Разработка и создание самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами качества поверхностного слоя деталей машин

• Автор: Петрешин, Дмитрий Иванович
• Шифр специальности: 05.02.08, 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 281 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ САМООБУЧАЮЩИХСЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ С АДАПТИВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПАРАМЕТРАМИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИ.

1.1. Существующие адаптивные технологические системы управления

1.2. Самообучающиеся технологические системы.

1.3. Анализ влияния технологических факторов на параметры качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

1.3.1. Механизм формирования шероховатости обработанной поверхности

при лезвийной обработке

1.3.2 Механизм формирования физикомеханических характеристик поверхностного слоя при лезвийной обработке
1.3.2.1. Анализ влияния технологических факторов на характер изменения глубины и степени упрочнения.
1.3.2.2. Анализ влияния технологических факторов на характер изменения остаточных напряжений
1.4. Технические средства самообучающихся технологических систем и адаптивных систем управления.
1.4.1. Анализ методов и средств активного контроля параметров качества поверхностного слоя
1.4.2. Анализ усилительнопреобразовательных устройств.
1.5. Выводы, цель и задачи исследований
ГЛАВА 2. МЕ ТОДОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ САМООБУЧАЮЩЕЙСЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С АДАПТИВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПАРАМЕТРАМИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ
2.1. Формулировка технологической задачи решаемой самообучающейся технологической системой с адаптивным управлением параметрами
качества поверхностного слоя деталей машин.
2.2. Обобщенная структура самообучающейся технологической системыс адаптивным управлением параметрами качества поверхностного слоя
деталей машин
2.3. Определение степени влияния входных факторов на выходные параметры процесса резания
2.4. Выбор способа управления.
2.4.1. Определение закона управления для самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами качества поверхностного слоя деталей машин и способа внесения поправки.
2.4.2. Выбор источников информациич
2.5. Физическая модель формирования технологических поверхностных остаточных напряжений от сил резания при лезвийной обработке
2.6. Структура и алгоритм работы самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами качества поверхностного
слоя деталей машин
Выводы ко второй главе .
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ, АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМООБУЧАЮЩЕЙСЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С АДАПТИВНЫМУПРАВЛЕНИЕМ ПАРАМЕТРАМИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙМАШИН
3.1. Математическое обеспечение самообучающейся технологи ческой системы с адаптивным управлением параметрами качества
поверхностного слоя деталей машин
3.2. Алгоритмическое обеспечение самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами качества
поверхностного слоя деталей машин.
3.2.1. Алгоритмическое обеспечение аппаратной части самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами
качества поверхностного слоя деталей машин.
3.2.2. Алгоритмы самообучения и адаптивного управления технологической системой по параметрам качества поверхностного слоя.
Ь
3.3. Структура программного обеспечения самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами
качества поверхностного слоя деталей машин.
3.3.1. Базовое программное обеспечение самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами
качества поверхностного слоя деталей машин.
3.3.2. Программное обеспечение аппаратной части самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами
качества поверхностного слоя деталей машин.
3.4. Информационное обеспечение самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами качества
поверхностного слоя деталей машин
Выводы к третьей главе.
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ САМООБУЧАЮЩЕЙСЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С АДАПТИВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПАРАМЕТРАМИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН НА БАЗЕ УЧПУ
4.1. Разработка структурной схемы самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами качества
поверхностного слоя деталей машин
4.2. Разработка контроллера сопряжения ПЭВМ и УЧПУ .
4.3. Разработка измерительных схем для самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами
качества поверхностного слоя деталей машин.
4.3.1. Разработка измерительного канала главной составляющей силы
резания
4.3.2. Разработка измерительного канала температуры в зоне резания
4.3.3. Разработка схемы измерения параметра шероховатости Ба при механической обработке.
4.4. Измерение параметра шероховатости Бл лазерным оптическим
датчиком.
4.5. Тарировка и настройка измерительных каналов.
4.6. Определение величины запаздывания измерительных каналов.
4.7. Разработка программы логики станка УЧПУ ПС0 для работы
системы в режиме самообучения и адаптивного управления.
Выводы к четвертой главе.
ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ И СОЗДАННОЙ САМООБУЧАЮЩЕЙСЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С АДАПТИВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПАРАМЕТРАМИ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН.
5.1. Организация работы самообучающейся технологической системы с адаптивным управлением параметрами качества поверхностного слоя деталей машин
5.2. Технологические исследования по самообучению технологической системы обеспечению параметров шероховатости Ка, поверхностной микротвердости, поверхностных остаточных напряжений и комплексного параметра Сх.
5.3. Технологические исследования по обеспечению параметров шероховатости Яа, поверхностной микро твердости, поверхностных остаточных напряжений и комплексного параметра Сх при адаптивном
управлении.
Выводы к пятой главе.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВА ШЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ.
Введение
Актуальность


Анализ данных работ и многих других литературных источников 1,8,9,,,,,,,,,,, показывает, что наиболее часто объектом машиностроительного производства являются, детали типа тел вращения, имеющие наружные цилиндрические рабочие поверхности. Влияние каждого из этих факторов на образование шероховатости будет различным, в зависимости от условий обработки. Для анализа реальных поверхностей наиболее целесообразно разделить все факторы, действующие на формообразование поверхности в процессе резания на систематические и случайные. Рис. Формирование профиля шероховатости при точении Ы составляющая профиля шероховатости, обусловленная формой инструмента и кинематикой его перемещения, мм Ь2 составляющая профиля шероховатости, обусловленная колебаниями инструмента, мм ИЗ составляющая профиля шероховатости, обусловленная деформациями материала в зоне контакта детали с инструментом пластическим оттеснением, мкм Ы составляющая профиля шероховатости, обусловленная шероховатостью рабочей части инструмента, мкм. К систематическим факторам в общем случае могут быть отнесены заданный закон кинематического движения, подача, профиль режущих кромок инструмента, систематические погрешности от силовых и тепловых деформаций элементов ТС, автоколебания и вынужденные колебания ТС и т. К случайным факторам могут быть отнесены случайные внешние воздействия на ТС, случайные погрешности силовых и тепловых деформаций элементов ТС вариации локальных физикомеханических свойств обрабатываемого материала определяющие его упругие и пластические колебания1 припуска и твердости заготовки, износ режущего инструмента, наросты, вырывы, сколы деформации. Случайные факторы определяют дисперсию параметров шероховатости. Поэтому, в общем случае реальную поверхность можно считать состоящей из периодической и случайной составляющих. Ы 2 3 4, мм 1. Ь4 составляющая профиля шероховатости, обусловленная шероховатостью рабочей части инструмента, мм. Зависимости для расчета составляющих Ы, Ь2, ЬЗ, Ь4 профиля шероховатости обработанной поверхности при лезвийной обработке в зависимости от условий обработки представлены в табл. МПа. Остальные параметры шероховатости поверхности могут быть определены по зависимостям 9

Н р 1 Тслв
1. Зависимости для расчета составляющих Ы, Ь2, ЬЗ. Ф i
9i i
ф
8Ф I гзЬ 9 Цфсф . Vi x

. Таблица 1. I глубина резания, мм 8 продольная подача, ммоб г радиус при вершине резца, мм р главный угол в плане р вспомогательный угол в плане у передний угол резца Н толщина пластически оттесняемого слоя вспомогательной режущей кромкой И. СР, У и, Ъп, Хр. Р, для точения Яг1СЛ шероховатость исходной поверхности НВтя и НВпйа соответственно максимальная и минимальная твердость материала заготовки жесткость технологической системы. На процесс формообразования поверхностей обрабатываемых деталей оказывают влияние колебания припуска, твердости, износ инструмента и другие факторы, что приводит к постоянному изменению силового и температурного режимов обработки. ПрИ этом многочисленные исследования 5,9,,,,,,,,, показывают, что на формирование физикомеханических характеристик поверхностного слоя значительное влияние оказывают именно температурное и силовое поле в зоне обработки. Их нестабильность во время обработки приводит к тому, что и физикомеханические характеристики поверхностного слоя на одних и тех же деталях, обработанных на одних режимах, заметно отличаются. При всех методах механической обработки заготовок, включая ручную притирку и доводку, в их поверхностных слоях происходит заметное упрочнение, изменяющее механические свойства материала. Упрочнение материала после механической обработки характеризует степень упрочнения или степень наклепа Ш. НцНцисх. Нрисх исходная микротвердость материала детали, МПа Нц микротвердость обработанной поверхности детали, МПа. Микротвердость твердость, определяемая при нагрузках до 4,9 Н, характеризующая сопротивление пластическому и упругому деформированию отдельных структурных составляющих, частиц, микрообъемов материала. Средняя величина степени упрочнения и глубины распространения наклепа для различных методов лезвийной обработки представлена в табл.