Разработка методологии управления обработкой при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ

• Автор: Некрасов, Юрий Иннокентьевич
• Шифр специальности: 05.02.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 295 с. : ил. + Прил. (106 с.: ил.)

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ПРОБЛЕМЫ ОБРАБОТКИ ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ ПРИ-ТОЧЕНИИ НА СТАНКАХ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Точение жаропрочных сплавов на станках с ЧПУ, нагружение
и прочность инструмента при нестационарном резании
1.2. Проблемы формообразования криволинейным лезвием сложных
поверхностей вращения при точении на станках с ЧПУ
1.3. Системы и алгоритмы управления обработкой при точении
на станках с числовым программным управлением
1.4. Состояние вопроса и задачи исследования
2. ФОРМИРОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ОБРАБОТКОЙ
ПРИ ТОЧЕНИИ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА СТАНКАХ С ЧПУ
2.1. Методологические проблемы теории и практики управления обработкой жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ
2.2. Формирование структуры методологии решения проблемы.
2.3. Модель системы диагностики и управления обработкой при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ
2.4. Выводы по разделу
3. НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ИНСТРУМЕНТА
ПРИ ТОЧЕНИИ ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
3.1. Лазерная и голографическая нанометрия деформирования
режущего клина инструмента
3.2. Установки и методы определения напряженно-деформированного
и теплового состояния инструмента в процессе резания
3.3. Модели напряжений, деформации и температуры в режущих
элементах инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов
3.4. Выводы по разделу
4. ДЕФОРМИРОВАНИЕ СРЕЗАЕМОГО СЛОЯ И НАГРУЖЕНИЕ ЛЕЗВИЙ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТОЧЕНИИ
4.1. Модель деформирования срезаемого слоя и кинематическая модель формирования суставчатой стружки
4.2. Модель системы напряжений в зоне резания во взаимосвязи
с параметрами деформирования срезаемого слоя

4.3. Модель системы контактных нагрузок на рабочих поверхностях инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов
4.4. Выводы по разделу
5. РАЗРУШЕНИЕ ЛЕЗВИЙ, НАКОПЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РЕСУРС ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТОЧЕНИИ ЖАРОПРОЧНЫХ. СПЛАВОВ
5.1. Модель повреждений режущего инструмента по данным лазерного сканирования разрушений его режущих лезвий
5.2. Модель накопления повреждений инструмента в условиях нестационарного резания жаропрочных сталей и сплавов
5.3. Модель ресурса режущего инструмента по критерию его циклической прочности
5.4. Выводы по разделу
6. ДИАГНОСТИКА НАГРУЗОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИВОДОВ
И ЭЛЕМЕНТОВ ТС ПРИ ТОЧЕНИИ НА СТАНКАХ С ЧПУ
6.1. Диагностика нагружения приводов станков с ЧПУ и модель составляющих силы резания
6.2. Модели отклонений расположения элементов ТС при
их нагружении в процессе нестационарного резания
6.3. Формирование модели оперативных коррекций по траекториям перемещений инструмента в процессе точения на станках с ЧПУ
6.4. Выводы по разделу
7. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ОБРАБОТКОЙ ПРИ ТОЧЕНИИ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА СТАНКАХ С ЧПУ
7.1. Методология и модель управления нагружением инструмента
при наиболее полном использовании его прочностного ресурса
7.2. Синтез структуры программного обеспечения, алгоритмов и интерфейса оператора при управлении обработкой от РС1ЧС
7.3. Инновационная эффективность методологии управления обработкой жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ
7.4. Выводы по разделу
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ* И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕН НЕ
Модернизация экономики страны обуславливает реализацию в промышленности высоких технологий, связанных в сфере машиностроительного производства с переходом к высокоточной обработке на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). В то же время экономика современного производства диктует необходимость максимального повышения производительности процессов обработки, чтобы в короткие сроки окупались затраты на приобретение весьма дорогостоящего высокотехнологичного оборудования.
Однако повышение режимов резания в процессе точения высокопрочных труднообрабатываемых материалов на станках ЧПУ приводит к существенному увеличению силовых и температурных контактных нагрузок и сопровождается нарушением работоспособности инструмента. При этом изменяется характер проявления отказов инструмента и вместо образования фаски износа преобладающими становятся разрушения с накоплением повреждений, которые проявляются в виде выкрашиваний, а также микро- и макро-сколов режущих лезвий.
Точение на станках с ЧПУ сложных поверхностей вращения (С/7В) с прямолинейными и криволинейными образующими (до 70% от общей площади) деталей из высокопрочных труднообрабатываемых материалов, используемых в авиастроении, энергетическом, нефтегазовом машиностроении и др., происходит в специфических условиях нестационарного резания и сопровождается интенсивным разрушением режущих лезвий, что приводит к снижению точности обработки и нерегламентированным отказам инструмента. Обеспечение точности формообразования СПВ деталей из жаропрочных сталей и сплавов на практике достигается за счет «уточнения» выдерживаемых размеров при выполнении дополнительных проходов с «ручным» вводом коррекций, которые устанавливаются на основании накопленного опыта работы.
Проведенный на предприятиях высокотехнологичных отраслей промышленности экспертный опрос специалистов, показал, что наиболее распространенным (до 64%) способом повышения работоспособности при недостаточной прочности инструмента в условиях нестационарного резания является занижение по сравнению с нормативными значений подач, скоро-

требует больших затрат. Не смотря на это, зарубежными фирмами "Гидель-мейстер", "Сименс" (ФРГ), "Грумман Эйркрафт Корпорейшн" и "Боинг (США), а также японскими фирмами предложены автоматические системы регулирования АСО, оптимизирующие технологический процесс из условия минимизации себестоимости обработки [300].
Различают: ССР - системы стабилизации силы резания (режим Pz,x,y,= const); CMP - системы стабилизации мощности резания (режим W = const); СТР - системы стабилизации оптимальной температуры резания (режим в o-const). Системы стабилизации режима резания, особенно системы ССР, СМР и СТР, обладают рядом общих свойств и построены по аналогичным структурным схемам. Реализация в нашей стране и за рубежом технических решений по разработке систем адаптивного управления со стабилизацией сил резания для различных типов станков с ЧПУ позволила обеспечить рост производительности обработки на этих станках в 3 - 5 раз. Одновременно уменьшились перегрузки и поломки инструмента, а его стойкость увеличилась в среднем в 1,5 раза [24, 90, 223, 258, 272].
На основе проведенных исследований [124] А. Д. Макаров пришел к выводу о том, что повышение технологической эффективности обработки достигается при стабилизации в зоне резания некоторой постоянной для данной пары «инструмент-деталь» так называемой «оптимальной» температуры (или «температуры максимальной работоспособности» по Е. В. Артамонову [14]). Такие системы позволяют обеспечивать минимальный расход режущего инструмента, в особенности при обработке жаропрочных сталей и сплавов.
Однако принятое на практике занижение режимов обработки для создания запаса надежности инструмента при адаптивном резании предопределяет недоиспользование в целом ресурса инструмента и станка с ЧПУ. Также следует отметить, что встраивание динамометрических устройств снижает жесткость ТС, что может служить ограничением использования систем стабилизации. Применительно к условиям обработки на станках с ЧПУ встраивание динамометрических узлов становится весьма проблематичным, что обуславливает необходимость поиска новых средств определения сил в ТС