CC BY
17
Каждая технологическая операция может встретиться в графе С несколько раз (например, операция контроля) и, будучи приложенной к заготовке с различными значениями себестоимости с, характеризуется различными приращениями Ас . Отсюда следует, что каждую операцию удобнее характеризовать абсолютным изменением
показателя Лс- = С1 — с ■, а не относительным и постоянным значением для любой точки приложения операции.
Очевидно, что каждому допустимому маршруту обработки изделия соответствует в графе С=(Х,11) определенный путь с началом в вершине А и концом в вершине В. Каждый путь характеризуется вектором себестоимости
на
каждой операции с = (Асм,АСц ,...Aci B) ,гд«
АС: , = С: ~ С: .
>к>к+1 1 >к+1
Пусть \Л/(С) - множество всех путей в графе С с началом в точке А и концом в точке В, имеющих неотрицательные координаты вектора С. Так как все пути (маршруты обработки) в графе С=(Х,11) равноправны с точки зрения достижения конечного значения Р в точке В, ограничимся рассмотрением тех технологических маршрутов, которым соответствует вектор С с неотрицательными координатами. После определенных преобразований каждому вектору С можно поставить в соответствие монотонное СЛОВО Ь = {Лсм,Лсм+Лскк +Лслк +Лс.,. +...Лскв),
координаты которого монотонно возрастают.
Предположим, что 1_ в графе С=(Х,11), соответствующее монотонному слову - первому в лексикографически упорядоченном списке всех монотонных слов, является оптимальным. При прочих равных условиях предпочтение будет отдано более коротким путям и, следовательно, более рентабельным маршрутам обработки деталей. В этом случае уменьшаются циклы обработки, упрощается технологическая подготовка производства.
Для того чтобы свести задачу нахождения оптимального технологического маршрута обработки к задаче поиска минимального пути в графе, для которой разработаны эффективные алгоритмы решения, модифицируем графС=(Х,11):
Во все пути графа С длины где ]<г (г - порядковое число вершины В), добавляем г-] фиктивных вершин
Ус\">Ус2">"">Усг-} ■ Каждое ориентированное ребро
(Уск,Уск+1) взвешиваем значением (]+к+1)-й координаты соответствующего монотонного слова. В результате этих преобразований получим модифицированный граф С=(Х',и'). Теперь для определения оптимального пути в графе С=(Х,11) будем искать в модифицированном графе С ориентированный путь с минимальным значением суммы координат сопоставленному ему монотонному слову.
Существует множество алгоритмов для нахождения минимального пути в графе без контуров, например, алгоритм Уоршелла-Флойда, Дейкстры, Левита. Оптимальный по себестоимости маршрут обработки будет соответствовать минимальному пути в графе С=(Х',1Г) [1].
Предложенный метод определения оптимального маршрута обработки крепежных изделий достаточно гибок и допускает множество модификаций. Например, технологическая сеть может быть определена с точностью до перехода, изменяя частично содержание операции. Может быть изменена структура сети: введены тран-
зитивно замыкающие дуги или свободный правый конец (вершина В), что соответствует технологическим маршрутам с различным конечным состоянием изделия.
Для представления всего множества возможных технологических процессов изготовления шпильки и гайки удобной формой являются графы, в которых узлы нагружаются единицами оборудования, а дуги представляют собой смену операций. Если добавить время обработки и условия перехода по данной дуге, то получится крайне наглядное представление всех вариантов обработки изделия. На рис. 3,4 представлены графы обобщенных технологических процессов производства шпилек и гаек при разных условиях (технические условия, программа выпуска, размеры).
В работе [2] представлены типовые операции при изготовлении шпилек и гаек. Задаваясь некоторыми начальными условиями изготовления крепежных деталей, можно оценить состав требуемых операций, а также время на каждой из них.
Список литературы
1. АхоА., ХопкрофДж., Ульман Дж. Структуры данных и алгоритмы,-
М.: Вильяме, 2001.-384 с.
2. Кузнецов В.П., Гениатулин A.M., Схиртладзе А.Г, Филонов В.А.,
Дмитриева О. В. Оптимальные технологии производства фланцевого крепежа для трубопроводной арматуры, энергетического и нефтегазового оборудования: Учебное пособие,-Курган: Изд-во Курганского гос. университета, 2007,-276 с.
Г.П. Мосталыгин, А.Г. Мосталыгин
Курганский государственный университет, г. Курган
ПЕРСПЕКТИВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ ВЫГЛАЖИВАНИЯ МИНЕРАЛОКЕРАМИЧЕСКИМ ИНСТРУМЕНТОМ
Задачи стабильного обеспечения точности и качества обработанной поверхности играют одну из первостепенных ролей в связи с непрерывным повышением комплексной механизации и автоматизации производства.
Решение этих задач должно базироваться на исследовании технологических факторов, влияющих на точность и качество обрабатываемых поверхностей, изучении и анализе работы оборудования и других средств технологического оснащения, а также на развитии и изыскании новых прогрессивных методов отделочной и отде-лочно-упрочняющей обработки.
В настоящее время в машиностроении отмечается быстрый рост номенклатуры и частая сменяемость изделий, а доминирующим типом производства является серийное, на долю которого приходится около 80 % всего объема производства. Учитывая современные требования, машиностроительное производство должно быть гибким, то есть должно обладать способностью в любой момент времени в сжатые сроки перейти на выпуск новых изделий.
Задачи гибкости и автоматизации серийного производства стали успешно решаться в связи с применением
станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Эти станки автоматически выполняют все операции и изготовляют самые сложные детали с высокой точностью и качеством обрабатываемых поверхностей.
Многие технологические операции, применяемые в машиностроении, позволяют комплексно устанавливать и получать большинство показателей заданного качества обработки (шероховатость, микротвердость, микроструктуру, остаточные напряжения и другие).
Основными методами формообразования деталей с заданными показателями качества и степенью точности их размеров являются методы обработки заготовок резанием. Однако применение этих методов сопровождается образованием большого количества стружки. При этом подсчитано, что образование каждой тонны стружки сопровождается расходом электроэнергии около 430 кВт и работой металлорежущих станков в течении 140 часов. Это очень большие потери.
Замена обработки резанием обработкой поверхностно-пластическим деформированием (ППД) обеспечивает повышение производительности труда, снижение себестоимости изготовления деталей и уменьшение процента отходов в виде стружки. Одновременно повышаются характеристики качества поверхностей обрабатываемых деталей.
Одним из наиболее эффективных методов обработки ППД является процесс выглаживания, который успешно встраивается в любой технологический процесс автоматизированного производства и может быть реализован на станках с ЧПУ.
Наибольшее распространение получило алмазное выглаживание. Однако, несмотря на многие преимущества алмазного выглаживания (высокая твердость алмаза, низкий коэффициент трения по металлу), этот процесс имеет ограниченное применение в металлообработке из-за высокой стоимости, повышенной хрупкости и низкой красностойкости (температурной стойкости) алмаза.
Поэтому очень важным является вопрос изыскания других инструментальных материалов, заменяющих алмаз без снижения качественных показателей процесса выглаживания.
В Курганском государственном университете под руководством профессора Мосталыгина Г П. проводились исследования, связанные с изучением возможности применения инструментальной минералокерамики в качестве инструмента для выглаживания; с оценкой процесса минералокерамического выглаживания с точки зрения его оптимизации и с комплексной оценкой качества выглаженных поверхностей.
При проведении комплексных исследований качества поверхностного слоя при обработке минералокера-мическим инструментом использовались следующие современные методы: микротвердости, рентгеноструктур-ного анализа, металлографический, электронно-микроскопический, а также измерение шероховатости и волнистости обработанной поверхности.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что выглаживание минералокерамикой не уступает процессу алмазного выглаживания, а по некоторым параметрам его превосходит. Например, высокая красностойкость минералокерамики (1500...1600° К) позволяет ей успешно работать в широком температурном диапазоне, в ряде случаев при температурах, превышающих температуры фазовых превращений конструкционных сталей. В связи с этим формирование поверхностного слоя деталей, обрабатываемых выглаживанием минералокерамикой, происходит в особых специфических
условиях, связанных с температурным воздействием инструмента на обрабатываемую поверхность.
Комплексные исследования поверхностного слоя деталей при обработке выглаживанием минералокера-мическим инструментом показали повышение характеристик качества: значительное уменьшение шероховатости и волнистости обработанной поверхности, упрочнение поверхностного слоя и формирование в нем благоприятных сжимающих остаточных напряжений, формирование мелкодисперсной бейнитной микроструктуры и, как следствие, повышение эксплуатационных свойств (износостойкости обработанной поверхности и сопротивления усталости).
При выглаживании основным динамическим параметром, влияющим в большой степени на деформирование поверхностного слоя, является сила выглаживания, которая при выглаживании с упругим закреплением инструмента создается с помощью пружины или другим способом, а при выглаживании с жестким закреплением инструмента создается внедрением выглаживающего индентера в поверхность обрабатываемой детали. Величина этого внедрения называется натягом.
Жесткий способ закрепления инструмента хорошо реализуется на станках с ЧПУ и обладает рядом достоинств. Это повышение точности размеров и частичное исправление формы обрабатываемой поверхности, уменьшение волнистости поверхности, возможность обработки прерывистых поверхностей.
Для обеспечения заданных параметров качества поверхностного слоя деталей при выглаживании с жестким закреплением инструмента на станках с ЧПУ коллективом авторов кафедры «Стандартизация, сертификация и управление качеством» под руководством профессора Орлова В.Н. реализована система автоматического, гарантированного обеспечения заданного натяга. Данная система основана на компьютерном анализе оцифрованных вибросигналов, возникающих при касании инструментом поверхности детали. Система ЧПУ заменяется персональным компьютером с сохранением электрической части приводов. Связь компьютера со станком осуществляется через интерфейсные устройства, при этом для каждого вида приводов разрабатывается свой интерфейс и своя программа. В сервисной программе задается безударный подвод инструмента на скорости быстрого хода к поверхности обрабатываемой детали в точку, отстоящую от поверхности детали по координате Хна величину АХ = 0,5. ..ОД мм. Затем задается перемещение по координате Xе минимальной подачей на величину АХ ¿, превышающую /IX Как только происходит касание инструмента с обрабатываемой поверхностью появляется вибросигнал и программа отсылает сообщение о фиксации координаты по Х"сеРвисн°й программе, обслуживающей станок.
Эта координата инструмента соответствует «нулевому натягу», после чего устанавливается значение заданного натяга.
Данный способ является простым в практической реализации и позволяет повысить точность настройки инструмента как на универсальных станках, так и на станках с управлением от ПЭВМ.
Например, для минералокерамических выглажива-телей при касании инструмента с обрабатываемой поверхностью происходит изменение амплитуд на частотах 990 Гц, 4500 Гц, 71000 Гц.
В случае применения других инструментов необходимо экспериментально определить частоты, на которых происходит изменение амплитуд.
Дальнейшее совершенствование микропроцессор-
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3
131
ной и компьютерной техники, повышение физико-механических свойств инструментальной минералокерамики, появление новых сверхтвердых инструментальных материалов позволит еще более оптимизировать процесс выглаживания и получать требуемые показатели качества наряду с повышением производительности и стабильности процесса выглаживания.
Список литературы
1. Мосталыгин Г.П., Толмачевский H.H. Технология машиностроения:
Учебник для вузов по инженерно-экономическим специальностям.
- М.: Машиностроение, 1990. - 288 с.
2. Мосталыгин ГЛ., Марфицын В.В., Мосталыгин А.Г. Перспективы
применения минералокерамики и термоупрочненных сталей в
качестве инструментального материала при выглаживании:
Вестгик Курганского университета. Серия «Технические науки». -
Вып. 2. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2005. - 249 с.
3. Патент РФ № 2257286. Устройство для настройки выглаживающего
инструмента на токарных станках/Марфицын В.В., Орлов В,Н.,
Губанов В.Ф., Мосталыгин А.Г. //Бюллетень изобретений. - 2005.
№ 21.
А.К.Остапчук
Курганский государственный университет, г. Курган
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ХАОСА К ИССЛЕДОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Поскольку в процессе обработки основополагающую роль играет процесс трения, то будем рассматривать технологическую систему с позиций трибоники. Механизм возникновения силы трения между двумя телами, совершающими относительно друг друга движение, может быть рассмотрен на макроскопическом и микроскопическом уровне. Микроскопический или молекулярный механизм можно определить как причинный, поскольку молекулярное взаимодействие поверхностей пары скольжения подробно рассмотрено для множества экспериментальных условий с целью установления истинной причины трения. Макроскопический механизм рассматривается как результат, основанный на сравнительно грубом моделировании явлений трения и подчиняющийся простой, но правдоподобной модели. При таком подходе вместо поиска основополагающих причин упрощенная трактовка и ориентация на применение представляют интерес для инженера.
Здесь желательно ввести различие между внутренним и внешним трением в телах. Поверхностные взаимодействия обычно называют внешним трением, а молеку-лярно-кинетические процессы и внутриобъемная диссипация энергии в материале являются причиной и следствием внутреннего трения. Оба механизма должны рассматриваться одновременно, дополняя друг друга. Микроскопическое понимание процесса трения имеет неоценимое значение для установления справедливости макроскопической модели в практических приложениях.
Суть внутреннего трения и микроскопический подход отлично раскрывает теория диссипативных структур. Если рассматривать диссипативную систему в общем виде, то аналитически она выглядит следующим обра-
Я ^ -F F зом: £>i '—77- ,
dt
dyj
где Bi —j- - аккумулируемая в системе энергия; dt
в( - постоянные системы (управляющие параметры);
у- регулируемые параметры;
Е1 и Е2 - подводимая и отводимая энергия.
Определив, какие параметры являются регулируемыми в системе, а какие управляющими, и зная выражения для Е1 и Е2, процесс обработки можно описать системой дифференциальных уравнений и контролировать его с помощью управляющих параметров. С их помощью внешняя среда закрепляет свои отношения с системой. Поскольку не все постоянные параметры (медленно меняющиеся со временем) являются управляющими, поиск последних и определение интервалов их значений становится весьма актуальной задачей. Важным является определение того самого момента (точку бифуркации), начиная с которого система способна перейти в новое состояние, и направить ее в «нужное русло».
Преимущества параметрического подхода заключаются в том, что искать решение системы дифференциальных уравнений в явном виде не обязательно, а достаточно выявить регулируемые и управляющие параметры и в зависимости от их набора наблюдать изменение динамики системы на аттракторе. Вся сложность заключается в нахождении физического смысла регулируемых и управляющих параметров и выражений Е1 и Ег.
Отметим также, что условия параметрического подхода отлично сочетаются с классической системой Лоренца: эта система диссипативна, состоит из трех обыкновенных дифференциальных уравнений и содержит управляющие параметры. Поэтому моделирование проводилось на основе модели Лоренца, с учётом параметрического подхода и законов трибоники.
Динамические процессы в технологических системах существенно влияют на устойчивость процесса резания, качество и точность обработки. Технологическую систему следует рассматривать как совокупность взаимосвязанных открытых нелинейных динамических подсистем с сильными прямыми и обратными связями и иерархическим устройством. В технологической системе закачиваемая в нее энергия перераспределяется между подсистемами, что вызывает перемещение и деформацию отдельных деталей и узлов станка. Кроме того, диссипация энергии происходит в подсистемах по различным механизмам (выделение теплоты при трении в узлах и в подвижных соединениях, изнашивание деталей, автоколебания, релаксация напряжения и т. д.). Наиболее общим механизмом диссипации энергии в динамических системах обработки резанием являются разного вида процессы, которые можно описать только с помощью нелинейных уравнений.
Технологическая обрабатывающая система - это открытая диссипативная система, принимающая упорядоченный поток энергии, вещества и информации. Для ее устойчивого функционирования важно, чтобы закачиваемая в систему энергия полностью рассеивалась в подвижных соединениях и узлах (колебательных системах):
АЕР + АЕД + ДЕГ = АЕДИС. (1)
Система резания является основной подсистемой технологической системы. Устойчивое функционирование достигается, прежде всего, при самоорганизации системы резания. Однако в процессе резания устойчивое движение упругой системы станка нарушается биениями, периодическим изменением амплитуды автоколебаний и переходом к хаотическому движению. Число степеней свободы, определяющее вид траектории движения системы в фазовом пространстве, зависит от того, сколько параметров необходимо задать, чтобы полностью оха-
