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:

Сабиров Фан Сагирович. Повышение эффективности станков на основе их диагностирования и определения виброустойчивости в рабочем пространстве : диссертация ... доктора технических наук : 05.03.01 / Сабиров Фан Сагирович; [Место защиты: Моск. гос. технол. ун-т "Станкин"].- Москва, 2009.- 269 с.: ил. РГБ ОД, 71 10-5/307

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность проблемы. Современные тенденции развития машиностроения в совокупности с использованием автоматизированных станочных систем предъявляют требования к повышению производительности, точности размеров и качества обрабатываемых поверхностей деталей машин. Рост производительности сдерживается показателями динамического качества упругих систем, такими как виброустойчивость. Станкам присуща анизотропия характеристик в рабочем пространстве в силу их различной компоновки и конструкции, а также качества изготовления и сборки. Отсутствие информации о свойствах рабочего пространства вынуждает занижать режимы обработки для станков с ЧПУ, чтобы не допустить брака обрабатываемой детали при безусловной потере производительности. Проблему усугубляет и тот факт, что характеристики, связанные с производительностью и точностью, изменяются по мере физического износа станка или разрегулирования его элементов. Использовать этот огромный резерв повышения производительности пытаются многие исследователи, создавая системы адаптивной обработки, системы диагностики и мониторинга.

Недостаточность информации на этапе проектирования станочного оборудования и научно обоснованных рекомендаций, направленных на решение проблемы сбалансированности характеристик приводов и несущей системы станков, приводит к неэкономному расходованию материальных и энергетических ресурсов.

Производители станков, стремясь к максимальной прибыли, рекламируют возможности выпускаемого оборудования по точности и производительности, используя их максимальные показатели, достигаемые в отдельных областях рабочего пространства с наиболее удачными соотношениями характеристик заготовок и режущего инструмента, в то время как потребителя интересует оборудование, обеспечивающее решение всего спектра технологических задач, стоящих перед предприятием. В этой ситуации необходимо иметь инструментарий, позволяющий адекватно оценивать технологические возможности изготавливаемого и приобретаемого оборудования во всем диапазоне его рабочего пространства, сравнивая возможности различных станков по интегральным показателям. Для решения этих проблем требуются мобильные технические средства и комплекс расчетных и экспериментальных методик, позволяющих оперативно оценивать характеристики станков во всем рабочем пространстве с учетом многообразия применяемых заготовок и видов инструмента, и оценивать, таким образом, возможности станка по производительности и точности. Отмеченное выше может быть обеспечено только на основе создания научно обоснованной информационной базы знаний о динамических характеристиках станков, доступной широкому кругу специалистов, занимающихся проектированием, исследованием, эксплуатацией, ремонтом и модернизацией оборудования.

Цель работы. Повышение эффективности станков на основе их диагностирования, оценки виброустойчивости в рабочем пространстве и разработки принципов создания конструкций со сбалансированными характеристиками по мощности, моменту, жесткости и виброустойчивости.

Для реализации цели работы поставлены следующие задачи:

- разработать структуры (модели) и методы анализа технологического
многофакторного пространства станка, включающего набор составляющих
элементов, набор факторов, диапазоны варьирования с учетом вероятности ис
пользования в технологическом процессе обработки изделий;

разработать методы и программно-математическое обеспечение для экспериментально-расчетной оценки динамических характеристик системы ста-нок-приспособления-инструмент-заготовка, включающих методы исследования сложных динамических систем по частям;

разработать модели ограничений и системы интегральных оценок производительности и точности в технологическом рабочем пространстве станка по результатам испытаний и исследований;

разработать методы, аппаратные комплексы, программно-математическое и информационное обеспечение экспериментального определения динамических характеристик, диагностирования состояния упругой системы и отдельных элементов станка с помощью импульсного и гармонического нагружения и на основе анализа вибрационных процессов;

- разработать методы экспериментального определения передаточной
функции процесса резания;

- экспериментально подтвердить основные положения теоретических раз
работок.

Методы исследований. Теоретические исследования базируются на основных положениях технологии машиностроения, конструирования металлорежущих станков, теории колебаний и динамики станков, теории анализа случайных процессов, методах математического и компьютерного моделирования. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием станочного оборудования и современных измерительных средств. Обработка результатов экспериментов проводилась средствами вычислительной техники с применением положений математической статистики, спектрального анализа и теории планирования эксперимента.

Научная новизна работы заключается в:

установленных теоретических и эмпирических зависимостях частотных характеристик упругих систем станков от координат рабочего пространства и определенных границах виброустойчивости в различных точках рабочего пространства станка;

разработанных математических моделях, описывающих взаимосвязи динамических характеристик на базовых поверхностях станков (в местах установки сменных приспособлений для закрепления заготовки и инструмента) с динамическими характеристиками в зоне резания;

разработанных алгоритмах обработки сигналов, адаптированных к применению импульсного возбуждения при диагностике упругой системы станка с целью определения динамических характеристик путем усреднения спектров по ряду выборок;

разработанной методике идентификации характеристики процесса резания по частотной характеристике упругой системы станка и данных о предельных режимах резания без вибраций путем обеспечения одинаковых свойств замкнутой системы (устойчивость и частота возникающих автоколебаний);

предложенной системе показателей для оценки различных конструкций и компоновок станков по производительности, точности и взаимной сбалансированности характеристик несущей системы и приводов станка, способствующих созданию оборудования без чрезмерного запаса по отдельным показателям;

построенных математических моделях ограничений производительности и точности в технологическом рабочем пространстве станка, учитывающих мощность привода, моменты и усилия в зоне резания, параметры инструмента, режимы резания, характеристики приспособлений;

разработанных алгоритмах диагностирования состояния отдельных элементов динамической системы станков на основе анализа виброакустических сигналов.

Практическая ценность работы заключается:

в рекомендациях по проектированию оборудования, разработке научно обоснованных требований к характеристикам несущих систем проектируемых станков и оценки качества станков по интегральным показателям характеристик в рабочем пространстве, дающих объективную оценку качества оборудования;

в технологических рекомендациях по выбору режимов обработки для станков с ЧПУ с учетом показателей производительности и качества обработки в различных зонах технологического рабочего пространства станка, позволяющих повысить производительность обработки и обеспечить заданное качество обработки;

в методиках и программах определения динамических характеристик на базовых поверхностях станков при гармоническом и импульсном нагружении упругой системы, позволяющих оценивать качество приобретаемого оборудования, оперативно диагностировать его состояние при эксплуатации и выявлять резервы улучшения конструкции;

в программно-математическом, аппаратном обеспечении и методиках диагностирования упругих систем станков, опор шпинделей, выявления дефектов и слабых узлов, позволяющих оперативно определять причины вибраций и низкой виброустойчивости станков при обработке и анализировать их вынужденные колебания.

Реализация результатов работы. Работы выполнялись в МГТУ «Стан-кин» в рамках хоздоговорных тем (№№ гос.рег. 76039110, 78048699, 80005590, 81014197, 81022088) и госбюджетных контрактов (№№ гос.рег. 01823048325, 01850081771, 01200804876). Результаты работы используются на станкостроительных заводах ОАО «Стерлитамак-М.Т.Е», ОАО «Красный пролетарий», в ОАО «Савеловский машиностроительный завод», в инжиниринговой компании «Pride TWL», ОАО «Дальэнергомаш», ОАО «Пензадизельмаш» и др.

Материалы диссертации в виде программ для ПК используются в учебном процессе ряда вузов РФ: МГТУ «Станкин», Тихоокеанский государственный университет, Пермский государственный технический университет, Оренбургский государственный университет, Уфимский государственный авиационный технический университет, Ульяновский государственный технический университет, Пензенский государственный университет и др.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзных научно-технической конференциях (НТК) «Динамика станков» в Куйбышеве (1980) (1984), на международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» в Белгороде (2007), на X, XI и ХП-ой научных конференциях МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» - ИММ РАН по математическому моделированию и информатике (2007, 2008, 2009), на ХХ-ой международной НТК по современным проблемам машиноведения в ИМАШ РАН (2008), на международной НТК «Информационные средства и технологии» в Москве (2007), на 6-й международной НТК «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» в Брянске (2008), на международной НТК «Оптимизация процессов резания, разработка и эксплуатация мехатронных станочных систем» в Уфе (2009), на международном Российско-китайском Симпозиуме «Современные материалы и технологии» в Хабаровске (2009) и многих других.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 72 печатные работы, в том числе 16 публикаций в изданиях, рекомендованных ВАК, 4 авторских свидетельства, 3 свидетельства на программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы (192 наименования) и приложения. Общий объем диссертации 255 страниц, включая 117 рисунка и 19 таблицы.


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