автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Стабилизация шероховатости и повышение производительности токарно-копировальной обработки

введение.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И КРАТКИЙ ОБЗОР РАБОТ ПО ВОПРОСАМ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТОКАРНО-КОПИРОВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ТОКАРНО-КОПИРОВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКЕ.

2.1. Задача и методика исследования.

2.2. Механизм формирования шероховатости поверхности.

2.3. Влияние конфигурации обрабатываемого изделия на величину шероховатости.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРИ ТОКАРНО-КОПИРОВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКЕ.

3.1. Задача и методика исследований.

3.2. Основы анализа различных вариантов технологических процессов.

3.3. Анализ показателей производительности технологического процесса токарно-копи-ровальной обработки.

3.4. Исследование баланса затрат времени и стоимостных показателей токарно-копи-ровальной обработки.

3.5. Исследование влияния конфигурации деталей на технико-экономические показатели процесса обработки.

3.6. Определение области рационального применения токарно-копировальной обработки.

3.7. Выводы.

ГЛАВА. 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ ТОКАРНО-КОПИРОВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ.

4.1. Постановка технологической задачи.

4.2. Выбор способа управления.jqq

4.3. Разработка блок-схемы АС управления.J

4.4. Исследование характеристик регулирования и технологических характеристик АС управления.

4.5. Выводы.

ГЛАВА 5. ВШЭДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

5.1. Создание и исследование высокопроизводительного токарно-копировального станка с многоконтурной АС управления.

5.2.Методика определения целесообразности применения токарно-копировальной обработки.

5.3. Выводы.

ХХУ1 съезд КПСС указал на необходимость повышения производительности обработки и качества промышленной продукции. Как отмечалось на съезде , в настоящий период решающая роль принадлежит машиностроению, которое должно развиваться гармонично, как в количественном, так и в качественном отношении. Одним из основных направлений повышения эффективности металлорежущего оборудования является автоматизация процессов обработки, широкое внедрение различных систем управления, создание гибких производственных систем. В станкостроении для автоматизации процессов обработки нашли широкое применение самые разнообразные системы управления, такие как копировальные, числового, циклового и адаптивного управления и многие другие. Копировальные системы управления отличаются от прочих сравнительно низкой стоимостью, простотой, удобством наладки и эксплуатации. Наметившееся в последние годы интенсивное развитие систем ЧПУ не приводит к вытеснению копировальных систем, а лишь уточняет области рационального применения для тех или иных систем. Повышению эффективности копировальных систем будут способствовать работы, направленные на повышение производительности и качества обработки^

Одной из наиболее актуальных задач, стоящих перед современным станкостроением, является создание эффективных станков для мелкосерийного единичного производства, которое охватывает 75*80$ всего промышленного производства. Около 80$ всего машиностроительного производства имеет выпуск машин не более 50 штук в год. В настоящее время именно малые производственные серии и сложные детали имеют все больший удельный вес в промышленно развитых странах. Этим объясняется некоторое снижение популярности дорогостоящих станков с ЧПУ в мелкосерийном производстве. Современное мелкосерийное производство испытывает острую потребность в дешевых и эффективных станках, простых в наладке и удобных в эксплуатации.

Наиболее простым и дешевым путем повышения эффективности универсальных станков в мелкосерийном производстве является применение АС управления процессом обработки, которые позволяют оптимизировать технологические процессы, повысить их эффективность и снизить капитальные затраты. Гибкость и простота АС управления делает эффективным их применение в условиях роботизированного производства в гибких производственных системах.

Интенсивное развитие систем ЧПУ за последние годы не исключает эффективного применения станков с иными системами автоматического управления, а лишь уточняет области рационального применения тех или иных систем. Применение АС управления, повышающих эффективность простых и дешевых универсальных станков, смещает область эффективного применения станков с ЧПУ в направлении крупносерийного производства.

Традиционно область крупносерийного производства считалась областью эффективного применения станков-автоматов и специальных станков, однако современный уровень развития станкостроения заставляет пересмотреть сложившиеся позиции.

В связи с усложнением циклов обработки и обрабатываемых деталей;становится все труднее и труднее решать задачи обработки традиционными конструктивными средствами. Разработка специального станка, предназначенного дня обработки конкретной детали или гаммы деталей, ставит весьма сложные и трудоемкие задачи проектирования и освоения новой модели. Дорогостоящим является также и материально-техническое снабжение такого разнокалиберного станкостроения. Таким образом, развитие специальных станков, станков ограниченного применения - процесс дорогостоящий и трудоемкий^.

Решение этих проблем упрощается при применении в крупносерийном производстве станков с ЧПУ, которые легко и успешно решают задачи сложных циклов и обработки сложных деталей, являясь при этом освоенной и серийной продукцией. Немаловажно и то, что применение станков с ЧПУ позволяет сделать более короткими кинематические цепи, что повышает точность обработки и надежность станка.

Проникновение станков с ЧПУ в область крупносерийного производства естественно, поскольку станки-автоматы по природе своей являются также станками с программным управлением, в которых программа обработки детали задается конструктивными средствами цикловой автоматики, что отличает их от станков с ЧПУ лишь с конструктивных позиций. С технологических же позиций станки-автоматы отличаются от станков с ЧПУ только тем, что станки-автоматы работают по жесткой программе, которая является неизменной (или почти неизменной).

Таким образом, применение станков с ЧПУ в крупносерийном производстве не является даже качественно новым этапом, а представляет собой естественный и закономерный процесс замены морально устаревших станков более современными.

Применение АС управления весьма эффективно и в станках с ЧПУ. Станки с ЧПУ, оснащенные АС управления, имеют дополнительные преимущества, заключающиеся в снижении расходов на программирование, так как требуются лишь геометрические параметры обрабатываемой детали, уменьшается и время разработки технологии, так как технологические параметры определяются автоматически адаптивной системой. Повышается коэффициент использования станков, упрощается их переналадка, расхода на материал сокращаются благодаря более низким требованиям к его однородности. Упрощается подготовка кадров, так как задачи one ратора по наблюдению за процессом упрощаются, а расходы на заработную плату, приходящиеся на одну деталь, снижаются, так как уменьшается машинное время обработки. Затраты на контроль становятся меньше, а выход в брак практически исключается благодаря изменению износа инструмента и соответствующим подна-ладкам, выполняемым адаптивной системой [вв].

Мелкосерийное производство деталей нуждается в создании высокоэффективных, но вместе с тем дешевых и простых станков, оснащенных системами управления, позволяющими свести к минимуму задачи оператора по управлению процессом обработки.

Одним из эффективных средств обеспечения мелкосерийного производства являются токарно-копировальные станки, позволяющие обрабатывать широкую номенклатуру деталей, в том числе и сложных конфигураций. Повышение эффективности этих станков является актуальной задачей станкостроения.

основные вывода

1. На основании результатов исследований решена задача стабилизации шероховатости и повышения производительности токарно-копировальной обработки.

2. Установлено, что основной причиной нестабильной шероховатости при фасонной токарно-копировальной обработке, является нестабильность скорости контурной подачи инструмента.

3. Анализ баланса затрат времени при токарно-копировальной обработке показал, что основным резервом повышения производительности обработки является сокращение вспомогательного времени, затрачиваемого на нерабочие перемещения инструмента.

4. Разработана и исследована многоконтурная АС управления процессом токарно-копировальной обработки.

5. По результатам исследований создан высокопроизводительный токарно-копировальный станок с АС управления, обеспечивающий повышение производительности обработки в среднем на 30% при снижении себестоимости обработки в среднем на 20% по сравнению с базовой моделью.

6. Разработана методика определения целесообразности применения токарно-копировальной обработки.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М., Политиздат, 1981 г., с. 223.

2. Абрамсон С.И. Повышение производительности металлорежущих станков. М., НИИМАШ, 1978, с. 86.

3. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.М., Наука, 1976, с. 280.

4. Базров Б.М. Технологические основы создания адаптивных систем управления процессом обработки, М., 1973.

5. Базров Б.М. Технологические основы проектирования самоуправляющихся станков. М., Машиностроение, 1978, 216 с.

6. Базров Б.М. Повышение точности измерения погрешности формы поперечного сечения цилиндрических деталей типа тел вращения. -В кн.: "Самоуправляющиеся станки". М., Машиностроение, 1970, с. 60-100.

7. Базров Б.М. Причины образования погрешностей обработки деталей" В кн.: "Адаптивное управление станками". Под редакцией Б. С. Балакшина. М., Машиностроение, 1973, с. 61-136.

8. Базров Б.М., Горюшкин В.И. Устранение автоколебаний при токарной обработке с помощью систем адаптивного управления. "Станки и инструмент", № 4, 1977, с. 3-6.

9. Базров Б.М. Повышение качества и эффективности механической обработки деталей химического и нефтяного оборудования с помощью систем адаптивного управления. М., 1979.

10. Базров Б.М. Адаптивное управление обработкой деталей в приборостроении. М., Машиностроение, 1979.1.. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М., Машиностроение, 1969, 556 с.

11. Балакшин Б.С. Самоподнастраивающиеся станки.М.^Машиностроение, 1970, с. 415.

12. Барун В.А., Еудинский А.А. Станки с программным управлением и программирование обработки. М.-Л., Машиностроение, 1965, с.ЗГЛ

13. Башарин А.В., Голубев Ф.Н., Кеннерман В.Г. Примеры расчетов автоматизированного электропривода. Л., Энергия, 1971, с. 440.

14. Беляев Г.С., Табачников П.И. Технология производства валов. М.-Л., Машгиз, 1961.

15. Бендат Дж., Пирсол А. Измерения и анализ случайных процессов. Пер. с англ. Под ред. Г.Л.Мирского, М., Мир, 1974, с. 464.

16. Болыпев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М., Наука, 1975, с. 476.

17. Бухаринов Н.Г., Шишов А.Н. Методы определения качества продукпии. Л., Лениздат, 1970, с. 143.

18. Великанов К.М. Определение экономической эффективности вариантов механической обработки. М.-Л., Машиностроение, 1970.

19. Вейнманн Обработка материалов со снятием стружки. Обзор литературы за I97I-I972 г.г. Труды Американского общества инженеров-механиков, серия "Конструирование и технология машиностроения", 1976 г., № I, с.1-42.

20. Вознесенкий В.А. Статистические метода планирования эксперимента в технико-экономичес№х исследованиях. М., "Финансы и статистика", 1981, с. 263.

21. By. Эрмер Наибольшая прибыль как критерий определения оптимальных режимов резания. Труды Американского общества инженеров-механиков. Серия "Конструирование и технология машиностроения", 1966 , № 4, с. 107-109.

22. Гильман A.M., Брахман А.А., Батищев Д.И., Мятяева Л.К. Оптимизация режимов обработки на металлорежущих станках. М., Машиностроение, 1972, с. 188. ^ .

23. Глушко В.В., Шумов В.Д., Гегелов Г.Г. Адаптивная система. стабилизации усилия резнния. В кн. "Технология производства, научная организация труда и управления", М., НИИШШ1, 1973, № 10, с. 26-29.

24. Гольдин Я.Г., Дронов В.В.,Поляков Ю.А., Рубашкин И.Б. Адаптивная система оптимизации режима, фрезерования по критерию максимальной производительности. Теория и практика, алаптивных систем автоматического управления. Л., ЛДНТП, 1972 г.

25. Гостев В.М. Методы управления качеством продукции Крупносерийное и массовое производство. М., Машиностроение, 1970, с. 292.

26. Грановский Г.й. Кинематика резания. М., Машгиз, 1948.

27. Гринчев Т.П. Планирование "жизненного цикла" промышленной продукции. На примере машиностроения. Л., изд-во ЛГУ, 1980, с. 142.

28. Г^сейнзаде М.А., Калинина Э.В., Добкина М.Б. Методы математической статистики в нефтяной и газовой промышленности. М., Недра., 1979, с. 340.

29. Дальская А.П. О расчете высоты микронеровностей приточении, выпуск 5, 1968 .

30. Даниелян А.А. Высокопроизводительная обработка деталей на токарно-копировальных станках", Ереван,"Айастан", 1964.

31. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке, М., Мир, 1980, с. 610.

32. Демьянюк Ф.С. Технологические основы поточного и автоматизированного производства. М., 1958.

33. Диков А.А. Повышение эффективности применения систем адаптивного управления при обработке деталей на токарных станках. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук (05.02.08), М., 1976, с. 27.

34. Дцанов А.И. Экономическая эффективность прогрессивных методов металлообработки. М., Экономиздат, 1962.

35. Зеличенок Э.Л. Влияние формы обрабатываемой поверхности на выбор оптимального варианта технологического решения. Производственно-технический бголлютень № 2, 1964.

36. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов М., Машгиз, 1956, с. 368.

37. Игумнов Б.Н. Расчет оптимальных режимов обработки для станков и автоматических линий. М., Машиностроение, 1974, с. 200.

38. Капель И.А. Копировальное устройство, а/с № 740478 БИ № 22 1980г. (в соавторстве).

39. Капель И.А. Копировальное устройство, а/с № 887127. БИ № 45 1981г. (в соавторстве).

40. Капель И.А. Способ обработки деталей типа конусов или ступенчатых валиков, а/с № 85I85I, 1.в соавторстве).

41. Капель И.А. Копировальное устройство, а/с № 794930 БИ №30 1983г. (в соавторстве).

42. Капель И.А. Копировальное устройство для станков а/с 954942, БИ № 32 1982г. (в соавторстве).

43. Капель И.А. Оптимизация режима токарно-копировальнойобработки. Межвузовский сборник научных трудов, т. 15 "Системыiуправления станками и автоматическими линиями", М., ВЗМИ, 1982, с. 19-25.

44. Капель И.А. Обучение программированию на токарно-вин-торезных станках с оперативным программным управлением на базе мини-ЭВМ "Электроника НЦ-31", М., Высшая школа, 1983.

45. Капель И.А. Автоматизапия обработки на токарных станках. Сборник тезисов докладов научно-технической конференпии "Перспективы создания автоматизированных гибких производственных систем", М., НИИМАШ, 1984, с. 61-62.

46. Капель И.А. Устройство для управления дроблением стружки на токарных станках, а/с № 793722. БИ №1 1981г.в соавторстве).

47. Кисилев Г.А. Переналаживаемые технологические процессы в машиностроении. М., Изд-во стандартов, 1980, с. 272.

48. Кобринский А.Е., Левковский Е.И., Серков Н.А. Классификация систем управления станками по информационным признакам. "Станки и инструмент", 1971, № I.

49. Когут А.Е. Эффективность повышения качества продукции в машиностроении. Л., Машиностроение, 1979, с. 248.

50. Колев К.С. Технология машиностроения, М., Высшая школа, 1977, с. 255.

51. Коробочкин Б.Л. Исследование гидравлического копировального устройства, обеспечивающего постоянство результирующей подачи. М., ЦБТИ, 1955.

52. Корсаков B.C. Основы технологии машиностроения. М., Высшая школа, 1974.

53. Корытин A.M., Шапарев Н.К. Оптимизация управления металлорежущими станками. М., Машиностроение, 1974, с. 200.

54. Корытин A.M., ИЬпарев Н.К. Оптимизация управления токарной обработкой. "Станки и инструмент", 1969, № II.

55. Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики. М., Энергия, 1980, с. 424.

56. Кронеберг и др. Расчет по анализу стоимости и производительности операций механической обработки. "Конструирование и технология машиностроения", ч. I, № 4, 1968, ч. И, № 3, 1969.

57. Лаке В.К., Тараненко В.А., Ляшольский Л.С. Повышениеточности и производительности токарной обработки нежестких валов посредством адаптивного управления. "Станки и инструмент", 1976, № I, с. 5-6.

58. Ланге 0. Оптимальные решения. М., Прогресс, 1967.

59. Лищинский Л.Ю. Структуры автоматических систем управления процессами обработки на станке. "Станки и инструмент",5, 1972.

60. Львов Д.С., Сосин Е.Е. Технологические основы и экономические расчеты механизации и автоматизншш мелкосерийного машиностроения., М., Машгиз, 1961.

61. Львов Д.С. Основы экономического проектирования машин,1. ГЛ., Экономика, 1966.

62. Макаров А.Д. Оптимизация пропессов резания. М., Машиностроение, 1976, с. 278.

63. МаталинА.А., Рысунова B.C. Точность, производительность и экономичность механической обработки. М.-Л., Машиностроение, 1963.

64. Медведев Д.Д., Медведев М.Д. Режимы резания, обеспечивающие заданное качество обработки. В сб. "Технология машиностроения", Тула, 1977, с. 27-30.

65. Митрофанов С.П. Научные основы групповой технологии. Л., 1959.

66. Михайлов О.П., Цейтлин А.Н. Измерительные устройствав системах адаптивного управления станками. М., Машиностроение, 1978, с. 151.

67. Налимов В.В. Теория эксперимента., М., Наука, 1971, с. 208.

68. Налимов В.В., Голикова Т.И. Логические основания планирования эксперимента. М., Металлургия, 1980, с. 152.

69. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М., Наука, 1965, с. 340.

70. Невельсон М.С. Адаптивное управление точностью металлообработки. Л., Машиностроение, 1973, с. 176.

71. Прозоров Ю.П., Глушко В.В., Гегелов Г.Г. Адаптивные системы автоматического управления металлорежущими станками и их эффективность. М., ШМИНФОРМТЯЖАШ. 1974, с. 70.

72. Пугачева B.C. Основы автоматического управления. М., Наука, 1974, с. 719.

73. Расчеты экономической эффективности новой техники. Справочник. Под ред. Великанова К.М. М., Машиностроение, 1975, с. 432.

74. Родин П.Р., Линкин Г.А., Та.таренко В.Н. Обработка фасонных поверхностей на станках с числовым программным управлением. Киев, Техника, 1976, с. 198.

75. Румшинский Л.З. Элементы теории вероятностей. М., Наука., 1970, с. 254.

76. Рыбкин И.М. Исследования токарных гидрокопировальных станков, оснащенных адаптивными системами управления. Автореферат двсс;ертапии на соискание ученой степени кандидата, технических наук (05.03.01). М., 1975, с. 24.

77. Севастьянов Б.А. Курс теории вероятностей и математической статистики. М., Наука., 1982, с. 255.

78. Силин С.С., Трусов В.В., Яхонтов В.В., Исотин А.С. Автоматическое управление пропессом резания. "Станки и инструмент, & I, 1971.

79. Сильншший Т.А. Типизация технологических пронессов при обработке деталей с применением гидрокопировальных суппортов. В сб. "Передовой научно-технический и производственный опыт". М., ВИНИТИ, 1959, с. 15.

80. Современная теория систем управления. Пер. с англ. К.Т.Леондеса под ред. Я.З.Уникина. М., Наука, 1970, с. 512.

81. Солод В.И., Глушко В.В., Гегелов Г.Г. Автоматическое управление режимами резания металлов. М., Машиностроение, 1979, с. 143.

82. Соломенпев Ю.М., Митрофанов В.Г., Протопопов С.П.,

83. Рыбкин И.М., Тимирязев В.А. Адаптивное управление технологическими пропессами. М., Машиностроение, 1980, с. 536.

84. Соломеннев Ю.М., Васин A.M. Оптимизация технологических пропессов механической обработки и сборки в условиях серийного производства. М., НИИМАШ, 1977.

85. Соломениев Ю.М. Технологические основы оптимизации пропесса обработки деталей на станках. М., 1974.

86. Соломеннев Ю.М., Басин A.M. Оптимизация пропесса обработки с помощью адаптивного управления износом инструмента.

87. Станки и инструмент", 1974, № 8, с.21-23.

88. СОЛОШШ И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. М., МАШГИЗ, I960, с. 175.

89. Сообщение о МСРМ. Материалы Международного симпозиума по резанию металлов. Швеция, 1978 г., с. 10.

90. Спиридонов А.А., Федоров В.Б. Металлорежущие станкис программным управлением. М., Машиностроение, 1972, с. 35.

91. Тиллес С.А. Экономика технологических пропессов механической обработки. М., Машгиз, 1961.

92. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента (планирование регрессионных экспериментов). М., Наука, 1971, с. 312.

93. Фельдман Л.С. Об оптимизации шероховатостиповерхности "Стандарты и качество", 1978, №9, с. 47-48.

94. Хусу А.П. Шероховатость поверхностей: теоретико-вероятностный подход. М., Наука, 1975, с. .-343,

95. Цыпкин Л.З. Адаптация и обучение в автоматических системах. М., Наука, 1968.

96. Шейнин Г.М. Возможность уменьшения времени обтачивания. Известия ВУЗов, Машиностроение, 1975, Л 6, с. 145-150.

97. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М., Мир, 1972, с. 381. #

98. Шнейдер Ю.Г. Управление качеством поверхности. В сб. "Управление точностью механической обработки и качеством поверхности. Материалы краткосрочного семинара. Под ред. Скрагана

99. В.А., Исукова Э.Л., Л. 1978, с. 52.

100. Шухгальтер А.Л. Управление качеством машин. М., Машиностроение, 1977, с. 97.

101. Экслер Л.И. Классификация параметров шероховатости. В сб. "Технологические методы повышения качества поверхности деталей машин", Л., изд-во ЛГУ, 1978, с. 136-144.

102. Электрические измерения неэлектрических величин. Л., Энергия, 1975, с. 576.

103. Этин А.О., Городецкий М.С., Шумяпкий Б.Л., Скляревс-кая Е.И. Регулирование режимов резанияна^металлорежущих станках. "Вестник машиностроения", 1972, № 7.

104. Этин А.О. Схемы обработки тел вращения и их теоретический анализ. М., ЭНИМС, 1951.

105. Этин А.О. Сравнительный анализ методов обработки поверхностей вращения. Сборник "Динамика процесса резания металлов". М., Машгиз, 1953.о*. PetJe^. Sufvsn^te A 0.//.08. . ^ сSuuttu**^ U. Уfin^^e^ л/sD/pf

106. M&ceAchjz frf-ecceutictL. "a/9 33-90/

107. S. it/cfau, О,. £СЛ/ftvcess1. A/3 Г </£"- te /о.г"176 ' утбер2щаю