Разработка метода автоматизированного выбора и коррекции скорости резания при оптимизации режимов обработки на токарных станках с ЧПУ

• Автор: Таубе, Андрей Олегович
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 153 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ.

1.1 Основные цели и задачи оптимизации режимов обработки

1.2 Обзор и классификация методов оптимизации режимов резания

1.2.1 Модели линейного программирования.

1.2.2 Модели нелинейного программирования.

1.2.3 Стохастические модели.

1.2.4 Обзор критериев оптимальности процесса обработки

1.3 Проблемы автоматизированного выбора оптимальных параметров обработки.

1.3.1 Анализ причин отклонения действительного периода стойкости инструмента от заданного
1.3.2 Анализ причин отклонения действительного значения составляющих силы резания от расчетного.
1.4 Современные направления и подходы к проблеме выбора оптимальных режимов обработки.
1.5 Метод оценки взаимодействия режущего инструмента и детали на основе сигнала термоЭДС пробного прохода
1.6 Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Экспериментальная установка, инструментальные и обрабатываемые материалы
2.2 Методика проведения стойкостных испытаний.
2.2.1 Методика измерения величины термоЭДС в паре
инструмент деталь.
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ПРОЦЕССА ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ.
3.1 Вывод УРАВНЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ, НАКЛАДЫВАЕМЫХ НА ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ
3.1.1 Неравенства, характеризующие кинематику станка
3.1.2 Неравенства, характеризующие кинематику процесса резания
3.1.3 Неравенства, характеризующие механику процесса резания
3.1.4 Неравенство, характеризующее производительность станка .
3.1.5 Ограничение по чистоте обрабатываемой поверхности.
3.2 ЛИНЕАРИЗАЦИЯ УРАВНЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ И ЦЕЛЕВОЙ
функции
3.3 Исследование полученной математической модели процесса ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ.
3.3.1 Гоафическое представление математической модели.
3.3.2 Анализ возможных причин несовместности системы технологических ограничений.
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМА ОБРАБОТКИ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ С ЧПУ
4.1 Разработка алгоритма поиска экстремума функции производительности
4.2 Разработка автоматизированного способа коррекции режимов резания.
4.2.1 Правило пропорциональности термоэлектродвижущих сил естественных термопар.
4.2.2 Физическое обоснование метода пропорциональности термоэлектродвижущих сил естественных термопар
4.2.3 Обоснование возможности применения методики автоматизированной коррекции скорости резания.
4.3 Алгоритм расчета и коррекции оптимальных режимов обработки
4.4 Разработка программы для расчета оптимального режима резания
4.5 Экспериментальная проверка разработанной методики
ОПТИМИЗАЦИИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4.
ВВЕДЕНИЕ


Все результаты исследований относятся к условиям чистового и получистового точения углеродистых конструкционных и легированных сталей твердосплавными инструментами марок ВК, ТК, ТТК и ТН. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. В порядке расположения глав в диссертационной работе решались следующие задачи. Во введении обоснована актуальность проблемы оптимизации режимов лезвийной обработки с учетом состояния и перспектив развития автоматизированного станочного оборудования. В главе 1 проведен обзор литературных данных, посвященных вопросам оптимизации и управления процессом резания. Проведен анализ существующих алгоритмов, математических моделей и формул, положенных в основу выбора оптимального режима обработки. Проведен обзор критериев оптимальности целевых функций процесса токарной обработки. ЧПУ при условии стабильной работы этого оборудования в программном режиме. Обоснован метод использования функции производительности в качестве критерия оптимального выбора значений скорости резания и подачи. Изложены основные предпосылки для разработки адекватной математической модели процесса резания. На основании проведенного анализа сформулированы задачи исследования. В главе 2 изложена методика проведения экспериментальных исследований, охватывающая вопросы определения режущих свойств твердосплавного инструмента и коррекции скорости резания при работе токарного станка с ЧПУ, а также представлена методика измерения величины термоЭДС естественной термопары инструментальный материал обрабатываемый материал. В главе 3 осуществлены разработка и исследование математической модели расчета оптимальных параметров режима резания на основе уточненных математических зависимостей для силы и скорости резания, использующих информативную составляющую сигнала термоЭДС, получаемого из зоны резания. Осуществлен вывод системы технологических ограничений, накладываемых на параметры режима обработки. Проанализировано поведение области допустимых значений скорости резания и подачи в зависимости от свойств контактирующей пары инструментдеталь. Проанализировано изменение координат дрейф точки экстремума целевой функции в зависимости от свойств контактирующей пары инструментдеталь на основе информации, получаемой из зоны резания. Обосновано заключение о целесообразности применения полученной математической модели в алгоритмах расчета режимов обработки на токарных станках с микропроцессорными системами ЧПУ. В главе 4 изложено описание алгоритма расчета оптимальных с точки зрения производительности параметров режима резания. Разработан укрупненный алгоритм управления станком в процессе токарной обработки. Разработана методика коррекции скорости резания, позволяющая избежать необходимости проведения тестового пробного прохода на фиксированных режимах для каждой контактирующей пары инструментдеталь. По результатам проведенных исследований разработан алгоритм автоматизированного выбора и коррекции режимов резания для токарных станков с ЧПУ, а также программа для расчета оптимального режима резания на ПЭВМ. В заключении сформулированы основные требования к системам ЧПУ нового поколения, на которых могут быть реализованы предложенные методы и алгоритмы. Работа выполнялась на кафедре Автоматизация производственных процессов Волгоградского государственного технического университета и является составной частью гос. РАН доктора технических наук профессора Бабушкина М. В результате проведенных исследований теоретических и экспериментальных предложен метод определения оптимального режима резания скорости резания и подачи, а также алгоритм автоматизированного определения оптимальных параметров процесса резания для токарных станков с ЧПУ, который с одной стороны обеспечит максимальную производительность обработки, а с другой точное соблюдение заданного периода стойкости инструмента и технологических требований, предъявляемых к обрабатываемому изделию. Даны рекомендации по использованию разработанного алгоритма в новых поколениях систем ЧПУ для токарных станков.