К разработке автоматизированной технологии формообразования и правки маложестких деталей раскаткой роликами Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Последний вид возмущающих воздействий был представлен периодической силой. Форма ударного импульса периодической силы задавалась нескольких видов. Три вида формы импульса были взяты на основе анализа работ, посвященных исследованию активных рабочих органов. Одна форма импульса была получена в результате экспериментальных исследований экскаватора ЭО-3322Б с гидромолотом РОХОЫ-602 [1].

Для задания периодических ударных импульсов, входящих в правую часть системы дифференциальных уравнений, они были аппроксимированы полиномом пятой степени:

^ = А + А(1+ + А3(3 + А^ + .

Полученные модели типовых возмущающих воздействий позволили проводить исследования динамических систем «экскаватор - человек-оператор».

Данная система автоматизированного проектирования позволяет без знания языков программирования и численных методов в понятных и простых для

восприятия терминах производить построение модели динамической системы одноковшового экскаватора с учетом влияния внешней среды и технологических условий работы.

Для работы данного программного комплекса требуется ПК с AMD или Intel x86 процессором с частотой не ниже 1300 МГц, укомплектованный оперативной памятью 1024 Мб и более, с установленной операционной системой Windows XP/2003/Vista/2008/7/8, программным комплексом Matlab версии не ниже 7.0, включающим пакеты расширений Simulink, SimMe-chanics, SimHydraulics, StatisticsToolbox. Расчеты на ПК производятся за относительно короткий промежуток времени [2].

Таким образом, предложенная методика позволяет проводить оценку уровня вибрации на этапе проектирования одноковшового экскаватора, не требуя создания дополнительных моделей, а также определять оптимальные параметры виброзащитных устройств.

Статья поступила 23.10.2013 г.

Библиографический список

1. Корчагин П.А. Совершенствование одноковшового экскаватора с целью снижения динамического воздействия на рабочее место человека-оператора: дис ... канд. техн. наук: 05.05.04. Омск, 1997. 179 с.

2. Лисин А.О. Оценка вибрационного воздействия на человека-оператора строительных машин // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2012. № 6. С. 46-51.

3. Лисин А.О. Система автоматизации моделирования виброзащитных устройств строительных машин // Вестник

Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2012. № 5. С. 78-82.

4. Моделирование и визуализация движений механических систем в Matlab / Щербаков В.С., Корытов М.С., Руппель А.А. [и др.]. Омск: Изд-во СибАДИ, 2007. 84 с.

5. Системы виброзащиты с использованием инерционности и диссипации реологических сред / Б.А. Гордеев, В.И. Ерофеев, А.В. Синёв, О.О. Мугин. М.: Физматлит, 2004. 176 с.

УДК 621.982.5

К РАЗРАБОТКЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ И ПРАВКИ МАЛОЖЕСТКИХ ДЕТАЛЕЙ РАСКАТКОЙ РОЛИКАМИ

© А.А Макарук1, Н.В. Минаев2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Для расширения технологических возможностей формообразования и правки раскаткой роликами представлена методика измерения отклонений тонкостенных подкрепленных ребрами деталей с использованием координатно-измерительной машины и конструктивное решение механизированной раскатной установки. С целью автоматизированного расчета технологических параметров процесса приведены основные положения разработки специального программного комплекса. Ил. 6. Библиогр. 2 назв.

Ключевые слова: подкрепленные детали; двухосный изгиб; закручивание; раскатка; раскатная установка.

TO DEVELOPMENT OF AUTOMATED TECHNOLOGY FOR FORMING AND SHAPING LOW RIGID PARTS BY ROLLING

A.A. Makaruk, N.V. Minaev

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

To extend the manufacturing capabilities of forming and shaping by rolling the article introduces a procedure for measur-

1 Макарук Александр Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и автоматизации машиностроения, тел.: 89526106495, e-mail: makaruk_aa@mail.ru

Makaruk Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machinery and Automation of Mechanical Engineering, tel.: 89526106495, e-mail: makaruk_aa@mail.ru

2Минаев Николай Владимирович, аспирант, тел.: 89642150149, e-mail: minaevHB@yandex.ru Minaev Nikolai, Postgraduate, tel.: 89642150149, e-mail: minaevHB@yandex.ru

ing deviations of light-wall ribbed parts using a coordinate and measuring machine and proposes a design solution of a power actuated rolling device. The main provisions of special software package development are given for the automated calculation of process parameters. 6 figures. 2 sources.

Key words: ribbed parts; biaxial bending; torsion; rolling; roller.

Технологической особенностью тонкостенных подкрепленных деталей каркаса летательных аппаратов является возникающее после механообработки искажение формы (коробление), выражающееся в отклонении от плоскостности, саблевидности и закручивании. С целью устранения данных дефектов был разработан способ правки, заключающийся в поэлементной обработке ребер и полотна деталей раскаткой роликами (рис. 1) с соответствующей расчетной методикой [1; 2]. Заданные к получению (устранению) рас-

каткой роликами деформации двухосного изгиба и закручивания определяются на основе сопоставления CAD-модели детали и результатов ее измерения перед правкой.

Для реализации разработанного способа был спроектирован и изготовлен комплект ручных специализированных инструментов - раскатных устройств (рис. 2). Данные инструменты применяются в производстве на Иркутском авиационном заводе - филиале ОАО «Научно-производственная корпорация «Иркут».

а) б)

Рис. 1. Схемы раскатки подкрепленных деталей: а - обработка ребер, б - обработка полотна

б)

Рис. 2. Инструмент для обработки ребер (а) и полотна (б) деталей

Дальнейшее развитие технологии формообразования и правки маложестких деталей раскаткой роликами предполагает:

- создание специальной установки для механизации процесса раскатки роликами;

- создание программного комплекса для автоматизированного определения технологических параметров процесса на основе результатов измерения отклонений формы деталей.

С учетом конструктивных особенностей и характера отклонений формы подкрепленных деталей при измерении целесообразным является применение координатно-измерительной машины (КИМ). Для этого была разработана методика контроля формы деталей, включающая описание основных этапов измерения.

Основными этапами измерения на КИМ тонкостенных подкрепленных деталей являются:

1. Установка и закрепление детали на столе КИМ.

Для определения режимов обработки процесса правки раскаткой роликами необходимо измерить деталь до и после раскатки. В этом случае для уменьшения времени измерения деталь должна устанавливаться на измерительном столе строго в одно и то же место с помощью универсальных или специальных приспособлений (рис. 3). При этом необходимо исключить деформацию детали под собственным весом.

- первичный опорный элемент (разворот в пространстве) ограничивает две из трех степеней свободы вращения, например, развороты вокруг осей X и У;

- вторичный опорный элемент (вращение в плоскости) ограничивает третью степень свободы вращения, например, разворот вокруг оси I;

- три третичных опорных элемента контролируют три линейные степени свободы. Это нулевые точки на направлениях X, У и I.

После этого базовая система локализует для КИМ положение детали на измерительном столе. Таким образом, измеряемую деталь можно закреплять на столе КИМ в произвольном (наклоненном и разверну-том)положении.

На некоторых деталях после определения базовой системы координат ее расположение является весьма неудобным для задания контролируемых параметров. В этом случае базовую систему можно сместить и довернуть в желаемое положение.

При выборе элементов для базирования важно помнить, что для обеспечения точности измерения при раскатке они не должны подвергаться формоизменению. Поэтому в качестве этих элементов у подкрепленных тонкостенных деталей требуется выбирать располагающиеся вне зоны обработки разнообразные утолщения с наибольшими размерами.

3. Измерения контролируемых параметров.

а)

б)

Рис. 3. Установка деталей на координатно-измерительной машине: а - процесс измерения деталей;

б - приспособление для установки деталей

2. Базирование детали.

Базирование необходимо для определения положения детали относительно осей КИМ. Управление работой КИМ происходит с помощью специального программного обеспечения (ПО), например Calypso, установленного на ПЭВМ. При работе с ПО система координат детали определяется пользователем и является базовой системой координат. Определение детали в базовой системе координат происходит после загрузки электронной модели (ЭМ), создания на ней элементов для базирования и ощупывания детали (рис. 4). Определение положения детали выполняется по всем шести степеням свободы (три вращательных и три поступательных).

Система координат детали основана на пяти опорных элементах:

Для измерения карманов, образованных на деталях продольно-поперечным оребрением, и других труднодоступных мест возможно использование щупов и удлинителей к ним различных типов и размеров.

При определении отклонения от плоскостности и саблевидности стратегия измерения строится на контроле отклонений в трех точках по прямой в продольном направлении каждой из двух плоскостей прогиба, при определении угла закручивания - двух расположенных на заданном расстоянии пар точек в поперечных сечениях детали. Calypso позволяет задать для измерения каждой точке требуемые координаты. В итоге контролируемым параметром становится матрица точек на детали с координатами в требуемых плоскостях.

Рис. 4. Создание элементов для базирования на электронной модели

Для типовых деталей удобно использовать при измерении параметрическое программирование, суть которого состоит в том, что созданные для одной (первой) детали контролируемые параметры измерения сохраняются и используются при измерении других деталей.

4. Обработка результатов измерения.

После выполнения плана измерения на мониторе ПК автоматически выводится протокол измерений. Данные из этого протокола (отклонения точек детали от ЭМ в требуемых плоскостях) могут быть использованы для дальнейшего расчета компонент деформации детали - двухосного изгиба и закручивания.

Применение КИМ для автоматизированного контроля отклонений формы тонкостенных подкрепленных деталей при обработке раскаткой роликами позволяет существенно повысить производительность процесса и точность измерений.

С целью расчета технологических параметров процесса формообразования и правки раскаткой роликами на основе результатов измерений отклонений детали удобно использовать специальное ПО. Разрабатываемый программный комплекс состоит из двух основных модулей для определения:

- геометрических и крутильных характеристик поперечных сечений и компонент, заданных к получению (устранению) деформаций детали на основе CAD-модели (требуемых деформаций) и результатов измерения на КИМ (исходных деформаций);

- технологических параметров процесса раскатки для получения (устранения) заданных деформаций детали на основе расчета требуемых растягивающих сил, образующихся при обработке, и координат точек их приложения.

В процессе определения технологических параметров требуется получение геометрических характеристик обрабатываемого участка детали: координат центров тяжести и кручения поперечного сечения,

осевых моментов инерции, момента инерции на кручение, векториального момента инерции и длины участка.

Ручной расчет геометрических и крутильных характеристик с использованием известных методик в связи с большим разнообразием конфигураций и размеров поперечных сечений остается еще достаточно продолжительным по времени, поэтому появляется необходимость применения для этих целей специального ПО. В настоящее время для автоматизированного определения геометрических и крутильных характеристик поперечных сечений деталей могут использоваться опции таких программных продуктов, как Unigraphics и Lira Soft.

К функциональным характеристикам первого программного модуля относятся:

- нанесение на электронную модель детали границ обрабатываемых участков детали в режиме диалога с пользователем;

- назначение для полученных участков исходных деформаций (отклонений в двух плоскостях и угла закручивания) на основе измерений реальной детали;

- определение с помощью электронной модели детали для каждого обрабатываемого участка требуемых при расчете исходных данных (геометрических характеристик и требуемых деформаций) с использованием Unigraphics и Lira Soft;

- расчет заданных к получению (устранению) стрел прогибов в двух плоскостях и угла закручивания с учетом исходных и требуемых.

Опции Unigraphics позволяют рассчитать только часть необходимых геометрических характеристик поперечного сечения детали: координаты центра тяжести и осевые моменты инерции. Поэтому программный модуль должен экспортировать полученное в Uni-graphics поперечное сечение в среду Lira Soft, где возможен более подробный расчет его геометрических характеристик (рис. 5).

При этом созданные поперечные сечения экспортируются в среду Lira Soft в формате *.dxf, так как данный программный продукт может работать с импортированными файлами только этого формата.

Результатами расчета в среде Lira Soft является протокол, содержащий требуемые геометрические характеристики поперечного сечения (рис. 6).

Разработка второго программного модуля должна

обеспечить выполнение следующих основных требований:

- расчет по заданным деформациям и геометрическим характеристикам обрабатываемого участка детали силовых факторов процесса раскатки (величины растягивающих сил и координаты точек их приложения);

Рис. 5. Экспорт поперечного сечения детали

I Характеристики сечения

И сивдные данные

Е - 2.1е+007 т/и!

v = [аз

G = 8.07Е1Э2е+С10Е1 т/и1 Ro = [7s5 т/и3

Наименование- 0бозначение Значение Ед.изм.

Главный момент инерции относительно оси 2 \г 13.0516 смхх4

Статический момент полусечения относительно оси Sz 3.80Б31 смхх3

Момент сопротивления изгибу относительно оси2 |У+) Wz+ 4.77242 смхх3

Момент сопротивления изгибу относительно оси2 |У-) Wz- 3.73357 смхх3

Главный радиус инерции относительно оси 2 Rz 1.367Э2 см

Интеграл по площади ¡п1едга1[у (уЛ2+гЛ2]Лгс1Р] 2i 0.556195 см

Максимальная ораината ядрового расстояния 2+ 1.38501 см

Минимальная ордината ядрового расстояния 2- 1.17635 см

J КРУТИЛЬНЫЕ ¡ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Координаты центра кручения в системе координат У02: Yt 0.772288 см

2t ■1.22886 см

Момент инерции на кручение It 0.571817 см**4

Секториальный момент инерции Iw 53.8456 см**6

Момент сопротивления кручению Wt 0.754734 см**3

Секториальный момент сопротивления Ww 5.26584 см**4

Л СДВИГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Координаты центра сдвига в системе координат У02: Vs 0.772326 см

2s ■1.22ЭЭЗ см

Сдвиговая площадь относительно оси V Ь 3.17902 см™2

Сдвиговая площадь относительно оси 2 Fz 2.26526 смхх2

Момент сопротивления сдвигу относительно оси V WQy 1.45718 смхх2

Момент сопротивления сдвигу относительно оси2 WQz 1.80434 смхх2

й ПЛАСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Координаты точки пересечения нейтральных осей в систем... Ypl 0.233925 см

Zpl -0.754728 см

-

Рис. 6. Протокол с результатами расчета характеристик требуемого поперечного сечения

- расчет технологических параметров процесса раскатки: давления силового гидроцилиндра нагруже-ния роликов, а также положения роликов при раскатке каждого участка;

- графическое и текстовое представление рассчитанных силовых факторов и геометрических характеристик сечений.

Опыт эксплуатации ручных раскатных устройств (см. рис. 2) позволяет сформулировать основные требования к механизированной установке для правки подкрепленных деталей раскаткой роликами.

Рабочим органом установки является раскатная головка с двумя быстросменными приводными роликами. Суть механизации состоит во включении в конструкцию установки привода вращения в виде электродвигателя с планетарным редуктором и механизма нагружения роликов с помощью гидроцилиндра, а также манипулятора консольного типа для перемещения и фиксации рабочего органа относительно обрабатываемой детали, что существенно сократит ручной труд в процессе раскатки. С целью перемещения в межцеховом пространстве установка со всеми ее системами размещается на передвижной тележке, что позволяет обрабатывать крупные неподвижные детали типа панелей. При этом в процессе обработки требуется согласованное с вращением роликов переме-

щение рабочего органа относительно неподвижной детали, например, размещенной в оснастке. Для обработки легких деталей типа балок (шириной до 0,5 м) в конструкции должно быть предусмотрено наличие рольгангов, по которым деталь перемещается относительно зафиксированной в требуемом положении раскатной головки путем самозатягивания при вращении роликов.

Таким образом, в результате выполненных в период с 2010 по 2013 гг. работ сформированы все предпосылки для создания автоматизированной технологии формообразования и правки подкрепленных деталей раскаткой роликами.

Работа проводится при финансовой поддержке правительства Российской Федерации (Минобрнауки России) по комплексному проекту 2012-218-03-120 «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научно-производственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета» согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218.

Статья поступила 20.12.2013 г.

Библиографический список

1. Макарук А.А. Методика расчета технологических пара- вание и правка маложестких деталей при помощи перенос-метров процесса правки фрезерованных деталей каркаса ного инструмента // Высокие технологии в машиностроении: раскаткой роликами // Вестник Иркутского государственного мат-лы Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. технического университета. 2012. № 9 (68). С. 46-50. Самара: Изд-во СамГТУ, 2009. С. 156-159.

2. Пашков А.Е., Викулова С.В., Макарук А.А. Формообразо-

УДК 621.878.25

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗАВИСИМОСТЕЙ УГЛА ПОВОРОТА ШАРНИРНО-СОЧЛЕНЕННОЙ РАМЫ И РАДИУСА ПОВОРОТА АВТОГРЕЙДЕРА ОТ УГЛА ПОВОРОТА ПЕРЕДНИХ УПРАВЛЯЕМЫХ КОЛЕС

© А.А. Портнова1

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, 644080, Россия, г. Омск, пр. Мира, 5.

Приведены результаты экспериментальных исследований автогрейдера c шарнирно-сочлененной рамой. Выявлены зависимости между углом поворота передних управляемых колес и шарнирно-сочлененной рамы для обеспечения движения передних и задних колес по одной колее; приведены уравнения регрессии. Опытным путем получена зависимость радиуса поворота автогрейдера от угла поворота передних управляемых колес с учетом движения передних и задних колес автогрейдера по одной колее. Ил. 3. Табл. 6. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: автогрейдер с шарнирно-сочлененной рамой; экспериментальные исследования; углы поворота; уравнение регрессии.

RESULTS OF EXPERIMENTAL STUDIES OF DEPENDENCES OF ARTICULATED FRAME TURNING ANGLE AND MOTOR GRADER TURNING RADIUS ON FRONT STEERING WHEELS TURNING ANGLE A.A. Portnova

Siberian State Automobile and Highway Academy (SibADI), 5 Mir pr., Omsk, 644080, Russia.

The paper presents the results of experimental studies of the articulated motor grader. It identifies the relationships be-

1 Портнова Александра Андреевна, аспирант, тел: 89136676334, e-mail: portnova_aa@sibadi.org Portnova Aleksandra, Postgraduate, tel.: 89136676334, e-mail: portnova_aa@sibadi.org