CC BY
28
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2015. - Вип. 25.6
УДК 674.05.053:621.93 Доц. М.1. Пилипчук, канд. техн. наук -
НЛТУ Украти, м. Львiв
МЕТОДИКА ДОСЛ1ДЖЕННЯ ДИНАМ1КИ ТЕХНОЛОПЧНО1 ТОЧНОСТ1 ДЕРЕВООБРОБНИХ ВЕРСТАТ1В
На осж^ аналiзу вщомих методик встановлено ефективнiсть застосування ста-тистично-аналiтичного методу та математичного моделювання для дослiдження динамики технолопчно! точностi деревообробних верстатш упродовж визначеного перiоду !х роботи. Вдосконалено методику математичного моделювання динамши технолопч-но! точностi верстатiв шляхом створення прикладно! програми на ЕОМ, яка забезпечуе опрацювання статистичних даних експериментальних дослщжень i встановлення регре-сшно! залежност динамики технолопчно! точностi верстата у виглвд полiнома п-го степеня, а також побудову графiчних залежностей.
Ключовi слова: точшсть, оброблення, верстат, динамша, програма.
Актуальнiсть теми дослiдження. Необхвдшсть розвитку методологи дослвджень технолопчно1 точносп деревообробних верстапв зумовлена вимо-гами новггшх технологш деревообробного виробництва та покращення умов ексилуатаци деревообробних верстапв [1]. Зокрема, стршкий розвиток виробництва столярно-будшельних виробш, передусш, ставить завдання щодо шдви-щення якост1 вироб1в до ршня евростаидарпв. Яккть готових вироб1в залежить вщ якосп оброблення окремих заготовок у процес пиляння, фрезування, шль фування та шших видш р1зання деревини.
Одним з найважлишших показниюв якост1 оброблення у процес р1зання е точшсть розм1р1в 1 форми виготовлених деталей [2, 3]. Джерелом похибок оброблення заготовок на деревообробному верстай е динам1чна система верстат-шструмент-заготовка (В1З), яка мктить багато чиннитв, що мають як пос-тшний, так 1 змшний або випадковий характер впливу на точшсть оброблення.
Найбшьш складним 1 постшним джерелом похибок оброблення е верстат, перюд ексилуатаци якого становить десятки роив. Основним показником ирацездатносп деревообробного верстата е технолопчна точшсть, яка в процес ексилуатаци верстата знижуеться поршняно з початковою. Часткове вщновлен-ня стану точносп верстата здшснюеться шляхом перюдичного загострювання р1зального шструмента та налагодження 1 ремонту самого верстата.
Необх1днкть прийняття конкретних практичних р1шень з шдвищения або в1дновлення технолопчно1 точносп деревообробного верстата вимагае су-часного науково-теоретичного обгрунтування. Тому вважаемо актуальним ви-конання подальших досл1джень динамки технолопчно! точносп деревообробних верстапв на основ1 сучасних наукових метод1в 1 комп'ютерних технологш.
Аналiз вiдомих методик. Основоположником методолопчних основ дослвдження технолопчно! точносп ироцес1в р1зання деревини вважають проф. Ф.М. Манжоса [2]. Вш застосував в основному статистично-1мов1рнкний метод, який дае змогу визначити наявнкть похибки та 11 величину. Але вс1 досль дження виконано у статищ ввдносно системи В1З, тому отримаш результати не враховують динам1чних змш показникш точносп оброблення.
Подальший розвиток методологи досл1дження точносп мехашчного оброблення деревини здшснили ировщш росшсьт вчеш В В. Амалщький та
Г.О. Комаров, основш результати дослщжень яких викладено в наукових пра-цях [3, 4]. Зокрема Г.О. Комаров, за розробленою методикою миттевих вибiрок, провiв експериментальнi дослiдження динамiки точностi оброблення партп деталей, що дало змогу перейти до математичного моделювання закономiрностi змiни поля розсшвання похибок за перюд оброблення партп заготовок та виз-начення динамiчних показниюв оцiнювання точностi.
Метод математичного моделювання стану точносп деревообробних вер-стапв став основним для подальших дослщжень процесiв механiчного оброблення деревини та деревних матерiалiв [5-7], що дало змогу запровадити низку практичних ршень щодо пiдвищення точностi оброблення на цих верстатах.
На основi наведеного вище вважаемо необхiдним вдосконалення наявно'1 методики в напрямку забезпечення можливостi застосування ЕОМ для оброблення та анаизу статистичних даних експериментальних дослiджень техноло-гiчноí точносп деревообробних верстатiв i встановлення закономiрностi 11 ди-намiки упродовж мiжналагоджувального перiоду роботи верстата. Отже, основою методики дослщжень динамiки технолопчно!' точностi е статистично-ана-лiтичний метод, який вимагае проведення експерименту.
Одним iз напрямкiв вдосконалення методики е розроблення математич-но'1 моделi динамки точносп виготовлення партп деталей упродовж перюду стiйкостi iнструменту. Другий напрямок вдосконалення методики полягае у створенш прикладно'1 комп'ютерно'1 програми для реаизацп пе'1 частини дослi-джень, що вимагае математичного опрацювання статистичних даних експери-ментальних дослщжень.
Вибiр математично!" моделi динамiки технолопчно!" точностi. Згiдно з методикою Г.О. Комарова [4], похибка, що виникае тд час виготовлення партп деталей, характеризуеться параметрами поля розсшвання ю та розмiрного нала-годження Х (рис. 1). Параметром поля розсшвання характеризуются випадко-вi похибки, параметром розмiрного настроювання - систематичнi. У бшьшосп деревообробних верстатiв пiд час оброблення партп деталей щ показники без-перервно зростають.
Н Ь // Д-/ //7 /V
Рис. 1. Модель динамЫи технологiчноi точностi верстата тд час виготовлення парти деталей
^уковий вкник НЛТУ Укрaïни. - 2G15. - Вип. 25.6
Величин поля pозсiювaння випaдковиx поxибок визначають з пpипyщен-ня, що pозсiювaння поxибок пiдлягae ноpмaльномy зaконy pозподiлy величин, а змша pозмipy Xj y чай мae лiнiйний xapaктеp i описyeться таким piвияниям:
Xj = X1 + C1 ■ t, (1)
де C1 - коефiцieнт, що xapaктеpизye швидкiсть змiни сеpеднього значення pоз-мipного налагодження веpстaтa або швидкiсть його pозлaгоджения.
Величинy поля pозсiювaния визначають iз зaлежностi
(Oj = w + C2 ■ t, (2)
де C2 - коефiцieнт, що xapaктеpизye швидкiсть змiни випадково!' поxибки або нестабшьнкть pоботи веpстaтa за pозсiювaниям pозмipiв.
Зaлежностi (1) i (2) дають змогу отpимaти спpощенi моделi динaмiки теxиологiчноï точностi веpстaтa, яш у бiльшостi випaдкiв мають значно склад-нiшiй xapaктеp змiни [б, 7]. На основi pезyльтaтiв дослщжень динaмiки точностi пиляння за rop^ стiйкостi iнстpyментa на стpiчкопилковиx та кpyглопилковиx веpстaтax [S, 9], можна ствеpджyвaти, що для опису ^eï зaлежностi потpiбно застосовувати полiномiaльнy модель, що мae вигляд
Yn(x) = Cn xn + C(n-1) x (n-1)+...+ C1 x + Co, (3)
де: C0 - коефiцieнт, що xapaктеpизye початкове значения пapaметpa ощнки; Cb. ,.Cn - коефiцieнти, що xapaктеpизyють xapaктеp змiни пapaметpa у чaсi.
3i зpостaнням степеня полiномa можна досягнути будь-якого ступеня наближення емпipичноï зaлежностi i, навиь, повного збiгy з експеpиментaльни-ми даними. На основi aнaлiзy pезyльтaтiв дослiджень [3, 4, б, 7] встановлено, що для опису динамши теxиологiчноï точностi деpевообpобниx веpстaтiв у^о-довж пеpiодy стiйкостi iнстpyментa можна обмежитися полшомами дpyгого, тpетього i четвеpтого поpядкiв.
Для швидкого обpобляння iз високою точнiстю pезyльтaтiв експеpимен-тальник дослiджень динaмiки теxиологiчноï точносп деpевообpобниx веpстaтiв та отpимaния pегpесiйниx моделей у виглядi полiномiв п-го степеня необxiдно ствоpювaти пpиклaдне ^огр^не забезпечення на ЕОМ.
Розроблення прикладно'1 програми. Методику опpaцювaния експеpи-ментальн^ дaниx дослiджень динaмiки теxнологiчноï точносп веpстaтa pоз-pоблено у виглядi пpиклaдноï пpогpaми (ДИН-ТОЧН^к) на ЕОМ, яка забезпе-чye отpимaния залежностей змiни pозмipного налагодження та поля pозсiювaн-ня pозмipiв деталей за певний rop^ pоботи веpстaтa як у виглядi piвияния pег-pесiï - полiномa n-степеня, так i у гpaфiчномy виглядi.
Пpогpaмy pозpоблено у сеpедовищi Excel з дотpимaнням тaкиx основниx пpинципiв як забезпечення yнiвеpсaльностi пpогpaмноï методики, ефективностi i зaвеpшеностi кiнцевого pезyльтaтy дослiджения та наочносп отpимaния pе-зyльтaтiв чеpез пpедстaвления ïx у гpaфiчномy вигляда.
Пpогpaмa pозмiщенa на одному лисп у сеpедовищi Excel у лопчшй пос-лiдовностi всix етaпiв дай, а саме: • ввiд вхщних даних (рис. 2);
обчислення статистичних показниюв i показникiв динамiки середнього значен-ня i поля розсшвання (рис. 3);
отримання рiвняння регресп за лiнiйною та полiномiальною моделями побудо-ви графiчних залежностей динам^ середнього значення та поля розсшвання (рис. 4).
Рис. 2. Фрагмент програми ДИН-ТОЧН.хЫ: вхiднi дат експериментальних
до^джень
Рис. 3. Фрагмент програми ДИН-ТОЧН.хЫ: результати статистичного оброблення експериментальних даних
Програма забезпечуе виконання розрахунюв у автоматичному режимi на вах етапах програми та автоматичний перерахунок вах результатiв обчислень i графiчного 1х зображення пiд час змши кожного iз значень вхщних даних. Таб-
Науковий вкник НЛТУ УкраУни. - 2015. - Вип. 25.6
лиця вхщних даних (див. рис. 2) дае змогу обробляти масиви з десяти вибiрок, кожна з яких мютить по десять замiрiв (деталей). Ус вибiрки вводяться у вщпо-вщнш послiдовностi '1х отримання пiд час експериментальних дослiджень.
Значення статистичних показниюв (див. рис. 3) визначаеться для кожно!' з вибiрок в автоматичному режимi пiсля вводу вхiдних даних. Так само отриму-ються значення основних показникiв динамiки точностi - коефгщентш С1 та С2 за спрощеною методикою для порiвняння результапв дослiдження.
Оригiнальнiсть програми та методики полягае у можливосп отримати залежносп динамiки технологiчноí точностi верстата у виглядi полiному п-го степеня (див. рис. 4), який з високою точнiстю описуе цю залежнiсть. Встанов-лена закономiрнiсть дае змогу аналiзувати та прогнозувати динамiку точностi оброблення деталей на будь-якому верстап. О^м цього, знаючи закономiр-нiсть, можна здшснювати контроль за станом технолопчно!' точностi деревооб-робних верстатiв упродовж перiоду 1'х експлуатацп.
Рис. 4. Фрагмент програми ДИН-ТОЧН.хЫ: лШШм та полiномiальнi залежностi динамШ середнього значення та поля розствання похибок оброблення деталей
За допомогою розроблено!' методики виконано дослщження динамки технолоично!' точносп круглопилкового верстата для ортогонального розпилю-вання колод упродовж перiоду стшкосп пилок [9] та отримано адекватш регре-сiйнi залежностi (див. рис. 4) динамки середнього значення розмiрiв Хср i поля
розсдавання ю розмiрiв виготовлених дощок у вигляда полiномiв вiдповiдно другого i третього порядкiв. Висновки:
1. На осжш аналiзу вiдомих методик дослвдження технолопчно!' точностi де-ревообробних верстатав визначено напрямок вдосконалення методики дос-лiдження динамiки технолопчно!' точностi деревообробних верстапв шляхом застосування статистично-аналгшчного методу та математичного мо-делювання за допомогою ЕОМ.
2. Для швидкого обробляння iз високою точшстю результатiв експеримен-тальних дослiджень розроблено програму ДИН-ТОЧН.хЬ, яка забезпечуе опрацювання статистичних даних та отримання емшричних залежностей показник1в динамiки технолопчно!' точност деревообробних верстатiв у виглядi полшома «-степеня, а також побудову графiчних залежностей.
3. Розроблену методику математичного моделювання динамiки технолопчно!' точностi верстатав можна використовувати як для встановлення закономiр-ностi динамiки технолопчно!' точност рiзних видiв конструкцiй деревообробних верстаив, так i для прогнозування точност обробляння на деревообробних верстатах в умовах виробництва упродовж перюду стшкост iн-струменту.
Лiтература
1. Пилипчук М.1. Основнi напрями розвитку теори точностi механiчного оброблення дере-вини та деревних матерiалiв / М.1. Пилипчук // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Львш : Вид-во УкрДЛТУ. - 2005. - Вип. 15.1. - С. 165-170.
2. Манжос Ф.М. Точность механической обработки древесины / Ф.М. Манжос. - М. : Изд-во "Гослесбумиздат", 1959. - 265 с.
3. Амалицкий В.В. Надежность деревообрабатывающего оборудования : науч. издание / В.В. Амалицкий. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1974. - 160 с.
4. Комаров Г.А. Точность дереворежущих станков. Размерная настройка : учеб. пособ. / Г. А. Комаров. - М. : Изд-во МЛТИ, 1985. - 56 с.
5. Пилипчук М.И. Повышение точности калибрования-шлифования древесностружечных плит абразивными кругами : дисс. ... канд. техн. наук: спец. 05.06.02 / М.И. Пилипчук. - Львов, 1984. - 206 с.
6. Пилипчук М.1. Дослщження показникш точной! розпилювання колод на горизонтальному стрiчкопилковому верстай / М.1. Пилипчук. С.П. Степанчук // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Львш : Вид-во УкрДЛТУ. - 2005. - Вип. 15.3. - С. 133-138.
7. Пилипчук М.1. Методика дослщження точност розпилювання колод на круглопилково-му верстат "Ясень-Баракуда" / М.1. Пилипчук, М.Р. Бурдяк // Науковий вюник НЛТУ Украхнп : зб. наук.-техн. праць. - Львш : РВВ НЛТУ Украши. - 2009. - Вип. 19.8. - С. 156-161.
8. Степанчук С.П. Пщвищення точносп процесу розпилювання деревини на горизонталь-них стрiчкопплковпх верстатах : дис. ... канд. техн. наук: спец. 05.05.04 / С.С. Петрович. - Львш, 2012. - 180 с.
9. Бурдяк М.Р. Пщвищення технолопчно! точной! круглопилкових верстатш для ортогонального пиляння колод : дис. ... канд. техн. наук: спец. 05.05.04 / М.Р. Бурдяк. - Львш, 2014. -224 с.
Пилипчук М.И. Методика исследования динамики технологической точности деревообрабатывающих станков
На основе анализа известных методик установлена эффективность использования статистико-аналитического метода и математического моделирования для исследования динамики технологической точности деревообрабатывающих станков в течение определенного периода их работы. Усовершенствована методика математического моделирования динамики технологической точности деревообрабатывающих станков путем
Науковий вкник НЛТУ Украши. - 2015. - Вип. 25.6
создания прикладной программы на ЭВМ, которая обеспечивает обработку статистических данных экспериментальных исследований и получение регрессионной зависимости динамики технологической точности станка у виде полинома п-й степени, а также построение графических зависимостей.
Ключевые слова: точность, обработка, станок, динамика, программа.
Pylypchuk M.I. Research Methodology for the Dynamics of Technological Accuracy of Woodworking Machines
Based on analysis of known methods, the efficacy of statistical and analytical methods and mathematical modelling to study the dynamics of technological accuracy of woodworking machines within a prescribed period of work is defined. We improved the methods of mathematical modelling of the dynamics of technological accuracy of the machines by creating a computer application which provides data processing of statistical experimental research and the establishment of regressive dependence dynamics of technological accuracy machine in the form of a polynomial of the и-th degree and building graphic dependencies.
Keywords: accuracy, processing, machine, dynamics, program.
УДК 674.647:004.942 Астр. Ю.В. Прусак1 - НЛТУ Украти, м. Львiв
ВИЗНАЧЕННЯ ДВОВИМ1РНОГО В'ЯЗКОПРУЖНОГО СТАНУ ДЕРЕВИНИ У ПРОЦЕС1 СУШ1ННЯ З УРАХУВАННЯМ ЦИЛ1НДРИЧНО1 АН1ЗОТРОПН
Розглянуто вплив процесш вологоперенесення на напружений стан деревини з урахуванням цилшдрично! ашзотропи тепломехашчних властивостей. Реал1зовано сформульовану математичну модель деформування деревини шд час сушшня, яка дае змогу визначити двовишрний напружено-деформ1вний стан в умовах 1зотерм1чного вологоперенесення. Встановлено законом1рност1 впливу технолопчних параметр1в сушшня на процеси в'язкопружного деформування 1 масоперенесення для деревини з урахуванням ашзотропи тепломехашчних характеристик. Наведено результати чисельного експерименту та проаншшовано розподш рад1альних 1 тангентальних напружень у деревин! залежно вщ змши вологоперенесення.
Ключовi слова: математична модель, в'язкопружне деформування, масоперенесення, ашзотрошя, сушшня деревини.
Актуальшсть дослщжень. Зменшення запасiв лiсових промислових по-рiд зумовлюе розширення сфери застосування i перероблення низькоякiсноí де-ревинно!' сировини, зокрема круглих сортиментав, якi отримують у процесi рубок i лiсосiчних робiт. Тонкомiрну деревину круглого перерiзу використовують для виготовлення торцевих пiдставок щитового паркету, втулок для шдшипни-кiв, деяких столярно-будiвельних виробiв. Гальмiвним фактором використання кругло!' деревини е ускладнення технолопчного процесу сушiння, оскшьки аш-зотрошя фiзико-механiчних властивостей у цьому випадку е значнiшою, нiж для пиломатерiалiв. Важливою проблемою у цьому аспекта е розрахунок та ана-лiз напружено-деформiвного стану матерiалу, дослiдження реолопчних властивостей у рiзних температурно-волопсних умовах.
Аналiз дослщжень. Вплив тепломасоперенесення на розвиток напруже-но-деформiвного стану кашлярно-пористих матерiалiв у процесi сушшня вивче-
1 Наук. кер1вник: проф. Я.1. Соколовський, д-р техн. наук
