Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Процессы механической обработки, станки и инструменты

Диссертационная работа:

Макальская Екатерина Владимировна. Исследование и разработка многоосевых мехатронных обрабатывающих головок для токарных и расточно-фрезерных обрабатывающих центров, применяемых в металлообработке деталей в автомобильной промышленности : диссертация ... кандидата технических наук : 05.03.01 / Макальская Екатерина Владимировна; [Место защиты: Моск. гос. индустр. ун-т].- Москва, 2009.- 153 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2844

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Данная диссертационная работа посвящена решению проблемы пятикоординатной обработки сложных корпусных деталей для автомобильной промышленности на сравнительно простых трехосевых (трехкоординатных) станках, за счет использования специальных многоосевых обрабатывающих головок. Внедрение мехатронных головок позволяет осуществить модернизацию уже существующих станков с ЧПУ.

До настоящего времени сложные детали, требующие пятикоординатной обработки, изготавливались:

или последовательно на нескольких трехкоординатных металлорежущих станках;

или на сложных пятикоординатных станках;

или, в некоторых частных случаях, на трехкоординатных
станках при необходимости нескольких различных переустановок
детали (за несколько установов).

Впервые поставлена и решена научно-техническая задача металлообработки деталей сложной конфигурации на трехкоординатных станках с ЧПУ (обрабатывающих центрах) за один установ.

На основании прогноза и анализа развития станкостроения можно выделить следующие основные направления:

качественное изменение конструкций металлорежущих
станков (конструкции станков с параллельной кинематикой, гек-
саподные конструкции, конструкции типа «Box in a box» и др.);

существенное повышение производительности и точнос
ти станков, реализация технологий скоростной обработки;

і.

широкая унификация станков, реализация принципов модульного конструирования.

Для решения вышеперечисленных задач наряду с совершенствованием технологии обработки, появлением новых режущих материалов, инструментов создаются принципиально новые мехатронные станочные узлы на базе интеграции средств прецизионной механики, электроники, электротехники. Конструктивное объединение исполнительного и приводного элементов механизмов вращательных перемещений станков, реализующих концепцию привода прямого действия «Direct Drive», позволяет исключить промежуточные механические преобразователи и передачи, повысить точность, быстродействие, снизить потери. Наличие в данных конструкциях встроенных систем автоматического управления и датчиков контроля технологического процесса делает мехатронные узлы интеллектуальными автономными станочными модулями, на базе которых могут не только создаваться конструкции перспективных металлообрабатывающих станков, но и модернизироваться уже существующие станки.

Вопросу совершенствования технологических процессов металлообработки сложных корпусных деталей для автомобильной промышленности посвящены работы ведущих ученых О.В. Таратынова, О.И. Аверьянова, В.В. Клепикова, В.Г. Якухина и ряда других авторов. Вопросам исследования статических, динамических и температурных свойств узлов станков были посвящены работы общепризнанных ученых В.В. Каминской, З.М. Левиной, В.А. Кудинова и др. Ряд ведущих ученых занимаются непосредственно разработкой и иссле-

дованием мехатронных модулей. Среди них: Ю.В. Падураев, М.А. Босинзон, СВ. Демидов, В.Г. Каган, В.О. Астанин и др.

Разработка методов обработки сложных деталей для автомобильной промышленности на сравнительно простых трехкоорди-натных станках с ЧПУ с помощью мехатронных обрабатывающих головок является новой задачей, как в теоретическом, так и в практическом плане.

Настоящая диссертационная работа, являющаяся продолжением научных работ, проводимых на кафедре «Технология и металлорежущие системы автомобилестроения» МГИУ, посвящена проблеме совершенствования процессов металлообработки сложных деталей для автомобильной промышленности.

Цель работы. Разработка и исследование методов обработки сложных деталей на трехкоординатных станках с помощью мехатронных обрабатывающих головок, использование которых позволит создать научные основы разработки и внедрения в промышленность конкретных принципиально новых технологических процессов обработки деталей для автомобильной промышленности.

Задачи работы:

создать методику и технологию обработки сложных деталей для автомобильной промышленности на трехкоординатных станках;

разработать методы проектирования и структурного построения мехатронных обрабатывающих головок;

разработать методы существенного повышения производительности, качества и точности обработки за счет использования мехатронных обрабатывающих головок на трехкоординатных станках;

разработать методику оптимального управления мехатрон-ными обрабатывающими головками, обеспечивающую заданный уровень автоматизации модернизируемого металлообрабатывающего оборудования;

на базе теоретических исследований создать и внедрить в производство пятикоординатную обработку конкретных деталей для автомобильной промышленности на трехкоординатных станках с помощью мехатронных обрабатывающих головок.

Методы исследования. Теоретические исследования базировались на комплексном объединении узлов точной механики, с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами с целью проектирования и производства качественно новых систем механообработки со специальным последовательным программным управлением многокоординатными движениями. При этом использовался математический аппарат теории оптимальных решений многофакторных задач.

Разработка методов многокоординатной мехатронной обработки базируется на следующих научно-технических дисциплинах: конструирование станков, металлообработка, точная механика, теория резания, теория автоматического управления.

Методологической основой исследования являются принципы параллельного проектирования - одновременный и взаимосвязный синтез всех компонентов систем. При исследовании мехатронных систем к ним применялись методы анализа проблемно ориентированных объектов. При синтезе мехатронных модулей, как объектов динамического движения использовались методы математического моделирования динамических процессов

с помощью ЭВМ и методы оптимального автоматического управления узлами станков.

Автором также проведены исследования эффективности применения мехатронных обрабатывающих головок на станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах квалиметрическими методами.

Достоверность выводов и практические рекомендации подтверждаются применением современных математических методов и компьютерного моделирования, проверенных методик системного анализа и экспериментальными исследованиями.

Научная новизна. Научная новизна результатов работы заключается в том, что впервые поставлена и решена научно-техническая задача пятиосевой металлообработки деталей сложной конфигурации на трехкоординатном станке с ЧПУ за один установ.

В работе предложены принципиально новые методы металлообработки деталей для автомобильной промышленности на станках с ЧПУ с использованием мехатронных обрабатывающих головок.

Автором разработана, теоретически исследована и внедрена методология обработки, которую можно условно назвать «3+2» (при обработке сложных деталей одновременно достаточно обеспечить движение по 3 (трем) координатам, при этом другие 2 (две) координаты выполняют подготовительную задачу).

В работе разработаны принципиально новые алгоритмы оптимального управления движения режущего инструмента, обеспечивающие высокую точность сложного формообразования.

Разработаны методы максимального упрощения конструкции станков, значительного сокращения числа механических узлов

и механических передач в оборудовании, предназначенном для обработки сложных пяпикоординатных деталей, за счет применения специальных мехатронных обрабатывающих головок.

Практическая ценность и реализация работы:

разработанное и исследованное принципиально новое
научно-техническое решение позволяет осуществить модерниза
цию большого числа трехкоординатных станков, находящихся в
промышленной эксплуатации, и обеспечить на сравнительно про
стых станках комплексную обработку (за один установ) сложных
деталей, требующих пятикоординатную обработку;

разработана конструкция специальной мехатронной обра
батывающей головки для обработки сложных корпусных деталей
для автомобильной промышленности;

использование разработанных принципиально новых
алгоритмов оптимального управления движения режущего инс
трумента позволяет обеспечить высокую точность сложного фор
мообразования, создать системы, адаптивные к внешним возму
щениям.

разработана методика и программное обеспечение обра
ботки конкретных деталей для автомобильной промышленности;
в том числе, разработана технология и программное обеспечение
комплексной обработки сложной детали - детали «Картер главно
го тормозного цилиндра для ЗИЛ 4105» производства АМО ЗИЛ
за один установ.

Автор защищает: 1. Концепцию разработки методов эффективной металлообработки сложных пятикоординатных деталей для автомобильной

промышленности на трехкоординатных станках с ЧПУ за один ус-танов с использованием мехатронных обрабатывающих головок. 2. Методику комплексной оценки точности металлообра-боки на станках с ЧПУ с мехатронными обрабатывающими головками. Исследование точности обработки с учетом электромеханической системы взаимного перемещения инструмента и заготовки.

3. Математические модели движения режущего инструмента при обработке сложных деталей для автомобильной промышленности.

Личный вклад автора. Автором разработана, теоретически исследована и внедрена методология обработки, которую можно условно назвать «3+2» (при обработке сложных деталей одновременно достаточно обеспечить движение по 3 (трем) координатам, при этом другие 2 (две) координаты выполняют подготовительную задачу).

Автором лично получены результаты, научно обосновывающие эффективность применения мехатронных обрабатывающих головок при модернизации трехкоординатных металлорежущих станков. Автором проанализированы вопросы комплексной точности электромеханической системы обработки деталей на станках с ЧПУ с мехатронными головками. Автором разработаны методики оптимального управления мехатронными обрабатывающими головками, обеспечивающие обработку сложных деталей для автомобильной промышленности. На основании теоретических исследований разработаны конкретные рекомендации по применению мехатронных обрабатывающих головок в станках.

В качестве практической части работы автором разработаны конкретные методы обработки сложных деталей для автомобильной промышленности. В частности, автор разработал принципиально новую технологию, управляющую программу и методику обработки детали «Картер главного тормозного цилиндра для ЗИЛ 4105» производства АМО ЗИЛ на трехкоординатном станке за один установ.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на региональных и международных конференциях и семинарах: «Отечественное прогрессивное металлообрабатывающее оборудование и технологии для российского машиностроения» (выставка «Металлообработка 2006», Москва, ЗАО «Экспоцентр», 2006 г.); «Новые дополнительные опции к токарному оборудованию фирмы «Deckel Maho Gildemeister» (Тор-тона, Италия, 2006 г.); «Системы автоматизации и применение роботов в станкостроении» (Пфронтен, Германия, 2007 г.); «Контрольно-измерительные системы в универсально-фрезерных станках» (Зеебах, Германия, 2007 г.); «Особенности инструментальных магазинов и системы смены инструмента» (Билефельд, Германия, 2007 г.); «Новейшие технологии в области металлообработки» (выставка «Металлообработка 2007», Москва, «Крокус Экспо», 2007 г.); «Высокоточное оборудование для авиакосмической промышленности» (Пфронтен, Германия, 2007 г.); Конференция на Выставке ЕМО 2007 (Ганновер, Германия, 2007 г.); «Инновационные технологии» (Пфронтен, Германия, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, 5 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы из 84 наименований. Она содержит 153 страницы машинописного текста, 54 рисунка и 19 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net