Введение к работе
В работе исследуются вопросы технологического обеспечения стабильности заданных параметров качества поверхностного слоя и точности механической обработки сложнопрофильных заготовок методом ленточного глубинного шлифования (JUL Ш), а также многовариантного прогнозирования результатов обработки на стадиях проектирования технологического процесса.
Актуальность научной задачи. В настоящее время актуальной задачей, стоящей перед российским производителем, является выпуск конкурентоспособной продукции, соответствующей мировым стандартам. Возрождение и развитие отечественной промышленности невозможно без технического перевооружения всех видов производств, а также без применения новейших производственных и информационных технологий. В утвержденном Правительством Российской Федерации в 1996 г. перечне приоритетных направлений развития отечественной науки, техники и критических технологий федерального уровня, отставание по которым наиболее значительно, наряду с другиші указаны:
модульные технологии производства массовой металлопродукции с новым уровпем свойств;
интеллектуальные системы автоматизироватгого проектирования и управления.
Это особешю актуально для ведущих отраслей промышленности -энергомашиностроения, судостроения и авиастроения. В этих отраслях большой удельный вес занимает обработка сложнопрофильных деталей, таких как лопатки турбин и компрессоров, лопасти гребных и воздушных винтов, лонжероны вертолетов. Проектирование и изготовление подобных изделий является наиболее трудоемким процессом. Использование новейших интеллектуальных систем автоматизированного проектирования и управления значительно облегчает эту задачу и выводит производство на современный уровень развития.
Однако применение имеющихся на сегодняшний день CAD/CAM/CAE/EDMS систем затруднено из-за отсутствия или недостаточной проработки удобных для производственных условий методик автоматизированного проектирования сложнопрофильных деталей, а также методов инженерного анализа процессов их механической обработки.
Эксплуатационные свойства ответственных деталей машин в значительной степени определяются состоянием поверхностного слоя и точностью их обработки. Одним из наиболее перспективных методов механической обработки является ленточное глубинное шлифование. Его применение дает возможность совместить черновую и чистовую обработку, исключая трудоемкие операции - точение и фрезерование. Этот метод наиболее эффективен при изготовлении сложнопрофильных деталей из труднообрабатываемых материалов. Однако в настоящее время отсутствуют научно-обоснованные рекомендации для создания высокоэффективных технологических процессов ЛГШ, что задерживает его широкое внедрение в производство.
Таким образом, совершенствование научно-методического аппарата создания и анализа технологических процессов металлообработки сложно-профильных заготовок с использованием интеллектуальных систем высокого уровня является актуальной задачей.
Целью работы является разработка рекомендаций по созданию высокопроизводительных технологических процессов обработки сложнопрофильных заготовок методом ЛГШ на основе комплексной оценки процесса резания и показателей качества поверхности с помощью интеллектуальной системы высокого уровня.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
-
Провести комплексное исследование процесса глубинного шлифования гибким абразивным инструментом, па основе которого построить модель стружкообразования, а также вывести основное уравнение для расчета толщины среза а2.
-
Построить силовую математическую модель процесса ЛГШ, учитывающую изнашивание абразивного инструмента.
-
Оценить возможности повышения производительности процесса шлифования и увеличения стойкости однослойного абразивного инструмента, в частности, за счёт реверсирования его движения.
-
Провести комплексные экспериментальные исследования ЛГШ для подтверждения адекватности предложенных моделей и разработки рекомендаций по применению данного процесса.
-
С целью выработки рекомендаций по автоматизированному проектированию высокоэффективных технологических процессов разработать
методики моделирования и анализа процесса ЛГШ сложнопрофильных заготовок в системе Pro/ENGINEER.
6. Провести апробацию разработанных методик и рекомендаций в условиях действующего производства.
Методы исследования. При решении поставленных в работе задач проводились теоретические и экспериментальные исследования, оценивалась точность и адекватность получаемых результатов. Экспериментальная часть работы плаїшровалась и проводилась с использованием методов математической статистики, теории вероятностей и многофакторного планирования экспериментов. Исследовалось влияние технологических факторов на производительность, качество обработанных поверхностей и изнашивание инструмента при ЛГШ. При этом применялись стандартные методики (измерение составляющих силы резания, максимальной контактной температуры, микротвердости и шероховатости обработанной поверхности), оригинальные (для определения остаточных напряжений) и специально созданные, в частности, для проведения анализа обработки ЛГШ с помонгыо интеллектуальной системы Pro/ENGINEER. Исследования проводились как с использованием стандартной аппаратуры, установок, приспособлений, так и оригинальных, высокоэффективных измерительных приборов, установок и компьютерных проірамм.
Научная новизна заключается в следующем:
разработана силовая модель процесса ЛГШ, учитывающая изнашивание однослойного абразивного инструмента и изменение его режущей способности;
получены аналитические и змішрические зависимости, позволяющие рассчитывать производительность и затрачиваемую мощность при ЛГШ, а также оценивать возможность увеличения периода стойкости инструмента за счет реверсирования направления его движения в определенный момент времени;
разработаны методики моделирования сложнопрофильных заготовок, создания управляющих программ их механической обработки и инженерного анализа процесса ЛГШ для использования их в гаггеллектуалыюй системе высокого уровня Pro/ENGINEER.
Практическая ценность работы. Проведенные исследования являются сосгавной частью плановых научно-исследовательских работ, проводимых в Санкт-Петербургском институте машиностроения совместно с ОАО «Завод турбинных лопаток» в рамках договора о научном сотрудничестве. В резуль-
тате исследований разработаны практические рекомендации по созданию высокоэффективных технологических процессов обработки сложнопрофильных заготовок методом ЛПП с использованием САПР ТП, которые позволяют сократить сроки проектирования и постановки изделия на производство. Использование результатов исследований на указанном предприятии показало их практическую значимость в условиях современного производства, что подтверждено актами внедрения.
Разработанные методики по автоматизации проектирования техпроцессов использованы в учебном процессе по кафедре «Технология машиностроения» Петербургского института машиностроения в рамках дисциплины «Системы автоматизированного проектирования технологических процессов», что способствует повышешпо уровня подготовки высококвалифицированных специалистов для предприятий энергомашииостроительного комплекса.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научной конференции «Технология-96» (Великий Новгород, 1996г.), на секции «Технология машиностроения и приборостроения» в Доме ученых им. А.М.Горького РАН ( Санкт-Петербург, 1997г.), на Междисциплинарном семинаре по проблемам регионалистики (Керчь, 1998г.), на Первой Международной выставке «Сварка и электротермия» (Санкт-Петербург, 1999г.), на Международной конференции «Сварка, электротермия и родственные технологии - 99» /секция «Механообработка»/ (Великий Новгород, 1999г.), на Международном научно-техническом семинаре «Высокие технологии в машиностроении: современные тенденции развития» /TNTERPARrrNER-99/ (Алушта, 1999г.), на Межрегиональной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и средства автоматизации в промышленности» (Волгоград - Астрахань, 1999г.), на Международной научно-технической конференции «Шлифабразив-99» (Волжский, 1999), на научно-технических семинарах кафедры «Технология машиностроения» Петербургского института машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ).
Публикации. Основной материал диссертации опубликован в 20 работах в виде научных статей и тезисов докладов, перечисленных в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, основных выводов, списка литературы и приложений.
Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, включает 42 рисунка, 8 таблиц и список литературы из 157 наименований.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Силовая математическая модель процесса ЛГШ, учитывающая изнашивание абразивного инструмента.
-
Выражение для расчета толщины среза az.
-
Аналитические и эмпирические зависимости, позволяющие рассчитать производительность и затрачиваемую мощность при ЛГШ.
-
Методика автоматизированного проектирования технологических процессов обработки сложнопрофильных заготовок методом ЛГШ.
-
Рекомендации по обеспечению точпости и качества обработки при ЛГШ.
