автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Стохастическая оптимизация торцового фрезерования с учетом действия возмущающих факторов производства

2 2 РЕВ га

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЧСТАНКИН"

На правах рукописи

АРИПШОВА Елена Володаровна

ЭДКЛбББ.512:661.3) :621,914Л/Э43.3

СТОХАСТИЧЕСКАЯ ОШШЗАЩЯ ТОРЦОВОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ с учггои ДЕЙСТВИЯ ВОЗМУЩАЩК »АКТОРОВ ПРОИЗВОДСТВА

Спедальность 05.03.01, - Процэссы квханячэсвой и фязи5!о-твхнлчео.яой обработки, станка и инструмент

Автореферат

днопертадои на с он о га; и о уши ой «тепеии кандидата техникой гая наук

Москва - 19.73

Работа выполнена в Московском часком Университете "СТАНКИН"

Государственном Технологи-

Научннй руководитель

Официальные оппоненты

- заслуженный деятель науки л техники Р.4. доктор технических наук профессор Старков В.К.

- доктор технических наук профессор Кузьмин В.В.

- кандидат технических наук Свргушев Г.Н.

Ведущее предприятие - Уральский филиал НИЧД

Защита диссертации состоится " " 1993 г.

4Г£0 ^ о

в /'з часов на заседании специализированного Совета К 063.42.05

Московского Ордена Трудового Краевого Знамени станкоинструмен-

тальяого института по адресу: 101472, ГСП, Москва К-55, Вадков-

ский пер., д. За. iAlJ^'}Sf

*.% ■ С. диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ "СТШИН»

. Автореферат разослан " 0 i 1993 г.

Учений секретарь специализированного Совета катаплат технических наук

допоит Г .П. полого:)

ОЩАЯ ХАЖТЕ1ИСТИКА РАПУГИ

Актуальность теыц. В настоящее время в машиностроении од-шш из наиболее распространенных методов лезвийной обработки материалов является фрезерована е. Оно занимает до общего объёма механообработки в силу универсальности процесса, позволяющего обрабатывать детали самих разнообразных форм и рааморов прц достаточно выоокой пршзводатедьноста, эконсшчности и ш-ооком гачоотю обработка.

Особенностью продзоое торцового фрезерования является его кинематическая я дзнвшчеокая нестабильность, обусловленная диокретнш характером взаимодействия режущих зубьев инструмента о обрабатываемой заготовкой. Кроме того, дроцэсо резаная подвержен давотшю множества случайных возмущащих факторов, таких как колебание физико-мехашческах овойста обрабатываемого и инструментального материалов, рассеивание припуока на обработку, иогрезноота в изготовления нкогру^б-чта и отанка и т.д.

В этой связи особое значение щнобретавт проблема опмш-эацаи цроцзооа фрезерования, направленная на стабилизацию его выходных характеристик и на достижение высоких эконсшчооках показателей.

Общая задача комплексной оптикизавдя продасоа 1>изшшя включает подзадачи назначения оптимальных па^итр^и рияима обработка, гешет^и анструиннти, рааоиеше щмпуока но приходш а др,

й настоящие время модила онтиьшзыцаи в под.чыиицим 0«яь-данотва случаев от 1д«тея на у отдавший дачных, пилучачмю. я:; некоторого щыазводитмншого опыта, а носит дот^шиа^цшшиЯ ха^штер, иесыотци а«.то, 'по щ/ощюи ¡«¿ышл ншличил итахао-

IIоэталу на сегодняшний день иктуальна разработка модели стохастической оптимизации процесса торцового фрезерования о учётом негативного влияния возмущающих факторов, которая является научной задачей данной работа.

Диссертационная работа выполнена в соответствия с научно-технической программой Академии Технологических Наук Российской Федерации (тема Я 5), а также в соответствия о планом научно-техкичэских работ Мосстанкнна.

Цель шбстн. Повышение стабильности процесса торцового фре-верования путём выбора оптимальных параметров режима резания в геометрии инструмента, снижающих влияние возмущающих факторов производства.

Методика исследований. Теоретические исследования базируются на основных положениях тео|ия резания материалов, те ори , вероятности и математической статистики.

Модель и алгоритмы оптимизации основаны на современных идеях стохастического программирования, используют метод случайного поиска с самообучением» аппарат моделирования возмущающих воздействий на процесс резания.

При разработке стохастической системы оптимизации процесса торцового фрезерования пршенялся аппарат технических и программных средств ЕСЭШ. Программное обеспечение реализовано на алгоритмических языках фортрам 1У и Ассемблер ОСЕСЭШ.

Натчная новизна работы состоит в: - оптимизации стохастического процесса торцового фрезерования, учитывающая действие дестабилизирующих факторов производство (нестабильность удаляемого припуска, разброс фиаико-мохегаческих свойств обрабатываемого и кнструмонталыюго материалов, погрешности инструмента и др.) я обеспечивающей заданий уровоаь надйжностг процесса.

- закоашэрноотлх влияния случайных возцущавдих факторов на стабильность процесса торцового фрезерования.

Практическая таннооть работы заключается в:

- методика разбиения общего припуска по проходам в условиях его костабильности я о обеспечением заданного уровня надёжности (стабильности) процесса фрезерования;

' - соответствующая программном. обеспеченш , роалязувдзм отохйстэческрз овхима задш процесса торцового фрезерования конзтрукфогашх сталей л сернх чугуяов с учетам воз-«увдпдас факторов,

^ашзя.щя шбоун. На ооновакни полученных результатов разработка ояегшда стохастической оптшшзаща процесса торцового фрезерования ксногйгквдоннкх сталей а езрщ чутунов,' которая рз-комоцдованп & аведрвнаю в учебяяй продасс по курсу теории резаная. Б настоящее время Уральский фшач НИВД язучает технологические возмииоом. саотеиы с цалго.её использования для решения прсязводотвзшшг задач.

Дпробапая тбогц. Ооношне положокая дассерггацаонной рабо- -гн бкяа долояенн на Республиканской научно-технической конфе-реищи "Автомата эащд механосборочных процессов в ыаашно- и приборостроения", г.Соваотололь, 1989 г., на сеглинаро "Новая тех-иология, оборудование, оснастка я инструмент для механической заработка а сборка", г.Москва, 1590 г.,.на Всесоюзной научно-гехшчеокой конференции "Актуальные проблемы машиностроения на ^оврвиешюн этапе", г.Владимир, 1351 г.

Птблаквгаи. По теме диосертаща опубликовано 3 початнцх »боты,

Рупуктура Р оСпёы Работы. Даооортащя ооотсит из введения, (етырех глав, списка литературы /III наименований/, приожония, ад оке на на % страницах мшшошеного текста, содержит

2М рисунков, 2) таблиц.

СОДЕШШ РАБОТЫ

Зо ввода'кач обосновывается актуальность работы, даётся ее общая характеристика, показана её научная направленность з научная новизна.

Р рзтоо-з глпвд шполксы енадаз состояния Еопрооа а сформулировали основные задача иооледованая.

Традиционно, начиная с первых работ по рззаяяп (Тлме, К.А.Зворыкин 2 др.), пропрсс х®.заиЕя.расшатаюалея как ;:.стот:.г.-нароваяний.

Однако, как-лабой прогроо в -природа, продаос рззаная является вероятностны-; ц связан с ¿ви'янаан болшого та ела сл-чакш^с факторов. С дальнейшим разгатлеи теории рэзшшя как науки стали появляться.Бзрояшзеткыэ модели, в которое процз'оо механической обработкиматериалов ■'расомахравался ;увв кок вероятностный. Значительный вклад в ото;.; направления скл внесён отчественшш д зарубохшши учёпыаа, среда шх: В.А.Слнояальяаков, В.К,Старков, К.Нвага, Ю.Муроцг я др.

Россмотрокио процэсса розашя как вероятностного процесса создаю предпосылки для изучения причин его нестабильности. В качестве таковых отмечаются: неустойчивый характер струякообра-зования (формирования различных" типов -стружек с образованием нароста), нарастающее со временен изнашивание рожущего инстру-меита, различно в силах трения до передней в задней поверхностям инструмента, из однородность пластической деформации, о также действие неконтролируемых факторов дролэводсгва,

В настоядес время одной из сагш проблем те о р-н резания, ках показывав! сналис лато'раг/р^, сяяется сро&~еаа оярвдвлвкяк

оптимальных параметров реяима розаная я их автоматизированного реочйта. Это связано о широким внедрением а производство новых инструмент ашмх материалов, инотрумента о износостойкими покрытиями, е также нового высокоэффективного дорогостоящего оборудования, вксшуатация которого экономически выгодна при условия работы на оптимальных режимах.

Задачу оптими задай прогрооа механической обработки целесообразно рассматривать как комплексную задачу оптимального выбора параметров режша резаная, парка инструментального материала, гооыегр&д аяоггуыэнта, а также разбиения общего припуска по проходам.

Математические модели, ираме яяешш в настоящее время для определения оптяналгншс параметров продэоса обработки деталей 11а металлорежущих станках, подразделяетоя ш детерминированные я вероятностные, которне в овею очередь могут быть отатиотнчео-ш а дяшэдчзсшшя. • ■'..".

Наабольава равштиэ в современно! творог резаная подучили детвршароваянш модели. Шесте о этим всё большее внимание исследователи уделяв? вероятяоопш! дряродэ процесса резания а в последнее врема »то каправдекиэ приобретает приоритетное развитие, В этом наярааненяя получал развитие подход, основанный на использовании стохвотическаго программирования, что позволило учитывать вероятностную природу критерия оптимизация и технологических ограничений.

Среда известных методов механической обработки процеоо торцового фрезерования является одним аз наиболее ярко выраженных нестационарных процзосов. Главной причиной неотавдонар-ности является особенность кинематики, которая заключается в цикличности формирования площади поперечного сечения среза о переменными размерами. Кроме гого.лроцосс торцового фрозорова-

кия Еодверкан действию ряда случайных возмущающих факторов производства.

Однако проведённый анализ доказал, что имеющиеся медали оптимизации процесса фрезерования косят детерминированный характер и строятоя на уоредийнннх данных, что покатает и надёжность.

На основании изложенного в соответствии о офощудировадноЯ целью были доставлены следующие задача работы:

- разработка модели стахеотической оптяшзафя процвооа торцового фрезерования конструкдаонных сталей и оеца чугунов о обеспечением заданного уровня надёжности процесса;

- проведете количественного к качественного анализа влияния возмущающих факторов ка процвео торцового фрезерования цутбы его моделирования с помощью ЭШ;

- разработка системы стохастической опташзавдя процесса торцового фрезерования конструкпленных сталей и серых чугунов и соответствующих алгоритмов и програмшюго обеспечения;

- разработка на основе результатов анализа моделирования в стохастжческой оптямазапди технологических ракшеадаций.

В? втогой главе проведён статистический анализ возмущающих факторов производства и рассмотрены тесротические вопросы управления процессом резания при действия этих факторов.

Статистический анализ,фиаико-мехадаческах свойств конструкционных 'сталей и серых чутунов показал, что на структуру и свойства заготовок существенное влияние оказывает предшествующая технология изготовления: чистота исходных шихтовых материалов сталей и сплавов, условия их вшлав1си и крлстатлсаиш, вве-лош'.о элементов, расклслитало^, модификаторов, а

также способ получотая заготовки и термообработка.

Л.чгьТ!з да:::п:х пег.аэпл, что спо.Югва проката и птагловок

значительно отличаитоя от овоЗсгв литых заготовок.

Так, налраюр, холобанае прадеда прочности пра разрыве разлагая хонотрухцаонннх сталей а зависимости от способа полу-текня заготовка составляет 2-35£, а от термообработки 6-40^.

Что ааоавтоя яяотруыеетальянх аатэрваяоз, го для быстроразутых стала! зогвблгяэ тгйрзосга, вадрякаг, зожат достигать 10%, а ддя ггЗрда одзазов халэбш!» прочности да лага б - до 30$ 55 за орздэх матаваЗ.

Дйтзм <|азго]рса гзотабадьлоога процесса резаная является зозэбагзз арапуоза. Загсговза, хогораз доотушзэт за мэханзчэо-жуэ обработку, омачвагоя ¿зотабзяьясогю гэсмэтрачвской фора! а рагазроз, 3 результат» праауох, удаляемый на отанхах да пзр-енх гпзрзгзах ыетанообработзя, зсзэт яахзбатьол з значительных драдажах. Это ратедо з рагкэрет драпуоза зыоэт иасто да тсль-39 у заготоЕоа одной яда доезашшх партай азготоаязная, но и за сдной обрабатываемой повергсяоси. Взлотва колэбашя припуска, з пзрзуз) отарзда, гргасаг б? оясооба пслучэязя заготовка, а таззз еЭ рагаэроз.

Поскольку разделать адшняэ того ала аиого вогмущаыцего фактора зкогюраиаитздьяш путйы прак?ачеоха невозможно, то охзэнка зх воздвйогвия проводилась дутёы стохаотачэского модели-роваш1я да ЭШ.

Моделирование наполнялось на примере точения стали 45, серого чугуна СЧ25, я никелевого сплава 1Н721ВГЮ-ВД с учетом реальных статистических характерном*: рассеяния их овойотв, свойств инструментального материала и припуска на обработку. Процесс моделировался в оптимальных для хавдого матовала условиях по инструменту и режимам обработки. Установлено, что наибольший вклад в амплитуду колебаний силы ризашя с процессе обработки стали, сплаве Х1173МЬТС-1Щ а сирого чугуна вносит

ь

нестабильность' пряпуока соответственно 53,3» 52 я 67^ а в меньшей отепеш - нестабильность механически овойств 46,7, 48 я 33?. Таким образом, одним ва совевши факторов деотабилизадо процесса резания является нестабильность припуска на обработку. Неоднородный со величине. пршуок праводат к формирована® поверхностного слоя о нестабильными свойствами по глубине а дайне обработки; создаёт условия нестабильной работы инструмента, что соответственно уменьшает надёжность процесса обработка.

В этой свяаа предлагается оледутеай вариант управления процессом резаная. Он заключается в предварительном обмере каждой заготовка и назначения параметров режима резания о учётом известного припуска.

На основе теории вероятности были выведены формулы абсолютной Та а относительной величины То оокращения машинного времени обработки Тп партии деталей N , связанного с новым подходом к назначение оптимальных режимов резания.

Та- (Tnvax-MO), (I)

где МО е КлТ + Tmin - математическое ожидание Тм;

6Т = Tmax - Tmir» - колебание Тм;

К - коэффициент, учитывающий вид закона распределения припуска

То = I - МО/1 max (2) .

Эффективность предложенного способа подтверждена машинным экспериментом - 'сравнивались машинное время фрезерования партии деталей в 25 штук из стали Ст 45 без учёта и с учётом колебания попуска. Считалось, что колебание припуска подчиняется нормальному усечённому закону распределения. Сравнение двух вариантов назначения параметров режима резания показало, что уменыяение Тм, связанное с управлением процессом резания методом предварительного .обмера заготовки и соответствующей корректировки

режима обработка s зашсимоотн от габаритного размера заготовка s величины щипусяа достигает 8-30$.

Другой щиаддпдадьйнй подход по отабшизации процесса резания основал ка оошесгном щншнвнаи внепнэа и внутреннее оптимизация обработки резанием. Такое управление должно обеспечить опгямальшй выбор управлявши параметров резаная вае станка (априорная внешняя оптамизащя)., контроль за ходок процеооа на станке, включая контроль за ооотоянаеа роауцего инструмента (диагностирование), а коррегш» условна обработка по результатам диагностирования ( адаптивнее управление).

Коррекг^я паремзтров рбвша резаная моаэт решать две задача. Одна - это стабаяазшял гкачэгая одного ада нескольких да-агнсютгчэоках ср&зяахоз. о цвльа стабалвзада теыпературко-сало-вшс условий обработка. Другой задачей может бить стабили завдя интенсивности изнашивания шютрумента о цел» регулирования его расхода.

Чем полнее процедура внесшей оптимазада управляемых параметров будет учитывать действие возмущений на процеос резания, тем всё меньше будет необходимость в использовании систем диагностики я адаптивного управления.

Обычно рекомендация по режимам резания назначаются по нормативам я справочникам, в расчётных формулах которых использованы оредние значения параметров, процесса. Ислучешше с их помощью рекомендации соответствуй: выполнении технологических ограничений по силе резания, периоду стойкости инструмента, шероховатости обработанной поверхности и т.д. о вероятностью ровной 0.5. При этом в 50$ случаев обработка на постоянном рожнмо резания указанные ограничения могут не выполняться из-за да Латвия возмущающих факторов, процесса. Зтд отклоно'шш должны компенсироваться автоматической коррокадюй паримитров рсшмд

резания - скорости или яодачи, то есть внутренней оптимизацией. Но изменение S приведёт к большим колебаниям Ra .

При использования стохастических методов опиши задай можно обеспечить с вероятностью, равной I , выполнение всех технологических ограничений. Решш повшенной надёжности гарантирует стабильность характеристик шероховатости обработанной поверхности а изнашивание ревущего иксгруиента.

Эффективность такого репеная была подтверждена малинным экспериментом на примере точения заготовка из никелевого сплава ХЁТ?ЗШгЕ-$и В случае обработки на режиме пок-дэнной надёжности яамевепяе сада редкая не вытло за пределы допустимого значения, даалоаоа её ешюйаяля ткешился на 425?, а шероховатости на 32$.

' В третьей главе уаешачивается методика стохастической оптиьшзацгш ярогр^аа торцового фрезерсжжя.

Решена ей аадача ,,стохастической шнаязафг является rsvíop атешалыш параметров, соответствуйте* шжкгуцу (гля максяму-щ) матеглэютаского ожидания критерия оптишжиосга, которгй функцЦ'Оиаяыю зависит от вектора переменных управляемых яарэм©®-рав 1 - „ 12, In) и вектора случайных факторов 16 - i bb.W; , ...,ut ), и удсвлотворяюют »ехнологическаи ог-(разшченйям (вероятностными детормишровашшм). Уровень допус-тшцх .вероятностей дая вероятностных ограничений задается век-®Ф|рога' СЛ = C¿«J , ...,fJ*3 .

В качестве критерия опглш эацяя прошсса торцового §резе~ рованяя конструкцюнных сталей и серых чугунов исдользуйтаг Одна из двух характерютик процесса резаная; утйзяьягя энергоёмкость или технологическая стоимость eópaémm детали С, оп-ределяо;,ше по формулам: •

о 0,6 üt /Li t-),í a; Sí CCS Л} /1! («O'lí «Vf Sí -tlqh-tq? Я, (3) где HW» _ максимальное число щйгез, одновременно находящихся

в работе,

£ - средняя величина усадки стружки.

С = Тм* Ее + Тм/Г ■ (Тем Ее +• E«), (4)

где Т - стоЯкостьинструменга, X см - время смены инструмента, Ее - стоимость стаякомянуты, Ей - затраты на эксплуатадав инструмента за Г.

В качестве управляемых выступают следувдло параметр! обработки: скорость резания, подача на зуб 5? , параметры геометрии инструмента: передняя угол 3 , задний угол , угол в плане ф .

КаздыЙ параметр внбярвется из некоторого заданного дг.ппо--зона, определяемого кинематическими возможностями. станка, лес?--костью технологической сястемьг резания я пределам.®. технологической пелесообразностй для утлое лнстру?ле'пта» Область лкгопе-гая управляемых параметров X. задаёте» ссотпошв'гаяяпАс < 3<, At Я Bi - верхняя и нижняя границы t-rö параметра*

ДЛЯ каядого йайдеяяогб набора управляемые параметров I = X {У, $t , ФУ обеспечиваемся выполнение ограничений;

1, ß& стойкости инструмента'

pufft(*tar) =Т»-Т5С)>UО / (5J

2, Но допустимой ксщяссти резаная

• 3. Яо допустимой сорох'" госта: .обработанной поверсгностз ptfffciX^J-Kft'C^-'iOjWr]. (7)

4. По вероятности; отката, инструмента

= Р 'Е(В)

В число факторов, сяучайшб изкепеййя кбтбрйй уешеатгезя в модели, входят для обрабатываемо?» KäTöpiassi sje'M тл на разрыв 6t г продел тенучеез} , едаойитэадое

сужелло , откосагаяыюо удлцношз, тийрдосхь КЗ; двл инструментального материала: продел прочности пр: изгибе £»ц, твёрдость HRA; для инструмента: торцевое 5r и радиальное б1« биешэ зубьев фрезы, величина припуска на обработку.

Случайные и зменешя воамудаодихфакторов подчинены нормальному усеченному закону распределения, причём часть из наг кор-релировавы меаду собой.

Учёт влияния сцучайяых факторов на выходные характеристика яроцеоса резания производится путём их моделирования по задаваемым статистическим характеристикам этих величин: математическому щздяшго (МО), среднеквадратичному отклонение (СКО), пределам и змонения величины - нижнему (НП) и верхнему (Ш) . Методика моделирования случайного вектора реализована в программе IS5/E, разработанной на ка$одрхэ резания материалов Мооотанкина.

В оптимизируицем блоке стохастической одет омы реализован алгоритм поиска с самообучением. Олшшзадея критерия производится с помощью рада локальных спусков. Глобальность поиска обеспечивается принудительным, уходом из зоны притяжения найденного минимума. Начальная точка локального пояска в допустимой области определяется с помощью метода Монте-Йарло.

Составной частью общей задачи комплексной . • оптимизации процесса резания является задача разбиения припуска на обрабатываемую поверхность заготовки по проходам.

Учёт негативных факторов процзсса резания, связанных о нестабильностью удаляемого припуска, эффективно может быть выполнен мбтодои данаиичоского программирования разбиения припуска по проходам с элементами стохастического программирования,

lia первом шаге выполнения методики в зависимости от квшш-•гата заготовки и готовой догали выбирается по нормативам реко-ыовдуемое число стадий обработки N. Затем рассматривается N

вариантов равбиения припуска по проходам: за один проход, за два прохода, ..., за N проходов. В каждом случае припуск разбивается по задаваемым соотношениям, соответствующим квалитету готовой детали я числу проходов в данном варианте, для каждого иа проходов провернется выполнение технологических ограничений процеооа резания и по заданному кратерт оптимизируются значения управляемы! параметров. Из возможных вариантов разбиешя припуска по минимальному значению критерия выбирается оптимальный.

На основания методика комплексной стохастической оптимиза-щи продаоса резаная разработана система автоматизированного проектирования процэоса торцового фрезерования на станках с ЧПУ. Сиотема решает задачу оптимизации технологических условий процесса торцового фрезерования деталей из конструкционных сталей и серого чугуна с учётом действия возмущающих факторов производства и с обеспечением заданного уровня надёжности.

Система имеет базу технологических данных.

Р четвёртой главе приведены примеры расчёта оптимальных параметров геометрии инструмента и режима торцового фрезерования стала Ст45 и серого чугуна СЧ25, Кроме того, в главе рассмотрены результаты моделирования действия случайных возмущающих факторов на процесс фрезерования и дани рекомендации по по-выше;вш его стабильности.

С помозьп разработанной системы били рассчитаны параметры геометрия инстру^з.чта & , -1 , -редала обработки. V ч 9г дтя различных услсвп" торцового Т-реоагования заготовок II. степени сложности из стати Ог -45, получено:: атамповкой на прессе и из серого чугуна СЧ 25, полученной истодом латья в коглль.

Обработка заготовк:: из Ст 45 велась фрезой с твЗщосплав-¡шмл шастлка;'-! Т15л6, пз СЧ 25 - ¿резой с пластанами ¡.КС. Газ-

мери обработай в обоих олучаях вили олодуицаш: щирааа фрвверо-вшия В - 120 мм, дина нута резаная L » 600 км; досмотр фрезы и число зубьев соха была одпиаковша а имела ооответотвенно значения Д = 200 ш, Z в 16. Обработка вадаоь ва один проход,

Значения параметров регама розалия я геометров аяотрунелтд, соотвегстцущие ышшальясму решенав задача (3) - (8) ври 8ада-шш разков допустимой вэроятнооти шдолнэщя ограничений приведены в таблице.

Анализ раочётов so программа оюищзьцш, учатыьащзй действие случайных вошущеэдах факторов, доказал , та о о ростом требуемой зерояхноота выполнения ограначакай от 0,5 до 1,0 как в случае обработка отали, гак ч яра фремровашш чугуна значения яа$шэтров розаша резания ашзняшоя $ оторону уаэдадванд скорости в в сторону уменьшения подач.

Цоделированде влияния дейотшя случайшос аогаувдодах факторов на выходные характеристика процэоса торцового фрезерования включает три srana: первый 8тал лозвсалзг оцэняхь степень вдз-яшя того или иного возмущаэдего фактора на стабильность процесса; второй этап овязан о оценкой влияния случайны* факторов при иамэненая рехимов резаная - скорости обработка а подачи; тротий этап связан о выявлением вавасаыоста выходных параметров npoipcca фрезерования от доверительной вэроятнооти выполнения технологических огршшчений и ооответствущих ей оптимальных параметров реаама резания.

Результаты моделирования показали, что совместное действие случайных факторов при постоянстве управляемых параметров торцового фрезерования приводит к значительному разбросу всех исследуемых характеристик процесса розшшя (стойкость инструмента Т , сила резаная Р, удолышя энергоёмкость '/ , себестоимость обработки С, моцнооть розшшяN, шероховатость обработанной

Тайга на

Параметры геометрии инструмента и режима горнового фрезерования в зависимости от доверительной вероят-ностд выполнения ограничений

р V ,м/мин Бг,мм/зу<5

Результаты расчёта с ианимазавдей 17*1 ограничением N£11 КВт для стали Ст45

0,5 ieo.es 0,07 - 3,43 18,97 42,90

0,6 190,25 0,07 - 2,9 17,99 42,88

0,7 190,4' 0,065 - 3,71 19,17 43,06

0,8 208,55 0,05 - 3,43 20,11 41,5

0,9 211,31 0,055 - 3,38 15,8 43,03

1.0 219,30 0,05 - 3,38 19,21 43,10

Результата расчйга о шшшизацшй/? и ограниченном N4 5,5 КВт для стали Сг45

0,5 125,75 0,055 - 2,91 13,99 83,68

1,0 132.С5 0,03 2,33 19,86 52,84

Результаты расчёта с тшшзацяеЯ С и ограниченном N ^ II ХВт для чугуна СЧ25

0,5 267,32 0,127 4,76 11,78 70, [2

0,6 282,62 0,117 4,6 5,48 70,4

0,7 216,13 0,100 4,71 11,2 61,3

О.Ь ЗОБ,73 0,К'1 5,12 10,3

0,0 320,05 0,1.15 12 ,4 72,0

1,0 331,Й1- 0,1'1 . 1и ,35 75,36

повэрхноота Ra , её макрогвйвдооть HV а ваклвп N' ).

Совместное действие случайных факторов оказывает большое влияние на рвосвлвоине огойкости инструмента я шиш резаная. Установлено, что колебание периода отойкоота фразы nja обработке стала ткез достигать 5,7 рва, ш резаная - 2,3 раза; при обработке чугуна соответственно II,2( 4 раза на одной реяше.

Действие воаыущавдих факторох на нвотабильнооть стойкооти фрезы при обработке, чугуна намного бсшше, чем при обработке стали. Коэф&ивдант вариадаа инструмента (КБ) соответственно имеет значений: 106,04 ; 32,2%. Наиболшее вшянив на раосеива-, кио стойкости оказывает кола баше физико-механических овойотв инструментального материала (Ш). КВ отойкоота от ИМ ооотавдяет при фрезеровании стали 24,56$, чугуна - 77,27^, тогда как от колебания свойств обрабатываемого материала ооответотвенао S.76; 38,Bf, а от нестабильности припуска -9,62; 12,47^.

Рассеивание ошш резаная в бшшзей степени определяется колебанием припуска на обработку - КВ силы nja обработке отели составляет 12,24$; чугуна - 12,9в£,

На вторш в тале моделирования и зучалооь влияние воодущав-цих факторов на стабильность процэоса фрезерования при и амонения подачи 5г и скорооти V резаная, Исследование проводилось на следующих даапозонах изменений V & 5* : при обработке стали - V,= 160 - 260 м/мин, $г = 0,04 - 0,1 мм;, при обработке чугуна - V = 220 - 320 и/т в, Si « 0,08 - 0,13 ш.

повышенав V в исоледовашоы даапозоне приводит к уменьшению Стойкости фрезы, оё среднеквадратичного отклонения и Ки - при обработке стали СКО уменшаетоя в 10,7 раз, КВ - в 2 раза; при обработке чугуна - СКО в 3,3 раза,'КВ - на 12%. Повышение подачи способствует уменьшению СКО для стали - в .3 раза, дая чугуна - в 1,7 раз.

26,4

0.06

0,08

Sz,i"i

Рдо, I« Зашсямсмь У.0Я СКО.КБ петиода стоПкоета инструмента njïïi брозвротгад стали Ст45 oí а) скорей: розапня, б) подачи.

Ha jfío, I доказана зависимость периода стойкости инструмента, его СКО и КВ от скорооиа а подача при фрезеровании стали Сх 45.

Пеаен8на9 скорости ока ¡ада de веболшов влияние на отатио-•гичоские характеристика силы резшшя» Увеличение подача яра водит к увеличению СКО силы пр фразеровашй стали в 2,5 раза,

ч

чугуна - в 1,6 раз.

Третий этап анализа влияния воамуидащвд: факторов на стабильность процесса фрезерования в зависимости от вероягноста выполнения технологических огршшчеиай показал, что при увеличении уровня надёаностя СКО и КВ вмхсдяшс параметров процеооа уменьшаются. Коэффициент зсшре«йй стойкости фрезы пра обработке стала уменышоя ¡m ¡5,35$, при обработке чугуна - на 6,19$, Дскпшадае-более стабильного ре шла фрезерования связано с более шсокой себестоимость*) обработки, но в то se время способствует аовшюняю качеогва обработанной повзрхдаста,

Таюш образ о:.!, одним аз способов довшвкия стабалзкоогн процзсса фрезерования явдяегшг штаюзэаадя параметров решка разания и геометрии инструмента о учётом дейотшя случайных (факторов и с управлением надёжности) просрсса.

Другим методой повышения стабильности является комплексное уыеншоше.расоеивашая возмущащах факторов производства.

основные вшюда шин

I, и диооортацаи романа адучная задача . опта- • /даадан стохастического прсщрооа торцового фрезерование, которая учитывает дейотане воанущздшс факторов производства (ко-дабашо фйэико-ыехакичеоких ояойотв обрабатываемого и инструментального материалов, нести бшшшагь нрцпуока заготовки,

биение зубьев фрезы) и обеспечивает определенную степень надежности процесса резания по вероятности выполнения технологически* ограничений.

2. На основе разработанной методики автоматизированного проектирования торцового фрезерования конструкционных сталей я серых чугунов осуществляется оптимизация процесса резания,определяющая режим обработки и геометрию инструмента. Соответствующее программное обеспечение реализовано на языка фортран 1У ОСЮ 8Ш,

3. Разработанная методика разбиения припуска позволяет разбивать припуск яа механообработку по проходам при нестабильных «го значениях с учетом надежности процесса резания.

4. Анализ расчетов по программе оптимизация, учитывающей действие случайных факторов, показал, что о ростом уровня надежности процесса торцового фрезерования стали Ст45 и чугуна СЧ25 значения параметров режима обработки изменяются в сторону увеличения скорости к в сторону уменьшения подач.

5. Моделированием случайного воздействия возмущахтох ¡акторов при помощи ЭШ получена количественная и качественная оценка их влияния на выходные характеристики процесса торцового фрезерования стали Ст45 я чугуна С125. Установлено, что колебание периода стойкости инструмента при обработка стали может достигать 5,7 раз, силы резания - 2,3 раза; при обработке чугуна нестабильность стойкости достигает 11,2 раз, силы резания - 4 раз на одном режиме. Наибольшее влияние га рассеивание стойкости инструмента оказывает колебания [изико-мехаотческих свойств инструментального материала, на рассеивание силы резания - нестабильность припуска на обработку.

6. Исследование изменения статистических характеристик выходных параметров торцового фрезерования при варьировании параметров ражима обработал: подачи л скорости резания позволяло

установить, что повышенна скорости и подачи в исследуемых диапазонам приводит к уменьшению стойкости инструмента, ее среднеквадратичного отклонения и коффициента вариации. На статистические характеристики силы резания изменение скорости оказывает небольшое влияние, с увеличением же подачи сила реаания а ее рассеивание значительно возрастают.

7, Достикание стабильности процесса рэаания возможно на режима максимальной вероятности выполнения ограничений. Ери увеличении вероятности выполнения ограничений от 0,5 до 1,0 коэффициент вариации стойкости инструмента при фрезеровании стали умавьшаигся на 5,35?, при обработке чутуна - на 6,19%.

8. Повышение уровня надежности управления обработкой реаа-цаам сникает экономические показатели прцасса и в то на время способствует повышению качества обработанной поверхности, а так-хэ обеспечивает работу с гарантированной стойкость» инструмента пра всех возможных изменениях случайных факторов, что особенно важно при проектировании технологических операций для гибких автоматизированных комплексов отанкоа с ЧДУ.

Печатни в работе по диссертации

1. Старков В.К,, Арятжулова Е.В. Влияние нестабильности щяшуска на уровень оптимальных режимов автоматизированной обработки резанием. - Станкия. -Ы., 1990. - 12о. - блблиогр.:

I назв. - Руо, - Деп. ВНШТЭМР.

2. Старков В.К., Ариткулова Е.В. Елшгао олтишэации и диагностики состояния режущего инструмента на качество изготовления деталей// Новая технология, оборудование, оснастка и инструмент для механической обработки и сборки: Сб. ст. -

М., 1990. - С.124-128,

3. Старков В.К., Ариткулова Е.В. Оптимизация разбиения припуска на механообработку по проходам при нестабильных его значениях// Актуальные проблемы машиностроения на современном втапе: Тез. докл. - Владимир, 1991, - С.50-52.