СОДЕРЖАНИЕ
ВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ
ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ТОЧНОСТЬЮ СТАНКОВ
1.1. Достижение требуемой точности обработки на
тяжелых токарных станках традиционными методами
1.2.Достижение требуемой точности обработки на
станках с применением адаптивного управления
1.3. Способы подавления вибраций с помощью адаптивного управления
1.4. Особенности конструкции и условий эксплуатации тяжелых станков.
Выводы и постановка задач исследования
РАЗДЕЛ 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Общая методика исследований
2.2. Методика определения группы параметров технологической
системы для эффективного управления точностью обработки
2.3. Методика измерения геометрических погрешностей
направляющих продольного перемещения
2.4. Методика измерения температуры
Выводы по
разделу
РАЗДЕЛ 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ
ФАКТОРОВ НА ТОЧНОСТЬ ТЯЖЕЛЫХ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ
3.1. Исследование требуемой и практически достигаемой точности
типовых изделий при обработке на тяжелых токарных станках
3.2. Определение субъективной сложности достижения заданной
точности по различным параметрам
3.3. Исследование тепловых деформаций узлов станка
3.4. Исследование упругих деформаций узлов станка
3.5. Измерение геометрических погрешностей направляющих
продольного перемещения суппорта
Выводы по
разделу
РАЗДЕЛ 4. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ УПРАВЛЕНИЯ
ТОЧНОСТЬЮ ТЯЖЕЛОГО СТАНКА НА ОСНОВЕ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПО ЭТАЛОННЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ
4.1. Выбор типа эталонной поверхности для формообразования на
станке
4.2. Структурная схема системы адаптивного управления
точностью траектории продольного перемещения суппорта
тяжелого токарного станка
4.3. Выбор и обоснование типа и параметров оптического
координатно-чувствительного датчика и характеристик лазерного луча
4. Построение математической модели передаточной
характеристики датчика
4.5. Экспериментальная оценка разрешающей способности и
снятие передаточной характеристики дифференциального фотоэлектрического датчика
4.6. Динамическая модель привода поперечной подачи тяжелого
токарного станка с адаптивной системой управления точностью
Выводы по
разделу
РАЗДЕЛ 5. ВНЕДРЕНИЕ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОЧНОСТЬЮ ТРАЕКТОРИИ
ПРОДОЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СУППОРТА ТЯЖЕЛОГО
ТОКАРНОГО СТАНКА
5.1. Общая характеристика
5.2. Система привязки оптической базы
5.3. Измерительно-компенсирующая система
5.4. Лабораторные испытания измерительно-компенсирующей
системы
5.5. Производственные испытания измерительно-компенсирующей
системы
5.6. Рекомендации по практической разработке узлов системы
адаптивного управления точностью траектории продольного перемещения суппорта
Выводы по
разделу
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Важнейшей задачей современного станкостроения является
обеспечение конкурентоспособности станочного оборудования. Эта задача решается
путем повышения эксплуатационных характеристик станочного оборудования. Одной
из важнейших эксплуатационных характеристик является точность обработки,
обеспечиваемая этим оборудованием. Точность применяемого оборудования оказывает
решающее влияние на качество и производительность обработки. Особенно это
проявляется при эксплуатации тяжелых станков.
Как правило, повышение точности обработки влечет за собой повышение стоимости
обработки, поэтому весьма актуален поиск путей обеспечения требуемой точности
при минимальных затратах. Одним из перспективных направлений в этой области
является применение систем адаптивного управления.
Точность обработки, обеспечиваемая отдельными станками, влияет, прежде всего,
на технологию изготовления изделий и сборки машин. Повышение точности обработки
на чистовых операциях позволяет снизить затраты или вообще отказаться от
некоторых финишных операций. Сокращение погрешностей на промежуточных стадиях
механической обработки позволяет уменьшить операционные припуски и обеспечить
экономию материалов, а на сборке – снизить трудоемкость сокращением объема
пригоночных работ.
Во многих случаях обеспечение заданной точности приобретает особое значение для
надежной эксплуатации машин и механизмов, так как более точной обработке
деталей соответствует лучшее качество и постоянство характера сопряжений, то
позволяет получить высокие эксплуатационные характеристики машин.
Анализ существующих путей повышения точности показывает, что в некоторых
случаях они не позволяют достичь требуемой точности, особенно на тяжелых
станках. В других случаях их реализация связана со значительными затратами и
экономически не целесообразна. Таким образом, поиск новых альтернативных путей
повышения точности, не связанных со значительными затратами, является весьма
актуальной задачей в современном станкостроении.
Идея работы. Повышение точности обработки на тяжелых токарных станках за счет
непрерывного в ходе обработки измерения и компенсации погрешностей траектории
продольного перемещения инструмента относительно заготовки с использованием в
качестве эталонной линии оптической оси лазерного луча.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа является частью
исследований, которые выполняются на кафедре «Металлорежущие станки и
инструменты» Донбасской государственной машиностроительной академии в рамках
научной программы ДК «Повышение качества и эффективности станочного
оборудования и режущего инструмента для тяжелого машиностроения» (гос.
регистрационный №U), Д «Разработка системы управления
качеством работы тяжелых станков и инструментов» (гос. регистрационный
№U), Д «Разработка интегрального комплекса оптимального
управления адаптивной технологической системой тяжелых станков» (гос.
регистрационный №U), ДК «Усовершенствование технологической
среды для автоматизированного производства продукции тяжелого машиностроения»
(гос. регистрационный № U).
Работа соответствует приоритетному направлению развития науки и техники "Про
пріоритетні напрями розвитку науки і техніки" (Закон України від р.
№-III) та Постанові Кабінету Міністрів України № від р. "Про
затвердження державних та науково-технічних програм пріоритетних напрямів
розвитку науки та техніки на - роки".
Соискатель принимал участие в работах в качестве исполнителя.
Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение точности и
производительности обработки на тяжелых станках путем разработки, исследования
и внедрения адаптивных систем управления точностью.
Достижение цели осуществляется путем решения следующих задач:
– проанализировать методы повышения точности обработки на тяжелых станках;
– проанализировать структуру погрешностей тяжёлого токарного станка. Выявить
доминирующие факторы, оказывающие влияние на точность обработки и наметить пути
компенсации основных погрешностей обработки;
– разработать систему управления точностью тяжёлого станка с компенсацией
вредных факторов, возникающих при изготовлении и эксплуатации станка;
– разработать адаптивную систему управления точностью продольных перемещений по
эталонным поверхностям для тяжёлого токарного станка;
– построить структурные, функциональные, точностные и динамические модели
системы и исследовать их характеристики;
– исследовать экспериментальным путем параметры системы управления точностью,
выявить рациональные ее характеристики;
– провести натурные испытания системы управления точностью на тяжёлом токарном
станке и внедрить систему при производстве и модернизации тяжёлого
металлорежущего оборудования.
Объект исследования – формообразующая система тяжелых токарных станков.
Предмет исследования – точность траектории движения продольной подачи суппорта
тяжелых токарных станков.
Научные положения
Для повышения точности токарной обработки наиболее эффективно управление
точностью траектории перемещения вдоль наибольшего размера рабочего
пространства – оси изделия.
Задание качественной характеристики формообразующего движения (траектории)
реализуется путем использования эталонной поверхности, которая не подвержена
влиянию факторов, снижающих точность.
Для задания прямолинейной траектории в качестве эталонной может быть
использована поверхность равной интенсивности лазерного луча или его оптическая
ось.
Методы исследований. В работе для исследования совокупности факторов, влияющих
на точность обработки, применен структурный и геометрический анализ
компоновочных схем тяжелых токарных станков на основе теории формообразования.
Для исследования количественного вклада возмущающих факторов в результирующую
погрешность применены экспериментальные исследования в условиях активного
эксперимента, а также численные методы моделирования тепловых деформаций. Для
разработки структурных схем и построения математических моделей процессов,
происходящих в предложенной системе, использованы сведения из теоретической
механики, волновой оптики, электротехники и электроники. Исследование
работоспособности и характеристик системы проводилось экспериментальным путем.
Научная новизна полученных результатов заключается в том, что:
* исследована степень влияния различных факторов на значения составляющих
погрешности обработки;
* впервые в направляющих станка использованы эталонные поверхности для
обеспечения точности траектории формообразующих движений;
* впервые разработан способ реализации эталонной поверхности в виде лазерного
луча, который используется в качестве измерительной базы станка для повышения
точности и стабилизации траектории движения рабочего органа в процессе
обработки;
* впервые разработаны математические модели предложенной системы адаптивного
управления точностью станка, позволяющие определить рациональные характеристики
системы при ее практическом конструировании.
Практическую ценность составляют:
* результаты исследований степени влияния различных факторов на отдельные
параметры точности;
* структурные схемы и конструкции адаптивных формообразующих систем тяжелых
токарных станков;
* алгоритмы и программы работы элементов адаптивной формообразующей системы
станка;
* результаты экспериментальных исследований работоспособности и точности
предложенной адаптивной формообразующей системы станка в промышленных
условиях;
* рекомендации по разработке и конструированию станков с адаптивной
формообразующей системой.
Личный вклад соискателя. Соискателем непосредственно проведены исследования,
которые определяют наиболее целесообразную группу параметров технологической
системы, адаптивное управление которыми позволяет повысить точность обработки
без значительного повышения себестоимости изготовления станочного оборудования
и квалификационных требований к эксплуатирующему персоналу. Самостоятельно
разработан способ повышения точности путем адаптивного управления параметрами
формообразующей системы, конструкции устройств, для его реализации, и
соответствующие математические модели. Также самостоятельно проведено
изготовление и лабораторные испытания системы.
Постановка задач, анализ и трактовка результатов, производственные испытания
выполнены совместно с научным руководителем д.т.н. проф. В.Д.Ковалевым и
частично с соавторами публикаций.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены на
следующих научно-технических конференциях, соответствующих профилю диссертации
и получили положительную оценку:
VIII международная научно-техническая конференция «Надежность инструмента и
оптимизация технологических систем».- ДГМА.- Краматорск.- . - с
IX міжнародна науково-технічна конференція «Надійність інструменту та сучасні
технологічні системи», ДГМА, Краматорськ, р.- с.
Міжнародна науково-технічна конференція «Важке машинобудування. Процеси
металообробки, верстати та інструменти», ДГМА, Краматорськ-Київ, р. с.
II міжнародна науково-технічна конференція «Важке машинобудування. Проблеми та
перспективи розвитку», ДГМА, Краматорськ, р.- с.
III міжнародна науково-технічна конференція «Важке машинобудування. Проблеми
та перспективи розвитку», ДГМА, Краматорськ, р.- с.
IV міжнародна науково-технічна конференція «Важке машинобудування. Проблеми та
перспективи розвитку», ДГМА, Краматорськ, р.- с.
V міжнародна науково-технічна конференція «Важке машинобудування. Проблеми та
перспективи розвитку», ДГМА, Краматорськ, р.- с.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в
печатных работах, из них – статей в изданиях, рекомендованных ВАК Украины (
единоличных), тезисов докладов на научно-технических конференциях, и получено
патента на изобретение.
Структура и объем работы. Работа состоит из ведения, пяти
разделов, общих
выводов, пяти приложений и списка использованных литературных источников.
Основной текст работы изложен на страницах, в том числе рисунков и
таблиц. Список
- Київ+380960830922