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
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Тимофеев Дмитрий Юрьевич. Автоматизация и управление процессом стружкодробления на основе предварительного термического воздействия на обрабатываемый материал : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 : Санкт-Петербург, 2004 238 c. РГБ ОД, 61:04-5/1818

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1. АНАЛИЗ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ И СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ J» ПРОЦЕССОМ СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА 11

1.1. Метод непосредственного воздействия на сходящую в процессе резания стружку 13

1.2. Классификация вибрационных методов дробления стружки 20

1.3. Метод стружкодробления, основанный на периодическом выходе резца •ё из зоны резания 22

1.4. Использование гармонических колебаний для дробления стружки в процессе резания 25

1.5. Изменение структуры поверхностного слоя материала для обеспечения процесса стружкодробления 32

1.6. Физические аспекты технологического процесса точения для управления стружкообразования 35

1.7. Выводы 50

1.8. Постановка задач исследования 53

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ТЕРМИЧЕСКОМ * ВОЗДЕЙСТВИИ НА ОБРАБАТЫВАЕМЫЙ МАТЕРИАЛ 55

2.1. Сущность метода предварительного локального физического воздействия на обрабатываемую поверхность заготовки 56

2.2. Метод локального термического воздействия на обрабатываемый материал заготов ки 58

2.2.1. Газовый метод локального термического воздействия 60

2.2.2. Электроконтактный метод локального термического воздействия 63

2.2.3. Процессы распространения тепла при локальном термическом воздействии на поверхность заготовки 64

2.3. Кинематика процесса точения при локальном термическом воздействии на материал заготовки 76

2.4. Устройство, реализующее локальное термическое воздействие на обрабатываемый материал 83

2.5. Математическое моделирование процесса стружкообразования при лезвийной обработке 86

2.5.1. Физические основы моделирования стружкообразования в процессе резания 86

2.5.2. Моделирование процесса стружкообразования 89

2.6. Результаты и выводы по главе 98

3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ТЕРМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ 100

3.1. Обоснование и выбор расчетной модели технологической системы 101

3.2. Математическая модель технологической системы 104

3.3. Исследование поведения технологической системы в процессе механической обработки при локальном термическом воздействии заготовки на основе нелинейных дифференциальных уравнений 121

3.4. Моделирование напряженно-деформированного состояния обрабатываемой заготовки с локальным термическим воздействием 134

3.4.1. Моделирование зоны пластической деформации при локальном термическом воздействии в процессе стружкообразования 134

3.4.2. Моделирование контактного взаимодействия стружки при локальном термическом воздействии с передней поверхностью инструмента 140

3.5. Результаты и выводы по главе 153

4. автоматизация и управление процесса лезвийной механической обработки на станках с автоматическим циклом на основе метода сегментирования срезаемого слоя металла 155

4.1. Теоретические и экспериментальные исследования автоматизации и управления процесса лезвийной механической обработки на станках * с автоматическим циклом на основе метода сегментирования срезаемого слоя металла 156

4.2. Устойчивость сегментирования срезаемого слоя металла в процессе лезвийной механической обработки при локальном термическом воздействии на заготовку 169

4.3. Теоретические и экспериментальные исследования зависимости параметров локального термического воздействия от режимов резания при последующей обработке 177

4.4. Автоматизация выбора способа и процесса нанесения линии локального термического воздействия 185

4.5. Экспериментальные исследования физических показателей процесса механической обработки при предварительном локальном термическом воздействии на заготовку 197

4.6. Результаты и выводы по главе 201

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..203

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 206

ПРИЛОЖЕНИЯ 216 

Введение к работе:

В настоящее время в машиностроении можно выделить широкий класс изделий, автоматизация и управление механической обработкой которых требует особого подхода при решении задач по повышению эффективности процесса резания. К данному классу относятся, прежде всего, изделия из коррозийно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов, обрабатываемые на высокопроизводительном автоматизированном оборудовании.

С технологической точки зрения желательно в процессе резания иметь сливную стружку, поскольку она является показателем устойчивости технологической системы, обеспечивает высокое качество обработанной поверхности и гарантированную стойкость инструмента, что особенно важно при автоматизации этого процесса. В реальных условиях обработки заготовок образование сливной стружки соответствует очень узкому диапазону состояния технологической системы в процессе резания, который не всегда совпадает с рекомендуемыми режимами резания и стойкостью инструмента для обеспечения необходимой производительности.

Развитие автоматизированных производств и роботизированных технологических комплексов в машиностроении требует решения задачи автоматизации отвода и уборки стружки, образующейся при обработке на металлорежущих станках. Особое значение отвод стружки из зоны резания имеет при малолюдной технологии.

Известные способы транспортирования стружки с помощью ленточных, винтовых, скребковых конвейеров и других транспортных средств широко применяют в промышленности. Однако они имеют два существенных недостатка - это невозможность отвода стружки из зоны резания и малая эффективность при транспортировке сливной стружки.

Таким образом, формирование отрезков стружки заданной длины, является одной из важнейших в области лезвийной обработки.

Одним из наиболее эффективных методов, позволяющих надежно управлять процессом дробления сливной стружки, является создание предварительного локального термического воздействия (ЛТВ) на внешней поверхности срезаемого слоя, производимое по определенным законам. Особенность процесса точения заготовок, подвергнутых такому воздействию, заключается в периодическом изменении условий резания по сравнению с исходным материалом. Данный метод дает возможность обеспечить автоматизацию и управление процесса стружкодробления, совершенствуя технологию механической лезвийной обработки в широком диапазоне материалов и режимов резания.

Объект исследования. Исследуется проблема лезвийной механической обработки заготовок ответственного назначения на высокоавтоматизированном технологическом оборудовании, решение которой позволит управлять процессом сегментации и дроблением стружки на основе метода предварительного локального термического воздействия на материал заготовки.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности лезвийной обработки на станках автоматах и станках с ЧПУ за счет автоматизации и управления процессом стружкодробления на основе предварительного локального термического воздействия на обрабатываемый материал.

Для достижения этой цели требуется решить следующие задачи:

- исследовать кинематические характеристики процесса точения при локальном термическом воздействии на обрабатываемый материал;

- разработать способ и устройства для осуществления процесса точения при локальном термическом воздействии на обрабатываемый материал;

- разработать динамическую модель технологической системы, с учетом реологических особенностей стружкообразования и с использованием явления фазового перехода в металлах при локальном термическом воздействии, для оценки стабильности и надежности сегментирования и дробления стружки в области неустойчивого процесса резания;

- создать программный комплекс для управления процессом стружкодробле ния на основе метода локального термического воздействия на обрабатываемый материал и алгоритмы для автоматизации выбора способа и параметров этого воздействия.

Методы исследования. Экспериментальные исследования проводились на специальных стендах с применением оригинальных методик, современной аппаратуры, измерительных преобразователей и систем. Моделирование и ис следование процессов стружкообразования и стружкодробления осуществлялось с использованием современных вычислительных средств в экспериментально-лабораторном комплексе кафедры "Технология автоматизированного машиностроения" СЗТУ и лаборатории "Динамика и моделирование технологических систем" СПбИМаш (ВТУЗ-ЛМЗ).

Научная новизна работы заключается в следующем:

- определены кинематические характеристики для нанесения эффективной траектории локального термического воздействия на обрабатываемый материал;

- разработан эффективный метод управления процессом сегментации стружки при механической обработке резанием на станках с ЧПУ;

разработана динамическая модель технологической системы, с учетом рео логических особенностей стружкообразования с использованием явления фазового перехода в металлах при локальном термическом воздействии, для оценки стабильности и надежности сегментирования й дробления стружки в области неустойчивого процесса резания;

- предложена методика определения режимных параметров нанесения локального термического воздействия для широкого диапазона обрабатываемых материалов;

- создана модель для определения области сегментирования стружки в зависимости от неточности формы и шероховатости поверхности, вызванные предыдущим методом получения заготовки;

- разработаны рекомендации по автоматизации технологического процесса механической обработки с целью обеспечения устойчивого отделения отрезков стружки в широком диапазоне обрабатываемых материалов и режимов резания для станков с ЧПУ.

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных в работе положений, выводов и рекомендаций обеспечивается физической и математической корректностью постановки задач и методов их решения; исполь- зованием при исследовании современных методов теории резания, динамики сложных систем, вычислительной техники; высокой сходимостью расчетных и экспериментальных данных; положительным опытом внедрения разработанных методик и рекомендаций в промышленных условиях.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработан метод для обеспечения сегментирования и дробления стружки в процессе точения при локальном термическом воздействии на обрабатываемый материал;

- созданы эффективные устройства для нанесения локального термического воздействия на обрабатываемый материал на станках с ЧПУ;

- разработаны и предложены технологические рекомендации по локальному термическому воздействию на обрабатываемый материал в широком диапазоне • режимов резания;

- определены параметры нанесения на исходную поверхность заготовки локального термического воздействия в зависимости от режимов последующей обработки для обеспечения устойчивого стружкодробления на станках с автоматическим циклом работы;

- создан программный комплекс для управления процессом стружкодробления на основе метода локального термического воздействия на обрабатываемый материал и алгоритмы для автоматизации выбора способа и параметров этого воздействия.

Структура и содержание. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

В первой главе представлен анализ существующих методов и способов дробления стружки в автоматизированных производствах. Выполнен анализ работ, посвященных изучению процессов стружкообразования и сегментированию стружки в технологической системе механической обработки резанием. В результате было установлено влияние методов и способов дробления стружки в процессе токарной обработки на основные физические закономерности процесса резания.

Во второй главе рассмотрена сущность метода предварительного локального термического воздействия на обрабатываемую поверхность заготовки, которое заключается в изменении структуры и механических свойств обрабатываемого материала в локальной зоне. Определены кинематические зависимости процесса точения заготовки, подвергнутой предварительному локальному термическому воздействию, и предложена конструкция устройств, реализующих это воздействие.

В третьей главе разработана математическая модель технологической системы обработки заготовки, подвергнутой предварительному локальному термическому воздействию, позволяющая описывать динамические процессы в технологической системе механической обработки с учетом упругопластиче-ских свойств в динамике контактного взаимодействия инструмента с заготовкой и реологических особенностей процесса стружкообразования в зоне активного пластического деформирования. На основе полученной системы уравнений в дальнейшем решаются задачи управления процессом стружкодробления.

В четвертой главе рассмотрены практические вопросы, связанные с управлением процессом стружкодробления на станках с автоматическим циклом на основе метода сегментирования срезаемого слоя металла и автоматизацией выбора параметров локального термического воздействия в зависимости от исходной шероховатости заготовки и режимов резания при ее последующей обработке. Для определения зависимости параметров температурного воздействия от режимов резания последующей обработки, при которых осуществля ется стружкодробление у различных материалов, получена математическая модель, которая учитывает взаимное влияние режимных параметров на ширину и глубину локального термического воздействия.

Реализация в промышленности. Результаты выполненных исследований и соответствующие рекомендации нашли практическое применение на предприятиях Санкт-Петербурга (Санкт-Петербурга ОАО МЗ "Арсенал", ОАО • "Инженерный центр по технологии и материалам"), а также на ОАО "Онеж ский тракторный завод" (г. Петрозаводск).

Материалы исследований в виде рекомендаций, методических указаний и лекционного материала введены в учебный процесс подготовки в СЗТУ инженеров по специальности 120100 "Технология машиностроения". Результаты исследований использованы в лабораторных работах, лекционных курсах, курсо- вом и дипломном проектировании дисциплин "Резание мактериалов", "Режу щий инструмент и инструментальное обеспечение автоматизированного производства", "Математическое моделирование процессов резания, режущего инструмента и станков", "Автоматизация производственных процессов в машиностроении".

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследо- «9 ваний докладывались и обсуждались на Всероссийских и Международных конференциях и на научно-технических семинарах: Всероссийской научно-технической конференции (Рыбинск 1999 г.), Международной конференции «Сварка, электротермия, механообработка» (Санкт-Петербург 1999 г., 2003г.), конференция, посвященная памяти В.П. Булатова «Актуальные проблемы машиноведения: качество, точность, износостойкость» (Институт проблем машиноведения РАН 2003г.), на семинарах Северо-Западного государственного заочного технического университета (1996-2002гг.), Санкт-Петербургского института машиностроения (2000-2001 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ.

Подобные работы
Шведов Николай Георгиевич
Автоматизация и управление процессом многолезвийной механической обработки на основе динамического моделирования технологической системы
Мырзин Глеб Семенович
Автоматизация и управление процессом технического обслуживания системы технологических трубопроводов
Крюков Игорь Иванович
Автоматизация и управление процессами проектирования и производства специальных кварцевых оптических волокон
Попов Дмитрий Иванович
Комплексная автоматизация и управление процессами аттестации персонала промышленных предприятий
Белоусов Александр Владимирович
Автоматизация и управление вентиляционными процессами на базе электростатической фильтрации газовоздушных сред
Левыкин Михаил Павлович
Автоматизация и управление технологическими процессами многономенклатурного производства специализированной обуви
Касьянов Юрий Васильевич
Автоматизация и управление технологическим процессом ректификации КССЖ в производстве спирта
Сарданашвили Сергей Александрович
Автоматизация процесса принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортной отрасли
Катков Олег Николаевич
Автоматизация процесса верификации абонентов АСУ с речевым управлением
Надиров Армаис Григорьевич
Автоматизация технологических процессов дробильно-сортировочного производства с управлением по крупности продукта дробления

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