Технические науки / Авиация и космонавтика.

Докт. техн. наук Кожина Т.Д., канд. техн. наук Ерошков В.Ю.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева»

Назначения технологических условий обработки в зависимости от требуемых эксплуатационных показателей деталей авиационных ГТД

Необходимость быстрого освоения производства новых поколений ГТД требует разработки экспрессных и, в первую очередь, расчетных методов определения технологических условий обработки деталей, позволяющих на стадии проектирования технологического процесса закладывать решения, обеспечивающие требуемые эксплуатационные показатели. Предлагаемая методика назначения технологических условий обработки в зависимости от требуемых эксплуатационных показателей базируется на теоретических разработках в области теории подобия, учитывающих влияние на процесс резания как силовых, так и тепловых факторов и на единой математической модели процесса обработки.

Задача нахождения требуемых параметров процесса механической обработки деталей лезвийным инструментом (подачи S, скорости резания V, глубины резания t, геометрических параметров инструмента и т.д.), обеспечивающих требуемые эксплуатационные показатели деталей машин через контроль показателей качества поверхностного слоя и точность обработки является типичной задачей теории оптимизации математического программирования. Оптимизируемой системой необходимо считать собственно процесс резания детали на станке, в результате которого ее поверхностный слой приобретает комплекс физико-механических свойств, описываемых выбранными показателями качества.

Задача технолога заключается в том, чтобы выбрать такие технологические условия обработки, которые обеспечили бы заданный комплекс эксплуатационных показателей или один из этих показателей через получаемый при этом для контроля комплекс параметров качества поверхностного слоя . В общем случае отклонение от оптимальной величины любого из этих показателей (в сторону увеличения или уменьшения действительной величины показателя) влечет за собой ухудшение эксплуатационных свойств детали.

Следующим этапом постановки задачи оптимизации является выбор независимых переменных, адекватно определяющих систему. Так, в качестве независимых переменных, характеризующих (определяющих) процесс чистого точения деталей необходимо выбрать следующие: скорость резания V; подачу S; глубину резания t; геометрические параметры режущего инструмента:φ, φ₁, α, γ, r, ρ₁ и другие.

При этом в каждом конкретном случае круг принимаемых во внимание независимых переменных может быть сужен или расширен и, кроме того, любая из переменных может либо изменяться в широких пределах, либо быть строго фиксированной.

Таким образом, выбирается комплекс независимых переменных системы, который в дальнейшем будем обозначать через X={x₁, … , x_n} (где x_i - переменная оптимизируемой системы, n - число переменных).

Далее осуществляется построение математической модели системы, которая описывает взаимосвязи между переменными и отражает влияние независимых переменных на целевую функцию оптимизации. В общем случае структура модели включает в себя уравнения, описывающие физические процессы, протекающие в системе, а также уравнения и неравенства, определяющие область допустимых значений независимых переменных и требования на верхние и (или) нижние границы изменения характеристик функционирования системы.

Предлагаемая модель основывается на алгоритме расчета эксплуатационных показателей при заданных технологических условиях обработки детали. На основе него при заданных величинах скорости резания V, подачи S, глубины резания t, геометрических параметров системы СПИЗ может быть определен один эксплуатационный показатель, нужное их сочетание и, в конечном итоге, комплекс требуемых эксплуатационных показателей, например s_-1, y, V, I.

На основе представленной логики поставленной задачи становится очевидным, что для проведения оптимизации целевой функции необходимо пользоваться методами прямого поиска применительно к задачам условной оптимизации. Наиболее эффективным при этом является алгоритм, построенный на базе метода штрафных функций, использующий метод деформируемого многогранника и называемый методом нежесткого допуска. Данный метод был принят за основу и по нему были решены все тестовые задачи, различные по целевым функциям и ограничениям.

Использование метода нежесткого допуска применительно к процессу токарной обработки деталей авиационных ГТД позволило решить задачу оптимизации технологического процесса путем создания автоматической системы управления, обеспечивающей требуемые эксплуатационные показатели на стадии проектирования и изготовления. На базе математических методов исследования нелинейных управляющих систем и процессов создана такая система управления процессом обработки, которая позволяет обеспечить эксплуатационные свойства изделий еще на стадии механообработки без применения дорогостоящих отделочных методов обработки.

Литература

1. Кожина Т.Д. Технологические основы обеспечения требуемых эксплуатационных показателей деталей ГТД [текст] / Научный журнал «Сборник научных трудов SWorld» / Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2013/ Том 4, 2013 - с.21-26.

2. Кожина Т.Д. Технологические основы управления и контроля эксплуатационными показателями деталей машин – Рыбинск: РГАТА, ООО Формат», 2001.-519 с.