Управление процессами механообработки в автоматизированном производстве на основе синергетического подхода

• Автор: Шпилев, Анатолий Михайлович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 233 с.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Г СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ИССЛЕДОВАНИЮ
ПРОЦЕССОВ МЕХАНООБРАБОТКИ
1Л. Существующие подходы к исследованию процессов
механообработки
1Л Л. Механизмы вибраций при резании и методы оценки
динамического состояния упругой системы станка
1Л .2. Механизмы стружкообразования при резании
1.1.3. Трение и износ инструмента при резании
1.2. Синергетика - новое научное направление в области фундаментальных и прикладных задач
1.3. Технологическая система - исскуственная самоорганизующаяся система с информационным управлением
1.4. Выводы. Цели и задачи исследования
ГЛАВА 2. САМООРГАНИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И СТРУЖКООБРАЗО-ВАНИЕ ПРИ РЕЗАНИИ
2.1. Механизмы и термодинамические аспекты деформации твердых тел
2.2. Механизмы деформаций и стружкообразование при резании
2.3. Математическое моделирование напряженного и деформированного состояния в срезаемом слое
2.4. Механизмы завивания сливной стружки
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗМУЩЕНИЯ
ВИБРАЦИЙ ПРИ РЕЗАНИИ
3.1. Экспериментальные исследования вибраций технологической системы
3.3. Термодинамический анализ возникновения вибраций
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. САМООРГАНИЗАЦИЯ КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В ПРОЦЕССАХ ИЗНАШИВАНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
4.1. Влияние структуры инструментальных материалов на изнашивание и разрушение инструмента

4.2. Модель адгезионно-усталостного изнашивания инструмента при резании
4.3. Структурная самоорганизация контактных поверхностей инструмента и механизмы безызносности при резании
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. Управление процессами механообработки в автоматизированном производстве на основе синергетических принципов
5.1. Иерархия управления процессами механообработки в технологических системах
5.2. Диагностика износа режущего инструмента при резании
5.3. Динамический мониторинг и управление колебаниями упругой системы станка
5.4. Оптимизация управления процессами механообработки
в автоматизированном производстве
5.5. Информационное управление процессами механообработки
5.6. Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Повышение эффективности и конкурентоспособности машиностроительного производства обусловливает необходимость широкого использования высокопроизводительного оборудования, позволяющего автоматизировать процессы механообработки. Решение проблемы существенно продвинулось в связи с появлением станочного оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ).
Однако надежность и эффективность механообработки зависит не только от совершенства станочного оборудования, но и от степени изученности физических явлений при резании. Последнее позволит проводить обоснованный выбор диагностирующих признаков, тесно связанных с физической сущностью контролируемых параметров, а также разработку на этой основе методов управления качеством и точностью обработки.
Отделению поверхностного слоя от заготовки предшествует интенсивное пластическое деформирование. При этом, как показывают исследования, выходные параметры (стойкость инструмента, шероховатость обработанной поверхности, вид стружки и т.д.) существенно определяются степенью и механизмами деформации срезаемого слоя.
Углубленное изучение физики процесса резания возможно лишь на основе фундаментальных достижений в области физики твердого тела, материаловедения, термодинамики неравновесных процессов и т.д.. Следует отметить, что в последние годы, благодаря работам Пригожина И.Р., Хакена Г., Эбелинга В. и др. в области термодинамики необратимых процессов создано новое научное направление - синергетика или теория самоорганизации, изучающая эволюцию нелинейных систем в диссипативных средах, далеких от термодинамического равновесия. Изучение механизмов самоорганизации при резании позволит целенаправлено управлять качеством и точностью обработки, приведет к созданию исскуственных самоорганизующихся технологических систем с высоким интеллектом.
В этой связи, выявление механизмов самоорганизации деформационных и контактных процессов, оптимизации и управления выходными параметрами при резании на основе синергетического подхода в условиях автоматизированного производства, является важной научно-технической проблемой.
Прогрессу в области исследования физических основ процессов механообработки способствовало широкое использование математического моделирования и тонких методов физико-химического анализа (растровой и просвечивающей микроскопии, микроскопии тонких фольг, Оже-спектро-скопии, микрорентгеноспектрального анализа и др.)

ризующих прочность адгезионной связи. Энергия активации процессов схватывания непосредственно связана с величиной СВАСК.
Сопротивление инструментального материала разрушению не связано одназначно с его СВАСК эр3 и СВАСК б5, а определяется их соотношением [53]. Большое влияние на поведение кристаллической решетки оказывают также контактные напряжения. В момент образования узла схватывания на поверхность инструмента действуют различные удельные силы, которые
Таблица 1.
Физические свойства тугоплавких соединений
Соеди- нение Темпера- тура плавления, К Теплота плавления, ккал/моль Предельная энергоем- кость, кДж/мм3 Микротвердость, МПа Модуль упругости, ГПа
ПС 3450 19.98 19.20 30000
ТаС 4070 25.93 19.50 16000
WC 3000 71.10 31.40 18000
по разному воспринимаются металлическими и ковалентными связями. При большом СВАСК ьр3 кристаллическая решетка обладает повышенной жесткостью и допускает весьма ограниченный упругий прогиб. Если преобладают б5 - конфигурации, то решетка способна упруго изгибаться и поглощать энергию удара при возникновении узла схватывания.
Таким образом, при некоторых докритических значений контактных напряжений, карбиды титана лучше противостоят адгезионному износу, чем карбиды вольфрама, в силу отсутствия хрупкого разрыва связей.
Для исследования адгезионного износа применяют метод микрорент-геноспектрального анализа. Результат адгезии можно обнаружить также при наблюдении под микроскопом полированных контактных поверхностей инструмента, на которых обнаруживаются налипшие частицы обрабатываемого материала и изъяны в результате отрыва частиц инструментального материала. Интенсивность адгезионного отрыва зависит от свойств обрабатываемого и инструментального материалов и условий обработки.
При температурах резания выше 800-850°С наблюдается резкое увеличение абсолютного и относительного износов инструмента. Это позволило Т. Н. Лоладзе выдвинуть гипотезу существования диффузионного изнашивания [131-134].
Высокая температура, интенсивная адгезия, большие пластичекие деформации и давления в зоне контакта при высоких скоростях резания