-х экземплярах просьба направлять по указанному адресу в дисертационный совет К212.142.01. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «Станкин» Автореферат разослан «20» ноября 2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

Тарарнн И.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Современное производство становится все более энергонасыщенным и автоматизированным с форсированием параметров по скорости, мощности п нагрузке. Во многих случаях это сопровождается и увеличением нагрузки на окружающую среду, оказывает вредное воздействие на человека. Среди факторов, характеризующих отрицательное воздействие производства па окружающую среду и человека, следует выделить шум и вибрации, значения которых па производстве часто превышают допустимые величины. Эти факторы снижают технический уровень оборудования, ухудшают показатели качества технологических процессов и производств, в частности, такие важные показатели как экологические и показатели безопасности. В конечном итоге все это в значительной мере снижает конкурентоспособность машиностроительного производства.

Вместе с тем, в современном машиностроительном производстве важнейшим средством обеспечения требуемых показателей качества является его автоматизация. Все это в полной мере относится и к экологическим показателям качества. В этой связи существует актуальная задача повышения качества технологических процессов и производств при обработке резанием посредством автоматизации управления шумом и вибрацией.

Целью работы является снижение шума и вибраций при работе металлорежущего оборудования на основе автоматического управления скоростью резания.

Методы исследован но

При исследовании применялись методы теории управления, теории резания, теории математической статистики и теории эксперимента. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с применением вычислительной техники.

Научпая иовнзпа заключается в

• установлении зависимости шума и вибрации от традиционных управляемых параметров при обработке резанием;

• алгоритме функционирования автоматизированной системы управления шумом и вибрацией при обработке резанием;

• адаптации системы управления к наиболее чувствительным параметрам шума и вибрации при обработке материалов резанием.

Практическая значимость работы заключается в:

1. методиках установления зависимости шума и вибрации от управляемых параметров при обработке резанием.

2. рекомендациях по созданию системы автоматизированного управления величинами шума и вибрации для различных режимов резания.

3. установлении количественных значений характеристик шума и вибрации для различных режимов резания.

Реалвзация работы

Результаты работы были использованы в практической работе по исследованию шума и вибрации на предприятиях машиностроения, а также на кафедре «Инженерная экология и безопасность» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» при чтении курсов «Техника и технология защиты окружающей среды» и «Идаке-нерно-экологическое обеспечение технологических процессов и производств».

Апробации работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях «Производство. Технология. Экология - ПРОТЭК», Москва, ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», сентябрь 2004 г., сентябрь 2005 г. сентябрь 2006 г., на заседаниях кафедры ИНЭБ ГОУ ВПО МГТУ «Станкин».

Публикации

По теме диссертация опубликовано б печатных работ

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, наложена на

_ страницах машинописного текста, содержит _ рисунков,

таблиц, список литературы вюпочает в себя_наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика работы и обосновывается ее актуальность.

Перван глава посвящена анализу источников образования шума и вибрации в оборудовании для обработки материалов резанием, методов и средств минимизации шума и вибрации при реализации технологического процесса машиностроительных производств.

Проанализированы работы ученых в области автоматизации технологических процессов и производств и обеспечения качества продукции, в первую очередь, Веселова О-В., Козочкина М.П., Косова М.Г., Кочетова О.С., Кузнецовой В.Д., Куклева ЮЛ., Митрофанова В.Г., Саберняева Б .Г., Сажина B.C., Саликова В.Ф., Соломенцева Ю.М., Панова СЛ., Цукерникова НЕ., Червяк о-ва ЛМ., Шварцбурга Л.Э., Шептунова CA. и др.

Анализ этих работ показал, что оборудование дня обработки материалов резанием представляет собой сложные виброакустические системы, состоящие из источников и излучателей колебательной мощности. Все это предопределяет необходимость комплексного подхода к анализу шума и вибрации в этих системах.

Источником шума и вибрации в подавляющем большинстве случаев являются погрешности в изготовлении деталей и узлов подвижных элементов в оборудовании для обработки материалов резанием, причем шум и вибрации

проявляются как на холостых ходах, так и при обработке материалов резанием. Конкретизированы основные причины возникновения шума и вибрации в типовых узлах оборудования для обработки материалов резанием и методы и средства их снижения. Показано, что в настоящее время существует большое разнообразие методов и средств защиты от шума и снижения уровней вибрации, однако в своем большинстве они носят пассивный характер, не использующий возможностей автоматического управления параметрами технологических процессов, определяющих уровень шума и вибрации в оборудовании.

Исходя из результатов анализа, было определено направление исследований, сформулированы цепь и задачи работы, а также обоснована их новизна и практическая значимость.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи;

1. исследовать зависимость шума и вибрации от частоты вращения, скоро* сти подачи и глубины резания.

2. проанализировать результаты исследований с точки зрения обеспечения наибольшей чувствительности системы управления.

3. разработать рекомендации по автоматизированному обеспечению достижению нормативных значений шума и вибрации во время обработки резанием.

Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям зависимости шума и вибрации от параметров резания.

При обработке резанием возникают различные уровни шума и вибрации, которые часто превышают допустимые значения. При экспериментальных ис-следованях характеристик шума и вибрации на оборудовании были выбраны 3-и точки съема информации (рис.1) - точка 1 в зоне шпиндельного узла; точка 2 в зоне резания и точка 3 в зоне установки задней бабки.

Рнс. 1 Схема расположения точек съема информации на станке

Значения параметров шума и вибрации измерялись приборами, основные технические характеристики которых представлены в табл. 1.

Таблица 1 Основные технические характеристики приборов.

Ла Тип Измеряемые параметры Технические ха-

п.п. прибора рактеристики

1 2 3 4

1. вшв - Частота вибрации, Гц 1 10000

003-М2 Звуковое давление, дБ 2 ,,18000

Виброускорение, м/с2 3x10"3.... 1 О*5

Виброскорости, мм/с Зх10Л.,.5х10"4

Погрешность измерений:

вибрации, % ±10

шума (класс точности) 1

Частота звукового давления, Гц 1/1-октавы в диапазоне 2.. 18000

1 2 3 4

2 Октава — 101 Виброускорение, мс*г (с датчиком АР98) 0,0001-1780

Общая вибрация, Гц 0,8-80

Локальная вибрация, Гц 63-1250

Класс точности 1

Частота вибрации, Гц 1/1 и 1/3 —октаввы в диапазоне 0,820000

3 БУЛИ 945 Звуковое давление в 1/1 и 1/3 октавных полосах частот, Гц 1....20000

Эквивалентный уровень звукового давления в 1/1 и 1/3 октавных полосах частот, Гц 1....20000

Звуковое давление в режиме шумомера, дБА 22....139

Класс точности 1

В качестве примера, на рис. 2 показаны результаты исследований зависимости эквивалентного уровня звукового давления (Ь) от частоты вращения шпинделя (л), скорости подачи (я) и глубины резания 0), полученные для выбранных точек съсма информации.

Эти результаты получены при обработке заготовки из материала сталь 45 при следующих параметрах технологического процесса: рис. 2а - глубина резания - 1мм, скорость подачи - 0,15 мм/об; рис, 26 - глубина резания - 1мм, частота вращения шпинделя - 630 об/мин; рис. 2в - частота вращения шпинделя -630 об/мин, скорости подачи - 0,15 мм/об.

дБ

100 ■ 95 ■ 90 8580 -

—н

—к-х^——

500 1000

-точка 1 —в™ то**» 2 -X ~ то^* 3

1500 2000

П, об/мин

0,2 0,4 0.6

—♦—точка 1 —Ж—течка 2 3

0,75 1 1,25

-точка 1 —»—точна 2 —X—точка 3

Рис.2 Зависимости эквивалент но го уровня звукового давления от:

в) — от частоты вращения шпивделя;

б) — от скорости подачи;

в) - от глубины резания

Результаты экспериментальных исследований показали, что значения звукового давления существенно зависит от параметров технологического процесса. При этом наибольшая зависимость проявляется от частоты вращения шпинделя. Этот характер кривых повторяется для всех трех точек съема информации. Однако наибольшая зависимость имеет место для точек 1 и 2, т.е. для шпиндельного узла и зоны резания.

В работе был проанализирован также частотный спектр шума при различных режимах обработки детали. На рис.3 в качестве примера показан частотный спектр звукового давления по частоте октав (измерения осуществлялись в зоне шпиндельного узла при обработке детали из материала сталь 45, скорости подачи 0,15 мм/об, глубине резания 0,75 мм и различных значениях частоты вращения шпинделя — от 320 до 1800 об/мин.).

L.flB

75 70 65 60 55 50 45 40

t, Гц

□ 320 В450 Р600 О 900 И1200 01500 Щ1800

Рис 3 Частотный спектр звукового давления при различных значениях оборотов вала шпинделя станка в зоне шпиндельного узла

Частотный анализ проводился для 13 октавных полос со среднегеометрическими частотами 2,4, 8, 16,31, 63,125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц в частотном диапазоне от 5,65 Гц до 5657 Гц. При этом среднегеометрические частоты определялись по формулам: 8

для верхней граничной частоты октавы

/„=л/2/, =1,414-/ ,

для нижней граничной частоты октавы

где: / — октавная полоса;

£ - дискретная частота спектра /-ой октавной полосы;

/<« и/ш — соответственно верхняя и нижняя среднегеометрическая граничная частота /-ой октавной полосы.

Результаты экспериментальных исследований частотного спектра звукового давления показали, что амплитуда гармоник существенно зависит от частоты вращения шпинделя. Так, например, в 9, 10 и 11 октавных полосах существенно доминирует амплитуда гармоники, полученная при 1800 об/мин шпинделя, а в шестой октавной полосе-гармоники, полученные при 600, 400 и 320 об/мин шпинделя. Кроме того, в 9, 10, 11 и 12 октавных полосах увеличение частоты вращения шпинделя существенно увеличивает амплитуду гармоники звукового давления.

Таким образом, значения звукового давления существенно зависит от элементов оборудования, участвующих в формировании параметров технологического процесса.

Были также проведены экспериментальные исследования зависимости параметров вибрации от традиционных управляемых параметров резания. Эти исследования проводились по трем координатам X, У, 2..

В качестве примера на рис. 4 показаны результаты исследования зависимости значения виброускорения от частоты вращения шпинделя по каждой из трех координат, а на рис. 5 — частотный спектр виброускорения.

по оси X

200

400

630

800

1000 1250

п, об/мин

-точка 1 —«—точкаг —х-точкяЗ

по оси ¥

1-»,дБ 110

105

100

95

90

^_

---- ----X----- *

х—" .....

200 400 630 800 1000 1250

П, об/мин

—•—лмн 1 —■—точка 2 -х- 1(нм 3

по оси I

Ьа,дБ 113 106 103 98 93 88

--* ■—~ ------

г**"

200 400 630 600 1000 1250

—4—точна 1 —«-»-точна 2 х точка 3

Рис. 4 Результаты исследования зависимости значения виброускорения от вращения шпинделя

1л.дБ

НО ■ 130 120 110 ■ 100-ЙО ■ во

7060

по оси X

¡ШаИЙД

^ ^ ^ & # ^

Л Гц

140

130

□тома 1 ■ точка 2 ПточкаЗ

по оси У

120 110 юо

90

во

70

^ ^ г£> (?> <£> „5? ^ ^

*Гц

□точка 1 Втачка 2 Сточка 3

по оси Т

ДБ

150 130 110 во

70

£ ^ ,Р ^ ^ ^

1.Гц

□точки 1 аточка 2 СПточкд 3

Рис, 5 Частотный спектр виброускорения по трем координатам при 1200 об/мин вала шпинделя.

Показанные на рис. 4 и 5 результаты экспериментальных исследований были получены при обработке детали га материала сталь 45, при глубине резания 1 мм и скорости подачи 0,15 мм/об.

Результаты экспериментальных исследований значения виброускорения также как и для эквивалентного уровня звукового давления показали их зависимость от параметров технологического процесса - частоты вращения шпинделя, скорости подачи и глубины резания.

Таким образом, как показали исследования, значения параметров, характеризующих шум и вибрации, существенно зависят от частоты вращения шпинделя, скорости подачи и глубины резания. Аналогичные зависимости имеют место и для частотного спектра этих параметров.

Третья глава посвящена анализу результатов экспериментальных исследований параметров, характеризующих шум и вибрации. Показана возможность управления значениями этих параметров посредством управления параметрами технологических процессов, традиционными для систем управления при обработке резанием.

Достоверность полученных результатов подтверждена статистическим анализом результатов экспериментальных исследований. Статистическая обработка результатов исследований показала, что погрешность измерений при исследованиях не превышала 10%, что является приемлемым для измерений в лабораторных условиях.

Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что максимальное значение звукового давления достигает величин (82,8 — 97,0) дБ в зависимости от режимов обработки и материала, что существенно превышает допустимое значение звукового давления (80 дБ). Это превышение имеет место и на холостых ходах, а также на октавных полосах, начиная с 9-й полосы (частота гармоники — 707,2 Гц).

Все это обосновывает необходимость применения природозащитных и человекозащитных мероприятий для повышения экологических показателей

качества технологических процессов и производств, создания комфортных условий труда для работников. С целью применения для этого автоматизированных систем управления в работе были проанализированы возможности управления уровнем звукового давления путем управления параметрами технологического процесса с применением традиционных для материал ообрабатывагоще-го оборудования систем управления.

В работе проведен линейный регрессношгый анализ результатов экспериментальных исследований с использованием метода наименьших квадратов.

Так, например, на основе линейного регрессионного анализа результатов экспериментальных исследований зависимости звукового давления от частоты вращения шпинделя для трех точек съема информации при обработке детали из материала сталь 45 со скоростью подачи 0,15 мм/об и глубиной резания 1 мм, были получены аналитические зависимости, представленные ниже:

• для точки 1 - Ь=0,0103п+82,575

• для точки 2 - Ь=0,006п+85,217

• для точки 3 - Ь=0,004бп+82,459

На рис. б представлена графическая интерпретация этих аналитических зависимостей.

Таким образом, экспериментальные исследования показали возможность управления параметрами, характеризующими шум и вибрации, посредством изменения параметров технологического процесса.

«чЯБ

течка 1 -»-точка 2 —х-точка 3 п, об/мин

Рис. 6 Графическая интерпретация авали тчесюсх зависимостей.

Линеаризация экспериментальных кривых позволила установить соотношения чувствительности при различных управляемых параметрах — частота вращения шпинделя (п), скорость подачи (з) и глубина резания (I).

п:з^: = 6:3:1

При этом, с точки зрения повышения чувствительности систем управления, в качестве управляемого параметра целесообразно использовать частоту вращения шпинделя. Дня управления частотой вращения шпинделя можно использовать известные системы адаптивного управления, добавив в них контур обратной связи по шуму. Датчик обратной связи (датчик шума) следует установить в т.1 съема информации, что позволит увеличить чувствительность системы управления соответственно на 22% и 80% относительно размещения датчика в точках 2 и 3 съема информации.

В четвертой главе рассмотрены вопросы обеспечения автоматического управления звуковым давлением в рабочей зоне на основе традиционных, характерных для машиностроительного оборудования, средств автоматизации. Рассмотрены схемы электромеханических систем приводов постоянного и переменного тока, особенности формирования сигнала обратной связи для систем автоматического управления, учитывающие экологические показатели, алгоритмы формирования этого сигнала.

Как показали экспериментальные исследования в качестве управляемого параметра целесообразно использовать частоту вращения шпинделя.

В известных системах управления приводом информационные потоки сопоставляются в регуляторах системы управления. В них контур обратной связи формирует эти потоки по следующим параметрам — по току, потребляемому двигателем; скорости перемещения элементов механической системы, положению этих элементов и ряду других оборудовании. Для автоматического обеспечения экологических показателей качества в процессе работы целесообразно использовать имеющуюся систему управления, увязав традиционные алгоритмы управления с экологическими показателями.

На рис.7 показана классическая схема регулируемого привода постоянного тока с подчиненным управлением, обратная связь в котором формируется внутренним (обратная связь по току) и внешним контуром (обратная связь но скорости), сигналы с которых поступают на регуляторы соответственно тока (I) и скорости (£1). Ранее показано, что автоматическое управление уровнем звукового давления следует осуществлять по частоте вращения. Поэтому системы управления должна быть расширена дополнительной обратной связью по уровню звукового давления, информационный сигнал с которой поступает в регулятор скорости. Для этой цели (на рис. 7 показано штриховой линией) в точке 1 оборудования устанавливается датчик звукового давления (Д), сигнал с которого поступает в регулятор скорости. Для нормализации этого информационного сигнала требуется дополнительный интерфейс (И), формирующий сигнал с датчика звукового давления для регулятора скорости.

I---------------------{Т}----------------------------------

Рис. 7, Упрощенная структурная схема регулируемого привода Р — регулятор СП — силовой преобразователь

М - электромеханический преобразователь (двигатель) МП - механическая передача

Как показали экспериментальные и теоретические исследования зависимость звукового давления от частоты вращения носит линейный характер, т.е. алгоритм управления системы является линейным.

В современном машиностроении в подавляющем большинстве случаев применяют цифровые системы управления, характерной особенностью которых является наличие в системе АЦП, осуществляющего квантование по времени непрерывного сигнала, которым является уровень звукового давления (£).

Представим эту непрерывную величину в виде ряда:

= 4 + .....

1! 2!

где:

Т—величина интервала квантования по времени;

Ь0 - значения звукового давления в начале интервала квантования.

Применение АЦП обеспечивает замену этого непрерывного сигнала на дискретные значения измеряемой величины, которая экстраполируется на весь временной интервал с помощью (в большинстве случаев) экстраполятора нулевого порядка (рис. 8).

Рис. Дискретное представления непрерывного сигнала.

Для последнего выражения это соответствует только первому члену ряда ¿о , отброшенные члены ряда определяют в значительной мере погрешность управления, которая может достигать больших величин, учитывая сверхширсь кий диапазон регулирования (10000 : 1 и более), характерный для систем автоматического управления технологическими процессами.

В качестве эффективного метода устранения этого недостатка при формировании управляющего сигнала может быть применен метод комплексиро-вания, заключающийся в том, что дискретное значение информации о звуковом давлении в начале временного интервала квантования дополняется текущим значением скорости изменения этой величины ¿/ (I) внутри временного интервала, т.е. учитывается остаточный член вышеприведенного ряда А,

Й.-'Ш 1!

В работе показал алгоритм формирования управляющего сигнала при одноуровневом комплексировании и его структурная схема для этого случая.

В этом случае имеем:

где:

7*1 - г-тый временной интервал; р - оператор Лапласа;

1 - е'рт'

-- экстраполятор нулевого порядка

Этому уравнению соответствует структурная схема формирования информационного сигнала, представленная на рис.9.

Цр)

1

ь, 1 -

р

11с&

р 1 - е"'1"'

Р V

Т,е~ рт'

Рис.9. Структурная схема формирования информационного сигнала.

На рис.9, верхняя ветвь структурной схемы соответствует традиционному дискретному представлению непрерывного сигнала, а нижняя — первому уровню компенсирования.

Следует также иметь в виду, что для реализации этого алгоритма не всегда требуется дополнительный датчик скорости изменения сигнала ЬсрЛ , т.к. дополнительный интерфейс может осуществлять дискретное дифференцирование по начальному и конечному значению звукового давления в предыдущем временном интервале Т^.

Осповные выводы и результаты работы:

1. Доказана возможность автоматизации обеспечения нормативных значений шума и вибрации на основе традиционных, для обработки резанием управляемых параметров.

2. Выявлена зависимость параметров, характеризующих шум и вибрации, от режимов обработки — частоты вращения шпинделя, скорости подачи, глубины резания, что позволило обосновать возможность автоматизации обеспечения шума и вибрации на основе традиционных управляемых параметров.

3. В качестве параметра управления целесообразно использовать частоту вращения, что позволяет обеспечить автоматизацию на базе имеющейся системы управления и обеспечить наибольшую чувствительность этой системы. При этом, закон управления посит линейный характер.

4. Разработанный алгоритм функционирования системы управления позволяет адаптировать традиционную систему управления к обеспечению экологических показателей качества технологических процессов.

5. Для повышения точности системы управления целесообразно использовать одноуровневую комплексированную систему обратной связи, которая позволяет уменьшить погрешность формирования дискретного управляющего сигнала.

Синеок печатных работ:

1. Трышкина ОЗ. Исследования образования шума и вибрации в металлообрабатывающих станках // ТрудЬ» седьмой международной конференции «Производство, Технология. Экология, М.: «Станкин», 2004 г., с. 476-480.

2. Трышкина О.В. Трибоэхология. Влияние трения на окружающую среду // Труды седьмой международной конференции «Производство. Технология. Экология, М.: «Станкин», 2004 г., с. 814-818.

3. Трышкина ОЗ. Исследования шума м вибрации, образующихся в металлообрабатывающих станках Н Труды восьмой международной конференции «Производство. Технология. Экология, М.: «Станкин», 2005 г., с. 638-642.

4. Трышкина О.В. Основные источники шума и вибрации в технологической среде // Труды девятой международной конференции «Производство. Технология. Экология, М.: «Станкин», 2006 г., с. 235-238.

5. Трышкина О.В. Воздействия шума и вибрации на качество изделий и окружающую среду И Труды девятой международной конференции «Производство. Технология. Экология, М.: «Станкин», 2004 г., с. 239-242.

6. Трышкина ОЗ. Обоснование возможности автоматического управления шумом и вибрациями при обработке материалов // Научно-практический и учебно-методический журнал «Безопасность жизнедеятельности» № 11, М.: «Новые технологии», 2006 г., с. 11-13

Подписано в печать 10.11.2006

Формат 60x90Vk Бумага 80 гр/м2 Гарнитура Times

Объем 1,25 пл. Тираж 50 экз. Зама ЛЬ 207

Отпечатано в Издательском Центре ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Лицензия на издательскую деятельность JIP №01741 от 11.05.2000 127055, Москва, Вадковский пер., д.За

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ШУМ И ВИБРАЦИЯ, КАК ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

1.1. Технологическая среда - источник шума и вибрации.

1.2. Воздействие шума и вибрации на качество изделий, на условия труда и окружающую среду.

1.3. Минимизация шума и вибрации в технологической среде.

1.4. Постановка задачи.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРАЦИИ

И ШУМА.

2.1. Методика экспериментальных исследований.

2.1.1. Материал и инструмент, используемые в эксперименте.

2.1.2. Методы измерений характеристик шума и вибрации.

2.2. Результаты экспериментальных исследований.

2.2.1 Результаты экспериментальных исследований зависимостей шума и вибрации на станке МА 1600Ф30-01.

2.2.2. Результаты экспериментальных исследований зависимостей шума и вибрации холостого хода станка 16К20.

2.2.3. Результаты экспериментальных исследований при обработке деталей на станке 16К20.

ГЛАВА 3 . АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Метрологический анализ полученных кривых.

3.2. Сущность линеаризации.

3.3. Результаты регрессионного анализа экспериментальных кривых.

3.4. Применимость результатов для автоматизации и управления.

ГЛАВА 4. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ РЕЗАНИЯ

ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ШУМА И ВИБРАЦИИ.

4.1. Система управления токарным станком.

4.2. Реализация принципиальной схемы для токарного станка.

4.3.Особенности формирования информации для системы управления.

Современные технические средства, предназначенные для удовлетворения жизненных потребностей человека, становятся все более энергонасыщенными и автоматизированными, что сопровождается увеличением уровней шума, вибрации, электромагнитных излучений и выделением вредных веществ в окружающую среду. Кроме вредного воздействия на окружающую среду колебания влияют на долговечность и точность самого технологического оборудования, и на поддерживающих их строительных конструкций.

Металлообрабатывающие станки создают на рабочих местах уровни шума и вибрации, существенно превышающие предельно допустимые величины. Под влиянием шума и вибраций возникает бессонница, быстро развивается утомление, снижается общая работоспособность, качества выполняемых работ и производительность труда. В конечном итоге все это в значительной степени определяет конкурентоспособность продукции в целом.

Установлено, что около 20 % работников, занятых в промышленности Российской Федерации в условиях, не отвечающих санитарно-гигиеническим нормативам, более трети из них (6,8 %) подвержены воздействию повышенного уровня шума и вибрации.

Вместе с тем, в современном машиностроительном производстве важным средством обеспечения требуемых показателей качества является автоматизация технологических процессов и производств. В связи с этим существует актуальная задача повышения качества технологических процессов и производств за счет управления экологическими показателями качества, в частности показателями шума и вибрации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Показана возможность автоматизации нормативных значений шума и вибрации на основе традиционных, для обработки резанием управляемых параметров.

2. Выявлена зависимость параметров, характеризующих шум и вибрации, от режимов обработки - частоты вращения шпинделя, скорости подачи, глубины резания; что позволило обосновать возможность автоматизации шума и вибрации на основе традиционных управляемых параметров.

3. В качестве параметра управления целесообразно использовать частоту вращения, что позволяет обеспечить автоматизацию на базе имеющейся системы управления и обеспечить наибольшую чувствительность этих систем. При этом, алгоритм управления носит линейный характер.

4. Разработанный алгоритм функционирования системы управления позволяет адаптировать традиционную систему управления к обеспечению экологических показателей качества технологических процессов.

5. Для повышения точности системы управления целесообразно использовать одноуровневую комплексированную систему обратной связи, которая позволяет уменьшить погрешность формирования дискретного управляющего сигнала.

1. Адаскин A.M., Седов Ю.Е., Онегина А.К., Климов В.Н., под ред. Соломенцева Ю.М. Материаловедение. М.: Высшая школа, 2005 г., с. 454

2. Аленицин А.Г., Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Краткий физико-математический справочник. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990 г. 368с.

3. Армарего И.Дж., Браун Р.Х. Обработка металлов резанием. М.: Машиностроение, 1977 г., 218 с.

4. Аршанский М.М. Автоматизированное проектирование металлорежущих станков. Учебное пособие. / М.М. Аршанский , В.А. Лизогуб, В.И. Козлов и др. М.: Машиностроение, 1986 г., 76 с.

5. Аршанский М.М. Автоматизированные станочные комплексы (АСК). Учебное пособие./ М.М. Аршанский, Н.М. Султан-Заде, В.И. Козлов и др. М.: Машиностроение, 1984 г., 86 с.

6. Аршанский М.М., Щербаков В.П. Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлорежущих станках. М.: Машиностроение, 1988 г. 135 с.

7. Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога-машиностроителя. -М.: Издательство стандартов, 1992г., 464 с.

8. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение. 1969 г., с. 556

9. Барбатенко А.И., Зайцев А.Г. Моделирование и исследование процесса резания материалов: Учеб. Пособие. Воронеж: Иизд-во ВГУ, 1998г., 368 с.

10. Барбатенко А.И., Зайцев А.Г. Теория резания металлов. Ч. 1. Основы процесса резания: Учеб. Пособие. Воронеж: Иизд-во ВГУ, 1990 г., 216 с.

11. И.Барбатенко А.И., Зайцев А.Г. Теория резания металлов. Ч. 2. Основы системологии процесса резания: Учеб. Пособие. Воронеж: Иизд-во ВГУ, 1990 г., 176 с.

12. Безъязычный В.Ф. Назначение режимов резания по заданным параметрам качества поверхностного слоя: Учебное пособие/ЯПИ. Ярославль, 1978 г., 86 с.

13. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975 г., 334 с.

14. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента. М.: Наука, 1976 г., 233 с.

15. Брюханов В.Н.,.Косов М.Г,.Протопопов С.П, Султан-заде Н.М., Схиртладзе А.Г Теория автоматического управления. М.: Машиностроение. 1992 г., с 266

16. Васильев В.А, Каландаришвили Ш.Н., Новиков В.Н., Одиноков С.А., под редакцией Васильева В.А. Управление качеством и сертификацией. М.: Интермет Инжиниринг, 2002 г., 416 с.

17. Васин С.А., Васин JI.A. Динамика процесса точения. Тульский государственный университет. Тула. 2000 г., 358 с.

18. Васин С.А., Васин JI.A. Прогнозирование виброустойчивости процесса точения. Тульский государственный университет. Тула. 2000 г., 325с.

19. Великанов К.М., Новожилов В.И. Экономичные режимы резания металлов. Л.: Машиностроение, 1972 г., 120 с.

20. Верещака А.С. Анализ проблемы экологически безопасного резания. Тр. Конгресса Конструкторско-технологическая информатика 2000. М.: Станкин». 2000 г. Т.1. 112-115 с.

21. Верещака А.С. Анализ проблемы экологически безопасного резания. Тр. Конгресса Конструкторско-технологическая информатика 2000. М.: «Станкин». 2000 г., Т. 1. 112-115 с.

22. Вибрации в технике/ Защита от вибрации и ударов / Т.6. Под редакцией чл.-кор. АН СССР К.В.Фролова, М.: Машиностроение. 1981 г., 456с.

23. Вильсон Кер.У. Вибрационная техника (перевод с англ.) М.: Машгиз, 1963 г., 415 с.

24. Вороненко В.П., Егоров В.А., Косов М.Г., Султан-заде Н.М., Схиртладзе А.Г. Проектирование автоматизированных участков и цехов. Под редакцией Соломенцева Ю.М., М.: Машиностроение, 1992 г., 272 с.

25. ГОСТ 12.1.003 -83. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. -М.: Госстандарт, 1983 г.

26. ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ Вредные вещества. Классификация и общие требования. М.: Госстандарт, 1976 г.

27. ГОСТ 12.1.012-90, Вибрационная безопасность // Общие требования М.: Госстандарт, 1990 г.

28. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. Учебник для вузов. М.: Высшая школа., 1985 г. 304 с.

29. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М.: Высш. шк. 1985 г. 304 с.

30. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М.: Высш. шк., 1985 г., 304 с.

31. Грин А.С., Новиков В.Н. Экологическая безопасность. Учебное пособие. М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002 г., 336 с.

32. Девисилов В.А. Охрана труда. Учебник, М.: ФОРУМ ИНФРА-М, 2004 г. 400 с.

33. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Т. 1. / методы обработки данных. М.: Мир, 1980 г., 610 с.

34. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Т. 2./ Методы планирования эксперимента. М.: Мир, 1981 г., 520 с.

35. Дорофеев В.Д. Физические основы процесса резания. Конспект лекций. Пенза: Пензенский политехнический институт, 1986 г. 55 с.

36. Еремин В.Г., Сафронов В.В., Схиртладзе А.Г., Харламов Г.А. Обеспечение безопасности в машиностроении./ Учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 2000 г., 392 с.

37. Жуков К.П., Гуревич Ю.Е. Проектирование деталей и узлов машин. М.: СТАНКИН, 1999,615 с.39.3орев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956 г.

38. Иванова Н.А. Автоматизация обеспечения экологического качества технологических процессов с применением СОТС на примере токарной обработки: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук: 17.04.03. М.: 2003 г. 22 с.

39. Карелина В.В. Методические указания по расчету уровня звукового давления в расчетных точках производственных помещений предприятий текстильной промышленности. М.: МТИ, 1989 г., 20 с.

40. Катаев Ю.П. Теория металлов: Учебное пособие. Казань: Казан. Гос. Техн. Ун-т им. А.Н. Туполева,- 1994 г., 110 с.

41. Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1978 г., 199 с.

42. Клушин М.И. Резание металлов. М.: Машиностроение, 1958 г. 453 с.

43. Козочкин М.П., Кузнецова В.Д., Дуров М.Н., Панов С.Н. Методы снижения шума металлорежущих станков и их узлов./ Методологические рекомендации. 1986 г.

44. Колесов И.М. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение. СТАНКИН, 1997 г., с.588.

45. Косов М.Г. Моделирование точности при проектировании технологических машин. Учебное пособие для ВУЗов М.: Машиностроение, 1988 г., 246 с.

46. Косов М.Г., Соломенцев Ю.М. Моделирование точности при проектировании процессов механической обработки. М.: Машиностроение, 1984 г., 349 с.

47. Кочетов О.С. Повышение эффективности технологических процессов, связанных с вибрационными и акустическими воздействиями. Автореферат на соискание ученой степени проф., М.: 2002 г.

48. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибрации в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: 2001 г., 319 с.

49. Круглов М.Г., Шишков Г.М. Управление качеством: Учебное пособие. М.: СТАНКИН, 1999 г., 234 с.

50. Куклев Ю.И. Физическая экология/ Учебное пособие, М.: Высшая школа., 2001 г. 371 с.

51. Кушнер B.C., Распутин Ю.П. Теория эксперимента: Учеб. Пособие. -Новосибирск: Изд-во НИСИ, 1976 г., 247 с.

52. Латышев В.Н., Гордлевский В.А. Вопросы физико-химической механики процессов трения и резания. Учебное пособие, Иванова, 1980 г., 70с.

53. Маеров А.Г. Устройство, основы конструирования и расчет металлообрабатывающих станков и автоматических линий. М.: Машиностроение, 1986 г., 368 с.

54. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. М.: Машиностроение, 1966 г., 264 с

55. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976 г, 278 с.

56. Металлорежущие станки/ Н.С. Колев, J1.B. Красниченко, Н.С. Никулин и др. М.'. Машиностроение, 1980 г., 560 с.

57. Минаев A.M. Обработка металлов резанием. Учебное пособие. Тамбов: ТГТУ. 2000 г., 91 с.

58. Михайлов О.П., Веселов О.П. Микропроцессорное управление приводами металлорежущих станков. М.: 1982 г., 56 с.

59. Москаленко В.В. Системы автоматизированного управления электропривода. Учебник, М.: ИНФРА-М, 2004 г., 208 с.

60. Новиков А.Б. О возможной причине разной выраженности патологии в нервной, мышечной и кровеносной системах при действии вибрации начеловека// Влияние вибраций различных спектров на организм человека и проблемы виброзащиты. М.:, 1972 г., 178-182 с.

61. Обработка металлов резанием : Справочник технолога/ А.А. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др.; Под общ. ред. А.А. Панова. М.: Машиностроение, 1988 г., 736 с.

62. Общемашиностроительные нормативы режимов резания: Справочник в 2-х т.: Т. 1/ А.Д. Локтев, И.Ф.Гущин, В.А. Батуев и др. М.: Машиностроение, 1991 г., 640 с.

63. Овсеенко А.Н., Серебряков В.И., Гаек М.М Технологическое обеспечение качества изделий машиностроения. Учебное пособие, М.: Янус-К, 2004 г., 296с.

64. Островский В.И. Теория резания металлов. Расчет оптимальных режимов резания. Л.: СЗПИ, 1986 г., 68 с.

65. Охрана труда в машиностроении: Учебник для машиностроительных ВУЗов/ Под ред. Проф. Е.Я. Юдина, С.В. Белова. М.: Машиностроение, 1983 г., 432 с.

66. Пашков Е.В., Фомин Г.С., Красный Д.В. Международные стандарты ИСО 14.000. Основы экологического управления. М.: ИПК изд-во стандартов 1997 г., 462 с.

67. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов /Под ред. Э.К. Лецкого. М.: Мир, 1977 г., 552 с.

68. Подураев В.И., Суворов А.А., Ползикова Т.В. Повышение производительности механической обработки рациональным применением технологических сред//Весник машиностроения. 1986 г. № 9, с 39-43.

69. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1970 г., 351 с.

70. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Высш. шк., 1974 г., 590 с.

71. Подураев В.Н. Технология физико-химических методов обработки. М.: Машиностроение, 1985 г., 264 с.

72. Прогресивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник/ В.И. Баранчиков, А.В. Жаринов, И.Д. Юдина и др.; Под общ. Ред. В.И.Баранчикова. М.: Машиностроение, 1990 г., 400 с.

73. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник учебник в трех томах/ Том 2. Часть 1. Расчет и конструирование узлов и элементов станков. Под общей редакцией А.С. А.С. Проникова. М.: Машиностроение, 19995 г., 368 с.

74. Реакция организма на воздействие опасных и вредных производственных факторов: Справочник. T.l. М.: из-во стандартов. 1990 г., 350 с.

75. Реакция организма на воздействие опасных и вредных производственных факторов: Справочник. Т.2. М.: из-во стандартов. 1990 г., 367 с.

76. Резников А.Н. Теплофизика резания. М.: Машиностроение 1969 г.,324 с.

77. Рыжкин А.А. Физические основы процесса обработки резанием: Текст лекций. Ростов-на-дону: Донской гос. Техн. Ун-т, 1995 г., 79 с.

78. Саберняев Б.Г. Методы исследования шума металлорежущих станков// материалы семинара// Борьба с шумом и звуковой вибрацией. г.Ростов-на Дону 1980 г.

79. Саликов В.Ф. Закономерности шумообразования при плоском шлифовании и разработка мероприятий по снижению шума, диссертация на соискание ученой степени профессора техн.наук. Москва, 1999 г.

80. Силовое резание металлов/ Опыт уральских заводов по внедрению скоростного резания с применением больших подач./ Москва -Свердловск, 1953 г. 279 с.

81. Синопальников В.А., Григорьев С.Н. Надежность и диагностика технологических систем. М.: СТАНКИН, 2003г., 331 с.

82. СН 2.2.4/2.1.8.562 96, Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки

83. Справочние проектировщика. Защита от шума/ Под ред. Проф. Е.Я. Юдина. М.: Стройиздат, 1974 г.

84. Справочник конструктора-инструментальщика: Под общ. Ред. В.И. Баранникова. М.: Машиностроение - 1994 г., 560 с.

85. Справочник машиностроителя. Расчет и конструирования. Справочник под редакцией Н.С. Ачеркана. 3 издание, т.4, кн. 1, М., 1962 г.

86. Справочник по математике для научных работников и инженеров/ Г. Корн, Т. Корн, Пер. с англ. И.Г. Арамановича, А.М.Березена, И.А. Вайнштейна, JI.3. Румшиского, Л.Я. Цлафа. Под общей ред. И.Г.Арамановича. М.: Наука, 1973 г. 831с.

87. Средства защиты в машиностроении: Расчет и проектирование: Справочник/ С.В. Белов и др.; Под ред. С.В. Белова. М.: Машиностроение, 1989 г., 368 с.

88. Старков В.К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение 1989 г., 295 с.

89. Старков В.К. Технологические методы повышения надежности обработки на станках с ЧПУ. М.: Машиностроение, 1984 г., 119 с.

90. Султан-Заде Н.М. Надежность и производительность автоматизированных технологических систем. М.: ВЗМИ, 1982 г., 242 с.

91. Султан-Заде Н.М. Системы управления станками и автоматические линии: Межвуз. сб. науч. тр. М.: 1983 г., 258 с.

92. Талантов Н.В.Физические основы процесса резания, изнашевания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992 г., 187 с.

93. Талантов Н.В.Физические основы процесса резания, изнашевания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992 г., 240 с.

94. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб.пособие для студентов машино- и приборостроит. вузов/ Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. М.: Из-во МГТУ им.Баумана, 1993 г., 492с.

95. Теория автоматического управления: Учебн.для вузов/ Брьханов В.Н., Косов М.Г., Протопопов С.П. и др., Под ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1992 г., 267 с.

96. Теплофизика механической обработки: Учеб.пособие для вузов/ ЯкимовА.В., Слободяник П.Т., Усов А.В. и др. Киев; Одесса: Лыбидь, 1991 г., 239 с.

97. Тихомиров Ю.Ф. Промышленная вибрация и борьба с ними. Киев: Тезника, 1975 г., 180 с.

98. Трент Е.М. Резание металлов. Пер. с англю Г.И. Айзенштока. М.: Машиностроение, 1980 г., 263 с.

99. Физические основы процесса резания металлов/ Под ред. В.А. Остафьева: Высш.шк., 1976 г., 136 с.

100. Филоненко С.Н. Резание металлов. Киев: Техника, 1975 г., 230 с.

101. Цукерников И.Е. «Совершенствование нормирования и методов определения шумовых характеристик стационарных машин и оборудования, методологические аспекты и параметрические решения», автореферат на соискание ученой степени доктор техн.наук. 1999 г.

102. Чедд Г. Звук. М.: Мир, 1975 г., 295 с

103. Шварцбург Л.Э. Информационно-измерительные системы приводов металлорежущих станков, М.: из-во «Станкин», 1991 г., 181 с.

104. Шварцбург Л.Э. Комплексирование информации о положении в электроприводах// М.: Измерительная техника. 1985 г., № 7. с 6-7.

105. Шмаков В.Т., Кочетов О.С., Солотов А.Д. Виброизоляция технологического стационарного оборудования пневматическими опорами/ В кн.: Методы и средства виброзащиты человека. М.: ИМАШ АН СССР, 1977г.

106. Щукин А.И., Порядков В.И., Кириллова С.П., «Борьба с шумом и звуковой вибрации», материалы семинара, М.: 1986 г., 142 с.

107. Юдин Е.Я. и др. Борьба с шумом на производстве. Справочник/ Под общ. Ред. Е.Я. Юдина. М.: Машиностроение, 1985 г. 400 с.