Зниження похибки процесу токарної обробки нежорстких заготовок змінного перерізу методом керованого деформування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Севастопольський національний технічний університет

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність: 05.13.07 - Автоматизація процесів керування

Зниження похибки процесу токарної обробки нежорстких заготовок змінного перерізу методом керованого деформування

Шмідт Людмила Анатоліївна

Севастополь - 2009

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Севастопольському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України, м. Севастополь

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Бохонський Олександр Іванович, Севастопольський національний технічний університет, професор кафедри технічної механіки та машинознавства

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Михальов Олександр Ілліч, Національна металургійна академія України, завідувач кафедрою інформаційних технологій і систем

доктор технічних наук, професор Тонконогий Володимир Михайлович, Одеський національний політехнічний університет, завідувач кафедрою інформаційних технологій проектування в машинобудуванні

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради доктор технічних наук, професор Е.А. Шушляпін

Анотація

Шмідт Л.А. Зниження похибки процесу токарної обробки нежорстких заготовок змінного перерізу методом керованого деформування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.07 - Автоматизація процесів керування. Севастопольський національний технічний університет, Севастополь, 2009 р.

Рукопис захищається на підставі 21 публікації, що включають: результати досліджень моделей керованого деформування нежорстких заготовок постійного й перемінного перерізу з використанням деформаційних критеріїв якості і обмежень; аналіз динамічних процесів при обробці; пропозиції з практичної реалізації силових впливів в умовах автоматизованої токарної обробки; експериментальну перевірку компенсації пружних переміщень нежорстких заготовок; спроектовано технологічне оснащення, яке запропоноване до впровадження на підприємствах із серійним та багатосерійним виробництвом.

Ключові слова: автоматизована токарна обробка; оптимальне кероване деформування; моделювання; нежорстка заготовка постійного та змінного перерізу; пружні переміщення; зниження похибки.

Аннотация

Шмидт Л.А. Снижение погрешности процесса токарной обработки нежестких заготовок переменного сечения методом управляемого деформирования. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - Автоматизация процессов управления. Севастопольский национальный технический университет, Севастополь, 2009 г.

Работа посвящена автоматическому управлению технологическим процессом изготовления деталей малой жесткости постоянного и переменного сечения с использованием метода управляемого деформирования.

Защищается на основании 21 публикации, которые включают: результаты теоретических исследований новых моделей управляемого деформирования нежестких заготовок постоянного и переменного сечения; анализ динамических процессов; экспериментальную проверку компенсации упругих перемещений при точении нежестких валов; предложения по практической реализации силовых управлений.

Уточнена зависимость между отклонением от цилиндричности (бочкообразностью) и максимальным упругим перемещением заготовки. Применение автоматического управления деформированием обеспечивает снижение упругих перемещений от силы резания, вследствие чего снижается погрешность обработки.

Для нежестких заготовок постоянного и переменного сечения разработаны новые математические модели управления деформированием (при деформационных критериях качества и минимума энергетических затрат на управляемое деформирование), реализация которых обеспечивает значительное снижение погрешности изготовления деталей малой жесткости в процессе автоматической токарной обработки. Адекватность моделей подтверждается совпадением результатов при независимом использовании различных методов, сопоставлении аналитических и численных решений, экспериментальными исследованиями.

Исследованы колебания, возникающие при токарной обработке валов малой жест кости, с учетом изменения координаты медленно движущейся силы резания, уменьшения массы заготовки и других факторов. Исследована модель управления деформированием нежесткой заготовки, включающая суперпозиции управлений - изменяющимся положением равновесия (по медленному движению) и колебаниям (по быстрому движению).

Разработанная специальная технологическая оснастка для компенсации упругих перемещений (как частного случая непрерывного оптимального управления деформированием) нежесткой заготовки в процессе резания. При обработке партии заготовок с применением метода компенсации точность формы повысилась на 3 квалитета (с 13 до 10) при увеличении производительности в 1,5 раза. Экспериментальные исследования подтверждают эффективность применения метода управления упругим деформированием заготовок.

Предложен способ реализации силовых управлений деформированием пневмосистемами. Медленное изменение управляющего воздействия (управление по медленному движению), пропорциональное давлению в системе, предложено реализовать с помощью управляемого дросселирования.

Теоретически обоснована возможность реализации непрерывных силовых управляющих воздействий импульсами одного знака. Определены параметры эквивалентного импульсного воздействия, которое может быть реализовано с помощью вращающихся кольцевых магнитострикционных (либо пьезоэлектрических) преобразователей.

Ключевые слова: автоматизированная токарная обработка; оптимальное управляемое деформирование; моделирование; нежесткая заготовка постоянного и переменного сечения; упругие перемещения; снижение погрешности.

Annotation

Shmidt L.A. Decrease an error of turning processing of variable section non-rigid billets by method of controlled - Manuscript.

Thesis for the candidate's degree in technical sciences by speciality 05.13.07. - Automation control processes. Sevastopol National Technical University, Sevastopol, 2009.

The manuscript is protected on the basis of 21 publications which includes: controlled deformation models researches results of constant and variable section non-rigid billets with use quality deformation criteria; analysis of dynamic processes at turning; offers on practical realization of the received control actions at automatic turning processing; experimental testing of elastic deflection non-rigid billets compensation; designed industrial equipment which is offered to introduction at the enterprises with medium-size lot and large-lot production.

Key words: automated turning processing; optimum controlled deformation; modeling; non-rigid billets of uniform cross-section and variable section; elastic deflections; decrease of error.

1. Загальна характеристика роботи

токарний заготовка деформування

АКТУАЛЬНІСТЬ. Одним з найважливіших напрямів розвитку промисловості України є вдосконалення автоматизованих систем управління технологічними процесами металообробки, зокрема, застосування ефективних методів зниження похибки токарної обробки широко поширених в машино-приладобудівельній, авіакосмічній і суднобудівельній промисловості деталей малої жорсткості складної конфігурації.

Деформації нежорстких заготовок в процесі обробки - головна причина утворення похибок форми і розмірів деталі. Для зниження величин цих похибок зазвичай використовуються такі прийоми, як стабілізація процесу різання, підвищення жорсткості вузлів верстата, застосування спеціальних пристосувань. Використання традиційних технологій у багатьох випадках не дозволяє досягти потрібної точності виготовлення нежорстких деталей із забезпеченням необхідної продуктивності.

Одним з шляхів вирішення проблеми є застосування процесів обробки з керованим деформуванням заготовок, у зв'язку з чим розробка системи управління, що дозволяє компенсувати деформації заготовки складної конфігурації є актуальною задачею. Теоретичний і практичний інтерес представляє розробка моделей керованого деформування і вдосконалення САК деформаціями нежорстких заготовок змінного перерізу з використанням деформаційних критеріїв якості і обмежень.

ЗВ'ЯЗОК РОБОТИ З НАУКОВИМИ ПРОГРАМАМИ, ПЛАНАМИ, ТЕМАМИ - робота пов'язана з напрямом досліджень по держбюджетним темам № 0101U001185 «Квазібезконтактне точіння» (2001-2002 р.), № 0103U001419 «Оптилевіт» (2003-2005 р.), № 0105U007564 «МАГПОЛО» (2006-2008 р.).

МЕТА ДОСЛІДЖЕННЯ - розробка засобів автоматизації, що забезпечують зниження похибки і підвищення продуктивності процесу токарної обробки нежорстких заготовок змінного перерізу з використанням методу керованого деформування.

Об'єкт - система автоматизованого керування процесом токарної обробки.

Предмет дослідження - метод керованого деформування нежорстких валів змінного перерізу при токарній обробці.

Задачі дослідження.

1. Синтез оптимальних управлінь процесом деформування при токарній обробці нежорстких заготовок постійного та змінного перерізу з використанням деформаційних та енергетичних критеріїв якості і обмежень.

Розробка алгоритмів і програм пошуку силових управлінь деформованим станом нежорстких заготовок.

2. Аналіз коливальних процесів при токарній обробці нежорстких заготовок. Розрахунок параметрів еквівалентної імпульсної дії для реалізації силового управління деформуванням заготовок.

Зниження коливань заготовки з використанням системи автоматичного управління з від'ємним зворотним зв'язком.

Пошук оптимального управління процесом деформування нежорстких заготовок з урахуванням енергетичних витрат на управління.

3. Експериментальна перевірка окремих результатів теоретичних досліджень.

Реалізація керованого деформування заготовок малої жорсткості в автоматизованому виробництві.

МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ. Робота виконана на основі фундаментальних положень теорії автоматизації процесів токарної обробки, технології машинобудування. Теоретичні дослідження базуються на теорії оптимального управління, методах механіки деформованого твердого тіла (метод початкових параметрів, варіаційний метод Рітца). Моделі автоматичного управління пружнодеформованим станом заготовок побудовані з використанням систем аналітичних обчислень (комп'ютерної алгебри). Достовірність результатів підтверджується перевіркою результатів моделювання в граничних випадках, експериментальними дослідженнями та промисловим впровадженням.

НАУКОВА НОВИЗНА.

1. Уточнений механізм утворення похибки при обробці нежорстких валів і обгрунтовані деформаційні критерії якості для задач синтезу управлінь.

2. Для заготовок з різним законом зміни поперечного перерізу вперше знайдені оптимальні управління деформуванням при заданих критеріях якості і обмеженнях, зокрема - управління, що забезпечують мінімум енерговитрат на деформування.

3. Оцінений вплив зміни параметрів технологічної системи на стійкість процесу токарної обробки нежорстких заготовок.

4. Вперше розроблена методика визначення параметрів еквівалентної імпульсної дії, що забезпечує реалізацію безперервних управлінь деформуванням заготовок.

5. Показана ефективність зниження пружних переміщень нежорстких заготовок змінного перерізу при сумісному використанні управлінь положенням рівноваги (програмне управління) і коливаннями (управління зі зворотним зв'язком) в процесі автоматичної токарної обробки.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ І РЕАЛІЗАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ.

У системі аналітичних обчислень створений комплекс програм для пошуку управлінь деформуванням валів постійного та змінного перерізу при токарній обробці. Запропоновані нові технічні рішення для силових управлінь деформуванням: зосереджене силове управління замінене еквівалентною імпульсною дією або реалізується пневмосистемами з керованим дроселюванням.

Для нежорстких валів роторів приводу електроінструменту, що виготовляється на підприємстві ВАТ “Завод Фіолент” (м. Сімферополь), розроблений спосіб компенсації пружних переміщень і технологічне оснащення для силової дії на оброблювану заготовку (виконавчий механічний орган системи управління).

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК ПРЕТЕНДЕНТА. Дослідження виконані автором самостійно: розроблені математичні моделі процесу керованого деформування заготовки при мінімізації квадратичних деформаційних критеріїв якості (з урахуванням обмежень) і енергетичних витрат на управління [6, 7, 9, 10, 20]; виконаний аналітичний і чисельний аналіз застосування управлінь деформуванням [1-5, 11, 12, 21]; запропоновані нові технічні рішення для практичного використання управлінь [8, 15-19]; створений пристрій для компенсації пружних переміщень і виконані експериментальні дослідження [13, 14].

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ. Результати досліджень докладалися на: VII, VIII, IX і X міжнародних науково-технічних конференціях «Машинобудування і техносфера на рубежі XXI століття» (м. Севастополь, 2000 - 2003, 2007 р.); III науково-технічній конференції «Механіка і нові технології» (м. Севастополь, 2000 р.); VII міжнародній науково-методичній конференції «Теорія і практика інженерної освіти» (м. Севастополь, 2000 р.); міжнародних науково-технічних конференціях «Автоматизація: проблеми, ідеї, рішення» (м. Севастополь, 2002-2004, 2008 р.); «Проблеми якості і довговічності зубчатих передач редукторів, їх деталей і вузлів» (м. Севастополь, 2004-2006, 2008 р.), «Прикладні задачі математики та механіки» (м. Севастополь, 2008 р.),

Основні положення дисертації обговорювалися на семінарах кафедри автоматизації технологічних процесів і виробництв, технічної механіки і машинознавства, розширених наукових семінарах кафедр - технології машинобудування, приладобудування (СевНТУ); автоматизації теплоенергетичних процесів ОНПУ (м. Одеса, 2005 р.); технології машинобудування Республіканського вищого учбового закладу Кримського інженерно-педагогічного університету (м. Сімферополь, 2007 р.); інформаційних технологій і систем Національної металургійної академії України (м. Дніпропетровськ, 2008 р.).

ПУБЛІКАЦІЇ. Опубліковано 21 роботу, 11 - у збірниках, включених в перелік ВАК України. На спосіб обробки точінням нежорстких деталей типу валів отриманий патент України по заявці № 69491 (2004 р.).

ОБ'ЄМ РОБОТИ. Викладена на 132 сторінках (вступ, 4 розділи, висновки); список літератури з 125 найменувань; додатки - на 40 сторінках. Містить 72 малюнка і 2 таблиці.

2. Зміст роботи

У Вступі обґрунтована актуальність теми, сформульована наукова новизна, даний короткий огляд досліджень по розділах, показано практичне значення результатів досліджень.

У першому розділі аналізуються пружні переміщення і коливальні процеси при токарній обробці деталей малої жорсткості. Показано, що управління деформуванням забезпечує істотне зниження пружних переміщень і, як наслідок, підвищення точності обробки. Наданий огляд математичних моделей компенсації пружних переміщень і оптимального управління пружною деформацією нежорстких деталей. Звертається увага на ефективність систем аналітичних обчислень при моделюванні.

Вирішенням проблем автоматичного управління технологічними процесами, зокрема процесами виготовлення деталей малої жорсткості, займалися: Б.М. Базров, Б.С. Балакшин, В.М. Кован, В.С. Корсаков, К.С. Колев, А.И. Каширін, О.В. Кудінов, В.Г. Мітрофанов, Ю.К. Новоселов, В.Т. Подпоркін, Е.В. Пашков, П.Р. Родін, Ю.М. Соломенцев, В.Л. Сосонкін, В.А. Скраган, В.О. Соколовській, В.А. Тараненко, М.М. Тверськой, А.В. Якимов, Л.С. Ямпольський та ін.

Для нежорстких заготовок характерні автоколивання і параметричні коливання. Наведені нові результати досліджень коливань з урахуванням зміни маси і жорсткості, сил тертя, рухомого джерела збурень і обертання заготовки, виявлені стійкі і нестійкі стани. У стійкому режимі коливання здійснюються біля положення рівноваги, яке змінюється при використанні управлінь. Описаний механізм утворення похибки форми нежорстких валів при точінні.

Обгрунтована необхідність теоретичних досліджень по вдосконаленню моделей керованого деформування нежорстких заготовок змінного перерізу і експериментальних досліджень, сприяючих впровадженню результатів в промисловість. Визначені мета і задачі досліджень керованого деформування нежорстких деталей змінного перерізу при токарній обробці.

У дослідженнях реалізується концепція управління деформуванням заготовки по повільному руху (зміна положення сили різання) і по швидкому руху (зменшення коливань, що виникають біля поволі змінного положення квазістатичної рівноваги).

У ДРУГОМУ розділі викладені результати пошуку і досліджень керувальних впливів пружними переміщеннями заготовки. Уточнений механізм утворення похибки, обумовленої пружними згинними деформаціями заготовок в процесі обробки. Залежність знятого в процесі обробки поточного об'єму металу від координати сили різання на ділянці зображена на рисунку 1.

Задача управління деформуванням (управління по повільному руху) полягає в наступному. Методами прикладної механіки описаний стан деформованої заготовки з урахуванням сили різання при її повільному русі уздовж заготовки та силових управляючих дій, які підлягають визначенню. Заданий деформаційний критерій якості (критерій оптимальності) та обмеження (у вигляді рівностей) на деформований стан.

Для нежорсткої заготовки постійного або змінного перерізу (закріпленої в патроні або у центрах - жорстко або шарнірно) і повільно рухомої сили різання знаходяться такі керовані зосереджені силові дії (управління у вигляді сил або моментів), які забезпечують екстремум критерію якості з урахуванням обмежень (табл. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1

Для заготовки постійного по довжині перерізу записуються функції прогину (на ділянках I, II), які в тому числі залежні від управлінь , де - координата довільного перерізу заготовки (далі - повздовжня вісь); - координата сили різання; - радіальна складова сили різання; ; - число управлінь. Рішення знайдене методом початкових параметрів (заздалегідь визначаються силові і кінематичні початкові параметри). Функції прогину, записані по методу початкових параметрів, підставляються в критерій ; задача на умовний екстремум зводиться до задачі на безумовний. Управління знаходяться з необхідних умов мінімуму критерію оптимальності (наприклад, , , , ). Приклади наведені в табл. 1.

Дано порівняння управлінь деформуванням заготовок для різних квадратичних деформаційних критеріїв і показано, що критерії и для даного класу задач практично рівноцінні.

Керуючі дії для заготовок змінного по довжині перерізу знайдені в результаті мінімізації функціонала повної енергії заготовки в керованому деформованому стані (метод Рітца). Алгоритм синтезу управлінь застосовувався для деталей з різним характером зміни поперечного перерізу по довжині.

Після визначення коефіцієнтів , які залежать від управлінь, з умов екстремуму критерію якості з урахуванням обмеження знаходяться управління

Перевірка достовірності результатів моделювання здійснювалася для заготовки постійного діаметру, наближене аналітичне рішення для якої практично співпадало з точним (похибка ).

У ТРЕТЬОМУ розділі проведений аналіз коливань заготовки при імпульсній дії; запропонована методика визначення параметрів імпульсної компенсуючої дії; визначені частоти власних коливань заготовки малої жорсткості з урахуванням зміни координати сили різання, знайдені частоти заготовки змінного перерізу.

Силові управляючі дії замінені серією імпульсів одного знаку F(t), що прикладаються посередині оброблюваної заготовки.

Досліджена компенсація пружних переміщень заготовки з розподіленою масою.

Рівняння (3) вирішене методом Фур'є в системі аналітичних обчислень Maple. Стрибкоподібна зміна функції відбувається при , тобто при половині періоду першого тону коливань заготовки, що відповідає навантаженню з динамічним коефіцієнтом = 1.

Імпульсна дія забезпечує усунення за кінцевий час переміщення нежорсткої заготовки по напряму . Початкове статичне переміщення заготовки від P_y усувається імпульсною дією за малий проміжок часу; залишаються тільки вимушені високочастотні коливання з малою амплітудою біля статичного положення рівноваги.

При урахуванні першої найбільш важливої форми (моди) коливань при еквівалентній заміні розподіленої маси на зосереджену () з (3) слідує (4) і задача спрощується.

Приведена методика розрахунку параметрів імпульсної дії, що безперервно усуває пружні переміщення заготовки по напряму сили різання. Кількість руху заготовки: , де - маса заготовки; - тривалість імпульсу ( << T); - швидкість. Дія замінена імпульсами з періодом Т. Визначення переміщення зводиться до підсумовування рішень з періодично змінними початковими умовами.

Досліджена модель управління деформуванням нежорсткої заготовки, що включає суперпозицію управлінь по повільному руху і коливанням (управління по швидкому руху).

Об'єкт управління включає нежорстку заготовку, що деформується в процесі обробки, процес різання і процес тертя. Задача управління по швидкому руху (коливаннями) формулюється як задача про оптимальне пригамовування коливань нежорсткої заготовки.

В управлінні по швидкому руху (зі зворотним зв'язком) знайдені коефіцієнти посилення (, ), які забезпечують зниження рівня коливань заготовки за мінімальний час. У моделі управління коливаннями в загальному випадку враховується (згідно роботам В.О. Кудінова) пружна система (нежорстка заготовка як коливальна ланка), процеси різання і тертя (аперіодичні паралельно з'єднані ланки).

Рисунок 10 містить один з характерних прикладів переміщення середнього перерізу заготовки при русі ріжучого інструменту на ділянці ( ); в системі із зворотним зв'язком за мінімальний час пригамовуються коливання заготовки.

Для визначення значень коефіцієнтів ПІД - регулятора використовувалися методи синтезу оптимальних регуляторів. Замкнута система стійка (коріння характеристичного рівняння мають від'ємні дійсні частини) в області технологічних параметрів процесу токарної обробки валів. При використанні зворотного зв'язку істотно знижується вплив збурень, підвищується якість роботи системи в перехідному і сталому режимах.

У ЧЕТВЕРТОМУ розділі - виконані експериментальні дослідження компенсації переміщення заготовки в зоні різання, обгрунтовані варіанти можливої практичної реалізації управлінь станом заготовок: за допомогою магнітострикційних і п'єзоелектричних перетворювачів, що формують імпульсну дію, а також пневмоповідами з механічним виконавчим органом і керованим дроселем (на базі пневмосистеми) - для управління по повільному руху.

Експериментальне підтвердження ефективності компенсації пружних переміщень заготовки як окремого випадку управління деформуванням отримане в лабораторії кафедри технології машинобудування СевНТУ. Використовувалося обладнання: універсальний токарний-гвинторізний верстат мод. 1М61, оснащений переднім і заднім центром; різець токарний прохідний, лівий, перерізом hb=1616 мм, з кутом в плані = 45⁰, радіусом при вершині r = 1 мм, з пластинкою з твердого сплаву Т15К6 ГОСТ 18879-85; пристрій силової дії - компенсатор, встановлений на верстаті посередині заготовки; заготовка - циліндричний вал, матеріал - 40Х ГОСТ 2590 - 88.

Заготовка навантажувалася за допомогою компенсатора, що створює зусилля за рахунок стиснення пружини; вимірювалася величина прогину в центрі заготовки. На заготовках (l_з = 160 мм, d _з= 10,5 мм) точилися шийки на кінцях (на 1-й ділянці: l₁ = 45 мм, d₁ = 9,5 мм; на 2-й ділянці: l₂ = 27 мм, d₂ = 8,5 мм). Режими різання: s_м = 0,3 мм/об, t = 1 мм; n = 800 об/хв. Компенсуючі зусилля при точінні кінцевих ділянок валу: P₁ = 209,59 Н, P₂ = 144,68 Н.

Порівнювалися результати обробки партії деталей (N = 40) з компенсуючою дією і без неї. Відхилення від номінального розміру складає: при обробці без компенсатора = 0,06 мм; з компенсатором = 0,01 мм. Точність форми зросла з 13 квалітету до 10 при скороченні часу на обробку в 1,5 і більше разів.

Розглянутий підхід при токарній обробці деталей малої жорсткості може бути використаний на верстатах з ЧПУ (16К20Ф3).

Силове управління деформуванням для різних типів деталей малої жорсткості запропоновано реалізовувати пневмосистемами. Управління - функція, що характеризує зміну в часі в автоматичному режимі площі дросельного отвору (залежно від положення сили різання Р_y). Зміна керуючої дії пропорційна тиску в системі і забезпечується дроселюванням.

Розглянута можлива практична реалізація управлінь (розділ 3) серіями імпульсів одного знаку, які прикладені в заданому перерізі заготовки; величина імпульсів залежить від точки місцезнаходження радіальної сили різання, яка повільно рухається вздовж заготовки. Імпульсне зусилля створюється кільцевими магнітострикційними або п'єзоелектричними перетворювачами.

Кільцевий магнітострикційний перетворювач має сердечник 2, набраний з штампованих, наприклад, нікелевих або пермендюрових (К 49Ф2) кілець, завтовшки 0,1…0,2 мм з отворами, розташованими концентрично внутрішній і зовнішній поверхні, призначеними для дроту тороїдальної обмотки збудження. Деформація сердечника викликає зміну довжини середньому колу - зовнішнього і внутрішнього діаметрів з частотою . Зміна амплітуди коливань, що створюється перетворювачем, забезпечується концентратором коливань 1 з конічною або експоненціальною формою поперечного перерізу.

Кільцевий п'єзоелектричний перетворювач виконується з титанату барію (BaTiO3) або цирконата-титанату свинцю (ЦТС). Збудження п'єзоперетворювача здійснюється за допомогою напилених на бічні поверхні електродів 3, а посилення амплітуди - за допомогою концентраторів коливань 1. Відсутність інерційності у даного класу пристроїв спрощує реалізацію процесу управління в реальному масштабі часу.

ВАТ «Фіолент» (м. Сімферополь), ТОВ ТПК «Афрос» (м. Севастополь) в 2004 р. передані: опис моделей пошуку керування деформуванням для заготовок постійного і змінного перерізу з комплексом програм; робочі креслення технологічного оснащення і керівництво по експлуатації. Результати теоретичних досліджень і експериментальна установка використовуються при виконанні лабораторних робіт на кафедрі машинобудування і транспорту СевНТУ (м. Севастополь) по дисциплінах: «Основи технології машинобудування», «Верстати з ЧПУ», «САПР технологічних процесів».

У ДОДАТКУ приведені: результати синтезу керувань пружними переміщеннями нежорстких заготовок з різним характером зміни поперечного перерізу по довжині, заготовок з кінцевим числом пружних опор; акти впровадження.

Основні результати і виводи

1. На підставі аналізу процесу токарної обробки нежорстких деталей сформульовані нові задачі керованого деформування заготовок змінного по довжині перерізу, рішення яких дозволяє перейти до створення системи автоматичного управління, що забезпечує зниження похибки виготовлення деталей даного класу.

2. Створені нові математичні моделі управління пружними переміщеннями нежорстких вісесиметричних заготовок з різними законами зміни поперечного перерізу по довжині.

3. Вперше обґрунтована можливість реалізації силових керуючих дій у вигляді серії імпульсів одного знаку, що забезпечують врізання інструменту з рівним одиниці динамічним коефіцієнтом.

4. Досліджена система управління пружними переміщеннями оброблюваного нежорсткого валу і коливаннями, що виникають в процесі обробки з використанням зворотного зв'язку, коефіцієнти посилення якого знаходяться методами синтезу оптимальних регуляторів.

5. Розроблене і упроваджене нове оснащення - компенсувальний пристрій, який може використовуватися як механічний виконавчий орган для усунення пружних переміщень заготовок при обробці на токарно-гвинторізних верстатах в умовах автоматизованого виробництва. Експериментальні дослідження компенсації пружних переміщень заготовок підтвердили ефективність пристрою - підвищена точність обробленої поверхні на 3 квалітети при скороченні часу на обробку в 1,5 і більше разів.

Оптимальне силове управління дозволяє в порівнянні з люнетом в 2 і більше разів понизити пружне переміщення заготовки безпосередньо по напряму Р_у або повністю усунути його.

6. Запропонована методика визначення параметрів імпульсної дії, що створюється за допомогою пристроїв, виконаних на базі кільцевих магнітострикційних або п'єзоелектричних перетворювачів.

Спосіб реалізації силового управління захищений патентом. Запропонований варіант реалізації оптимального деформування нежорстких заготовок з використанням пневмосистем з керованим дроселюванням.

7. Для впровадження у виробництво (ВАТ «Фіолент», м. Сімферополь, ТОВ ТПК «Афрос», м. Севастополь) передані: описи методів і моделей пошуку управлінь деформуванням; комплекс програм пошуку керувань; проект дослідного зразка компенсувального пристрою (робочі креслення, специфікації, керівництво з експлуатації). Результати теоретичних досліджень і експериментальна установка використовуються в навчальному процесі (кафедра машинобудування і транспорту СевНТУ, м. Севастополь).

Основні публікації

1. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Управление деформированием заготовок переменного сечения при токарной обработке // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. - Донецк: ДонГТУ, 2000. - № 11. - С. 115-119.

2. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Реализация математических методов анализа нелинейных колебательных процессов в компьютерных системах аналитических вычислений // Вестник СевГТУ. Механика, энергетика, экология. - Севастополь: СевГТУ, 2000. - № 25. - С. 30-35.

3. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Управление деформированием нежестких заготовок при токарной обработке // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. - Донецк: ДонГТУ, 2001.- № 16. - С. 61-66.

4. Шмидт Л.А. Управление деформированием твердых тел при квадратичном критерии оптимальности и ограничениях виде равенств // Вестник СевГТУ. Механика, энергетика, экология. - Севастополь: СевГТУ, 2002. - № 38. - С. 44-49.

5. Шмидт Л.А. Оптимальное деформирование нежестких заготовок, взаимодействующих с упругодеформируемыми опорами в процессе обработки // Оптимизация производственных процессов: Сб. науч. тр. - Севастополь: СевГТУ, 2002. - № 5. - С. 179-183.

6. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Вариационные методы поиска управлений деформированием нежестких деталей при токарной обработке // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. - Донецк: ДонГТУ, 2002. - № 20. - С. 56-60.

7. Бохонський О.І., Пашков Є.В., Шмідт Л.А. Імпульсне керування деформуванням нежорстких деталей при автоматичній токарській обробці // Машинознавство, Львів. - 2002. - № 7.- С. 25-29.

8. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Энергоемкость управляемого деформирования нежестких заготовок при автоматической токарной обработке//Вестник СевГТУ. Автоматизация процессов и управление. - Севастополь: СевГТУ, 2002.- № 36. - С. 80-84.

9. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Задачи управления деформированием заготовок малой жесткости при токарной обработке // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. - Донецк: ДонГТУ, 2003. - № 25. - С. 38-43.

10. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Критерии качества в задачах управления деформированием нежестких заготовок при токарной обработке // Вестник СевГТУ. Механика, энергетика, экология. - Севастополь: СевГТУ, 2003. - № 48. - С. 26-34.

11. Бохонский А.И., Пашков Е.В., Шмидт Л.А. Импульсная компенсация упругих перемещений нежестких заготовок при автоматической токарной обработке // Оптимизация производственных процессов. Вып. 7: Сб. науч. тр. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2004. - С. 189-195.

12. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Управляемое деформирование нежестких заготовок фасонного профиля при автоматической токарной обработке // Материалы междун. науч.-техн. конференции: Автоматизация: проблемы, идеи, решения. - Севастополь: СевГТУ, 2002. - С. 56-58.

13. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Оптимальное деформирование нежестких заготовок переменного сечения при автоматической токарной обработке // Материалы междун. науч.-техн. конференции: Автоматизация: проблемы, идеи, решения. - Севастополь: СевНТУ, 2003. - С. 5-6.

14. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Управляемое деформирование нежестких заготовок постоянного и переменного сечения при автоматической токарной обработке // Материалы междун. науч.-техн. конференции: Автоматизация: проблемы, идеи, решения. - Севастополь: СевНТУ, 2004. - С. 37-38.

15. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Экспериментальные исследования компенсации упругих перемещений при токарной обработке валов // Материалы междун. науч.-техн. конференции: Проблемы качества и долговечности зубчатых передач редукторов их деталей и узлов. - Севастополь: СевНТУ, 2004. - С. 47-51.

16. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Оптимальное управление деформированием стержней // Материалы XVI междун. науч.-техн. конференции «Прикладные задачи математики и механики». - Севастополь: СевНТУ, 2008. - С. 266-270.

17. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Управление медленным и быстрым движениями при автоматической токарной обработке нежестких деталей // Материалы междун. науч.-техн. конференции: Надежность и долговечность механизмов, элементов конструкций и биомеханических систем. - Севастополь: СевНТУ, 2006. - С. 87-94.

18. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Система автоматического управления медленными и быстрыми перемещениями при токарной обработке нежестких заготовок // Машиностроение и техносфера ХХI века: Сб. трудов междун. науч.-техн. конференции. - Донецк: ДонГТУ, 2007. Т.1. - С. 130-133.

19. Бохонский А.И., Пашков Е.В., Шмидт Л.А. Обоснование деформационных критериев качества для синтеза управлений деформированием нежестих заготовок при токарной обработке // Материалы междун. науч.-техн. конференции: Автоматизация: проблемы, идеи, решения. - Севастополь: СевНТУ, 2008. - С. 14-16.

20. Бохонский А.И., Шмидт Л.А. Динамика детали малой жесткости при левитационном точении // Материалы междун. науч.-техн. конференции: Надежность и долговечность механизмов, элементов конструкций и биомеханических систем. - Севастополь: СевНТУ, 2005. - С. 138-142.

21. Пат. 69491 Украіни, 7 В23В1/00. Спосіб обробки точінням нежорстких деталей типу валів: Пат. 69491 Украіни, 7 В23В1/00 / Є.В. Пашков, О.І. Бохонський, Л.А. Шмідт. - № 2002054014; Заявлено 16.05.2002; Опубл. 15.09.2004, Бюл. № 9. - 6 с.

Размещено на Allbest.ru