Підвищення ефективності процесу експлуатації різальних інструментів на важких токарних верстатах - Автореферат

Внаслідок цього особливого значення набувають питання сертифікації багатьох продуктів (виробів, процесів, послуг), зокрема, процесів раціонального використання різального інструменту, визначення науково-обґрунтованих режимів різання, норм витрат та інших регламентів експлуатації інструменту. Велике розсіювання параметрів обробки на важких верстатах (коливання властивостей заготовок, припусків, станів верстату та інструменту, а також інше різноманіття чинників, що впливають на процес експлуатації) потребує комплексного підходу до визначення керуючих параметрів процесу його експлуатації. Від регламентів експлуатації різального інструменту залежать характер перебігу процесу різання, забезпечення надійності роботи як інструменту, так і всієї технологічної системи в цілому, витрати на обробку, продуктивність і інші характеристики. Тому, оцінка якості процесу експлуатації на основі кваліметричного підходу, розробка рекомендацій з вибору параметрів експлуатації різального інструменту є актуальною задачею, вирішення якої забезпечить підвищення ефективності процесу: зниження витрат, підвищення продуктивності та надійності технологічної системи, зниження витрат інструменту при оброблюванні деталей на важких верстатах. Робота є частиною досліджень, які виконуються на кафедрі «Металорізальні верстати та інструменти» Донбаської державної машинобудівної академії в рамках наукової програми ДК-03-2001 «Підвищення якості та ефективності верстатного обладнання та різального інструмента для важкого машинобудування» (№ 0102U001664), Д-04-2004 «Розробка системи управління якістю роботи важких верстатів та інструментів» (№ 0104U004038), Д-06-2007 «Розробка інтегрального комплексу оптимального управління адаптивною технологічною системою важких верстатів» (№ 0107U001306), ДК-08-2004 «Удосконалювання технологічного середовища для автоматизованого виробництва продукції важкого машинобудування» (№ 0105U002445).Процес експлуатації інструменту з точки зору його якості був вперше розглянутий Клименко Г. П. Для оцінки якості процесу експлуатації різального інструменту на основі статистичного аналізу визначено номенклатуру показників процесу, ранжування яких дозволило скласти ієрархічну структурну схему найважливіших властивостей, що характеризують цей процес. Для визначення періоду стійкості інструменту, а також базових показників процесу експлуатації, які характеризують зношення інструменту розроблено його математичних залежності зношування різального інструменту по передній та задній поверхням від параметрів його експлуатації на важких верстатах. Залежність зношування різального інструменту по задній поверхні від параметрів умов його експлуатації має вигляд: де qmax - максимальний контактний тиск на задній поверхні ; v - швидкість різання; ? - час обробки; ? - товщина шару, з якого відбувається винесення продуктів руйнування адгезійних звязків; ? - постійна тертя; ? - величина заднього кута; ?5 - відносне подовження оброблюваного матеріалу; Re, Reи - границі плинності оброблюваного матеріалу та інструменту при середній температурі на площадці контакту. Математичне очікування і дисперсія розмірної стійкості інструменту за умови, що значення початкового зазору ?0, постійної складової швидкості зношування С і коефіцієнта пропорційності ? задані, тобто, у випадку, коли : , , де ?0З, СЗ, ?З - відповідні задані значення початкового зазору, швидкості зношування інструменту, коефіцієнта пропорційності.Виконані дослідження дозволили вирішити актуальну та важливу науково-технічну задачу підвищення ефективності процесу експлуатації різальних інструментів на важких токарних верстатах шляхом визначення управляючих параметрів процесу з урахуванням рівня його якості. В результаті проведеного комплексу досліджень: На основі аналізу параметрів процесу експлуатації різальних інструментів на важких верстатах визначено номенклатуру властивостей, які характеризують якість процесу, що дозволило з використанням методів теорії кваліметрії одержувати кількісні характеристики їх вагомостей і рівня якості комплексних показників процесу експлуатації для конкретних виробництв. Розроблено систему цільових функцій та обмежень для двопараметричної багатокритеріальної оптимізації регламентів процесу експлуатації інструменту на важких верстатах на основі критеріїв приведених витрат, продуктивності, витрат інструменту та розмірної стійкості, яка дозволяє враховувати фактичний рівень якості процесу експлуатації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Виконані дослідження дозволили вирішити актуальну та важливу науково-технічну задачу підвищення ефективності процесу експлуатації різальних інструментів на важких токарних верстатах шляхом визначення управляючих параметрів процесу з урахуванням рівня його якості. В результаті проведеного комплексу досліджень: На основі аналізу параметрів процесу експлуатації різальних інструментів на важких верстатах визначено номенклатуру властивостей, які характеризують якість процесу, що дозволило з використанням методів теорії кваліметрії одержувати кількісні характеристики їх вагомостей і рівня якості комплексних показників процесу експлуатації для конкретних виробництв.

Розроблено систему цільових функцій та обмежень для двопараметричної багатокритеріальної оптимізації регламентів процесу експлуатації інструменту на важких верстатах на основі критеріїв приведених витрат, продуктивності, витрат інструменту та розмірної стійкості, яка дозволяє враховувати фактичний рівень якості процесу експлуатації.

Розроблено та експериментально перевірено залежності процесу зношування різального інструменту по передній та задній поверхням, що дозволяє прогнозувати середні значення періоду стійкості інструменту. Відхилення величини зношення, одержаної експериментально, від розрахункової величини не перевищує 10%.

Запропоновано застосування нейронних мереж для визначення періоду стійкості інструменту при формування цільових функцій та обмежень, що дало змогу врахувати при оптимізації змінення параметрів стохастичних послідовностей процесу експлуатації різальних інструментів.

Використання залежностей зношування різального інструменту від параметрів його експлуатації у прогнозуванні періоду його стійкості за допомогою нечіткої нейронної мережі дозволило підвищити точність прогнозування та зменшити навчальну вибірку на 55%.

Реалізація наукових положень та методів дисертаційної роботи з підвищення ефективності процесу експлуатації різального інструменту на важких верстатах дозволила кількісно оцінити рівень якості процесу експлуатації різального інструменту на заводах важкого машинобудування, розробити рекомендації з підвищення рівня якості процесу, підвищити продуктивність обробки деталей на 12-15%, знизити витрату різальних інструментів на 18-20%.

Розроблено та впроваджено комплексні нормувальні карти для важких токарних верстатів, які призначені для вибору регламентів експлуатації інструментів з урахуванням рівня якості процесу експлуатації.

Результати проведених досліджень впроваджено у ВАТ «Краматорський завод важкого верстатобудування» що дозволило одержати економічний ефект 52400 грн. та в ЗАТ «Новокраматорський машинобудівний завод» з економічним ефектом 61740 грн.

Розроблені рекомендації з раціональної експлуатації інструментів на важких токарних верстатах, методи розрахунку оптимальних параметрів експлуатації інструментів, методи кваліметричного підходу до визначення якості експлуатації інструментів використані в навчальному процесі кафедри «Металорізальні верстати та інструменти» Донбаської державної машинобудівної академії.

1. Клименко Г. П. Определение ограничений на режимы резания при оптимизации регламентов эксплуатации инструмента на тяжелых станках / Г. П. Клименко, Я. В. Васильченко, Н. А. Ткаченко // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2003. - Вип. 14. - С. 29-35. - ISBN 966-7851-19-2.

2. Клименко Г. П. Принципи міжнародних стандартів ISO 9000:2000 в галузі важкого машинобудування / Г. П. Клименко, Я. В. Васильченко, О. Ю. Андронов, М. А. Ткаченко // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2004. - Вип. 16. - С. 38-42. - ISBN 5-7763-0138-6.

3. Клименко Г. П. Підвищення якості процесу експлуатації свердел для глибокого свердління / Г. П. Клименко, О. Ю. Андронов, М. А. Ткаченко // Резание и инструмент в технологических системах : Межд. научн.-техн. сборник. - Харьков : НТУ «ХПИ», 2005. - Вип. 68. - С. 267-272. ISSN 0370-808X.

4. Ткаченко Н. А. Моделирование отказов твердосплавного инструмента / Н. А. Ткаченко // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем : зб. наук. праць. - Краматорськ-Київ : ДДМА, 2006. - Вип. 19. - С. 267-272. - ISBN 966-379-077-6.

5. Клименко Г. П. Вероятностный подход к оценке износа и разрушений режущего инструмента / Г. П. Клименко, А. Ю. Андронов, Н. А. Ткаченко // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем : зб. наук. праць. - Краматорськ-Київ : ДДМА, 2006. - Вип. 20. - С. 8-12. - ISBN 978-966-379-146-3.

6. Клименко Г. П. Определение показателей надежности и прочности резцов при детерминированной и случайной нагрузках / Г. П. Клименко, А. Ю. Андронов, Н. А. Ткаченко // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2007. - Вип. 21. - С. 53-57. - ISBN 978-966-379-149-4.

7. Клименко Г. П. Определение показателей стабильности процесса обработки деталей на тяжелых станках / Г. П. Клименко, А. Ю. Андронов, Н. А. Ткаченко, А. В. Хоменко // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2007. - Вип. 3 (9). - С. 102-108. - ISSN 1993-8322.

8. Мішура Є. В. Вплив факторів стохастичного характеру на виготовлення деталей важкого машинобудування / Є. В. Мішура, М. А. Ткаченко // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем : зб. наук. праць. - Краматорськ : ДДМА, 2008. - Вип. 23. - С. 234-239. - ISBN 978-966-379-250-7.

9. Пат. 41192 Україна, МПК G01B 11/30. Оптичний прилад для неруйнівного контролю форми передньої поверхні різальних пластин / Г. П. Клименко, М. А. Ткаченко, Є. В. Мішура, О. В. Пономаренко; заявник та правовласник Донбаська державна машинобудівна академія. - № 200814116; заявл. 08.12.2008; опубл. 12.05.2009, Бюл. № 9/2009.

10. Клименко Г. П. Определение надежности и прочности резцов при различных видах нагрузок / Г. П. Клименко, А. Ю. Андронов, Н. А. Ткаченко // Технологии ХХ века : сб. научн. статей по материалам 14-й международной научно-методической конференции. - Сумы : СНАУ, 2007. - С. 26.

11. Клименко Г. П. Анализ отказов токарных резцов тяжелых станков / Г. П. Клименко, А. Ю. Андронов, Н. А. Ткаченко // Машиностроение и техносфера ХХІ века : сборник трудов XIV международной научно-технической конференции : в 5 т. - Донецк : ДОННТУ, 2007. - Т. 2. - С. 148-150. - ISBN 966-7907-22-8.

12. Ковальов В. Д. Впровадження принципів TQM на підприємствах важкого машинобудування / В. Д. Ковальов, С. О. Гаков, М. А. Ткаченко // Важке машинобудування. Процеси металообробки, верстати, інструменти. Тези доповідей міжнародної науково-практичної конференції. - Краматорськ : ДДМА, 2003. - С. 15.

13. Клименко Г. П. Визначення видатку важконавантаженого інструменту з урахуванням імовірнісного характеру різання / Г. П. Клименко, О. Ю. Андронов, М. А. Ткаченко, О. І. Лисенко // Важке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку : матеріали другої Міжнародної науково-практичної конференції. - Краматорськ : ДДМА, 2004. - С. 49-50. - ISBN 966-7851-44-3.

14. Ткаченко Н. А. Применение программ-эмуляторов сетей с однородной структурой для прогнозирования эксплуатационных характеристик режущего инструмента / Н. А. Ткаченко, А. Ю. Андронов // Важке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку : матеріали третьої Міжнародної науково-технічної конференції. - Краматорськ : ДДМА, 2005. - С. 104. - ISBN 966-379-001-6.

15. Клименко Г. П. Підвищення якості процесу експлуатації свердел для глибокого свердління / Г. П. Клименко, О. Ю. Андронов, М. А. Ткаченко // Высокие технологии: тенденции развития : материалы XIV Международного научно-технического семинара. - Харьков-Алушта : НТУ «ХПИ», 2005. - С. 60. - ISBN 966-7810-86-0.

16. Андронов А. Ю. Прогнозирование вероятности разрушений тяжелонагруженных резцов / А. Ю. Андронов, Н. А. Ткаченко // Машинобудування України очима молодих : прогресивні ідеї - наука - виробництво : тези доповідей Пятої Всеукраїнської науково-технічної конференції. - Суми : СУМДУ, 2005. - С. 5-6.

17. Ткаченко Н. А. Прогнозирование отказов при эксплуатации инструментов / Н. А. Ткаченко // Важке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку : матеріали четвертої Міжнародної науково-технічної конференції. - Краматорськ : ДДМА, 2006. - С. 95. - ISBN 966-379-076-8.

18. Клименко Г. П. Вероятностный подход к определению размерной стойкости инструментов / Г. П. Клименко, Н. А. Ткаченко // Важке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку : матеріали пятої Міжнародної науково-технічної конференції. - Краматорськ : ДДМА, 2007. - С. 55. - ISBN 978-966-379-150-0.