Повышение эффективности высокоскоростной механической обработки на основе подходов нелинейной динамики и нейронносетевого моделирования

• Автор: Биленко, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 331 с. : ил.

ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса исследования процессов

высокоскоростной механической обработки. Постановка и задачи исследования

1.1. Состояние и перспективы высокоскоростной обработки

1.2. Современные теории возникновения вибраций при резании

1.2.1. Возникновение автоколебаний вследствие нелинейной характеристики силы резания
1.2.2. Возникновение автоколебаний вследствие инерционности самого процесса резания

1.2.3. Возникновение автоколебаний вследствие координатной связи

1.3. Характеристики процесса резания

1.3.1. Статическая характеристика процесса резания

1.3.2. Динамическая характеристика резания

1.4. Современные методы обеспечения эффективности высокоскоростной обработки

1.4.1. Трохоидальная обработка
1.4.2. Плунжерное фрезерование
1.4.3. Сплайн-интерполяция
1.5. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. Методы экспериментальных и теоретических исследований
2.1. Описание стендов для исследования высокоскоростной обработки
2.1.1. Стенд для исследования процесса точения
2.1.2. Стенд для исследования процесса фрезерования
2.2. Методы устранения шумов в измеряемых сигналах
2.2.1. Экранирование
2.2.2. Заземление
2.2.3. Устранение кабельного эффекта
2.3. Используемые алгоритмы обработки экспериментальных данных
2.3.1 Практические аспекты вычисления фрактальной размерности
2.3.2 Алгоритм вычисления информационной энтропии
2.4. Выводы
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования
3.1. Исследование механизма стружкообразования при высокоскоростном резании
3.2. Исследование динамических процессов при механической обработке
3.3. Исследование сигналов виброакустической эмиссии, излучаемой при высокоскоростной обработке
3.4. Исследование профиля поверхности, получаемой после механической обработки
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. Повышение эффективности высокоскоростной механической
обработки на этапе раннего проектирования металлорежущих станков
4.1. Энергетические и термодинамические соотношения, определяющие технологические свойства механической обработки
4.2. Обеспечение динамической устойчивости металлорежущих станков на стадии их раннего проектирования
4.3. Интеллектуальное проектирование станочных систем на основе подходов синергетики и математического аппарата нейронных сетей
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. Повышение эффективности высокоскоростной механической
обработки на стадии расчета траектории движения режущего инструмента
5.1. Основные проблемы при проектировании траекторий режущего инструмента для высокоскоростной обработки деталей
5.2. Пути решения проблемы составления управляющих программ ЧПУ при высокоскоростном резании

5.3. Оптимизация траекторий движения режущего инструмента и управляющих программ для станков с ЧПУ на основе методов нелинейной динамики
5.4. Применение клеточных нейронных сетей для формирования эффективных траекторий движения режущего инструмента при высокоскоростной обработке
5.4.1. Методика формирования траекторий режущего инструмента для операций высокоскоростного фрезерования открытых полостей (карманов)

5.4.2 Расширение возможностей САМ-системы Ц^гарЫся с помощью клеточных нейронных сетей и алгоритмов нелинейной динамики
5.5. Выводы
ГЛАВА 6. Повышение эффективности высокоскоростной механической
обработки на этапе изготовления детали
6.1. Применение искусственных нейронных сетей для качественного мониторинга и оптимального управления процессами механической обработки
6.1.1. Синтез диагностических моделей процесса резания на базе нейронных сетей встречного распространения
6.1.2. Синтез динамических нейронносетевых моделей для мониторинга рабочих процессов высокоскоростной механической обработки
6.1.3. Синтез интерполяционных нейронносетевых моделей для задач оптимального управления технологическими процессами ВСО
6.2. Диагностика динамических процессов высокоскоростной механической обработки методами нелинейной динамики
6.2.1. Исследование динамической системы станка при резании методом реконструкции аттрактора
6.2.2. Оценка устойчивости упругой системы станка методом реконструкции уравнений аттрактора

Для регистрации виброакустического сигнала, характеризующего процесс резания, использовался стенд (рис. 2.1), включающий заготовку, закрепленную в центрах, резец, с установленными на нем датчиками виброакустической эмиссии, усилитель сигналов и цифровой осциллограф, выполненный в виде встраиваемого электронного модуля для персонального компьютера. Общий вид экспериментальной установки приведен на рис. 2.2.
Действие экспериментальной установки основано на излучении процессом резания вибраций и преобразования возникающих при этом механических колебаний резца в изменение электрического сигнала, пропорционального этим колебаниям.
Рис. 2.2. Общий вид экспериментальной установки по снятию сигналов виброакустической эмиссии при высокоскоростной токарной обработке.
Измерение и регистрация сигналов виброакустической эмиссии осуществлялись на основе датчиков, у которых в качестве чувствительного элемента используется пьезокерамика, обладающая высокой прочностью и стабильностью свойств. Для проведения исследований были использованы два пьезоэлектрических датчика колебаний марки «ММР К035» (Германия). Данные датчики прошли обязательную метрологическую паспортизацию на фирме-изготовителе и имеют погрешность не более 3,2% в полосе частот от 0 до 10 КГц.
Важным моментом является выбор способа и места крепления датчиков. Используемые датчики имеют резьбовые отверстия и комплект вибропроводя-цих переходников для их установки, поэтому в державке резца были выполне-