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:

Кошелева Алла Александровна. Повышение эффективности процесса точения на основе учета динамических параметров подсистемы "заготовка-инструмент" : диссертация ... доктора технических наук : 05.03.01, 05.02.08 / Кошелева Алла Александровна; [Место защиты: Тул. гос. ун-т].- Тула, 2009.- 472 с.: ил. РГБ ОД, 71 10-5/164

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. Требования мирового потребительского рынка определяют перспективы развития машиностроения и металлообработки как базовой отрасли, создающей материально-техническую основу для перехода современной экономики на инновационный вектор развития.

В условиях автоматизации, создания новых материалов и технологий проблема повышения эффективности производства и обеспечения высокого качества продукции занимает особое место и привлекает внимание ученых и производственников. Возможность повышения производительности технологических процессов во многом определяется обеспечением их стабильности. Разработка высокоскоростного оборудования неизбежно приводит к увеличению интенсивности и расширению спектра вибраций. При резании металлов вибрации вызывают такие явления, как увеличение шероховатости и волнистости поверхности, шум, снижение стойкости инструмента, расстройка станка и приспособлений, увеличение динамических нагрузок в стыках.

Фундаментальные исследования в области динамики станков выполнены А.П. Соколовским, В.А. Кудиновым, А.В. Кудиновым, А.И. Кашириным, J. Tlusty, М.Э. Эльясбергом, В.Н. Подураевым, Л.С. Мурашкиным, С.Л. Мурашкиным, А.С. Ямниковым, О.А. Ямниковой, С.А. Васиным, Л.А. Васиным, В.П. Кузнецовым, Н.Б. Дорохиным, М.Б. Флеком и другими российскими и зарубежными учеными.

Основные показатели динамического качества токарного станка: наибольшие допускаемые режимы устойчивого резания, определяющие производительность обработки, запас и степень устойчивости системы; силы резания и соответствующие им отклонения формообразующих перемещений звеньев системы от требуемых; интенсивность колебаний резца и детали при резании и на холостом ходу; динамическая жесткость; быстродействие; уровень шума.

Динамические процессы, происходящие в станке, оказывают решающее воздействие на точность и устойчивость обработки, определяя возможность применения рациональных режимов резания, условия обслуживания станка, уровень шума, общую культуру производства в целом.

В настоящее время важным представляется разработка теоретических основ повышения эффективности функционирования технологических систем с переменными параметрами, проектирование виброустойчивых систем, трансформирующихся при нестабильных условиях резания, при обработке сложных фасонных поверхностей, а также материалов со значительно меняющейся твердостью. При этом вопросы устойчивости заготовки как звена технологической системы токарного станка, расчета динамических параметров заготовки являются недостаточно изученными.

Целью работы является повышение эффективности процесса токарной обработки деталей общего машиностроения на основе разработки методик и алгоритмов проектирования виброустойчивых технологических операций с

учетом динамических параметров элементов технологической системы. Исследование динамики процесса резания, учет динамических параметров подсистемы «заготовка - инструмент» позволит прогнозировать точность обработки на этапе проектирования операций, осуществлять выбор рациональных режимов резания, значительно уменьшая уровень вибраций и повышая производительность токарной обработки.

Поставленная цель определяет решение следующих задач:

  1. Оценка степени влияния различных факторов на устойчивость и эффективность процесса точения.

  2. Разработка теоретических основ виброустойчивости динамической системы с переменными инерционными, жесткостными и демпфирующими параметрами.

  3. Прогнозирование виброперемещений системы на этапе проектирования технологической операции на основе разработанных моделей, описывающих динамическое состояние технологической системы с переменными параметрами.

  4. Идентификация динамических параметров элементов технологической системы.

  5. Разработка комплекса моделей виброперемещений элементов технологической системы для схем обработки прерывистых поверхностей.

  6. Обоснование модели проектирования процесса продольного точения с переменными режимами резания; теоретическое и экспериментальное исследование устойчивости технологической системы при переменных режимах обработки.

  7. Разработка модели точения заготовок резцами с переменными динамическими характеристиками; разработка конструкций и определение области применения резцов с переменными параметрами.

  8. Экспериментальное исследование процесса обработки заготовок резцом с переменной жесткостью; условий возникновения и протекания вибраций при резании исследуемым резцом, определение зоны виброустойчивости.

  9. Технико-экономическое обоснование применения разработанных технических решений: конструкций инструмента, схем точения.

Методы исследования. Задачи, поставленные в работе, решались теоретически и экспериментально. Теоретические исследования базировались на основных положениях теории резания металлов, динамики резания, проектирования режущих инструментов, теории управления, теории колебаний, методов математического и компьютерного моделирования, дифференциального и интегрального исчисления. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием промышленного оборудования и современных измерительных средств, в том числе измерительной аппаратуры фирмы Briiel & Kjasr (Дания). Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с применением ЭВМ. Оценка процесса точения и стружкообразования производилась с использованием фотосъемки камерой SONY DSC-P92.

Автор защищает:

  1. Комплексный подход к проектированию виброустойчивого процесса точения на основе учета динамических характеристик подсистемы «заготовка - инструмент», методологические основы повышения эффективности операции точения.

  2. Новый подход к исследованию виброустойчивости технологической системы, основанный на ее представлении как системы с переменными инерционными, жесткостными и демпфирующими параметрами; разработанную модель динамической системы, позволяющую оценивать ее устойчивость при нестабильных параметрах и режимах резания; расширять интервалы варьирования режимов резания для решения задачи повышения эффективности процесса точения.

  3. Аналитическое описание динамического состояния технологической системы с переменными параметрами, в том числе математические модели виброперемещений системы «заготовка - инструмент» при различных схемах установки заготовки и разном характере изменения силы резания, позволяющие проводить визуализацию и анализ колебаний, исследовать динамическую устойчивость системы, прогнозировать интенсивность колебаний системы на этапе проектирования технологических операций.

  4. Обобщенные модели идентификации динамических параметров заготовок при точении для различных схем их закрепления на токарных станках, базирующиеся на установленных регрессионных зависимостях собственных частот, жесткости и демпфирующих характеристик заготовок от их геометрических параметров и схемы закрепления на станке.

  5. Комплекс моделей виброперемещений элементов технологической системы станка для схем обработки прерывистых поверхностей, учитывающий влияние параметров системы и режимов резания на интенсивность колебаний.

  6. Обоснование схемы продольного точения с режимами резания (подачей и скоростью резания), изменяющимися в зависимости от комплексного параметра, учитывающего жесткость заготовки, положение резца относительно мест закрепления заготовки и схемы ее закрепления; установленные графические и аналитические зависимости характера изменения режимов резания при продольном точении, обеспечивающие максимальную производительность обработки.

  7. Модель обработки заготовок резцами с переменными динамическими параметрами; конструкции режущих инструментов, реализующие малое изменение динамических параметров державок при нестабильных режимах резания, обеспечивающие генерирование отрицательной обратной связи в виде следов вибрационных волн на поверхности резания со случайным характером изменения шагов и уменьшение вероятности возникновения резонанса в системе.

8. Результаты экспериментальных исследований работоспособности
резцов с переменной жесткостью, экспериментальное подтверждение адек-

ватности разработанной модели процесса обработки заготовок резцом с переменной жесткостью; возможности создания широкополосной частотной зоны, обеспечивающей устойчивую работу предложенного инструмента при регенеративных колебаниях с отсутствием ярко выраженного резонансного пика.

9. Технико-экономическое обоснование эффективности применения разработанных технических решений.

Научная новизна заключается:

в реализации комплексного подхода к совершенствованию проектирования виброустойчивого процесса точения заготовок для различных схем их закрепления на токарных станках, базирующегося на результатах расчетов виброперемещений заготовки, выполненных с использованием динамических параметров подсистемы заготовки, превентивно установленных с учетом как геометрических размеров заготовки, так и схемы ее закрепления, и определения характера изменения величины подачи (скорости резания) в процессе обработки конкретной заготовки в соответствии с изменением ее прогиба в зависимости от положения резца относительно мест закрепления заготовки;

в совершенствовании проектирования виброустойчивого процесса точения при случайно изменяющемся припуске и твердости материала заготовки на основе использования резцов с малыми изменениями параметров (жесткости или массы их консольной части) под действием случайно изменяющейся силы резания в процессе точения, вызывающими генерирование отрицательной обратной связи в виде следов вибрационных волн на поверхности резания со случайным характером изменения шагов (частот образования волн), обеспечивающей формирование направленного процесса предотвращения образования вибрационных волн с постоянной частотой, равной собственной частоте колебаний резца, а соответственно, и развития автоколебаний в технологической системе.

Практическая значимость работы заключается в разработанных:

методике расчета динамических параметров заготовок для различных схем их установки, позволяющих рассчитывать значения критических режимов обработки, при которых колебания системы становятся неустойчивыми;

алгоритмах, позволяющих путем моделирования рассчитать колебания заготовки и инструмента при точении прерывистых поверхностей;

технологических приемах, позволяющих расширить области режимов резания, обеспечивающих повышение эффективности процесса точения и увеличение загрузки станка;

на уровне технических решений (пат. 66706 РФ, пат. 66707 РФ, пат. 68389 РФ, пат. 70471 РФ, пат. 72427 РФ) конструкциях резцов, позволяющих повысить эффективность токарной обработки и обеспечивающих виброустойчивость технологической системы станка в более широких диапазонах режимов резания; в разработанных устройствах для токарной обработки (пат. 78713 РФ), обеспечивающих повышение производительности обработки;

методологических рекомендациях по выбору и оценке эффективности конструкций резцов с переменными динамическими параметрами на этапе технологической подготовки производства;

технологических рекомендациях по выбору режимов резания, конструкции инструмента, кинематических и динамических параметров процесса, позволяющих прогнозировать виброустойчивость системы на основании разработанных моделей и методик.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 18 конференциях, в том числе на Международной технической конференции «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием», посвященной 90-летию со дня рождения СИ. Лашнева (г. Тула, 2007 г.), на 7-й Международной научно-практической конференции «Эффективность реализации научного, ресурсного, промышленного потенциала в современных условиях» (Украина, п. Славское, 2007 г.), на 6-ой Международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (г. Брянск, 2008 г.), на Международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств» (г. Тула, 2008 г.), на 7-ой Международной электронной научно-технической конференции «Технологическая системотехника» (г. Тула, 2008 г.), Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука - производство - технология - экология» (г. Киров, 2008).

Реализация результатов работы. Результаты данной работы внедрены в КБ приборостроения (г. Тула), ФГУП «ГНПП Сплав» (г.Тула), ОАО ТНИТИ (г. Тула), а также в учебный процесс в ТулГУ.

Публикации. Основное содержание диссертации, полученные результаты, выводы и рекомендации опубликованы в 56 научных работах, в том числе в 2 монографиях, 6 патентах, 10 статьях в сборниках научных трудов, 20 материалах научных конференций, 18 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в список ВАК.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованных источников из 135 наименований и 7 приложений. Работа содержит 290 страниц машинописного текста, а также 222 рисунка и 51 таблицу.


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