МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
80-летию БГПА,
85-летию академика Национальной академии наук Беларуси ПЕТРА ИВАНОВИЧА ЯЩЕРИЦЬША
посвящается
МАШИНОСТРОЕНИЕ
РЕСПУБЛИКАНСКИЙ МЕЖВЕДОМСТВЕННЫЙ СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ
Основан в 1976 году
Выпуск 16
Минск
‘Технопринт”
2000
h ź l j
M 3 S
УДК 621(082)
Машиностроение: Сб. науч. трудов. Вып. 16 под ред. И.П. Филонов. -М н . УП
«Технопринт», 2000 - 318 с. - ISBN 985-6373-67-0
Приведены результаты исследований прогрессивных технологических процес
сов изготовления деталей, в том числе с использованием современных программ
ных средств и элементов машинного интеллекта. Рассмотрены некоторые вопросы проектирования технологического оборудования и оснастки. Изложены исследо
вания иглофрезерования, зубообработки, вибрационного точения и обработки де
талей с переменной глубиной резания. Приведены технологические условия под
готовки поверхности и упрочнения деталей электрофизическими и электрохими
ческими методами. Рассмотрены проблемы динамики и прочности машин. Изло
жены актуальные вопросы экономики машиностроительного производства.
Редакционная коллегия:
И.П. Филонов (гл. редактор), А.П. Акулич, Г.Я. Беляев (зам. гл. редактора), Э.М. Дечко, С.А. Иващенко, М.М. Кане, А.И. Кочергин, М.И. Михайлов, Ж.А. Мрочек, Ф.И. Пантелеенко, М.Ф. Пашкевич, В.И. Похабов, А.Ф. Присевок,
Н.В. Спиридонов, В.И. Туромша, И.С. Фролов (отв. секретарь).
ISBN 985-6373-67-0
© УП «Технопринт», 2000
Т Е Х Н О Л О Г И Я М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Я
У Д К 6 2 1 7 9 2
А. П. Ракомсин, М, И. Сидоренко, И. П. Филонов, Л. А. Исаевич, В. А. Король, Л. М. Кожуро 1.1. СОЗДАНИЕ НОВЫ Х НАУКОЕМ КИХ ТЕХН О Л О ГИ Й , ОБОРУДОВАНИЯ И ВН ЕДРЕН И Е И Х В П РОИ ЗВОДСТВО
КО Н КУ РЕН ТО СП О СО БН Ы Х АВТО М О БИ ЛЕЙ СЕМ ЕЙСТВА М АЗ
Г о суд а р ст вен н о е п редп ри я т и е «М А З»
Б ел о р усск а я госу>дарственная полит ехническая академ и я Б еч о р усск и й го суд а р ст вен н ы й а гр а р н ы й т ехнический у н и вер си т ет
М инск, Б ел а р усь
Настоящая работа посвящена повышению конкурентной способности автомо
билей семейства МАЗ технологическими методами. Предлагаемые новые науко
емкие технологии позволяют повысить долговечность деталей и узлов, улучшить комфортабельность автомобилей, снизить себестоимость их изготовления и приве
сти их в соответствие с требованием международных стандартов. Если уровень конструкторских разработок может сравнительно быстро повышаться за счет мо
дернизаций имеющихся аналогов, то технологическая подготовка производства высокого уровня зависит от создания новых, эффективных технологических про
цессов, оборудования и оснастки на всех стадиях изготовления деталей и узлов.
Предлагаемое направление повышения конкурентоспособности автомобилей семейства МАЗ технологическими методами основано на решении трех взаимо
связанных проблем:
- совершенствование технологии и оборудования заготовительного произ
водства;
- улучшение парамеіров качества рабочих поверхностей и восстановление де
талей машин;
- компьютерное обеспечение поисков вариантов снижения энергопотребления, себестоимости и трудозатрат процессов изготовления деталей машин.
Таксой подход к решению проблемы повышения конкурентоспособности машин соответствует новым признакам наукоемких технологий и обеспечивает существен
ное улучшение технических и экономических показателей процессов изготовле
ния деталей и узлов машин. Наряду с этими технологическими решениями прове
дена работа по техническому и кадроюму обеспечению. Изготовлено, апробировано и внедрено соответствующее оборудование, инструмент и технологическая оснастка.
0
1 i
•оi
VOо
VO0 1
1 I
о
Подготовлен инженерно-технический персонал. Научная новизна подкреплена кан
дидатскими диссертациями, выполненными сотрудниками МАЗа по данной тема
тике. Структура наукоемких технологий, обеспечивающих коні^^рентоспосоРность автомобилей семейства МАЗ, представлена на рис. 1.
Посколыо^ Минский автомобильный завод работает исключительно на импортном сырье и полуфафикахах, то первостепенной задачей становится экономия материаль
ных ресурсов, в частности металла. Это может быть осуществлено за счет сокращения потребления традиционных сортаментов проката черных и цветных металлов путем внедрения непосредственно на заводе деталепрокатного производства, позволяющего в условиях периодической прокатки максимально приблизить размеры и форму заго
товки к размерам и форме готовой детали. Применение, например, периодических профилей позволяет соіфатйть расход металла на 15... 40 % при одновременном увели
чении производительности оптаций штамповки и обработки резанием в 1,5...2,0 раза.
Практически все автомобильные заводы США, Англии, ФРГ, Франции, Японии, ис
пользующие рессорную подвес!^/; в промышленных масштабах гфоизводят и приме
няют периодические профили для изготовления малолистовых рессор. Масса обыч
ной многолистовой рессорной подвески составляет до 6... 12 % общей массы автомо
биля, а стоимость металла при изготовлении рессор может достигать 60 % окончатель
ной их стоимости. При этом срок службы рессор в несколько раз меньше, чем у двига
теля, определяющего срок службы автомобиля в целом.
Не менее эффективно использование периодических профилей при штамповке такой металлоемкой поковки, как балка передней оси автомобиля. Так, по данным ГАЗ, экономия металла здесь достигает 13,6 %. При этом существенно повышается стойкость молотовых штампов за счет меньшего количества ударов на формую
щей операции.
В случае использования заготовок для процессов холодного выдавливания, а также безоблойной штамповки в закрытых штампах требуется высокая геометри
ческая точность. Традиционные высокопроизводительные процессы разделения прут
ковых материалов в штампах не позволяют получать заготовки требуемого качества, в связи с чем усложняется процесс последующего их пластического деформирова
ния и увеличиваются потери металла в отход. Это приводит к необходимости разра
ботки более эффективных способов получения цилиндрических заготовок.
Разработанные на кафедре «Машины и технология обработки металлов дав
лением» Белорусской государственной политехнической академии техноло
гии и оборудование позволили решить ряд проблем в заготовительном произ
водстве ПО «БелавтоМАЗ» (рис. 2). Так, предложенный способ периодичес
кой прокатки полос переменной толщины для малолистовых рессор выгодно отличается по производительности и экономичности от наиболее распростра
ненного в мире способа фирмы «Даниэль Хойзер» (ФРГ), которым пользуются самые известные производители рессор, такие как «К ш рр Faderfabrik» (ФРГ),
«Ovako Stell» (Финляндия), «Мицубиси» (Япония), «Eaton Corporation» (США).
'S 3
I
t
VO0»33 1
i3
t
I3I
I
Вместо обжатия в приводных валках каждого конца заготовки поочередно за ие>
сколько проходов при двукратном ее наіреве по известному способу в предложенном парианте прокатку осуществляют на Гфофилированной оправке в неприводных вал
ках сразу всей заготовки с одного ее нагрева. Разработанные по этому способу техно
логия и оборудование для ее реализации внедрены в 1992 году на Минском рессор
ном заводе с обпщм суммарным экономическим эффектом 55 492 677 тыс. руб. В 1994 году по данной разработке с фирмой «Eaton Corporation» (США, г. Детройт) подписано лицензионное соглашение о передаче прав на использование на ее пред
приятиях предложенного способа производства профилированных заготовок мало
листовых рессор, что является первым случаем в отечественном автомобилестрое
нии. В соответствии с данным соглашением названная фирма обязалась выплатить одноразовую подписную цену за передачу ей щ>ав в размере 100 тыс. долларов США и после освоения ею новой технологии выплачивать ежегодно до 2008 года роялти в зависимости от объема выпускаемой продукции. За период с 1995 по 1999 год в Рес
публику Беларусь переведено 324 945 долларов США.
Технология горячей вальцовки заготовки балки передней оси заключается в обжа
тии серединной ее части на определенную длину секторными валками полуфабриката круглого сечения на квадрат с меньшим поперечным сечением. Это приближает заго- TOBiQ^ к самой поковке, обеспечивает экономию металла до 22 % и уменьшает количе
ство ударов молота в 1,5 раза, что во столько же раз повышает стойкость штамповой оснастки. Созданный для реализации данной технологии стан и сама технология вне
дрены в 1997 году на Кузнечном заводе тяжелых шгампоюк (г. Жодино). Суммарный экономический эффект от внедрения за три года составил 16 279 450 тыс. руб.
Для получения точных по р^мерам и форме заготовок из пруткового материала предложены принципиально новые способы, которые основаны на формировании поперечной прокаткой в прутке концентратора напряжений и последующем раскли
нивании прутка в зоне сформировавшегося концентратора клиновидными реборда
ми. Это позволяет получать заготовки с плоскими перпендикулярными торцами и обеспечивает экономию металла до 10%. Данная технология внедрена в 1997 году на Минском автозаводе с суммарным экономическим эффектом 10 700 248 тыс. руб.
Перечисленные выше направления решения проблем в заготовительном произ
водстве в основном касаются снижения себестоимости выпускаемых автомобилей.
Не менее важным является увеличение ресурса работы тяжелонагружениых дета
лей, что в целом повышает долговечность автомобиля. Достичь этого можно не тольш применяя высокопрочные и дорогие конструкционные материалы, но и за счет упрочняющей обработки традиционных, более дешевых марок сталей путем холодной поверхностной пластической деформации, электромагнитной наплавки порошковых материалов, совмещенной с поверхностным пластическим деформи
рованием, объемной деформации. Такие технологии позволяют формировать в поверхностных слоях деталей прогнозируемый уровень остаточных сжимающих напряжений, положительно влияюпщх на усталостную прочность.
Разработанный на кафедре «Технология металлов» Белорусского государствен
ного аграрного технического университета совместно с ГП «МАЗ» комбинирован
ный метод элеюромагнитной наплавки с поверхностным пластическим деформи
рованием позволил увеличить в 1,3... 1,4 раза ресурс деталей типа тел вращения, работающих в условиях высоких нагрузок и интенсивного абразивного изнашива
ния. Такой результат получен за счет того, что новый метод упрочнения деталей сочетает нанесение, термообработку и упрочняющее деформирование покрытия, сокращая приработку поверхности за счет формирования структуры поверхност
ного слоя. Эксплуатационные характеристики комбинированного метода опреде
ляются электромагнитными и деформационными воздействиями на упрочняемую поверхность (рис. 3). Электромагнитная наплавка с ППД, к достоинствам которой следует отнести высокую прочность соединения наплавляемого покрытия с осно
вой, повышенную износостойкость и минимальное тепловыделение, исключаю
щее термическое деформирование обрабатываемых деталей, эффективна при уп
рочнении поверхностей трения и посадочных поверхностей под подшипники и зубчатьіё колеса. Годовой экономический эффект от внедрения электромагнитной наплавки с ППД составил в 1999 г. 3500000 тыс.руб.
С учетом того, что валы, пальцы, оси лимитируют ресурс узлов автомобилей и составляют основную часть деталей, увеличение их износостойкости и устало
стной прочности имеет большое значение для повышения их конкурентоспособ
ности. Решению этих проблем посвящена работа ІТІ «МАЗ». Так, за последние три года внедрена Тамма высокопроизводительного инструмента для обработки деталей поверхностной пластической и объемной деформацией. Особое место занимают комбинированные инструменты, позволяющие одновременно обраба
тывать несколько поверхностей деталей и обеспечивающие повышение качества обработки, а также расширение технологических возможностей. На ряде деталей внедрен технологический процесс радиальной штамповки шлицев на валах, про
дольной накатки прямобочных шлицев. Экономический эффект от внедрения тех
нологии за 1997-1999 гг. составил 6679329,5 тыс.руб.
В условиях сложившейся экономической ситуации в Республике Беларусь представляется целесообразным поиск путей и методов совершенствования тех
нологических процессов с точки зрения оптимизации их основных технико-эко
номических показателей (себестоимости, энергопотребления и трудоемкости).
Разработанный кафедрой «Технология машиностроения» Белорусской государ
ственной политехнической академии компьютерный метод проектирования тех
нологических процессов позволяет автоматизировать процесс и обеспечить поиск оптимальных решений. В основу проектирования технологических про
цессов, изготовления деталей машин положен кибернетический подход. Темпы развития программного обеспечения и аппаратных средств в последние пять- десять лет указывают на то, что такие технологии могут быть реализованы уже в ближайшем будущем.
Рис. 3. Структура метода электромагнитной наплавки с ППД.
>:з
I.
I
I
Оптимизацию технологических процессов (ТП) следует проводить не только с учетом технических и экономических критериев, но и параметров системы
«человек-среда-машина», а также проблем сохранения окружающей среды.
Структура наукоемких (высоких, интеллектуальных) технологий представле
на на рис. 4.
Алгоритм проектирования ТП предусматривает формирование требуемой ин
формации в определенной последовательности с автоматическим поиском и вы
бором необходимых показателей, обеспечивающих установление требуемого уров
ня снижения энергопотребления, себестоимости, трудозатрат на основе новых физических явлений и способов, которых нет в справочной литературе. Подоб
ные новые технические решения обычно являются результатом научно-исследо
вательской работы коллективов. На рис. 5 приведены результаты работы кафед
ры «Технология машиностроения» БГПА в области совершенствования финиш
ных процессов обработки деталей машин за последние 10 лет.
Предлагаемая разработка позволила создать алгоритм и электронный вариант формирования наукоемких технологий, привязанный к условиям производства ав
томобилей семейства МАЗ (рис. 1). Программный продукт представлен на CD-ROM, 70 МБ дискового пространства с использованием интерактивной графики и интер
фейса для трех уровней пользователей.
Так, третий уровень предназначен для инженера-программиста, которому пре
доставляется доступ к файлам. Он может их пополнять дополнительной информа
цией, имеющейся только в его распоряжении. Таким образом, инженер-програм
мист совершенствует программный продукт и становится его соавтором. Это дает возможность непрерывного улучшения программного обеспечения путем попол
нения (расширения) базы данных о новых физических явлениях, способах обра
ботки и Т .П ., которые могут быть положены в основу наукоемких технологий в кон
кретной отрасли.
Таким образом, данной работой внесен значительный вклад в создание науко
емких технологий и оборудования, обеспечивающих повышение конкурентной способности автомобилей семейства МАЗ.
Щ К 6 2 1 .8 3 1
3. А. Домбэк, М. М. Кане УПРАВЛЕНИЕ Э М П И РИ Ч ЕС К И М И РАСП РЕДЕЛЕНИ ЯМ И
РАЗМЕРОВ Д ЕТАЛ ЕЙ П РИ И Х ОБРАБОТКЕ
Б ел о р усск а я го с у д а р с т в е н н а я п оли т ехни ческая ака дем и я М и н с к Б ел а р у с ь
Т ехн и ко-сельскохозяй ст вен н ая а к а д ем и я Б ы д го щ , П о л ьш а
Нормальные распределения обычно в практике встречается редко, т.к. не- йо'іможно точно обеспечить равномерное влияние всех факторов на исследуе
мый параметр. Особенно можно это заметить в технологии машиностроения.
Причины различные. Во-первых, потому что на практике несовершенны ус
ловия образования теоретической модели погрешности, а во-вторых, особен
но в машиностроении, существуют такие организационные факторы, которые шачительно деформируют эту модель, даже если она была бы технически ре
ализуемой.
Здесь представлены результаты эксперимента, проведенного 3. А. Домбэком на машиностроительном заводе (Wytwórnia Sprzętu Komunikacyjnego) в г. Вроцлав в I Іольше, рассмотрены вопросы управления распределения вероятности и возмож
ности исследования этогометода в технологии машиностроения.
Управляемым распределением является такое эмпирическое распределение, когорое образуется в результате сознательной деятельности исполнителя, знающе- ю желательный характер и форму распределения. Вообще говоря, речь идет о фор
мировании и управлении видом функции плотности распределения путем влияния соответственной организационной системы в производстве, направленной на по- ігученйе определенного результата.
При исполнении серийно какого-то геометрического размера в технологии машиностроения в большинстве случаев получается распределение вида, пред- ставлеішого на рис. 1.
По своей форме кривая напоминает нормальное распределение, но она асим
метрична относительно моды на некоторую величину е. Эта асимметрия имеет ме
сто всегда, а ее направление зависит от того, вал это или отверстие. Согласно прин
ципу образования допуска вглубь материала, допуски валов и других наружных размеров направлены «в минус», а отверстия и внутренние размеры - «в плюс» от т.н. нулевой линии, которая соответствует номинальному размеру. В исполнитель
ных размерах перемещение моды направлено к нулевой линии. Это значит, что оно противоположное для размеров вида «вал» и «отверстие».
13
Допустим, что исполнение какого-то размера ведет, по теоретическим услови
ям, к нормальному распределению с модой, медианой и математическим ожидани
ем в середине интервала допуска. В момент, когда в это абстрактное событие вме
шивается человек с его субъективным подходом к исполняемой работе, - условия уже изменяются и также изменяется результат. У исполнителя нет никакого инте
реса, чтобы исполнять этот размер в середине интервала допуска. Боясь по причи
не непредусмотренных обстоятельств сделать неисправимый брак, все свои дей
ствия он направляет на избежание этого события. Эта естественная подстраховка исполнителя ведет сознательно к асимметрии распределения. Можно сказать, что здесь мы уже встречаемся с сознательной деятельностью, т.е. управляемым рас
пределением.
Рис.}. Типичное распределение вероятности наружного размера.
Может быть еще одна причина. Если уменьшение размера требует увеличения затрат времени, то у рабочего нет никакого интереса, чтобы добиваться этого, по
тому что за дополнительное время ему не платят. Такое управление распределени
ем, отвечающее интересу рабочего, не всегда отвечает интересу предприятия.
Возможность получения симметрического распределения очень важна, напри
мер, во всех вопросах селективной сборки.
Селективная сборка, как известно, применяется везде там, где обычные, т.е.
экономические, методы обработки не позволяют получить требуемую точность исполнения размера. Тогда экономический допуск делится на несколько субин
тервалов (одинаковых для обеих деталей), называемых селективными группами.
После обработки изготовленные детали классифицируют и обозначают их раз
ными цветами или помещают в отдельных контейнерах. При сборке выбирают для соединения детали из соответствующих групп. Здесь управление по интере
су рабочего ведет к отрицательным результатам. Тогда получаем, в соответствии с рис.2, два распределения с противоположной асимметрией. Вследствие этого возникает избыток деталей типа «отверстие» в группах I и II, а также избыток деталей типа «вал» в группах III и IV. На практике эти избытки достигают 60-70% числа собираемых деталей.
Рис.2, Асимметрия распределений при селективной сборке,
Такая асимметрия - это серьезная проблема для технологов и организаторов производства. По этой проблеме написано также много различных научных работ (напр., [3]) и статей. В большинстве случаев авторы принимают асимметрию неиз
бежной, а потом думают, что с этим сделать. По мнению авторов, основываясь на проведенных 3. А. Домбэком работах, следует предположить, что проблема исчез
нет; если не допустить асимметрии. При этом надо применить такую организаци
онную систему на предприятии, которая будет эффективно управлять эмпиричес
кими распределениями, чтобы довести к требуемым распределениям, отвечающим интересу предприятия.
Следует отметить, что с рабочим нужно сотрудничать так, чтобы у него и у пред
приятия был общий интерес. Как известно, в большинстве систем заработная пла
та зависит от значения допуска, но она не зависит от того, в какой зоне интервала допуска будет находиться существенное значение размера. Интерес рабочего со
стоит в том, чтобы не сделать неисправимого брака, во-первых, потому что за это потерянное время ему не платят, а во - вторых, потому что неисправимые браки - это производственные затраты, и его не премируют за качество.
Кажется, что единственным путем, который позволяет достичь успеха, являет
ся система материальных стимулов, которая может вызвать интерес обеих сторон, потому что все можно рассчитать и определить, кто и насколько будет этим заинте
ресован. В принципе, рабочий должен заработать больше при управлении распре
делением размеров обрабатываемых деталей. Чтобы вообще вызвать у него инте
рес новыми условиями, необходимо оплатить его дополнительные действия.
Здесь можно предложить решения, предложенные З.А. Домбэком на упомяну
том заводе. Заработал плата стала включать два слагаемых:
• основную заработную плату, определенную по существующим правилам, (плата за исполнение детали согласно допуску),
• премию за распределение размеров в требуемых соотношениях.
Премия за распределение может, например, заключаться в том, что интервал до
пуска делится на несколько субинтервалов, соответственно селективным группам, и премируется отдельно каждая группа. Размер премии вычисляют по формуле:
Р = 2 a J . S .
і = 1 i i t i (1)
где n - число селективных групп (число субинтервалов), а. -премиальный коэффи
циент, J .- число исполненных деталей в данной группе, - тарифная ставка.
Премиальные коэффициенты должны быть определены отдельно для разных деталей и допусков, учитывая требования производства. В случае селективной сборки значения коэффициентов должны быть расположены симметрично отно
сительно центрального значения и возрастать по направлению к центру, напр., как на рис. 3.
0.1 I 0-3 0.5 □ ę O .6О P
J 3 ___Q . , , Q
0.5 . 0.3 . 0.1
Размер
Puc.3. Премиальные симметрические коэффициенты.
Управление распределением можно применять не только в селективной сборке.
Имея в виду факт, что неисправимый брак влечет затраты и нормальных (обыч
ных) стимулов (нет платы) для рабочего не хватает, можно по интересу предприя
тия, премировать асимметрию такими например, коэффициентами (рис. 4), пре
дупреждая таким образом вероятность появления неисправимого брака.
брак
неисправимый
,0.1 . 0.2 ,0.4 .0.6 0.3 ,0.1
брак исправимый Vuc.4. Премиальные асимметрические коэффициенты .
Можно применить другой вариант, состоящий в том, что премия за распределе
ние не будет определена коэффициентами расположения, а только частными: ^ , I лс во будет определять в общем случае желаемую асимметрию (в селективной сбор
ке может быть нулевая), а ej - исполненную в данной серии.
У этого метода есть недостаток: он не учитывает сосредоточения распределе
ния вокруг значения моды, и поэтому в рамках той же асимметрии мы можем полу
чить различные распределения.
В ходе исследования в области управляемых распределений был проведен та
кой эксперимент.
На упомянутом заводе изготавливали деталь, представленную на рис. 5, кото
рая подвергалась затем селективной сборке, и во время монтажа имели место не- лостатки, упоминаемые ранее. Возникли серьезные проблемы, так как на складе
|Н)с запас лишних деталей, которые невозможно было собрать.
Размер ЗЗ;;^обеспечивался на фрезерном станке и после обработки измерял- 1 я Если очередные размеры после обработки показывали убывание или возраста
ние значения размера, фрезеровщик поднимал или слегка опускал стол станка, кон- 17
тролируя это датчиком. Таким простым образом он стремился попасть в центр ин
тервала допуска. Результаты этого эксперимента были весьма интересны. На рис. 6.
показана гистограмма случайной выборки 150 шт. этих деталей, обработанных обычным способом перед экспериментом.
Рис. 5. Обрабатываемая деталь.
Кол. шт.
размер 33S;SS серия 150 шт.
Г> fi С9 Cl Cl О Cl Cl
Рис.б. Гистограмма случайной выборки элементов, поточенная в реальных условиях маши
ностроительного завода.
в результате проведенного эксперимента была получена гистограмма, изобра
женная на рис. 7.
размер 3 3 $ :^
серия 414 шт.
Размер
S 2 e « J 2 i a S 2 Q ! 2 Q £ ł i a Q f i 2 S 2 S 3 S 2 S 2 Q O S 2 1 2 1 2 S 2 f i Q O Q 1 2 S 2 S 2 S 2 S 2 £ i £ 2 £ 2 S 2 5 3 £ a f i О “ n <0 О О СП о łO СП о о СП C# V/ СП О С*7 V» С*# СП СП <П СО СП СП СП СП СП СП СП СП СП СП
т
I_ _ _ _ _
Рис. 7. Гистограмма случайной выборки элементов, полученная после эксперимента.
Сравнивая друг с другом эти гистограммы, следует заметить, что разница между ними большая. Размер чуть нетипичный, так как это наружный размер с положительными отклонениями, но это было обосновано специальными при
чинами. В итоге такого сравнения можно сказать, что гистограмма на рис.6, изображает распределение, которое не подчиняется ник;аким правилам. Гисто- ірамма, показанная на рис.7, если не идеально симметричная, то можно наде
яться, что нехватка изделий в отдельных группах одной серии будут заполнены я следующих сериях.
Выводы:
1. В технологических процессах, в которых исполняют размеры деталей ма
шин, очень трудно сохранить такие условия, которые бы способствовали образо
ванию нормального распределения вероятностей, как математической модели. Во- первых, невозможно говорить о бесконечном числе причин влияющих на значение размера, а во-вторых, невозможно создать такие условия, в которых влияние от
дельных факторов на разброс размеров было бы одинаковым. Отсюда образование нормального распределения в машиностроительных процессах обработки даже те
оретически труднодостижимо.
2. Самым важным фактором, деформирующим «натуральное» нормальное распределение, является подход рабочего к исполнению размера. Здесь нужно выделить его естественное страховочное действие перед возможным появле
нием неисправимого брака, а также стремление завершить обработку, если по
лученный размер попадает в зону допуска. Это особенно касается обработки, в которой съем материала является функцией времени, потому что за это время ему не платят.
3. Чтобы получить распределение, близкое к нормальному, надо искусствен
ным способом создать такие условия, чтобы вызвать интерес у рабочего к рас
пределению, отвечающему интересу предприятия. Таким стимулом может явить
ся оплата труда. Разработана система зарплаты и премиальных добавок, которая позволяет управлять распределением, что подтверждают представленные выше результаты.
ЖТЕРДТУРА:
1. Brandt S. Metody statystyczne i obliczeniowe analizy danych. - Warszawa PWN:
1974. C. 66. 2. Dąbek Z. Rozkłady kontrolowane.// Przegląd Organizacji. 1969. №10.
C.407-413.3. Катковник Б.Я., Савченко А.И. Основы теории селективной сборки. - Ленинград: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1980.
У Д К .6 2 1 9 4 1 .0 1 ^ 5 2 9
И. А. К аш тальян
т о ч н о с т ь РАЗМЕРОВ И ФОРМ Ы ДЕТАЛЕЙ, ОБРАБОТАННЫХ НА ТОКАРНЫХ ГПМ ПРИ
КИНЕМАТИЧЕСКОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
Б ел о р усск а я го с у д а р с т в е н н а я полит ехническая академ и я М и н ск, Б ел а р усь
Основной тенденцией автоматизации современного машиностроительного про
изводства является применение металлорежущих станков и станочных комплексов с числовым программным управлением, в том числе гибких производственных модулей (ГПМ). Относительная доля ГПМ в станочном парке предприятий маши
ностроения постоянно возрастает, и в этой связи все более актуальными становят
ся вопросы их эффективной эксплуатации.
Эффективность использования ГПМ на производстве в значительной степени зависит от функциональных возможностей устройства числового программного управления (УЧПУ). В современных микропроцессорных УЧПУ программное обеспечение строится по блочно-модульному принципу с максимальной независи
мостью модулей и делится на два вида: системное и технологическое. Основными элементами технологического программного обеспечения являются типовые цик-
ны, реализуемые в виде подпрограмм подготовительных функций. Наряду с уни- фиктц!ей подготовительных функций определенных видов технологических пере
мни» ие менее существенным является создание специализированных программ, кви ти рован н ы х на узкую номенклатуру деталей или на совершенствование про- Нвеея обработки.
Анализ широкой номенклатуры деталей, обрабатываемых на токарных ГПМ, ІІ0КВЗШ1, что в технологическое программное обеспечение целесообразно вклю
чит ь модули, которые ориентированы на повышение производительности, точнос
ти и
виброустойчивости процесса обработки за счет кинематической нестабильно- 1ИИ процесса резания [1]. В результате были разработаны программные модули, реализующие различные закономерности изменения подачи и скорости резания в функции пути (линейное изменение подачи, модулированное изменение подачи, прерывание подачи, поддержание постоянства скорости резания при фасонном wieHHH) [2].Указанные методы регулирования подачи и скорости резания условно можно рвідслйть на две іруппы. К первой группе относятся методы, которые используют- ав непосредственно для управления точностью обработки. Это прежде всего метод линейного изменения подачи в функции пути. Вторую группу составляют методы, которые использую тся для лом ания струж ки, гаш ен ия вибраций и т.д.
(модулированное изменение подачи, прерывание подачи).
Вследствие кинематических особенностей этих методов максимальные значе
ния возникающей при обработке силы резания переменны. Это ведет к возникно
вению переменных во времени деформаций, которые не всегда могут быть компен
сированы наладкой или подналадкой технологической системы, что затрудняет управление точностью при обработке. Поэтому наряду с исследованием мехдниз- мв повышения точности обработки путем стабилизации упругих перемещений (ли
нейное изменение подачи в функции пути) необходимо провести исследование точ
ности обработки при модулированном изменении подачи и ее прерывании. Это позволит оперативно управлять точностью обработки при кинематической неста
бильности режимов резания, а также выполнять прогнозную оценку ожидаемой точности.
Для выявления и анализа закономерностей распределения диаметральных и продольных размеров деталей, обработанных с переменной подачей (модулиро
ванное изменение подачи, прерывание подачи), и погрешности формы в попереч
ном сечении были использованы методы математической статистики.
С этой целью на токарном станке с ЧПУ мод. 1А751ФЗ с жёсткостью суппорт
ной группы 25000 Н/мм обрабатывались три партии заготовок из стали 40 ХН ди
аметром 70 мм и длиной 50 мм при частоте вращения шпинделя п = 500 об/мин и Шубине резания t =1 мм. Обработка велась резцом с механическим креплением пластины твердого сплава Т15 Кб. Геометрические параметры режущей части:
Y= 8®; а = 12®;ф == 95®; (Pj = 5® ; р = 0,8 мм.
Одна партия заготовок обрабатывалась с модулированной подачей, которая из
менялась в пределах от 0,2 до 0,4 мм/об. Длинна обработки L между пиковыми значениями подачи была равна 0,8 мм. Другая партия обрабатывалась с прерьюа- нием подачи, которое осуществлялось на время одного оборота детали. Третья партия деталей обрабатывалась с постоянной подачей. Во всех трех случаях сред
нее значение подачи было равно 0,3 мм/об.
Для определения вероятностных законов распределения погрешностей разме
ров и формы, а также основных статистических характеристик (среднего арифме
тического X и среднего квадратического отклонения s) из каждой партии обрабо
танных деталей была взята выборка большего объема 102. Измерение диамет
ральных размеров осуществлялось микрометром МР 0220 (цена деления 2 мкм).
Сечения детали, в которых делались замеры, предварительно бьши размечены. Для измерения продольных размеров был использован индикатор 1МИГ (цена деления 1 мкм). Погрешность формы в поперечном сечении определялась как разность меж
ду максимальным и минимальным диаметральными размерами.
Основные статистические характеристики распределений размеров и формы (сред
нее арифметическое l i и среднее квадратическое отклонение S) вычислялись мето
дом моментов [3]. Распределения подсчитывались при интервале А = 5 единиц; еди
ница измерения была равна 0,001 мм. Результаты расчетов сведены в таблицу 1.
Таблица 1.
Статистические хгфактеристики погрешностей размеров и формы деталей, обработанных на токарных ГПМ
Контролируемый параметр
М етод обработки ^ ,м м S, мм
Д иаметральный размер
О бработка с модулированной подачей 0,0173 0,0086
О бработка с прерыванием подачи 0,0212 0,0095
О бработка е постоянной подачей 0,0120 0,0063
Продольный размер
Обработка с модулированной подачей 0,0129 0,0064
О бработка с прерыванием подачи 0,0124 0,0066
О б р ^ о т к а с постоянной подачей 0,0123 0,0062 Ф орма
в поперечном сечении
Обработка с модулированной подачей 0,0024 0,0008
Обработка с преры вш и ем подачи 0,0025 0,0009
О бработка с постоянной подачей 0,0024 0,0008
Эмпирические распределения отклонений размеров и формы сравнивались с распределением по закону Гаусса. Удовлетворительность соответствия проверя
лась по критериям согласия ^ и Во всех случаях гипотеза о том, что выборка принадлежит нормально распределенной генеральной совокупности, не отверга
лась. Некоторые практические и теоретические кривые распределения погрепшос- тей размеров представлены на рис. 1 и рис. 2.
б)
І0 го 50 т м
Рис. I Практические и теоретические кривые распределения отклонений диаметральных размеров: а - модулированное изменение подачи; б - прерывание подачи.
а)
ІО 2 0 т м
Рис. 2. Практические и теоретические кривые распределения отклонений продольных размеров: а - модулированное изменение подачи: б - прерывание подачи.
По методике расчетов, предложенной А.П. Соколовским, рассеяние поірепшо- стей обработки деталей определяется как сумма рассеяния погрешностей разме
ров Ар и погрешностей формы Аф (методика допустима, когда погрешность формы по длине обработки не изменяется):
А = Ар + Аф.
Влиянием погрешности формы Лф можно пренебречь, если величина среднего квадратического отклонения этих погрешностей составляет не более 30% от вели
чины среднего квадратического отклонения погрешностей размеров Ор [4]. При обработке с модулированной подачей и при обработке с прерыванием подачи вели
чина сТф не превышает 10% от Ор. Поэтому фактическое поле рассеяния погрешно
стей обработки А = 6 а .
Для учета погрешности определения среднего квадратического отклонения s, зависящей от величины партии измеряемых деталей л, при подсчёте целесообраз
но использовать зависимость
o = pS,
где р - коэффициент, учитывающий погрешность определения среднего квадрати
ческого при размере партии измеренных заготовок п.
Для и = 102 коэффициент Р =1,2 [3]. Тогда при обработке с модулированной подачей а = 0,01032 мм, соответственно А = 6 а = 0,062 мм. При обработке с прерыванием подачи а = 0,0114 мм; А = 6 а = 6-0,068 мм.
Оба торца детали, между которыми фиксировался продольный размер, обраба
тывались с одной установки тем же подрезно-проходным резцом, что и цилиндри
ческая поверхность. Это позволило практически полностью исключить погреш
ность обработки, вызванную размерным износом инструмента.
С учетом погрешности определения среднего квадратического при размере партии измеренных заготовок л = 102 рассеяние погрешностей продольных разме
ров будет равно: при модулированном изменении подачи А = 0,046 мм; при преры
вании подачи А = 0,047 мм.
При исследовании влияния параметров переменной подачи на погрешности формы обработанных деталей был использован метод малых выборок. Использо
вание малых выборок наиболее эффективно, когда изучаемый параметр подчиня
ется нормальному или близкому к этому закону распределения [5].
Графики строились по средним значениям десяти замеров. Интервальная оцен
ка среднего значения, а также сравнение дисперсий и средних проводились со
гласно [3].
Определялось влияние параметров модулированной подачи на точность формы обработанных деталей в поперечном и продольном сечениях. С этой целью при различных пиковых значениях подачи и на различных участках между пиковыми значениями подачи обрабатывалась партия деталей из стали 40Х диаметром 210 мм и длиной 200 мм при гаубине резания 1==1 мм и скорости резания V=110 м/
мин. Деталь крепилась в патроне, свободный конец поджимался вращающимся цен
тром, При контроле измерялась некругаость детали в фиксированном сечении и отклонение профиля продольного сечения (конусообразность). Для измерения не
крутости был использован прибор «Tolurond». Конусообразность измерялась с помощью микрометра МР 0220 (цена деления 2 мкм). Полученные значения не- кругаости и конусообразности сравнивались со значениями некруглости и конусо- образности деталей, обработанных с постоянной подачей, равной среднему значе
нию модулированной подачи. В результате установлено, что параметры модулиро
ванной подачи на некруглость и конусообразность сзоцественного влияния не ока- іывают. Некругаость колеблется в пределах от 0,001 до 0,005 мм, причем без про
явления какой-либо закономерности (рис. 3, а). Характер изменения конусообраз
ности при изменении параметров модулированной подачи показан на рис. 3, б. Здесь также наблюдается отсутствие четко выраженной закономерности. На длине 180 мм максимальная величина конусообразности при обработке с модулирован
ной подачей (Smin = 0,2 мм/об; Smax = 0,4 мм/об; L = 0,8 мм) составила 0,016 мм, что находится в пределах паспортной геометрической точности станка.
а)
0,Ю ( S r n ^ S r n ł Ą m / t f
б) м т
i ź
6
о
РП
т 0,09
Рис. 3. Влияние параметров модулированной подачи на некруглость (а) и коиусообраз- ность (б): 1 - L = 0,8м м ; 2 ~ L - 0 ,4 мм.
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:
1) на токарных станках с ЧПУ, имеющих сравнительно высокую жесткость суп
портной группы (не менее 25000 Н/мм), достижимая точность диаметральных раз
меров соответствует 8-му квалитету при обработке с модулированной подачей и 9- му квалитету при обработке с прерыванием подачи; 2) точность продольных разме
ров практически не зависит от закономерности изменения подачи и может быть обеспечена по 8-му квалитету; 3) погрешности формы деталей, обработанных с модулированной подачей, практически соответствуют погрешностям формы дета
лей, обработанных с постоянной подачей, равной среднему значению модулиро
ванной подачи.
ЖТЕРАТУРА:
1. Каштальян И.А., Кочергин А.И., Зайцев В.Б. Поддержание заданного за
кона изменения подачи на токарных станках с ЧПУ. //Машиностроение. - Мн., 1979. -В ы п. 2. С. 83 - 90.2. Kashtalyan LA. Improvement of Manufacturing Software for M icroprocessor Program C ontrollers // M icro and Precision M echanics:
Proceeding o f the 41TH International Colloquium . - Ilmenau, 1996. V. 1. P. 441 - 444. 3. Большов Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статист
