Оптимизация многоинструментальной токарной обработки материалов на основе термомеханического взаимовлияния процессов резания

Общие выводы и результаты работы.

1. При осуществлении многоинструментальной токарной обработки материалов на станках-автоматах (позволяющей значительно повысить производительность выполняемой технологической операции и снизить ее себестоимость) происходит термомеханическое взаимовлияние процессов резания, осуществляемых одновременно применяемыми инструментами (в результате наложения температурных полей, изменения действительной глубины резания каждого инструмента под воздействием совместного температурно-силового фактора, изменения впереди идущим инструментом твердости поверхностного слоя материалаприпуска, срезаемого позади идущим инструментом}, что необходимо учитывать при оптимизационном нормировании вышеуказанного вида токарной обработки.

2. На основе анализа физико-механических и теплофизических явлений, происходящих при резании материалов, разработана научно обоснованная методология расчетного определения погрешности обработки, характеристик шероховатости формируемого поверхностного слоя, температурно-силовых, контактных, стойкостных, технико-экономических и других основных выходных характеристик многоинструментальной токарной обработки деталей на станках-автоматах с учетом одновременно протекающих процессов резания, осуществляемых применяемыми инструментами.

3. Отличительной особенностью этой методологии является то, что входящие в нее базовые аналитические зависимости помимо исходных технологических условий обработки (физико-механические и теплофизические свойства обрабатываемых и инструментальных материалов, геометрические параметры инструмента, режимы резания, размеры заготовки и обрабатываемых на ней участков, жесткость технологической системы СПИЗ и др.) включает предлагаемый нами критерий B-z (Bz=tg (Pi), где Д — угол наклона условной плоскости сдвига в зоне резания анализируемого инструмента), учитывающий термомеханическое взаимовлияние одновременно протекающих процессов резания при многоинструментальной токарной обработке материалов.

4. Базируясь на вышеуказанной методологии, аналитического определения выходных характеристик многоинструментальной токарной обработки материалов и используя модернизированный симплекс-метод Нелдера-Мида, разработано математическое и программное обеспечение структурно-параметрической оптимизации технологических условий указанного процесса точения на станках-автоматах с учетом специфических особенностей эксплуатации этих станков, термомеханического взаимовлияния одновременно протекающих процессов резания, а также необходимости обеспечения равенства (или кратности) периодов стойкости используемых инструментов, обязательного выполнения накладываемых технико-технологических ограничений и достижения экстремального значения заданного критерия оптимизации (минимум себестоимости технологической операции или максимум ее производительности).

5. Разработанное математическое и программное обеспечение реализовано в действующей САПР ТП «Multitool-lпозволяющей осуществить структурно-параметрическую оптимизацию технологических условий как одноинструментальной, так и многоинструментальной токарной обработки материалов на станках-автоматах и позволяет получить экстремальное значение заданного критерия оптимизации технико-экономического характера (.минимум себестоимости технологической операции и максимум производительность труда при ее выполнении) с учетом обеспечения равенства (или кратности) периодов стойкости используемых режущих инструментов в наладке станка при условии выполнения технико-технологических ограничений, накладываемых на процесс обработки требованиями чертежа (погрешность обработки и характеристики шероховатости поверхностного слоя обработанной детали), прочностными характеристиками инструмента, виброустойчивостью процесса точения, а также эксплуатационными возможностями используемого металлорежущего оборудования.

6. Производственные испытания САПР Ш «Multitool-l» подтвердили эффективность использования самой автоматизированной системы и достоверность ее математического обеспечения.

1. Козлов В. А. Структурно-параметрическая оптимизация процесса точения. Рыбинск: РГАГА, 2000. — 670 с.

2. Шаумян А. Г. Автоматы и автоматические линии. -М.: Машиностроение, 1961. 552 с.

3. Темчин Г. И. Теория и расчет многоинструментальных наладок. -VI.: Знание, 1952.

4. Козлов В. А. Температурно-силовые характеристики процесса резания и их теоретико-экспериментальное определение Учебное пособие / РГАТА. Рыбинск, 1997. — 449 с.

5. Банда Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер. С англ. М.: Радио и Связь., 1988. — 128 с.

6. Колев К. С. Точность обработки и режимы резания. М: Машиностроение, 1968. — 130 с.

7. Якобе Г. Ю., Якоб Э., Кохан Д. Оптимизация резания. Параметризация способов обработки резанием с использованием технологической оптимизации: Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1981. — 279 с.

8. Колев К. С., Горчаков JI.M. Точность обработки и режимы резания. -М: Машиностроение, 1976. -144 с.

9. Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки. М.: Машиностроение, 1981, — 243 с.

10. Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания. М. Машиностроение, 1976. — 278 с.

11. Макаров А. Д., Мухин B.C., Шустер Л. Ш. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов. Уфа: УАИ, 1974. — 372 с.

12. Филоненко С. И. Резание материалов. Киев, Техника, 1975. 237 с.

13. Зорев Н. Н., Грановский Г. И., Ларин М. Н и др. Развитие науки о резании металлов. М: Машиностроение, 1967. — 416 с.

14. Козлов В. А., Смирнова Г. В. Влияние вибраций в технологической системе СПИД на высотные характеристики поверхностного слоя, формируемого при токарной обработке материалов. Рыбинск, 1990. -86 с.

15. Оптимизация технологических условий механической обработки деталей авиационных двигателей/ В. Ф. Безъязычный, Т. Д. Кожина, А. В. Константинов и др.- М.: Из-во МАИ, 1993. 184 с.

16. Лоладзе Т. Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1982, — 320 с.

17. Козлов В. А. Аналитическое определение на ЭВМ оптимальных по размерной стойкости инструмента режимов резания при точении материалов: Учебное пособие/ РГАТА. Рыбинск, 1997. — 123 с.

18. Силин С. С., Козлов В. А. Оптимизация процессов резания с учетом обеспечения заданной шероховатости обработанной поверхности// Производительная обработка и технологическая надежность деталей машин: Сб.науч. тр./РАТИ. Ярославль, 1977, — № 6. — С. 36−41.

19. Козлов В. А. Аналитическое определение прочностных характеристик режущего инструмента при токарной обработке материалов/ РГАТА. -Рыбинск, 1998. 99 с.

20. Силин С. С. Метод подобия при резании материалов. М.: Машиностроение, 1979, — 152 с.

21. Дзельтен Г. П. Определение напряженного состояния и прочности режущей части инструмента с целью выбора ее рациональных параметров: Автореферат дис. канд.техн.наук. СПБ, 1996. — 14 с.

22. Башкин О. И., Банахов П. С., Воробьев И. В. О длине контакта стружки с передней поверхностью инструмента// Технология и автоматизация машиностроения: Респ.межвед.науч.-техн. Сб./КПИ. Киев. 1975. -Вып. 15. — с. 6−9.

23. Остафьев В. А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1979. 168 с.

24. Лоладзе Т. Н. Износ режущего инструмента. М.: Машгиз, 1958, — 354 с.

25. Бетанели А. И. Хрупкая прочность режущей части инструмента/ ГПИ. Тбилиси, 1969,-319 с.

26. Утешев М. Х. Разработка научных основ прочности режущей части инструмента по контактным напряжениям с целью повышения его работоспособности: Автореферат дис.. Докт.техн.наук. Томск. 1966. — 36 с.

27. Безъязычный В. Ф., ЧистяковЮ.П. Расчетное определение технологической погрешности обработки лезвийным инструментом // Расчет режимов резания на основе общих закономерностей процессов резания: Сб.науч.тр./РАТИ. Ярославль, 1982. — с.51−63.

28. Аршинов В. А., Алексеев Г. А. Резание металлов и режущий инструмент. М.: Машиностроение, 1967, — 440 с.

29. Бобров В. Ф. Основы теории резания. М.: Машиностроение, 1975.344 с.

30. Грановский Г. И., Грановский В. Г. Резание металлов. М.: Высшая школа, 1985. 304 с.

31. Вульф A.M. Резание металлов. Л.: Машиностроение, 1973. 496 с.

32. Ящерицын П. И., Еременко М. Л., Фельдштейн Е. Э. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах: Учебник для вузов. Мн.: Вышейшая школа, 1990, — 512 с.

33. Зорев Н. Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956. — 368 с.

34. Великанов К. М., Новожилов В. И. Экономические режимы резания металлов. Л.: Машиностроение, 1972, — 119 с.

35. Горанский Г. К., Владимиров Е. В., Ламбин Л. Н. Автоматизация технического нормирования на металлорежущих станках с помощью ЭВМ. М.: Машиностроение, 1970, — 222 с.

36. Игумнов Б. Н. Расчет оптимальных режимов обработки для станков и автоматических линий. М.: Машиностроение, 1974, — 200 с.

37. Автоматизированное проектирование оптимальных наладок металлорежущих станков/ A.M. Гильман, Г. В. Гостев, Б. Ю. Егоров и др. М.: Машиностроение, 1984, — 168 с.

38. Оптимизация режимов резания на металлорежущих станках/ A.M. Гильман, J1.A. Брахман, Д. И. Батищев и др. М.: Машиностроение, 1972, — 188 с.

39. Макаров А. Д. Износ и стойкости инструментов. М. Машиностроение, 1966. 264 с.

40. Козлов В. А. Аналитическое определение критического износа режущих инструментов/ РГАТА. Рыбинск, 1998. — 40 с.

41. Трусов В. В., Козлов В. А. Взаимосвязь между значениями износа режущего инструмента по задней поверхности в радиальном направлении/ РАТИ. Рыбинск, 1986. — 32 с.

42. Козлов В. А., Белецкий Д. В. Прогнозирование стойкости инструмента и технико-экономической эффективности процесса токарной обработки материалов на стадии технологический подготовки производства/ РГАТА. Рыбинск, 1998. — 109 с.

43. Непомилуев В. В. Обобщенная зависимость для расчета интенсивности износа режущего инструмента при точении //Оптимизация операций механической обработки: Сб.науч.тр. / ЯПИ. Ярославль, 1990. — с.59−62.

44. Горанский Г. К., Бендерова Э. И. Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. М: Машиностроение, 1981. — 455 с.

45. Горанский Г. К. Автоматизированные системы технологической подготовки производства: структура, функционирование и перспективы развития в СССР и за рубежом: Обзорная информация/. -Минск: БелНИИНТМ, 1989. 56 с.

46. Горанский Г. К. Методика выбора металлорежущих станков, инструментов и режимов резания в автоматизированных системах технологического проектирования: Учебник для вузов/. М: Машиностроение, 1988. — 352 с.

47. Силин С. С. Установление критериальных зависимостей при резании металлов на основе изучения тепловых явлений// Тепловые явления и обрабатываемость резанием авиационных материалов: Сб. науч. тр./ МАТИ. М.: Машиностроение, 1966, — с 102−138.

48. Силин С. С. Расчет оптимальнх режимов на основе изучения процессов резания методами теории подобия// Технология машиностроения: Сб. науч. тр./ЯПИ. Ярославль, 1968. с 43−64.

49. Силин С. С. Теория подобия в приложении к технологии машиностроения: Учебное пособие/ ЯПИ. Ярославль, 1989, — 108 с.

50. Силин С. С., Козлов В. А. Аналитическое определение теплофизических и физико-механических характеристик процесса лезвийной обработки материалов// Вестник машиностроения. 1993,-№ 5−6. — С. 32−43.

51. Кононов Ю. Е., Шапошников A.M., Солцев Б. А., Камкин А. А. Оптимизация технологических процессов важнейший фактор повышения производительности труда. Тез. докл. конф. Рыбинск, 1977, с 21−22.

52. Макаров В. Н., Камкин А. А., Шапошников А. М. Производительная обработка и технологическая надежность машин. Межвуз. сб. науч. тр./ ЯПИ, РАТИ. Ярославль, 1979, с 77−79.

53. Панкин А. В. Основные вопросы наивыгоднейшего резания металлов. -М.: Машиностроение, 1948. 259 с.

54. Крылов В. И. Приближенное вычисление интегралов. -М: Наука, 1967.

55. Бахвалова Н. С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы. -М.: Наука, 1987.