2.ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Объектами исследования в технологических КНИР могут быть : технологический процесс изготовления детали , отдельная технологическая операция , технологический переход. Иногда объектом исследования может быть технологический метод , например метод обработки отверстий с криволинейной осью и т.д.
Собственно деталь, ее конструктивно-технологические параметры объектом технологического исследования бывает сравнительно редко .
Объект исследования в основном выделяют при анализе состояния проблемы и корректируют , если необходимо , при определении основной цели и задач работы.
Пример №1 Тема КНИР, соответствующий данному направлению : “Исследование точности обработки системы координированных отверстий корпусной детали на автоматической линии из станков ЧПУ”. При задании этой темы обязательно указывают деталь-представитель и сведения об линии для ее обработки .
Объектом исследования является технологическая операция обработки корпусной детали на автоматической линии либо , по согласованию с руководителем ,часть технологической операции , выполняемая на одной или нескольких позициях автоматической линии ,состоящей из станков ЧПУ .
Целью КНИР является обеспечение качества изготовления корпусных деталей при максимальной производительности автоматической линии.
Основные задачи исследования :
а) исследовать изменение точности изготовления системы координированных отверстий в ходе технологической операции.
б) выявить параметры технологической операции ,оказывающие доминирующее влияние на точность ;
в) получить закономерности, описывающие взаимосвязь выделенных параметров технологической операции и точности ;
г) предложить конкретные технологические мероприятия , позволяющие обеспечивать заданную точность обработки при максимальной производительности линии за счет целенаправленного воздействия на выделенные параметры технологической операции .
Пример №2 “ Исследование динамики формообразования цилиндрических поверхностей при отделочных методах обработки “.
Объект исследования – технологический метод (операция) отделочной обработки наружной цилиндрической поверхности . По указанию руководителя может быть выбран один из методов : тонкое точение и растачивание , круглое шлифование , алмазное выглаживание .
Целью КНИР является повышение точности ,достигаемой при использовании исследуемого метода обработки , либо , более конкретно , уменьшение погрешности формы поверхности обработанной детали .
Основные задачи исследования :
а) разработать математическую модель исследуемого метода;
б) исследовать математическую модель метода ;
в) обосновать и выбрать мероприятия , обеспечивающие повышение точности обработки;
г) экспериментально проверить принятые решения.
Оптимизация технологических процессов
изготовления деталей.
В исследованиях этого направления осуществляется поиск условий реализации технологических процессов , операций , методов , оптимальных по достижимому качеству обработки , производительности , затратам .
Пример №3 “Оптимизация обработки наружных цилиндрических поверхностей на токарных станках с ЧПУ ”.
Объект исследования – технологическая операция (переход ) обработки наружных цилиндрических поверхностей на токарных станках с ЧПУ.
Цель исследования – обеспечение качества обработки при минимальных приведенных затратах на изготовление детали.
Основные задачи исследования :
а) разработать математическую модель исследуемого процесса;
б) исследовать математическую модель, выявить параметры ,оказывающие доминирующее влияние на качество обработки ;
в) оптимизировать выделенные параметры по критерию минимума приведенных затрат на производство;
г) экспериментально проверить найденные технологические решения.
Студент должен самостоятельно выбрать наиболее подходящий метод оптимизации и по согласованию с преподавателем решить одно или многокритериальную задачу оптимизации.
Технологическое обеспечение качества прецизионных деталей.
В работах, проводимых по данному направлению , решаются задачи , аналогичные задачам в исследованиях первых двух направлений .Однако конструктивно- технологические особенности прецизионных (высокоточных) деталей часто требуют иных , нестандартных технологических приемов , в отличие от приемов , используемых для общемашиностроительных деталей .
Пример №4 “Технологическое обеспечение качества изготовления валов высокооборотных электрошпинделей”.
Объект исследования – технологический процесс изготовления валов высокооборотного электрошпинделя.
Цель работы - обеспечение качества изготовления вала высокооборотного электрошпинделя .
Основные задачи в целом совпадают с задачами исследований первого направления.
Работы могут быть посвящены решению задач технологической наследственности, обоснованию выбора заготовок высокоточных деталей , многофакторных задач исследования собственно процессов обработки высокоточных деталей и т.д.
Проектирование и исследование основных закономерностей
проектирования технологических процессов.
Это направление предусматривает дальнейшую разработку принципов построения типовых , групповых и индивидуальных технологических процессов при их неавтоматизированном и автоматизированном проектировании.
Пример №5 “Разработка и исследование принципов технологического группирования деталей на основе кластер-анализа”.
Объект исследования- групповая технология изготовления деталей заданной номенклатуры . Номенклатура деталей и их конструктивно- технологические параметры задаются руководителем .
Цель исследования – обеспечение качества изготовления деталей данной номенклатуры при обеспечении максимальной производительности участка.
Основные задачи :
а) разработать новые принципы группирования деталей для обработки на участке станков с заданной структурой, основанные на кластер-анализе;
б) выделить основные конструктивно-технологические признаки, которые могут быть использованы для группирования изделий ;
в) осуществить группирование деталей и разработать групповой технологический процесс;
г) оценить полученные решения и дать заключение о возможности и эффективности использования предложенных принципов.
Работы, проводимые по данному направлению, базируются на широком использовании компьютерной техники и требуют от исполнителя навыков практической работы с ней .
Исследование технологичности конструкций деталей.
Пример №6 “Влияние конструктивно-технологических параметров детали на структуру технологического процесса ее изготовления”. Чертеж детали , технические требования задаются преподавателем .
Объект исследования – технологический процесс изготовления детали .Следует четко уяснить ,что, хотя при исследовании будут устанавливаться взаимосвязи между конструктивно- технологическими параметрами детали и структурой технологического процесса , а также , возможно, даваться рекомендации по желательному изменению конструкции детали , объектом исследования является технологический процесс, а не деталь.
Цель исследования - снижение затрат на изготовление детали.
Основные задачи:
а) выявить основные конструктивно-технологические параметры детали (элементы геометрической формы и их расположения , отклонение размеров , формы , взаимного расположения , параметры шероховатости и т .п.),оказывающие доминирующее влияние на технологический процесс ее изготовления;
б) установить количественные зависимости между изменением конструктивно-технологических параметров и структурой технологического процесса ;
в) провести оптимизацию конструктивно- технологических параметров детали по критерию минимума приведенных затрат на изготовление детали;
г) оценить полученные решения , дать рекомендации по их практическому использованию.
Отметим ,что основными задачами предусматривается не только проведение собственно исследования, но и обработка изделия на технологичность (см. п. “в”).
Исследование технологической оснастки .
Данным направлением предусмотрены работы по совершенствованию и автоматизации проектирования технологической оснастки, совершенствованию ее основных функциональных элементов , повышению переналаживаемой оснастки.
Кроме работ , выполняемых по рассмотренным направлениям , могут проводиться КНИР по исследованию технологических процессов , использующих нетрадиционные методы обработки (электрический , ультразвуковой и т.д. ),методы нанесения покрытий и т.д.
Выше отмечалось , что технологические КНИР носят , как правило , смешанный характер , т.е. имеют развитые теоретическую и экспериментальную части.
Методика теоретической части должна для каждой поставленной задачи теоретического эксперимента содержать :
1. Формализованную постановку задачи (в “чистом виде”) с выбором необходимых расчетных схем .
2. Сведения о выбранном методе решения поставленной задачи :
а) исходные данные для решения ;
б) используемый математический аппарат;
в) ожидаемый результат решения.
3. Необходимый вид представления решения для дальнейшего использования в работе.
При формализации технологических задач и выборе расчетных схем не следует их чрезмерно усложнять. Необходимо стремиться к сокращению числа неизвестных (понижению размерности задачи). Так , например , при изучении процессов , происходящих в технологических (механических) системах обычно достаточно рассмотреть систему с одной , чаще – с двумя и реже – с тремя степенями свободы (например , при бесцентровом шлифовании).
Необходимо помнить об особой практической важности именно первого приближения. Дело
в том , что технологические параметры , являющиеся исходными данными для решения (жесткость элементов технологической системы , приведенные массы , припуск на обработку и т.д.), известны лишь с некоторой ограниченной точностью . Поэтому логично строить приближение лишь до того уровня точности, который соответствует точности задания исходных данных.
Но, стремясь упростить задачу и расчетную схему, следует иметь в виду , что чрезмерное упрощение может привести к расхождению с реальностью .
Математический аппарат , используемый для решения технологических задач , определяется характером формально поставленной задачи.
При исследовании динамики процессов , происходящих в технологических системах , применяют системы дифференциальных уравнений , векторный анализ [7].
При решении большинства задач удобно использовать аппарат теории матриц [7,8].
Припуски на обработку и промежуточные размеры детали , размеры заготовок и т.д. могут быть рассчитаны с помощью размерного анализа [9].
Для описания механизма технологического наследования и в ряде задач проектирования технологических процессов используется теория графов [10].
Методика экспериментальной части для каждой поставленной задачи должна содержать :
1. Цель эксперимента.
2. План эксперимента или его подробное , поэтапное описание.
3. Исходные значения параметров , изменяемых в ходе эксперимента , значения постоянных параметров.
4. Порядок и диапазон изменения параметров.
5. Сведения об оборудовании , используемом в эксперименте (металлорежущие станки , специальные установки и т.д.).
6. Сведения о средствах измерения.
7. Рабочие чертежи экспериментальных образцов.
8. Чертежи специального инструмента или подробные сведения о стандартном инструменте .
9. Протоколы опытов.
При выполнении экспериментов по КНИР студенты могут использовать имеющиеся в лаборатории кафедры оборудование , универсальные средства измерения (индикаторные устройства, микрометры и др. ), измерительные приборы.