Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Оптимизация высокопроизводительного фрезерования на основе мониторинга сил и вибраций Алейников Дмитрий Павлович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Алейников Дмитрий Павлович. Оптимизация высокопроизводительного фрезерования на основе мониторинга сил и вибраций: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.02.08 / Алейников Дмитрий Павлович;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет»], 2018

Введение к работе

Актуальность темы. В настоящее время актуальными задачами являются: повышение эффективности работы современного металлообрабатывающего оборудования, переход на высокопроизводительные технологии обработки, повышение качества выпускаемой продукции. Современное механообрабатывающее оборудование работает в условиях увеличивающихся скоростей и динамических нагрузок, приводящих к колебаниям в обрабатывающей системе, что негативно сказывается на техническом состоянии станочного оборудования, качестве обработанных деталей.

Повысить эффективность механообработки позволят системы мониторинга динамических параметров. Процессы механообработки деталей и динамическое состояние станочной системы взаимосвязаны. Измерение и анализ динамических параметров, в процессе обработки деталей, являлось, до сих пор, по техническим и экономическим причинам сложной задачей, решаемой для отдельных частных случаев применения. Существенный рост развития микропроцессорной техники и программного обеспечения в последние годы позволил обеспечить разработку систем мониторинга динамических силовых параметров возникающих в процессе резания.

Фрезерная обработка связана с циклическими нагрузками в технологической системе станка, которые увеличились за последние годы многократно. Высокопроизводительная обработка (ВПО) за счет увеличения частоты вращения шпинделя обрабатывающих центров до 20 – 30 тысяч оборотов в минуту, увеличения подачи на зуб и глубины фрезерования существенно увеличивает и динамическую составляющую сил резания. Измерение и анализ вибрационных процессов в станке, при обработке, позволяет изучить динамические явления, а непрерывный мониторинг силы резания и ее периодической составляющей позволит замкнуть обрабатывающую систему каналом обратной информационной связи с целью последующего управления режимами обработки, минимизирующими сопутствующие колебания. Данные о динамических нагрузках позволяют корректировать режимы обработки на границе возникновения высоких вибраций и разрушающих сил, а также определять техническое состояние станка в реальном времени, а значит, и реализовать эффективную стратегию обслуживания и ремонта станков по фактическому состоянию. Решение данной актуальной задачи может быть максимально эффективно реализовано с использованием методов вибрационного мониторинга и виброанализа.

Целью диссертационной работы является исследование взаимовлияния высокопроизводительных технологических режимов фрезерования и вибрации обрабатывающих центров, а также, повышение эффективности процессов обработки на основе использования систем мониторинга динамических характеристик.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести экспериментальные исследования влияния режимов фрезерной
обработки на динамические характеристики обрабатывающих центров.

2. Разработать математическую модель преобразования вибрации, реги
стрируемой датчиками в точках их установки, в пространственную вибра
цию обрабатывающего центра и инструмента.

3.Разработать программу моделирования пространственных силовых вибрационных и спектральных характеристик в точке контакта фрезы с заготовкой при варьировании режимов фрезерной обработки и конструктивных параметров фрез.

  1. Разработать эмпирические регрессионные модели, позволяющие описывать влияние режимов обработки на вибрационное состояние и параметры шероховатости обработанных поверхностей.

  2. Разработать и провести апробацию системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров.

  3. Разработать методику определения гибких границ предельно допустимых значений вибрации на основе статистической обработки данных мониторинга.

Методы исследований. Теоретические исследования в предметной области выполнялись с применением теории колебаний, спектрального и модального анализа, математической статистики и теории планирования экспериментов. Измерение и анализ динамических характеристик выполнялся в программном комплексе National Instruments Labview 2012 и Matlab 2011, статистические расчеты и планирование проводилось с помощью пакетов Statistica 6.0. Экспериментальные результаты получены на современном оборудовании, в частности регистрация виброданных выполнялась с использованием многоканальной системы измерения вибрации NI9234, комплекта вибропреобразователей АР85 и модульного лазерного виброметра Polytec, исследование шероховатости с помощью профиломет-ра Taylor Hobson Form Talysurf i200, исследование колебаний сил фрезерования проводилось на динамометрическом столе Kistler 925B23.

Научную новизну диссертации представляют следующие результаты, которые выносятся на защиту:

  1. Математическая модель влияния режимов обработки на вибрационное состояние системы шпиндель-инструмент-заготовка и параметры шероховатости обработанных поверхностей (п. 3, п. 7 паспорта специальности 05.02.08).

  2. Программа моделирования пространственных силовых вибрационных и спектральных характеристик в точке контакта фрезы с заготовкой при варьировании режимов фрезерной обработки и конструктивных параметров фрез (п. 3, п. 7 паспорта специальности 05.02.08).

3. Методика и алгоритмы преобразования сигналов датчиков вибра
ции в пространственные колебания шпинделя и инструмента в точках
формирования профиля обрабатываемой поверхности (п. 3 паспорта спе
циальности 05.02.07).

  1. Методика определения нестабильных областей резания на основе анализа резонансных зон технологических систем станка (п. 5 паспорта специальности 05.02.08).

  2. Разработанная система вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров, позволяющая управлять технологическими процессами по параметрам высокой вибрации и выявлять технологические операции с опасными динамическими характеристиками для обрабатывающей системы (п. 5 паспорта специальности 05.02.07).

  3. Методика определения гибких границ предельно допустимых значений вибрации на основе статистической обработки данных мониторинга (п. 5 паспорта специальности 05.02.07).

Практическое значение. Внедрены и прошли успешную апробацию на Иркутском авиационном заводе (ИАЗ) четыре опытных экземпляра системы вибро-ударозащиты обрабатывающих центров (СВУЗ ОЦ). СВУЗ образует канал обратной связи управления технологическими режимами фрезерования по параметрам динамической нагрузки. Полученная при мониторинге информация позволяет технологам отслеживать операции с нерациональными режимами резания, которые вызывают высокие динамические нагрузки и требуют оптимизации. Разработанная методика определения нестабильных областей позволяет назначать рациональные режимы обработки по критерию минимизации динамических нагрузок.

Реализация результатов подтверждена актом внедрения от 10.05.16 г. результатов работы при проведении НИОКР по договору №389/12 от 15.11.12 г. «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения», раздел: «Разработка системы вибро-ударозащиты и диагностики обрабатывающих центров». Договор выполнялся ИРНИТУ совместно с Иркутским авиационным заводом (ИАЗ) - филиале ПАО «Корпорация «Иркут» на основании постановления Правительства РФ от 9 апреля 2010 г. № 218. Результаты НИОКР, СВУЗ, программа «Мониторинга вибрации и силы», алгоритмы диагностики внедрены на ИАЗ.

Достоверность результатов работы подтверждена воспроизводимостью экспериментальных исследований, сопоставлением результатов аналитических исследований с данными, полученными при численном моделировании. Экспериментальные исследования получены с помощью современного высокоточного оборудования: модульная система многоканального измерения вибрации NI9234, лазерный виброметр Polytec, ком-

плекс для калибровки вибропреобразователей Bruel and Kjer, профилометр Taylor Hobson Form Talysurf i200.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской 5-й научно-практической конференции Иркутского авиационного завода «Молодежь. Проекты. Идеи» в 2015 г. (г. Иркутск); 7-ой Международной научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура сибирского региона» в 2016 (г. Иркутск 29-31 марта); Всероссийской научно-практической конференции «Авиамашиностроение и транспорт Сибири» в

  1. г. ( г. Иркутск, 13-16 апреля); 6-ой Международной конференции «Математика, ее приложения и математическое образование МПМО-17» в

  2. г. ( г. Улан-Удэ, 26 июня-01 июля); 8-ой Международной научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура сибирского региона» в 2017 (г. Иркутск 28-30 марта);

Публикации. Результаты научно-исследовательской работы изложены в 15 научных работах, из них 9 публикаций – в журналах, рекомендованных ВАК, получено свидетельство на государственную регистрацию программы для ЭВМ «Программа мониторинга вибрации и силы для системы вибро-ударозащиты обрабатывающих центров».

Положения выносимые на защиту:

  1. Математическая модель влияния режимов обработки на вибрационное состояние системы шпиндель-инструмент-заготовка и параметры шероховатости обработанных поверхностей.

  2. Математическая модель пространственных колебаний шпиндельного узла обрабатывающего центра, как твердого тела на упругом подвесе с учетом возмущающих воздействий на технологическую систему обрабатывающего центра.

  3. Методика определения нестабильных областей резания на основе анализа резонансных зон технологических систем станка.

  4. Методика определения гибких границ предельно допустимых значений вибрации на основе обработки данных мониторинга.

5. Оптимизация высокопроизводительного фрезерования на основе
использования разработанной системы вибро-ударозащиты и диагностики
обрабатывающих центров

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 114 наименований и 3 приложений. Общий объем работы – 208 страниц, включая 26 таблиц и 134 рисунка.