Технологічні основи забезпечення якості і підвищення стабільності високопродуктивного чистового та тонкого шліфування

Поточний радіус-вектор заготовки після j-го оберту обчислюється по його значенню після j-1 оберту і величині радіального знімання матеріалу

. (36)

Відхилення форми заготовки після j-го контакту визначаються різницею між максимальним і мінімальним значеннями радіус-векторів поверхні

, (37)

Поточне значення висоти профілю шорсткості поверхні деталі, відлічуване від лінії виступів шорсткості має вигляд:

(38)

де , якщо нижня границя шару шорсткості поверхні після j-го проходу не змінює свого положення; , якщо нижня границя шорсткості переміщається в глиб матеріалу; - шорсткість, яка формується при j-му контакті.

Для глибини дефектного шару , незалежно від (36), але з тими ж позначеннями:

(37)

де - дефектний шар, що формується при j-м контакті.

При рівних умовах перевага віддається варіанту з меншою глибиною дефектного шару. Поточний припуск після j-го обороту обчислюється по його значенню після j-1 оберту і величині радіального знімання матеріалу

. (38)

Початковий стан об'єкту відповідає параметрам заготовці в момент її установки на верстат:

; ; ; . (39)

Кінцевий стан об'єкту повинен відповідати технічним вимогам на деталь

, ;

де , - допуск на виготовлення деталі.

; ; ; . (40)

Нерівності (40) справедливі для кінця циклу обробки деталі, після того, як буде знятий весь припуск на шліфування. У процесі обробки параметри якості виробу можуть відрізнятися від вимог креслення. Однак вони протягом усього циклу повинні знаходитись в заданій області значень, при яких досяжні необхідні параметри якості деталі

, (41)

де - припуск, що залишився не вилученим після j-го контакту поверхні з шліфувальним кругом.

Аналогічні нерівності можуть бути записані для глибини дефектного шару

(42)

і просторових відхилень форми заготівлі

(43)

Крім розглянутих, на процес шліфування накладається ряд обмежень, обумовлених технічними характеристиками верстата і технологічної системи процесу чистового і тонкого шліфування.

До таких обмежень відноситься:

- для комбінованого процесу напруга , подавана в зону обробки. Воно може обмежуватися потужністю живильного генератора і твердістю його вольтамперної характеристики:

; (45)

- фактична глибина різання . Виходячи з допущень, прийнятих у главі 3, не повинна перевищувати відстані, рівної максимальному вильоту зерна над зв'язуванням

, (46)

а також ряд інших технологічних обмежень, докладно розглянутих у роботі стосовно до конкретних технологічним процесам обробки.

Апробація запропонованої методики, здійснювалося в рамках господарсько договірної тематики проведеної кафедрою технологи машинобудування СевНТУ для операції шліфування опорних шийок розподільного вала двигуна МеМЗ - 245. і при шліфуванні деталей вирубних штампів із введенням у зону обробки додаткової електричної енергії .

Рис.4. Приклад циклів програмного керування операцією круглого зовнішнього шліфування шийок розподільних валів з урахуванням зміни властивостей кола за період стійкості. 1, 2, 3 - траєкторії зміни ; для 1-ої, 2-ої і 3-ої деталі відповідно;4, 5, 6 - траєкторії зміни для 1-ої, 2-ої і 3-ої деталі відповідно 8 - траєкторія зміни для 1-ої деталі.

Отримані результати обробки партії деталей дозволили підвищити продуктивність (у середньому в 2 рази), але не забезпечили заданої стабільності якості, унаслідок підвищення чутливості ТС до випадкових збурювань у ході ТП., що зажадало вживання заходів по стабілізації характеристик процесу. При цьому розрахунковий технологічний цикл розглядається як програмне керування, а підсистема із зворотними зв'язками забезпечує стабілізацію параметрів щодо програмного керування як номінальної траєкторії в просторі станів

В шостому розділі дисертації здійснений синтез системи динамічної стабілізації порогових граничних технологічних циклів.

Таке рішення може бути отримане на основі теорії стохастичного керування. Відповідно до принципу поділу цей підхід реалізується послідовним з'єднанням оптимального фільтра, що оцінює стан системи (у тому числі і простору станів, де неспостерігаються безпосередньо координати,) і оптимального детермінованого регулятора, побудованого на підставі отриманих оптимальних оцінок.

Існує можливість виміру координат з похибками , обумовленими характеристиками вимірників і характеризуемые незалежними гаусовими білими шумами з нульовими середніми і ковариаційною матрицею _v

(47)

а глибина різання визначається співвідношенням

(48)

Система рівнянь, що представляє опис поводження динамічної системи у відхиленнях від номінального режиму в матричній формі простору станів, має вид:

 , (49)

де

; ;

- матриця похідних стану динамічної системи , матриця стану системи і матриця, що визначає динамічні властивості тієї ж системи,

координати відхилень центра шліфувального кругу та заготовки,

похідні зазначених координат, відповідно,

; ; ; ;

- блочна матриця, матриці блоків коефіцієнтів керувань; матриця керувань динамічною системою; матриці коефіцієнтів впливів внаслідок відхилення форми деталі від номінальної форми і матриця зазначених відхилень форми, відповідно;

- матриця вимірів, матриця інтенсивностей шумів вимірників; матриця незалежних гаусових білих шумів вимірників одиничної інтенсивності, матриця глибини різання і матриця перетворення сукупних вимірів.

Оцінена в такий спосіб глибина різання невільна як від похибок, обумовлених якістю процесу вимірів шумами вимірників, так і від впливу випадкових складових відхилення форм деталі і шліфувального круга від номінальних. Безпосереднє одержання швидкості процесу різання диференціюванням визначеної відповідно до співвідношень (49) глибини різання t_f недоцільне внаслідок присутності шумів у сукупних вимірах.

Для вирішення задачі визначення швидкості процесу різання може бути побудована система спостережень у формі фільтра Калмана. При цьому також необхідно перетворити і рівняння спостереження системи з метою відновлення станів (47), (48), які підлягають контролю, що дозволяє одержати:

, (50)

де матриці збігаються з такими ж матрицями в співвідношеннях (49),

; ; ;.

Кожне відхилення форми від номінальної і їхні похідні мають випадковий характер і можуть бути охарактеризовані гаусово-марковськими випадковими процесами другого порядку з кореляційними функціями вигляду

, (51)

де - окружна швидкість круга і деталі, відповідно, - параметри кореляційної функції, які можуть бути визначені експериментально.

У практично важливих випадках ефекти, зумовлювані взаємнокореляційними функціями процесів і відповідними енергетичними взаємними спектральними щільностями малі щодо енергетичних спектральних характеристик круга і деталі.

Для завдання статистичних характеристик динаміки шумів збудження з використанням експериментальних статистичних характеристик форми шліфувального круга методами формуючих фільтрів у роботі побудовано опис динамічних характеристик статистично еквівалентних збурювань. Для таких випадкових процесів тим же методом побудовано розширений формуючий фільтр, який дозволяє представити третій додаток першого рівняння системи (50) еквівалентними параметрами і перемінними рівнянь стану формуючих фільтрів

, (52)

де

;;

- допоміжні стани формуючого фільтра; - незалежні між собою і шумами вимірів V_o гаусові білі шуми одиничної інтенсивності.

З врахуванням (52) розширена модель системи (49) здобуває вигляд:

, (53)

де, додатково, .

Перше і друге рівняння системи (53) доцільно представити у формі:

(54)

Вигляд і структура матриць у співвідношеннях (54) однозначно визначаються системою (53).

Для системи (54) можна побудувати оптимальне середньоквадратичне оцінювання стану системи у формі фільтра Калмана.

Мінімально досяжна дисперсія оцінок стану системи (54) може бути оцінена матричним рівнянням Ріккаті вигляду :

(55)

Матриця коефіцієнтів підсилення фільтра Калмана визначається наступною системою рівнянь:

 . (56)

З обліком (55), (56) алгоритм фільтрації спостережень визначається матричними рівняннями:

. (57)

Рис. 5.- Залежність коефіцієнтів підсилення фільтра від часу

Рис. 6 - Залежність дисперсії оцінок від часу.

Співвідношення (56), (57) дозволяють використовувати результати вимірів координат у процесі обробки деталі з метою побудови оцінок параметрів процесу обробки. Ці оцінки є оптимальними за умови гаусовості шумів вимірів і збуджень.

На основі теореми поділу оптимальний за змістом (58) регулятор будується в детермінованій постановці з використанням результатів оцінок, наведених вище:

. (58)

Так як w(t), v(t) - є незалежними білими шумами з інтенсивностями Q₂ і R₂ , відповідно, то керування є незміщеним та оптимальним для стохастичної постановки. Тому для алгоритму керування справедлива наступна структура:

, (59)

де , яке забезпечує властивість стабілізуємості вихідної динамічної системи, а матриця Р₁ задовольняє рівнянню

Тоді опис динаміки ТС із регулятором набуває вигляд:

. (60)

Замкнутий контур регулювання, який складається з об'єкту, фільтру і регулятору, для технологічної системи чистового і тонкого шліфування (Рис. 2), описується узагальненою системою диференціальних рівнянь

(61)

Виробничі іспити розробленої методики дозволяють зробити висновок, що запропонована стратегія керування зі стабілізацією циклів шліфування з оцінкою параметрів технологічної системи, є важливим резервом підвищення ефективності операцій шліфування в автоматизованому виробництві. При використанні запропонованої методики керування продуктивність операцій шліфування збільшується на 20-25% при одночасній стабілізації параметрів якості оброблених деталей у порівнянні з існуючою на підприємстві технологією.

В сьомому розділі наведені результати впровадження дисертаційної роботи на вітчизняних підприємствах.

Виробничі іспити показали, що при обробці виробів на операціях чистового і тонкого шліфування, в порівнянні з традиційними методами, стабільно забезпечується висока якість поверхонь. При обробці шийок розподільного валу дисперсія за розмірами поверхонь зменшується в 1,4 рази, по шорсткості поверхні - в 2,5 рази, по биттю відносно осі - в 1,85 рази, для колінчатого валу дисперсія за розмірами поверхонь зменшується в 1,2 рази, по шорсткості поверхні - в 1,25 рази, по биттю відносно осі - в 1,35 рази. Одночасно підвищується продуктивність операцій: у середньому при шліфуванні шийок розподільного валу - на 20%, шийок колінчатого валу - на 25%, ведучого валу коробки передач - на 25%. Розроблені технологічні основи забезпечення стабільності параметрів якості дозволяють здійснювати обробку виробів з гарантованою якістю при мінімальних витратах і максимальній продуктивності на операціях чистового і тонкого шліфування. На Мелітопольському моторному заводі у рамках комплексної програми “Автомобіль України 2000” Мінмашоборонпрому здійснене впровадження результатів проведених досліджень. Річний економічний ефект при обробці деталей штампового оснащення склав 17 187 карбованців у рік (на жовтень 1991 р.), при обробці деталей автомобілів -150.000.000 крб. на один верстат у рік (за цінами 1995 року) і 14597 гривень на один верстат (за цінами 2000 р.).

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Для забезпечення стабільності параметрів якості шліфованих поверхонь при високопродуктивному чистовому і тонкому шліфуванні операція розглянута як динамічна система, де процес формоутворення поверхні досліджується не тільки в просторі, але й за часом. На основі системного підходу розглянута структура операції шліфування, сформульовані основні положення і принципи аналізу цього процесу. При структурному аналізі операція шліфування розчленована по функціональних ознаках на підсистеми верстат - пристосування, шліфувальний круг, заготовка, ЗОР, правлячий інструмент, зона правки, зона контакту. Визначено вхідні і вихідні перемінні та параметри станів кожної з підсистем.

2. Показано, що параметри технологічної системи можуть змінюватися за часом, передбачуваним і непередбаченим чином під дією різних чинників. Важливим показником якості технологічних систем обробки деталей і особливо ТС фінішних операцій є їхня стабільність. Відсутність стабільності при традиційних технологіях неминуче призводить до розкиду показників якості продукції, яка випускається. При форсованих технологічних режимах в силу зростання чутливості ТС до збурюючих чинників спостерігається втрата стабільності ТС і ТП.

3. Сформульовано і введено нове технологічне поняття порогового граничного циклу шліфування. Воно засноване на властивості досяжності стабільності заданої якості випускаємої продукції, що характеризує випуск виробів з гарантованими параметрами якості, незалежно від часу виготовлення і від впливу зовнішніх чинників, які знаходяться в деяких межах і визначають граничні параметри технологічних циклів.

4. Висунуто наукове положення про можливість забезпечення гарантованої якості виробів на операціях високопродуктивного чистового і тонкого шліфування, підданих впливу випадкових обурюючих чинників в умовах реалізації порогових граничних циклів, при наявності безупинної діагностики стану ТП і здійсненні динамічної стабілізації параметрів технологічного циклу безпосередньо в процесі обробки.

5. Показано, що побудова граничних циклів можлива за рахунок створення більш адекватних моделей процесу, які враховують зміну стану технологічної системи за часом.

6. Для створення адекватної моделі розглянута схема процесу шліфування, у якій враховане те, що абразивні зерна: не мають регулярної геометрії; розташовані на робочій поверхні інструменту на різних рівнях; при роботі зношуються і руйнуються. При аналізі процесу шліфування враховано, що радіус-вектори інструменту і заготовки випадкові, а їхні центри обертання зміщуються один відносно другого не тільки внаслідок наявності подач, але й внаслідок температурних та пружних деформацій. На основі розглянутої схеми процесу шліфування і основних положень теорії абразивної обробки розроблені залежності для обчислення імовірності видалення матеріалу в будь-якій точці зони контакту з урахуванням декількох одночасно протікаючих процесів формоутворення. Вони дозволяють прогнозувати знімання матеріалу, диференційовано оцінювати вплив окремих чинників на параметри якості деталі та швидкість протікання процесу.

7. Розроблена динамічна теоретико-вірогіднісна модель зносу абразивно-алмазного інструменту з урахуванням ерозійних процесів, які впливають на зв'язування абразивних зерен в шарі кругу. При побудові враховані розмірний знос, процеси сколювання і виривання одиничних абразивних зерен із зв'язки під дією складових сил різання, з урахуванням імовірності контакту зерен з металом, величини площинок зносу і дійсної глибини мікрорізання.

8. Встановлено, що основними причинами появи відхилень параметрів якості шліфованих поверхонь, є відхилення форми інструменту та вібрації в технологічній системі. На етапі врізання в межах ділянки заготовки, утвореної за один оберт шліфувального круга при одноразовому взаємному їх торканні, має місце часткова відсутність контакту; крок хвилястості відповідає числу хвиль на інструменті. Після здійснення наступних контактів періодичність кроку хвилястості відсутня унаслідок суперпозиції коливань і самоперерізания хвиль. За період стійкості інструмента збільшуються не тільки середні значення, але і дисперсії відхилень від округлості і хвилястості на його робочій поверхні. У шліфувального круга значимі амплітуди першої і переважаючої високочастотних гармонік. Вони є причинами утворення на деталі відповідно огранювання і хвилястості, які зростають з часом роботи інструменту.

9. Виконані експерименти по вивченню механізму створення обробленої поверхні підтверджують гіпотезу про необхідність дослідження показників якості обробки деталей на підставі аналізу динамічної взаємодії шліфувального кругу і заготовки, профіль і взаємне положення яких змінюються за часом.

10. Розроблено формалізований математичний опис операції чистового і тонкого шліфування, що дозволяє для будь-якого моменту часу при різних алгоритмах зміни режиму визначати фазові координати технологічної системи (взаємне розташування інструмента і заготовки, параметри зони контакту "інструмент-заготовка"), параметри якості оброблюваної поверхні (шорсткість, розміри, відхилення форми, фізико-механічний стан поверхневого шару, тощо), вихідні параметри процесу (швидкість знімання припуску, знос інструменту). Розроблений математичний опис дозволяє вирішити задачу побудови порогових граничних циклів керування операцією чистового і тонкого шліфування, при яких забезпечується мінімально можливий машинний час, мінімальна собівартість обробки деталей при обмеженнях якості поверхні виробу не гірше необхідного за прийнятою технологією. Виконані розрахунки дозволили визначити програмне керування для операцій чистового і тонкого шліфування опорних шийок розподільного валу двигуна МЕМЗ-245 (сталь 40Х) і деталей вирубних штампів (ВК20), для яких необхідно здійснювати стабілізацію параметрів технологічного процесу.

11. Встановлено закономірності динаміки формування знімання матеріалу, зносу інструменту і вихідних параметрів якості виробів на основі створення теоретико-вірогіднісної моделі і прогнозування стану ТС та обліку динаміки взаємодії інструменту і заготовки в процесі чистового і тонкого шліфування.

12. При обробці виробів на операціях чистового і тонкого шліфування спостерігається тісний зв'язок вихідних перемінних із вхідними перемінними і алгоритмом керування. На технологічну систему операції шліфування впливає комплекс збурюючих чинників, які викликають розкид показників якості оброблюваних деталей. Основним джерелом збурювань у технологічній системі є варіації форми шліфувального кругу. Відхилення форми шліфувального кругу в стохастичному режимі мають випадковий характер і породжують шум збудження системи. Внаслідок впливу на технологічну систему збурюючих чинників, фазові координати об'єкту можуть бути обмірені з істотними випадковими помилками. Для реалізації оптимального керування процесом необхідно оцінювати його стан.

13. Розроблено математичну модель процесу взаємодії шліфувального круга і заготовки, яка враховує вплив варіацій форми шліфувального круга і її спектральний склад, що дозволяє описувати відхилення стану технологічної системи від номінального режиму в реальному масштабі часу. На основі розроблених моделей для операції чистового і тонкого шліфування та теорії фільтрації Калмана-Бюсі синтезована підсистема оцінки вектора стану з мінімально досяжною середньоквадратичною похибкою (стохастичний спостерігач) і зроблене визначення його параметрів.

14. Побудований стохастичний спостерігач дозволяє здійснювати безупинну діагностику стану операції чистового і тонкого шліфування з урахуванням стохастичної природи, що дає можливість одержувати інформацію про стани ТП безпосередньо в процесі обробки.

15. На основі розроблених математичних моделей і отриманих оцінок стану синтезована САК операцією чистового і тонкого шліфування, застосування якої дозволяє стабілізувати режими процесу та ефективно використовувати порогові граничні цикли без втрати стабільності показників якості виробів.

16. На Мелітопольському моторному заводі в рамках комплексної програми “Автомобіль України 2000” Мінмашоборонпрому річний економічний ефект при обробці деталей штампового оснащення склав 17 187 карбованців у рік (на жовтень 1991 р.), при обробці деталей автомобілів -150.000.000 крб. на один верстат у рік (за цінами 1995 р.) і 14597 гривень на один верстат (за цінами 2000 р.).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Братан С.М. Вероятностный подход при имитационном моделировании электроэрозионного шлифования //Вестник СевГТУ: Сер. Автоматизация процессов и управление: Сб. науч. тр. - Севастополь, 1997 - Вып.7.-С.140-144.

2. Братан С.М Управление процессами шлифования путем стабилизации технологической системы. //Прогрессивные технологии и системы машиностроения: сборник трудов международный научно технической конференции. - Донецк: ДонГТУ, 1997-С.35-36.

3. Братан С.М. Стабилизация волнистости шлифованных поверхностей за счет построения циклов управления на основе теоретико-вероятностных моделей //Вестник СевГТУ: Сер. Автоматизация процессов и управление: Сб. науч. тр. - Севастополь, 1998 - Вып.14 - С.157-160.

4. Братан С.М. Моделирование микрорельефа при шлифовании деталей с износостойкими покрытиями //Вестник СевГТУ: Сер. Механика, энергетика, экология: Сб. науч. тр. - Севастополь, 1998 - Вып.15 - С. 47-51.

5. Братан C.M. Моделирование съема материала при финишной обработке деталей с износостойкими керамическими покрытиями //Резание и инструмент в технологических системах.- Межд. научн.-техн. сборник - Харьков: ХГПУ, 1998. - Вып.- 52 - С.17-23.

6. Братан С.М. Управление процессами шлифования путем стабилизации технологической системы в оптимально возможном состоянии //Высокие технологии в машиностроении. Сборник научных трудов ХГПУ -Харьков, 1998 - С.55-56.

7. Братан С.М. Синтез динамической модели операции шлифования //Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр. - Севастополь, СевГТУ, 1999 - Вып.1 - С. 177-181.

8. Братан С.М. Концепция решения задач управления оборудованием на операциях шлифования //Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр. СевГТУ - Севастополь, 1999 - Вып.2 - С.124-129.

9. Братан С.М. Управление операцией плоского шлифования с динамической стабилизацией параметров технологического цикла //Резание и инструмент в технологических системах. - Межд. научн.-техн. сборник, - Харьков, ХГПУ, 2000 - Вып. 57 - С. 17-23.

10. Братан С.М. Синтез подсистемы наблюдений для операции плоского шлифования //Високі технології в машинобудуванні. Зб. наук. праць ХДПУ, -Харків, 2000 - Вип. 1(3) - С. 22-31.

11. Братан С.М. Расширенная модель объекта для операции плоского шлифования //Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр. СевГТУ, - Севастополь, 2000 - Вып. 3 - С. 74-77.

12. Братан С.М. Идентификация параметров съема при комбинированном шлифовании токопроводных керамических материалов //Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Меж.нар.сб.науч.тр. - Донецк: ДонГТУ, - 2000 - Вып. 9 - С. 24-32.

13. Братан С.М. Динамическая модель процесса круглого наружного шлифования // Вестник СевГТУ: Сер. Автоматизация процессов и управление: Сб. науч. тр. - Севастополь, - 2000 - Вып. 27 - С. 183-185.

14. Братан С.М. Экспериментальные исследования случайных размерных параметров шлифовального круга и построение аналитических зависимостей для оценки влияния его рельефа на входные шумы операции шлифования //Нові матеріали і технології в металургії: Науковий журнал ЗДТУ, - Запорiжжя, - 2000 - Вып.1 - С. 83-86.

15. Братан С.М Построение подсистемы динамической диагностики для оценки непосредственно ненаблюдаемых параметров при чистовом и тонком шлифовании //Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: зб. наук. пр. в 2-х ч. ч. 2. - Луганськ: вид-во СНУ ім. В. Даля, 2004 - С. 182-191.

16. Братан С.М. Методология обеспечения качества и повышения стабильности высокопроизводительного чистового и тонкого шлифования //Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія “Машинобудування і машинознавство”: Меж.нар.сб.науч. тр. - Донецк: ДонГТУ, -2005 - Вып. 92 - С. 15-25.

17. Братан C.M. Обеспечение качества и повышение стабильности обработки при чистовом и тонком шлифовании.Часть 1 //Резание и инструмент в технологических системах.- Меж.науч.тех.сб. - Харьков: ХГПУ, - 2005 - Вып. 68 - С. 34-39.

18. Братан C.M. Обеспечение качества и повышение стабильности обработки при чистовом и тонком шлифовании .Часть 2 //Резание и инструмент в технологических системах.- Меж.науч.тех.сб. - Харьков: ХГПУ, - 2005 - Вып. 69 - С. 7-13.

19. Братан C.M. Обеспечение качества и повышение стабильности обработки при чистовом и тонком шлифовании .Часть 3 //Резание и инструмент в технологических системах.- Меж.науч.тех.сб. - Харьков: ХГПУ, - 2005 - Вып. 69 - С. 13-20.

20. Братан С.М. Автоматизация процессов абразивной и комбинированной обработки с обеспечением требуемого качества детали //Тезисы докладов Всесоюз.конф. “Пути повышения эффективности обработки материалов резанием в машиностроении”. Л: ЛДНТП, - 1991, - С. 18-19

21. Братан С.М. Влияние технологических факторов на силы резания при анодно- механическом шлифовании //Оптимизация производственных процессов: Сб.науч.тр. - Севастополь,- 1994 - С. 40-43.

22. Братан C.M., Крылов И.В. Моделирование пространственного расположения инструмента относительно заготовки при шлифовании изделий на станках с ЧПУ //Вестник СевГТУ: Сер. Автоматизация процессов и управление: Сб.науч.тр. - Севастополь, 1998 - Вып.14 - С.140-143.

23. Братан С.М., Крылов И.В. Оценка параметров состояния технологических систем при круглом наружном шлифовании //Резание и инструмент в технологических системах.- Межд. научн.-техн. сборник. - Харьков. ХГПУ, 1999 - Вып.54 - С. 38-41.

24. Братан C.M., Новоселов Ю.К. Управление операцией шлифования в автоматизированном производстве //Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. - Сб.статей межд.научн.-техн.конф. - Волгоград, Волжский, Волжский инженерно строительный институт, филиал ВолгГАСА , 1999 - С. 233-237.

25. Братан С.М., Петров Д.В. Прогнозирование межэлектродного зазора для построения автоматических циклов управления операцией комбинированного шлифования //Вестник СевГТУ: Сер. Автоматизация процессов и управление: Сб.науч.тр. - Севастополь, 1996 - Вып.2.-С.153-156.

26. Братан C.M., Каинов Д.А, Новоселов Ю.К. Вероятностный подход при моделировании электро-эрозионного разрушения связки инструмента //Резание и инструмент в технологических системах.- Меж.нар.науч.-тех.сб. - Харьков: ХГПУ, - 2000 - Вып.57 - С. 11-16.

27. Братан C.M., Каинов Д.А., Крылов И.В., Новоселов Ю.К. Разработка циклов управления операцией круглого наружного шлифования с учетом износа абразивного инструмента //Резание и инструмент в технологических системах.- Меж.науч.тех.сб. - Харьков: ХГПУ, - 2001 - Вып. 60 - С. 19-26.

28. Братан C.M., Новоселов Ю.К., Каинов Д.А. Моделирование взаимодействия шлифовального круга с заготовкой //Вестник СевГТУ: Сер. Механика, энергетика, экология: Сб.науч.тр. - Севастополь, - 2001 - Вып.30 - С. 12-16.

29. Братан C.M., Каинов Д.А., Новоселов Ю.К. Оценка параметров зоны контакта заготовки с инструментом при круглом наружном шлифовании //Високі технології в машинобудуванні. Зб.наук.пр. ХДПУ: Харків, - 2001 - Вип.1(4) - С. 73-78.

30. Братан С.М., Каинов Д.А., Крылов И.В. Моделирование состояния шлифовального круга за счет направленного электроэрозионного разрушения связки инструмента //Оптимизация производственных процессов: Сб.науч.тр. СевГТУ, - Севастополь, - 2001- Вып.4 - С. 105-110.

31. Братан C.M., Каинов Д.А., Новоселов Ю.К.,Крылов И.В. Оценка фактической глубины резания при круглом наружном шлифовании //Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. - Сб.ст.меж.науч.тех.конф. - Волгоград, Волжский: Волжский инженерно строительный институт, филиал ВолгГАСА , - 2002 - С. 172-175.

32. Братан C.M., Новоселов Ю.К., Каинов Д.А. Оценка распределения длин стружек при чистовом и тонком шлифовании //Резание и инструмент в технологических системах.- Меж.науч.тех.сб.- Харьков: ХГПУ, - 2003 - Вып.64 - С. 31-36.

33. Братан С.М., Крылов И.В. Разработка модели износа абразивного инструмента при АМШ //Оптимизация производственных процессов: Сб.науч.тр. - Севастополь,- 1994 - С. 46-49.

34. Братан С.М., Новоселов Ю.К., Сидоров Д.Е. Взаимосвязь перемещений в технологической системе при чистовом и тонком шлифовании //Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр. - Севастополь, 2005 - Вып.8 - С.79-85.

35. Братан С.М., Крылов И.В. Моделирование формообразующих элементов рабочей поверхности инструмента при комбинированном шлифовании //“Интенсификация машиностроительного производства”. сб. науч.тр. - Севастополь: - СФ РДЭНТП общества “Знание” Украины,- СВВМИУ, - СПИ - 1993 - С. 12-28.

36. Новоселов Ю. К., Братан С.М., Крылов И.В. Адаптивное регулирование процессом шлифования валов. //Резание и инструмент в технологических системах.- Меж.науч.тех.сб.- Харьков: ХГПУ, - 1999 - Вып. 55 - С. 173-182.

37. Новоселов Ю.К., Братан С.М., Каинов Д.А. Моделирование случайных компонент профиля абразивного круга //Тр. Одесского политехнического ун-та. Науч.произв.практ.сб. по техническим и естественным наукам. -Одесса, - 2001 - Вип.5 - С. 70-74.

38. Новоселов Ю.К., Братан С.М., Крылов И.В. Стратегия управления операцией шлифования в автоматизированном производстве //Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Меж.нар.сб.науч. тр. - Донецк: ДонГТУ, - 2000 - Вып.9 - С. 116-122.

39. Новоселов Ю.К., Братан С.М., Каинов Д.А. Влияние состояния рабочей поверхности инструмента на оценку параметров формирующего фильтра //Резание и инструмент в технологических системах.- Меж.нар.науч.тех.сб. - Харьков: ХГПУ, - 2002 - Вып.62 - С. 84-88.

40. Новоселов Ю.К., Братан С.М. Моделирование и автоматизация процессов абразивной и комбинированной обработки с обеспечением высокой точности //Тезисы докладов Всесоюз.конф. “Актуальные проблемы фундаментальных наук”. М.: МГТУ им. Баумана, - 1991, - С. 13-16.

41. Новоселов Ю.К., Братан С.М. Моделирование и автоматизация процессов комбинированного шлифования с обеспечением высокой точности //Тезисы докладов Всесоюз.конф. “Автоматизация процессов механообработки и сборки в машино- приборостроении”. Алушта.: Общество “Знание” Украины, - 1991, - С. 18-19.

42. Новоселов Ю.К , Братан C.M., Каинов Д.А.,.Крылов И.В. Зависимость параметров формирующего фильтра от состояния рабочей поверхности инструмента //Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. - Сб.ст.меж.науч.тех.конф. - Волгоград, Волжский: Волжский инженерно строительный институт, филиал ВолгГАСА , - 2003 - С. 88-92.

43. Новоселов Ю.К., Братан С.М. Моделирование и автоматизация процессов абразивной и комбинированной обработки с обеспечением высокой точности //“Оптимизация рабочих параметров производственных конструкций” сб.науч.тр. - Севастополь: - СПИ - 1993, - С. 14-21.

44. Пиденко А.Ф., Братан С.М. Некоторые вопросы исследования энергетического критерия при круглом анодно-механическом шлифовании //Оптимизация производственных процессов: Сб.науч.тр. - Севастополь, - 1994 - С. 43-46.

45. А.с. № 1646730 (СССР) В 24 В 1/00 Способ управления процессом электрохимической обработки /Братан С.М. и др. - Опубл. 1991, БИ № 24.

46. А.с. № 1796414 (СССР) МКИ В 24 Р 1/00 Способ плоского шлифования/ Братан С.М. и др. - Опубл. 1992, БИ № 7.

АНОТАЦІЇ

Братан С.М. Технологічні основи забезпечення якості і підвищення стабільності високопродуктивного чистового та тонкого шліфування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за фахом 05.02.08. - Технологія машинобудування. - Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2006.

Дисертація присвячена вирішенню найважливішої науково-технічної проблеми - забезпеченню стабільності показників якості при високопродуктивному чистовому і тонкому шліфуванні.

Для вирішення поставлених задач і цілей операція розглянута як динамічна система, де процес формоутворення поверхні досліджується не тільки в просторі, але і в часі. На основі системного підходу розглянута структура операції шліфування, сформульовані основні положення і принципи аналізу процесу шліфування.

Показано, що побудова граничних циклів можлива за рахунок розробки більш адекватних моделей процесу, які враховують зміну стану технологічної системи за часом.

Для забезпечення стабільності вихідних показників якості в дисертації розроблена методика динамічної стабілізації поводження технологічної системи відповідно до заданих порогових граничних режимів технологічних циклів, з мінімально припустимими запасами. На основі вивчення процесів, які відбуваються в технологічній системі при взаємодії деталі і шліфувального круга, розроблена модель динамічного об'єкту, яка характеризує відхилення від статичного режиму. Для діагностики ТС на основі динамічної моделі процесу синтезовано стохастичний спостерігач із блоком стохастичного підстроювання у формі фільтра Калмана-Бюсі. На основі отриманих динамічних моделей і оцінок, розроблена САК для стабілізації параметрів технологічної системи в процесі її функціонування.

Ключові слова: чистове і тонке шліфування, якість, стабільність, діагностика, пороговий граничний цикл, стохастичний спостерігач, формуючий фільтр, технологічний процес.

Bratan S. M. The Technological fundamentals of quality maintenance and increase of thin grinding high-efficiency fair stability.- Manuscript

The dissertation on competition of a scientific degree of Dr. of Sci. Tech. on a special 05.02.08 - Machine-building technology - Odessa national polytechnic university, Odessa, 2006.

The dissertation is devoted to the decision of the major scientific and technical problem to maintenance of stability of parameters of quality at high-efficiency fair and thin grinding.

In dissertational work it is executed the formalized description of operation of fair and thin grinding taking into account presence of several simultaneously proceeding processes, kinematics of movements of a detail, the tool and separate cutting edges, their change for the period of stability of the tool and change of the form of its working surface, quality of a surface of preparation and check of adequacy of the received dependences is made. The developed description allows to predict behavior of technological system at any moment at any algorithms of change of technological modes on the basis of the received description of technical restrictions and known methods of optimization and criteria of efficiency the design procedure of limiting boundary cycles of program management is developed by operation of fair and thin grinding.

On the basis of the received dynamic models and estimations, it is developed ASC for stabilization of parameters of technological system during its functioning.

Key words: grinding, quality stability, diagnostics, a boundary cycle, stochastic , forming filter, technological process.

Братан С.М. Технологические основы обеспечения качества и повышения стабильности высокопроизводительного чистового и тонкого шлифования. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.08 - Технология машиностроения, - Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2006.

Диссертация посвящена решению важнейшей научно-технической проблемы обеспечения стабильности показателей качества при высокопроизводительном чистовом и тонком шлифовании.

Высокий уровень требований к современным машинам и приборам обусловил ряд проблем, связанных с созданием высокопроизводительных технологических процессов, обеспечивающих изготовление деталей с заданными параметрами качества. Окончательно параметры качества изделий формируются на финишных операциях, в числе которых особое место по применимости принадлежит чистовому и тонкому шлифованию.

Выполненный в работе анализ показал, что параметры технологической системы могут изменяться с течением времени, предсказуемым и непредсказуемым образом, под действием различных факторов. Важным показателем качества технологических систем обработки деталей и особенно ТС финишных операций является их стабильность. Оотсутствие стабильности при традиционных технологиях неизбежно приводит к разбросу показателей качества выпускаемой продукции.. При форсированных технологических режимах, в силу возрастания чувствительности ТС к возмущающим факторам, наблюдается потеря стабильности ТС и ТП. Возможность обеспечения стабильности заданного качества выпускаемой продукции является свойством, характеризующим выпуск изделий, изготовленных, как в разное время, так и независимо от воздействия внешних факторов, с требуемыми параметрами качества, находящимися в определенных пределах. Вследствие отсутствия адекватных моделей, протекающих процессов, возмущений ТС, комплекса средств диагностики, недоступности ряда параметров непосредственному измерению и контролю, замкнутые системы с приборами активного контроля не обеспечивают требуемой стабильности параметров качества выпускаемой продукции. Обеспечение качества и эффективности операций чистового и тонкого шлифования возможно только на основе комплексных динамических моделей, учитывающих стохастический характер протекающих процессов. При стабилизации качества изделий при чистовом и тонком шлифовании необходимо комплексное решение всех вышеуказанных задач, которые представляют собой нерешенную до настоящего времени проблему.

В связи с вышеизложенным, в работе поставлена цель: обеспечение стабильности параметров качества шлифованных поверхностей при высокопроизводительном чистовом и тонком шлифовании.

Для решения поставленных задач и целей операция рассмотрена как динамическая система, где процесс формообразования поверхности исследуется не только в пространстве, но и во времени. На основе системного подхода рассмотрена структура операции шлифования, сформулированы основные положения и принципы анализа процесса шлифования. При структурном анализе операция шлифования расчленена по функциональным признакам на подсистемы: станок - приспособление, шлифовальный круг, заготовка, СОЖ, правящий инструмент, зона правки, зона контакта. Определены входные, выходные переменные и параметры состояния каждой из подсистем. Введено новое технологическое понятие - “предельный граничный цикл”. Выдвинуто новое научное положение о возможности обеспечения стабильности и качества изделий на операциях чистового и тонкого шлифования за счет построения предельных граничных циклов и динамической стабилизации поведения технологической системы относительно режимов, задаваемых условиями предельных граничных технологических циклов с минимально допустимыми запасами. Показано, что построение предельных граничных циклов, возможно за счет построения более адекватных моделей процесса, учитывающих изменение состояния технологической системы с течением времени.

В диссертационной работе выполнен формализованное описание операции чистового и тонкого шлифования, учитывающее наличие нескольких одновременно протекающих процессов формообразования, кинематику движений детали, инструмента и отдельных режущих кромок, их изменение за период стойкости инструмента и изменение формы рабочей поверхности шлифовального круга, качество поверхности заготовки и произведена проверка адекватности полученных зависимостей. Разработанное описание позволяет прогнозировать поведение технологической системы в любой момент времени при любых алгоритмах изменения технологических режимов. На основании полученного описания технических ограничений и известных методов оптимизации и критериев эффективности разработана методика расчета предельных граничных циклов программного управления операцией чистового и тонкого шлифования.

Для обеспечения стабильности выходных показателей качества разработана методика динамической стабилизации поведения технологической системы относительно режимов, задаваемых условиями граничных технологических циклов, с минимально допустимыми запасами. На основе изучения процессов, происходящих в технологической системе при взаимодействии детали и круга, разработана модель динамического объекта, характеризующая отклонения параметров от статического режима. Для учета статистических свойств текущих отклонений радиус-векторов шлифовального круга и заготовки построен формирующий фильтр и определены его параметры. Для диагностики ТС на основе динамической модели процесса синтезирован стохастический наблюдатель с блоком стохастической подстройки в форме фильтра Калмана-Бюсси. На основе разработанных моделей для условий работы с предельными режимами получены динамические оценки текущих параметров технологической системы, необходимые для реализации предельных граничных циклов операций чистового и тонкого шлифования. На основе полученных динамических моделей и оценок разработана САУ для стабилизации параметров технологической системы в процессе ее функционирования.

Ключевые слова: чистовое и тонкое шлифование, качество, стабильность, диагностика, предельный граничный цикл, стохастический наблюдатель, формирующий фильтр, технологический процесс.

Размещено на Allbest.ru