Автоматизированное перераспределение отклонений взаимозависимых параметров технологического процесса растачивания отверстий шатунов

Актуальность темы

Современный этап развития машиностроения позволяет перейти на новый уровень построения технологических процессов механической обработки узлов, деталей и заготовок при интеграции достижений математического моделирования и автоматики, реализуя комплексную автоматизацию подготовительных операций с использованием автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП).

Технология восстановления геометрических параметров отверстий шатунов автомобильных двигателей на расточном станке модели ОР — 14 597, производимом ЗАО «Курский станкостроительный завод», представляет собой их растачивание до ремонтного размера. Базирование шатуна для растачивания отверстия его нижней головки производится по изношенной поверхности самого отверстия, и на станке этой модели осуществляется с помощью механического приспособления.

Выходной параметр технологического процесса растачивания представляет собой параметр отклонения от круглости отверстий нижних головок шатунов одной партии. Его точность определяется точностью базирования заготовок и на расточных станках рассматриваемой модели является не стабильной величиной.

Погрешность базирования отверстий нижних головок шатунов представляет собой замыкающее звено линейной размерной цепи отклонений, являющиеся входными параметрами технологического процесса растачивания.

Точность базирования отверстий нижних головок шатунов определяется соответствующей точностью входных параметров технологического процесса растачивания, допустимые отклонения на которые рассчитываются без учета корреляционных связей входных параметров, что не позволяет обеспечить точность базирования заготовок и точность выходного параметра технологического процесса растачивания.

Таким образом, решение задачи вероятностного математического моделирования перераспределения допустимых отклонений входных параметров технологического процесса растачивания отверстий нижних головок шатунов автомобильных двигателей на расточном станке модели ОР — 14 597 с учетом корреляционных связей входных параметров является актуальным.

Цель работы. Обеспечение точности отверстий нижних головок шатунов автомобильных двигателей по параметру отклонения от круглости вероятностным математическим моделированием перераспределения допустимых отклонений корреляционно связанных входных параметров технологического процесса (ТП) растачивания отверстий шатунов на станке модели ОР — 14 597 в рамках АСТПП.

Объект исследования. ТП растачивания отверстий нижних головок шатунов автомобильных двигателей с использованием автоматизированного управления перераспределением корреляционно связанных отклонений параметров.

Предмет исследования. Вероятностное математическое моделирование перераспределения корреляционно связанных отклонений параметров ТП растачивания отверстий нижних головок шатунов автомобильных двигателей.

Методы исследования. Базируются на математическом аппарате вектор-но-матричного исчисления и вероятностном моделировании. Материалами являются экспериментально полученные случайные величины линейной размерной цепи отклонений как составляющих звеньев погрешности базирования отверстия нижней головки шатуна автомобильного двигателя марки ЯМЗ — 740 на расточном станке модели ОР — 14 597 и, полученные моделированием, распределенные по нормальному закону (РНЗ), корреляционно связанные случайные величины отклонений с заданными СКО и коэффициентами корреляции.

Научная новизна:

1. Разработана вероятностная математическая модель перераспределения СКО входных параметров ТП, отличающаяся тем, что позволяет оценить СКО любого количества входных параметров ТП с учетом их коэффициентов корреляции и СКО одного выходного параметра;

2. Выявлена закономерность, указывающая в декартовой системе координат геометрическое место точек перераспределяемых СКО входных параметров ТП с учетом их коэффициентов корреляции, основанная на эллипсоиде % перераспределения, отличного от эллипсоида рассеяния случайных вели

Ф чин отклонений входных параметров ТП;

3. Разработана методика проверки на адекватность и достоверность вероятностной математической модели перераспределения параметров ТП по СКО с использованием корреляционно связанных случайных величин входных и выходного параметров ТП в размерной цепи.

Практическая ценность и результаты внедрения работы. Основные результаты диссертационной работы были внедрены на ЗАО «Курский станкостроительный завод», а именно: использованы в автоматизированной системе технологической подготовки производства ремонта шатунов для технологиче-^ ского процесса растачивания отверстий нижних головок шатунов автомобильного двигателя марки ЯМЗ — 740 и обеспечили точность их ремонтного размера по параметру отклонения от круглости. ^ Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинаре профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2005 г.) и на научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, инфор-• мационные технологии и инновации 2005» (г. Курск, 2005 г.).

Положения, выносимые на защиту:

1. Вероятностная математическая модель перераспределения среднеквадра-тических отклонений входных параметров технологического процесса, позволяющая по известному среднеквадратическому отклонению выходного параметра технологического процесса, оценить среднеквадратические отклонения его входных параметров с учетом их коэффициентов корреляции;

2. Закономерность, основанная на эллипсоиде перераспределения и позволяющая оценить возможные значения среднеквадратических отклонений ф входных параметров технологического процесса, удовлетворяющих вероятностной математической модели перераспределения- 3. Методика проверки адекватности и достоверности вероятностной математической модели перераспределения, основанная на представлении отклонений выходного параметра технологического процесса как замыкающих звеньев размерных цепей отклонений его входных параметров.

Содержание диссертации раскрывается в четырех разделах. Во введении обосновывается актуальность работы, определяются цели и задачи исследования, дается общая характеристика выполненной работы, раскрывается научная новизна исследования.

В первом разделе проводится обзор современного состояния научнотехнической и производственной базы моделирования автоматизированного перераспределения отклонений параметров ТП на основе отечественных литературных источников. Рассматриваются вопросы моделирования ТП, классификация моделей, требования, предъявляемые к ним, этапы математического моделирования. Рассматриваются методы повышения точности ТП в условиях автоматизированного управления перераспределением допустимых отклонений параметров ТП. Рассматриваются проблемы решения задачи перераспределения допустимых отклонений входных параметров технологического процесса с учетом их корреляционной связи и возможные способы ее решения. На основании выводов по первому разделу формулируются основные задачи исследования.

Во втором разделе разрабатывается вероятностная математическая модель перераспределения СКО входных параметров ТП, позволяющая их оценивать с учетом и без учета корреляционной связи входных параметров. Модель строится как система уравнений, в которой задаются СКО выходного параметра ТП, коэффициенты корреляции его входных параметров и коэффициенты, определяющие необходимые количественные соотношения СКО входных параметров. Для этого выявляется закономерность, указывающая в декартовой системе координат геометрическое место точек перераспределяемых СКО входных параметров ТП с учетом их коэффициентов корреляции, удовлетворяющих вероятностной математической модели перераспределения.

В третьем разделе проверяется адекватность и достоверность вероятностной математической модели перераспределения СКО входных параметров ТП. Для этого разрабатывается методика проверки адекватности и достоверности, основанная на использовании корреляционно связанных случайных величин (СВ) отклонений входных и выходного параметров ТП в размерной цепи. Проводится перераспределение СКО корреляционно связанных входных параметров ТП с учетом и без учета их коэффициентов корреляции и перераспределение СКО корреляционно не связанных случайных величин (СВ) отклонений входных параметров ТП. Корреляционно не связанные отклонения входных параметров ТП находятся путем ортогонального преобразования исходных корреляционно связанных отклонений во взаимонезависимый вид с теми же СКО с помощью программы.

В четвертом разделе рассматривается решение задачи обеспечения точности по параметру отклонения от круглости отверстий нижних головок шатунов восстанавливаемых растачиванием на станке модели ОР — 14 597 на примере шатунов автомобильных двигателей марки ЯМЗ — 740. Для этого разрабатывается алгоритм, представляющий собой последовательность действий перераспределения допусков входных параметров технологического процесса растачивания отверстий нижних головок шатунов с помощью разработанной вероятностной модели перераспределения.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ. Основных публикаций, раскрывающих тему диссертации: 5.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 111 наименований и приложения. Основная часть работы изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков и 15 таблиц.

вывода

1. Основным результатом исследования, проведенного в данном разделе, является разработка алгоритма перераспределения допусков составляющих звеньев размерной цепи отклонений погрешности базирования отверстия нижней головки шатунов на расточном станке модели ОР — 14 597, на базе разработанной вероятностной математической модели перераспределения;

2. Перераспределение с помощью разработанного алгоритма представляет собой расширение трудновыполнимых допусков входных параметров ТП без изменения допуска на выходной параметр. Если величины получаемых в результате перераспределения допусков входных параметров не устраивают, производится повторное их перераспределение с измененными условиями до тех пор, пока не будут получены подходящие допуска входных параметров;

3. Разработка алгоритма автоматизированного перераспределения допусков составляющих звеньев размерной цепи отклонений погрешности базирования отверстия нижней головки шатунов автомобильного двигателя ЯМЗ — 740, построенного на базе разработанной модели перераспределения, обеспечила повышение точности растачиваемых отверстий по параметру отклонения от кругл ости в 1.5 раза;

4. Получена требуемая по техническим условиям точность (обеспечено ее повышение в 1.5 раза) ремонтного размера растачиваемых отверстий нижних головок шатунов автомобильного двигателя марки ЯМЗ — 740, за счет выполнения составляющих звеньев размерной цепи отклонений их погрешности базирования в пределах допустимых отклонений, рассчитанных по вероятностной математической модели перераспределения в рамках АСТПП.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана вероятностная математическая модель перераспределения СКО входных параметров ТП, позволяющая по известному СКО выходного параметра ТП, как замыкающего звена размерной цепи отклонений, оценить СКО его корреляционно связанных входных параметров, как составляющих звеньев размерной цепи отклонений, с учетом их коэффициентов корреляции в условиях неопределенности, появляющейся при определении СКО большего количества входных параметров с учетом их корреляционной связи по СКО меньшего количества выходных;

2. Выявлена закономерность, основанная на эллипсоиде перераспределения, отличного от эллипсоида рассеяния, и позволяющая оценить значения перераспределяемых СКО входных параметров технологического процесса, удовлетворяющие разработанной вероятностной модели перераспределения, учитывающей корреляционные связи входных параметров;

3. Разработана методика проверки на адекватность и достоверность вероятностной математической модели перераспределения параметров технологического процесса по среднеквадратическим отклонениям с использованием корреляционно связанных случайных величин входных и выходного параметров технологического процесса в размерной цепи отклонений;

4. Проведена проверка адекватности и достоверности вероятностной модели перераспределения, с учетом и без учета корреляционных связей входных параметров технологического процесса, в результате чего определено, что модель, учитывающая корреляционные связи, является адекватной и достоверной, а модель, их учитывающая, является адекватной и достоверной только в случае перераспределения корреляционно не связанных параметров;

5. Разработаны в системе MathCAD Enterprise Edition программы для статистического моделирования корреляционно независимых СВ отклонений входных параметров ТП с точностью Ю-15 и корреляциолно зависимых с точностью существующего ТП ремонта шатунов по известным коэффициентам корреляции и СКО за счет ортогонального преобразования псевдослучайных псевдонезависимых СВ встроенного генератора MathCAD с помощью фундаментальных матриц и вектора собственных чисел ковариационной и корреляционной матриц отклонений входных параметров;

6. Построен алгоритм перераспределения допустимых отклонений составляющих звеньев размерной цепи отклонений погрешности базирования отверстия нижней головки шатунов на расточном станке модели ОР — 14 597, на базе разработанной вероятностной математической модели перераспределения и заключающийся в расширении трудновыполнимых допусков составляющих звеньев размерной цепи отклонений погрешности базирования.

8. Практическое значение диссертационной работы состоит в том, что использование алгоритма перераспределения допустимых отклонений составляющих звеньев размерной цепи отклонений погрешности базирования отверстия нижней головки шатунов на расточном станке модели ОР — 14 597 в рамках АСТПП, обеспечила повышение точности обработки нижних отверстий шатунов автомобильного двигателя марки ЯМЗ — 740 в 1.5 раза до требуемого по техническим условиям допуска 10 мкм;

9. Прикладное значение диссертационной работы заключается в том, что применение ее результатов позволяет решить широкий круг задач, связанных с обеспечением точности продукции машиностроительного производства, а именно: получение продукции с требуемыми точностными показателями за счет перераспределения допустимых отклонений входных параметров ТП. Результаты диссертации можно применять в машиностроении, текстильной промышленности, радиоэлектронной промышленности, микроэлектронике.

Задачи дальнейших исследований.

1. Повышение точности вероятностной математической модели перераспределения за счет: a) Учета коэффициентов {kz) различной степени влияния точности отдельных входных параметров ТП на точность выходного параметраb) Определения связи между отклонениями каждого из входных параметров ТП с отклонениями выходного параметра в виде корреляционной, а не в функциональной зависимости;

2. Проведение полного математического анализа возможных сочетаний допусков входных параметров ТП, при любом их количестве с учетом их корреляционной связи, удовлетворяющих модели;

3. Определение правила, позволяющего находить такие коэффициенты кэ1, кэ2,.кэп, которые обеспечивали бы возможную минимизацию суммарных затрат на выполнение точности входных параметров в условиях наличия действительных решений задачи их перераспределения;

4. Решение задачи перераспределения отклонений входных параметров ТП с учетом зависимости коэффициентов, определяющих соотношения условий технологичности выполнения точности входных параметров, от самих величин разбросов;

5. Построение модели перераспределения с учетом отклонений любого количества входных и выходных параметров;

6. Разработка модели перераспределения, учитывающей изменение отклонений параметров во времени.