Министерство образования и науки Российской Федерации

Алтайский государственный технический

университет им.И.И.Ползунова

НАУКА И МОЛОДЕЖЬ

2-я Всероссийская научно-техническая конференция

студентов, аспирантов и молодых ученых

СЕКЦИЯ

ТЕХНОЛОГИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Барнаул – 2005

2

ББК 784.584(2 Рос 537)638.1

2-я Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука и молодежь". Секция «Технология, оборудование и автоматизация машино-строительных производств»./ Алт.гос.техн.ун-т им.И.И.Ползунова. – Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2005. – 115 с.

В сборнике представлены работы научно-технической конференции сту-

дентов, аспирантов и молодых ученых, проходившей в апреле 2005 г. Ответственный редактор к.ф.–м.н., доцент Н.В.Бразовская

© Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова

3

ПОДСЕКЦИЯ «ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ (САПР)»

КОМПЬЮТЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Базелюк Н.Ю.- студентка гр.САПР-01 Левкин И.В. – к.ф.-м.н., доцент

Компьютерная безопасность постепенно эволюционирует в направлении формализации и математизации своих положений, выработки единых комплексных подходов к решению за-дач защиты информации. В тоже время на настоящий момент нельзя сказать, что процесс близок к завершению. Некоторые подходы носят характер описания применяемых методов и механизмов защиты и представляют их механическое объединение. Кроме того, в связи с развитием автоматизированной системы и информационных технологий постоянно возника-ют новые задачи по обеспечению безопасности информации, подходы, к решению которых чаще всего в начале также имеют описательный характер. Таким образом, налицо два основ-ных подхода к рассмотрению вопросов компьютерной безопасности: неформальный или описательный и формальный подходы.

В связи с развивающимся процессом информатизации общества все большие объемы информации накапливаются, хранятся и обрабатываются в автоматизированных системах, построенных на основе современных средств вычислительной техники и связи.

Под автоматизированной системой обработки информации в случае разработки компью-терной безопасности будем понимать организационно-техническую систему, представляю-щую собой совокупность следующих взаимосвязанных компонентов: • технических средств обработки и передачи данных (средств вычислительной техники и связи); • методов и алгоритмов обработки в виде соответствующего программного обеспечения; • информации (массивов, наборов, баз данных) на различных носителях; • персонала и пользователей системы, объединенных по организационно-структурному, те-матическому, технологическому или другим признакам для выполнения автоматизированной обработки информации (данных) с целью удовлетворения информационных потребностей субъектов информационных отношений.

Одной из особенностей обеспечения информационной безопасности в автоматизирован-ных системах является то, что абстрактным понятиям, таким как "субъект доступа" и "ин-формация", ставятся в соответствие физические представления в среде вычислительной тех-ники:

• для представления "субъектов доступа"- активные программы и процессы; • для представления информации - машинные носители информации в виде внешних

устройств компьютерных систем (терминалов, печатающих устройств, различных накопите-лей, линий и каналов связи), томов, разделов и подразделов томов, файлов, записей, полей записей, оперативной памяти и т.д.

Для эффективного ведения электронного бизнеса и коммерции предприятиям необходи-мо использовать выход в Internet для получения необходимой информации о клиентах и ве-дения с ними сделок. Поддержание массовых и разнообразных связей предприятия через Internet, с одновременным обеспечением безопасности этих коммуникаций является сегодня основным фактором, влияющим на развитие корпоративной информационной системы пред-приятия.

На начальном этапе развития сетевых технологий ущерб от вирусных и других типов компьютерных атак был незначителен вследствие того, что зависимость мировой экономики от информационных технологий была невелика. В настоящее время в условиях постоянно растущего числа атак, создания механизмов по их автоматизации, а также большой зависи-мости бизнеса от электронных средств доступа и обмена информацией ущерб даже от самых

4

незначительных атак, приводящего к потерям машинного времени, исчисляется огромными цифрами.

Информация, обрабатываемая в корпоративных сетях, является особенно уязвимой. Су-щественному повышению возможности несанкционированного использования или модифика-ции информации, введению в оборот ложной информации в настоящее время способствуют:

• увеличение объемов обрабатываемой, передаваемой и хранимой в компьютерах ин-формации;

• сосредоточение в базах данных информации различного уровня важности и конфи-денциальности;

• расширение доступа круга пользователей к информации, хранящейся в базах дан-ных, и к ресурсам вычислительной сети;

• увеличение числа удаленных рабочих мест; • широкое использование для связи пользователей глобальной сети Internet и различ-

ных каналов связи; • автоматизация обмена информацией между компьютерами пользователей. Под угрозой безопасности информации понимается возможность осуществления дейст-

вия, направленного против объекта защиты, проявляющаяся в опасности искажений и потерь информации. Знание возможных угроз, а также уязвимых мест корпоративной информаци-онной системы необходимо для того, чтобы выбирать наиболее эффективные средства обес-печения безопасности.

Статистические данные могут подсказать администрации и персоналу организации, куда следует направить усилия для эффективного снижения угроз безопасности корпоративной сети и системы. Конечно, нужно заниматься проблемами физической безопасности и прини-мать меры по снижению негативного воздействия на безопасность ошибок человека, но в то же время необходимо уделить самое серьезное внимание решению задач сетевой безопасно-сти по предотвращению атак на корпоративную сеть и систему как извне, так и изнутри.

Успех реализации компьютерной безопасности во многом зависит от факторов: - используется ли отечественные и международные стандарты в области информацион-

ной безопасности? - имеется ли практический опыт разработки и внедрения средств защиты информации? Принимая во внимание эти факторы, можно найти ряд удачных вариантов решений раз-

работанные различными компаниями занимающиеся компьютерной безопасностью, к приме-ру, компании Cisco и Check Point Software Technologies и воспользовавшись их ПО и ТО обезопасить себя от непредвиденных ситуаций в мире технической индустрии.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРУКТУРИРОВАННОЙ КАБЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Басаргин А.В. – студент гр. САПР-03 Макарова Е.И. – к.т.н., доцент

Структурированная кабельная система (СКС) является достаточно дорогостоящим эле-ментом телекоммуникационной инфраструктуры современного офисного здания. Расходы на создание кабеленесущей системы контролируются достаточно строго. Любая содержащаяся в проектном предложении цифра должна быть обоснована Заказчику, а наиболее серьезным аргументом в этой работе являются инженерные расчёты и ссылки на соответствующие нор-мы и стандарты. В соответствии с нормативным документом (ГОСТ 34.601-90) под создани-ем структурированной кабельной системы понимается совокупность упорядоченных во вре-мени, взаимосвязанных, объединенных в стадии и этапы работ.

Для определения целей работы была построена семантическая сеть, на основе схемы вы-вода “сорит”. При разработке СКС необходимо учитывать определенные критерии, в первую очередь, в соответствии с требованиями потребителя. Так как именно потребитель определя-

5

ет запросы на технические характеристики системы, обеспечивая, спрос на создание СКС, соответственно и ценовую политику компании. Для учета всех интересов потребителя необ-ходим достаточно длительный промежуток времени, что позволяет сохранить должный уро-вень качества. В связи с этим возникает необходимость экономии времени и затрат на разра-ботку проекта по строительству СКС, что можно осуществить посредством автоматизации этапа проектирования.

Анализ технологии проектирования СКС показал, что работы на этапах “эскизного про-екта”, ”рабочего проекта”, “рабочей документации”, а также формирования таблицы состава работ и спецификации материалов могут выполняться более эффективно, если автоматизиро-вать процесс создания 3D- модели СКС и обеспечить ввод данных в спецификацию непо-средственно с готового электронного чертежа.

Были поставлены следующие задачи: - разработать систему построение 3D- модели кабеленесущей системы на основе вводи-

мых данных, - реализовать систему расчёта количества элементов кабеленесущей системы с внесени-

ем полученных данных в шаблон спецификации. Для решения задач создан информационно-программный комплекс средствами объект-

но-ориентированного языка Visual Basic для среды AutoCAD. Комплекс обладает следующими характеристиками: - возможность представления модели СКС в трехмерном виде; - возможность построения разветвленной кабеленесущей системы; - обработка ошибок при выборе элементов СКС и вводе данных; - автоматическое добавление данных с чертежа в файл спецификации и расчет количест-

ва элементов кабеленесущей системы; - уменьшение вероятности возникновения ошибок; Автоматизация процесса проектирования на основе представленной разработки реализу-

ет ряд преимуществ: - сокращение времени на построение элементов кабеленесущей системы и обработку

данных; - открытость системы, позволяющая реализовывать дополнительные функции, обес-

печивающие автоматизацию создания СКС; - доступность программного обеспечения для развития и расширения возможностей на

рабочем месте инженера-проектировщика.

ИЗУЧЕНИЕ ПАКЕТА STAR-CD

Белянина Е.Е. - студент гр.САПР-21 Левкин И.В. – к.ф.-м.н., доцент

STAR-CD – это универсальный программный комплекс для решения задач механики жидкостей и газов (CFD-пакет), разработанный CD-adapco Group.

STAR-CD является многоцелевым единым CFD-пакетом, первым включившим процеду-ру так называемых «скользящих сеток». Эффективная параллелизация алгоритма решения, основанного на применении метода конечных элементов, в сочетании с уникальными мето-диками автоматизированного разбиения области течения позволяют моделировать реальные промышленные задачи высочайшей степени геометрической сложности. Одной из первых областей широкого применения программы была автомобильная промышленность, после че-го STAR-CD получил распространение во всех отраслях. Гарантией качества программы яв-ляется широкое сотрудничество с промышленными корпорациями, инжиниринговыми фир-мами и научно-исследовательскими центрами (Daimler-Chrysler, Imperial College, Aerospatiale-Missiles и др.). Подтверждением этому является аккредитация согласно стандар-ту ISO-9001.

6

Области применения STAR-CD: -транспорт -энергетика -химическая и обрабатывающая промышленность -общее машиностроение -строительство -электротехническая и электронная промышленность -газовая и нефтяная промышленность -биомедицина

В структуру программного комплекса STAR-CD входят: решатель STAR, препостпроцес-сор собственной разработки ProSTAR либо ProAM, компилятор языка FORTRAN (для Windows или Linux).

Дополнительно к ProAM предлагается широкий набор специализированных проблемно-ориентированных модулей: ESTurbo – лопаточные машины; ESAero – аэродинамика транс-портных средств; ESUhood – теплообмен в подкапотном пространстве; RAMM-ICE – по-строение моделей двигателей внутреннего сгорания; Mixpert – построение моделей смеси-тельных устройств; Chemkin – кинетика химических реакций и др.

STAR-CD предоставляет пользователю следующие возможности по решению задач ме-ханики жидкостей и газов на всех типах сеток: • стационарные и нестационарные течения; • ламинарные течения – модель Ньютона и неньютоновские жидкости; • турбулентные течения (несколько моделей); • сжимаемые и несжимаемые (включая около- и сверхзвуковые); • теплоперенос (конвективный, радиационный, теплопроводность с учетом твердых тел); • массоперенос; • химические реакции; • горение газообразного, жидкого и твердого топлива; • распределенное сопротивление (например, в пористых средах, теплообменниках); • многокомпонентные течения; • многофазные потоки (модель Лагранжа, модель Эйлера); • свободные поверхности. Другие возможности:

• графический и командный ввод; • специализированные режимы работы «новичок» – «эксперт», сопровождаемые интерак-

тивными предупреждениями и средствами справки; • разнообразные средства визуализации и обработки результатов (векторные, цветовые

контурные заливки, изоповерхности, сечения, трассировки частиц, анимация и др.); • экстраполяция результатов на сетки и поверхности произвольного вида (может быть ис-

пользована для выдачи результатов в конечно-элементные пакеты); • построение графиков; • вывод результатов в форматах GIF, XWD, PS, EPS, RGB(SGI), VRML, ENSIGHT.

STAR-CD использует высокоэффективные численные алгоритмы: как правило, для каж-дых 100000 ячеек требуется около 40 Мб памяти.

Устойчивые численные процедуры обеспечивает возможность решения сверхбольших задач.

Поддерживается параллелизация для систем с распределенной памятью (кластеров), соб-ранных из нескольких обычных персональных компьютеров, объединенных в сеть.

STAR-CD имеет интерфейсы к CAD/CAE программам, коммерческим сеточным генера-торам, а также и специализированным CFD-постпроцессорам, включая импорт геометриче-ских моделей в форматах STL, IGES и VDAFS, трансляцию конечно-элементных моделей,

7

графическое представление результатов и др. для ANSYS, HEXAR, ICEM, IDEAS, NASTRAN, PATRAN, HYPERMESH и SAMM.

Связь с CAD/CAE программами (эффективная прямая связь с CAD-пакетами Unigraphics, CATIA, Pro/Engineer, I-DEAS, SolidWorks осуществляется посредством продук-тов линейки ICEM)

Созданные библиотеки интерфейсов Generic Coupling Communication Interface позволя-ют обмениваться топологией сетки и результатами анализа, а также интерполировать резуль-таты для несовместных сеток, осуществляя с заданной частотой пересылку данных и запуск счета очередной итерации в STAR-HPC и конечно-элементном пакете. Созданная методика позволяет проводить полный совместный анализ, объединяющий: 1) нестационарные гидро-газодинамические; 2) динамические и кинематические; 3) нелинейные термопрочностные расчеты.

Ещё одной особенностью пакета является эффективное взаимодействие между разными ОС, в частности, обмен данными.

Если для установки STAR-CD выбран персональный компьютер, то он должен удовле-творять следующим минимальным требованиям:

• процессор Intel Pentium II (233 MHz), III, IV или совместимый; • оперативная память 128 Мб; • свободное место на диске 400 Мб; • видеоадаптер и монитор, поддерживающие разрешение экрана не менее 1280×1024 и

глубину цвета 16 бит; • операционные системы: Linux RedHat 6.1, RedHat 7.1, SuSe 7.0 с ядром 2.2, SuSE 7.2,

Mandrake 8.1 с ядром 2.4 или Windows NT SP 6, 2000, XP; • компилятор: Absoft Fortran 6.2 обязателен для Linux, а для Windows необходим для

пользовательского программирования. STAR-CD изначально разрабатывался для платформы UNIX/Linux, и именно на этой

платформе STAR-CD наиболее эффективен. Linux является более стабильной и менее требо-вательной к аппаратным средствам операционной системой, чем Windows. Все необходимое программное обеспечение для поддержки работы в сети присутствует в любом дистрибутиве.

Основные приемы работы в STAR-CD Запуск программы и демонстрация работы.

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ СИСТЕМЫ ЧПУ

Бобарыкин Д.В. - студент гр. САПР - 02 Чумаков И.А. - научный руководитель

Станок фрезерный консольный вертикальный с числовым программным управлением (ЧПУ) 6Р13ФЗ-37 предназначен для обработки плоских и пространственных изделий слож-ного профиля типа штампов, пресс-форм, кулачков из легированных сталей, чугуна и цвет-ных металлов в мелкосерийном и серийном производстве. Не смотря на то, что модель станка является устаревшей, старение это скорее моральное, чем физическое. Станки такого типа и сегодня находят широкое применение как в условиях крупного производства, так и в частных фирмах. Недостаток – низкая надежность электронных блоков. Один из путей – замена мно-жества отдельных модулей интегрированными устройствам, выполняющие все функции с сохранением аппаратной и функциональной совместимости с остальными частями станка.

Блок числового программного управления функционально состоит из вычислителя и устройства управления следящими приводами (УУСП):

Вычислитель предназначен: • для выработки сигналов управления технологическими операциями станка, • выполнения линейно-круговой интерполяции,

8

• формирования сигналов безразмерного перемещения по командам с пульта станка. УУСП предназначено для преобразования сигналов вычислителя в сигналы управления

следящими приводами станков. Вычислитель – наиболее сложная часть и наименее надежная. Предполагается создать

новую плату вычислителя на основе микроконтроллера (МК). МК – современная схема высо-кой степени интегрирования, позволяющая при минимальных экономических затратах реали-зовать требуемые функции.

В создаваемом устройстве требуется реализовать: 1. Аппаратную совместимость; 2. Функциональную совместимость; 3. Надежность; Внедрение МК в данную систему дает следующие преимущества: – более точное выполнение вычислительных операций (например, линейно-круговой ин-

терполяции), – надежность и быстродействие, – простота диагностики и ремонта. Плата будет разрабатываться для взаимодействия с блоком ЧПУ Н33-2М, обеспечиваю-

щего работу фрезерного станка 6Р13Ф3. В дальнейшем предполагается расширение для реа-лизации функций и других блоков.

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ НА СТАНОК С ЧПУ FANUC MA3.10P

Гальцов В.А. - студент гр. САПР-02 Козлов Л.А. - д.т.н., профессор

В цех станков с ЧПУ приходят заказы на детали, для изготовления которых необходимо выполнять некоторую последовательность команд. Для каждой из такой последовательности необходимо задавать различные исходные данные.

Основной задачей моей преддипломной практики явилось составление макроопераций на станок с ЧПУ Fanuc MA3.10P. Макрооперация это зарегистрированная группа команд, ко-торая выполняется в управляющей программе. Вызов макрооперации осуществляется с по-мощью встроенной функции G65 и далее указывается имя макроса с передаваемыми пара-метрами. Теперь для однотипных конструкций деталей содержание управляющей программы будет отличаться только передаваемыми параметрами в тело макрооперации.

Написание макроопераций в значительной степени снизит затрачиваемое время на раз-работку и отладку управляющих программ для однотипных деталей.

Для станка с ЧПУ Fanuc MA3.10P были разработаны такие макрооперации, как: обра-ботка отверстий для болтов; обработка отверстий, расположенных на неравные расстояния по прямой под углом; обработка детали по контуру n-угольника; обработка контура детали по спирали Архимеда.

Обработка отверстий для болтов. По окружности с радиусом r и центром в установленной базовой точке, обработать n от-

верстий, расположенных на равные расстояния между отверстиями, начиная с начального уг-ла α.

Вызов макрооперяции: G65P6001 Rr Aα Nn; Обработка отверстий, расположенных на неравные расстояния по прямой под углом. В направлении под углом α относительно оси Х с установленной базовой точкой, обра-

ботать отверстия (i1,i2,i3…), расположенных на неравные расстояния. Вызов макрооперации: G65P6002 Aα Ii1 Kk1 Ii2 Kk2 ... Обработка детали по контуру n-угольника.

9

Обработка детали по контуру n-угольника с одинаковым расстоянием r до каждой вер-шины до базовой точки. Первая вершина строится на прямой под углом α, относительно оси Х. Обработка по контуру будет происходить до тех пор, пока не будет достигнута глубина z. Глубина резания за один проход l.

Вызов макрооперации: G65P6003 Aα Rr Nn Zz Ll Обработка контура детали по спирали Архимеда. Обработка контура детали по траектории части спирали Архимеда. Часть спирали огра-

ничивается двумя радиус векторами r1 и r2, для них задаются углы α1α2 относительно оси Х. Обработка происходит до тех пор пока не будет достигнута нужная глубина z. Глубина реза-ния за один проход l.

Вызов макрооперации: G65P6003 Ar1 Br2 Cα1 Dα2 Zz Ll

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ДОЗ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПРИ УПРАВЛЕНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ УГОДЬЯМИ

Горбов В.В. - студент гр. САПР-03 Левкин И.В. - к.ф.-м.н., доцент

Алтайский край, по своей сути является аграрным краем. В крае достаточное количество посевных площадей, возделываются самые разнообразные виды сельхозкультур. Традицион-но край являлся одним из крупных поставщиков пшеницы на внутренний рынок страны. Причем наибольшие площади засеваются пшеницей твердых сортов, качество которой доста-точно высоко, для того, чтобы эффективно конкурировать на внутрироссийском рынке. Одна-ко, в последние годы, в крае снижается урожайность пшеницы и эффективность земледелия. Кроме того, многие культуры, которые ранее в больших количествах выращивались на полях разнообразных хозяйств, ныне вообще не возделываются. Естественно, это приводит к поте-ре рынков сбыта внутри страны, возникает необходимость закупок товаров, которые ранее производились внутри края. Снижение урожайности зерновых культур, в частности пшени-цы, а так же понижение качества производимой продукции приводит к потере позиций на рынках сбыта.

Система управления с/х угодьями заключаются в основном в применении нужных сево-оборотов и правильного применения органических и химических удобрений для улучшения химического состава почвы и соответственно повышения уровня урожайности.

Для определения правильности применения удобрений используются различные методы расчета доз минеральных удобрений. В данной дипломной работе рассматривается норма-тивный метод расчета.

Суть метода заключатся в следующем: в начале, для получения необходимой информа-ции по текущему химическому составу почвы используют статистические данные, накоплен-ные с годами применения тех или иных удобрений в определенных пропорциях. Данные о влиянии удобрений на состав почвы систематизируются в таблицах, которые затем исполь-зуются в расчетах доз минеральных удобрений. Кроме того, для получения верного результа-та необходимы данные о планируемом получении урожая с определенного с/х участка. Уро-вень возможного получения урожая или уровень урожайности, рассчитывается с учетом вла-ги находящейся в метровом слое почвы к началу весеннего сева, а так же с учетом количества осадков выпадающих в данной местности за период вызревания с/х культуры. Учитывая то, что кроме вышеописанных данных используется еще и другая информация, так же в основ-ном систематизированная в таблицах, то становится понятно, что нормативный метод расче-та довольно громоздкий и требует значительных усилий для его реализации. Кроме того, да-леко не все хозяйства имеют статистические данные по большинству своих с/х угодий и не могут с большой точностью определять всю нужную для себя информацию.

На фоне сложившейся ситуации, а так же учитывая то, что большинство современных хо-зяйств уже интенсивно используют компьютерную технику, причем практически все пользу-

10

ются только бухгалтерскими программами и программами для ведения налогового учета, мож-но сказать, что материальная база для введения автоматизированного управления с/х угодьями, севооборотом и расчетами доз внесения минеральных удобрений в почву, существует.

В качестве основы для программного обеспечения по управлению с/х угодьями есть возможность использовать одну из систем настольной картографии, или геоинформационных систем. В качестве такой системы была выбрана система настольной картографии «MapInfo Professional 5.5». Это система, позволяет эффективно работать с картами, рисовать новые карты, создавать карты формата «MapInfo» используя имеющиеся растровые изображения какой-либо местности. Каждый слой определенным образом связан с таблицей, в которой со-держится информация, касающаяся связанного с ней слоя.

Кроме того, для хранения накопленной информации принято решение использовать СУБД (Система управления базами данных) MS Access. Выбор данной СУБД не случаен. Во-первых, программный комплекс MS Office является самым распространенным пакетом авто-матизации работы в офисе. Во-вторых, в системе MapInfo имеются встроенные средства для работы с базами данных реализованными в MS Access.

Располагая системой «MapInfo», БД реализованной в MS Access и небольшим приложе-нием для расчета доз удобрений по нормативному методу, вся работа оператора выглядит так: оператор ПК в управлении один раз создает карту в системе «MapInfo», создает требующееся количество слоев с разнообразной информацией и соответствующее количество таблиц с данными. Каждый сезон или в любой нужный момент таблицы с данными легко обновляют-ся и дополняются. Таким образом, без какой-либо работы с множеством бумажных таблиц можно легко, за несколько минут рассчитать величину возможной урожайности для любого поля, и определить какое количество и каких удобрений необходимо внести в почву, для по-лучения максимальной отдачи от с/х угодья.

РАЗРАБОТКА САПР СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК АПК

Болотина Е., Гулец Ю. - студенты гр. САПР-03 Дробязко О.Н. - к.т.н., доцент

В настоящее время состояние безопасности электроустановок в агропромышленном комплексе России достигло недопустимо низкого уровня.

Основным путем решения этой проблемы является модернизация существующих систем безопасности электроустановок (СБЭ) на объектах. Такие системы включают аппараты за-щиты, отключающие электроустановки при возникновении в них различных опасных ситуа-ций, вызывающих электропоражения людей и загорание изоляции электропроводок.

Модернизация систем безопасности электроустановок на объектах состоит в замене со-вокупности входящих в систему аппаратов защиты (предохранителей и автоматических вы-ключателей) аппаратами других видов и серий, а также во введении в такие системы пер-спективных устройств защиты - устройств защитного отключения по току утечки (УЗО).

Для осуществления такой замены необходимо осуществить проектирование новой сис-темы защиты. Характеристики такой системы находятся на основе решения задачи структур-но-параметрической оптимизации системы безопасности, в рамках которой осуществляется выбор места установки аппарата, вида аппарата, его серии и защитных параметров.

В настоящее время имеется вариант такой системы проектирования, разработанный спе-циалистами АлТГТУ (кафедр ЭиТОЭ и САПР), включающий подсистемы информационного, математического и программного обеспечения. С помощью такой САПР были осуществлены отдельные расчеты систем безопасности на группе объектов АПК.

В настоящее время в нашей стране усилиями ряда организаций созданы предпосылки для массового внедрения УЗО. Использование этих устройств позволяет создавать наиболее эффективные СБЭ, позволяющие резко снизить опасность электропоражений и пожаров по электрическим причинам.

11

Вместе с тем, внедрение УЗО требует значительных затрат. В связи с этим ожидается, что процесс массового внедрения УЗО будет иметь длительный и многоэтапный (многолет-ний) характер. Он будет представлять собой последовательные акты замен существующих систем безопасности на более совершенные, содержащие УЗО. Особенностью таких замен является возможность создания на одном и том же объекте различных систем, отличающихся эффективностью и затратами на свое создание.

Процесс массового внедрения УЗО будет состоять из отдельных актов внедрений систем безопасности на отдельных объектах в рамках некоторого выделенного множества объектов (например, в рамках объектов АПК некоторого района). Каждый отдельный акт создания системы будет характеризоваться интервалом времени создания СБЭ, объектом, на котором она создана и одним из возможных вариантов системы.

Различные варианты процессов будут приводить к различным результатам в обеспечении электропожаробезопасности на множестве объектов. Причем такое различие может наблю-даться как в период создания системы безопасности на множестве объектов, так и в период ее эксплуатации.

В связи с этим возникает новая задача проектирования оптимальных систем безопасно-сти на множестве объектов, поэтапно создаваемых на базе УЗО. В настоящее время такая за-дача решается на кафедре САПР по различным направлениям.

Для решения поставленной задачи, в первую очередь, были разработаны методы моде-лирования рассматриваемых процессов, позволяющие оценивать их эффективность.

Характерной особенностью таких методов является оценка эффективности процесса соз-дания СБЭ на основе заранее подсчитываемых значений показателей эффективности систем безопасности на отдельных объектах (как исходных, так и систем с использованием УЗО).

Отсюда вытекает, что САПР систем безопасности на объектах может рассматриваться в качестве составной части САПР системы безопасности на множестве объектов, создаваемой в рамках массового внедрения УЗО.

Были разработаны также методы оптимального выбора процессов, позволяющих найти процесс, в результате реализации которого создается система безопасности на множестве объектов, обеспечивающая максимальное совокупное снижение электропожаробезопасности электроустановок с учетом различных ограничений (в первую очередь, ограничений, зада-ваемых объемом финансирования работ по созданию систем безопасности).

Проектирование систем безопасности на множестве объектов может осуществляться как с учетом временного фактора, так и без учета этого фактора.

Первый вариант проектирования состоит в выборе на каждом объекте множества опре-деленной СБЭ. Такой выбор будет оптимальным, Второй вариант проектирования предпола-гает также и выбор интервалов времени, в течении которых на выбранных создаются СБЭ, выбираемые из перечня возможных систем, включающих УЗО.

Для решения этих задач в 2002 году на кафедре САПР был разработан интегрированный программный комплекс “СКБЭоптим”.

Такой комплекс одновременно реализует алгоритмы проектирования систем безопасно-сти как на отдельном объекте, так и на множестве объектов. Решение таких задач осуществ-ляется первым и третьим модулем комплекса.

В настоящее время осуществляется доработка этого комплекса в направлении учета реа-лизуемых в нем методов оптимизации. Такая доработка преследует цели повышения эффек-тивности процедуры проектирования систем на множестве объектов, создаваемых в резуль-тате процессов массового внедрения УЗО.

В настоящее время на кафедре САПР осуществляется развитие систем автоматизирован-ного проектирования двух уровней по различным направлениям.

Высокая наукоемкость методов, закладываемых в процедуру оптимального проектирова-ния систем безопасности на различных уровнях требует, в частности, разработки исчерпы-вающей документации на систему (в первую очередь на ее программное обеспечение). В свя-зи с этим в настоящее время решается задача формирования программного продукта, реали-зующего наукоемкую технологию проектирования систем и отвечающего современным тре-бованиям создания таких систем.

12

РАЗРАБОТКА СОРИТА ДЛЯ СОЗДАНИЯ БАЗЫ ДАННЫХ ВЕДЕНИЯ КОМПОНОВОЧНЫХ РАБОТ

Козлова Н.Л. - студент гр. САПР-11 Макарова Е.И. - к.т.н., доцент

Компоновка изделий машиностроения это один из этапов проектирования, который трудно подается автоматизации. Но его эффективность может быть повышена за счет приме-нения компьютеров и создание поддержки в виде специальной базы данных. Для ее созда-ния необходимо разработать вербальную логическую модель, которая представляет из себя схему логического вывода типа сорит. Эта работа может быть представлена несколькими этапами.

На первом этапе необходимо составить набор категориальных понятий, которые имеют отношения к данной проблеме, это могут быть следующие понятия: эскизное проектирова-ние, двигатель внутреннего сгорания, газовый двигатель, критерий выбора, программное обеспечение, машиностроение, информационная поддержка, проектирование объектов, дета-ли, узел, чертеж, САПР, пользователь, CAD-система, обработка данных, накопленная инфор-мация, полученная информация, требуемая задача.

На втором этапе следует взять на себя роль компоновщика и постараться спрогнозиро-вать базу данных, которая будет эффективна для его работы. Эту информацию можно пред-ставить в виде картежа свойств создаваемого объекта (БД-базы данных), который представ-ляет из себя набор следующих унарных высказываний:

W0 – БД, обеспечивающая компоновщика необходимой информацией; W1 – БД, оперативно обеспечивающая компоновщика необходимой информацией; W2 – БД, обеспечивающая компоновщика информацией о выбранных прототипах; W3 – БД, обеспечивающая компоновщики необходимой информацией о ранее выпускае-

мых собственных изделиях; W4 – БД, обеспечивающая выполнение всех проектных расчетов; W5 – БД, содержащая информацию об изделиях конкурента; W6 – БД, содержащая информацию о стандартах предприятиях (СТП); W7 – БД, фиксирующая элементы ранее проведенных компоновок; W8 – БД, содержащая все ограничения ТЗ; W9 – БД, фиксирующая все неудачные компоновки; W10 – БД, обеспечивающая процесс 3D моделирования; W11 – БД, содержащая модели параметризация основных деталей; W12 – БД, содержащая средства когнитивной графики; W13 – БД, содержащая средства для МКЭ; W14 – БД, содержащая наиболее удачные компоновки типовых узлов изделия; W15 – БД, содержащая предельные ограничения типовых узлов и деталей; W16 – БД, фиксирующая пожелания конструкторов отдельных узлов; W17 – БД, содержащая нетрадиционные решения; W18 – БД, имеющая дружественный интерфейс; W19 – БД, имеющая когнитивную ориентацию; W20 – БД, имеющая персонифицированную ориентацию; W21 – БД, обеспечивающая эффективность компоновочных работ; W22 – БД ,обеспечивающая минимальные сроки компоновочных работ.

На третьем этапе необходимо составить набор бинарных отношений, используя логиче-ские квантификаторы А, Е, I, О:

1. O – W0W1 2. E – W4W1 3. A – W3W0 4. A – W5W0 5. A – W9W8 6. A – W6W0 7. A – W7W22 8. E – W16W22

13

9. A – W17W21 10. E – W17W22 11. E – W21W22 12. A – W20W21 13. A – W20W19 14. A – W19W21 15. E – W15W22 16. A – W14W21 17. A – W4W13 18. A – W10W21 19. A – W11W21 20. E – W9W22 21. I – W15W9 22. A – W2W21 23. A – W12W19 24. A – W19W20 25. A – W2W0 26. A – W9W21 27. E – W20W22 28. E – W17W20 29. A – W17W13 30. A – W17W11 31. E – W16W22 Далее следует использовать программу «Сорит», которая имеется на кафедре САПР. В

результате получается сорит содержащий 152 суждения. Это и есть вербальная логическая модель будущей базы данных. Модель получилась достаточно интересной, она обращает внимание на такую характеристику как минимальные сроки выполнения компоновочных ра-бот, увязывая эти понятия с понятиями когнитивной графики, с обеспечение компоновщика с информацией о выбранных прототипах, с моделями параметризации основных деталей, с процессами 3D моделирования. Модель подчеркивает важность персонифицированной ори-ентации.

Эта модель может играть роль инструмента в процессе создания базы данных, так как в нее можно вводить новые унарные и бинарные отношения и изучать их влияние на содержа-ние сорита, т.е. на общую ориентацию разрабатываемой базы данных.

МОДЕЛИ БЕЗОПАСНОСТИ УЧЕБНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ

Кофанова И.С. - ассистент каф. САПР, аспирант Левкин И.В. - к.ф.-м.н., доцент

В большинстве реальных вычислительных систем обеспечение компьютерной безопас-ности является актуальным процессом. Основой для организации процесса защиты инфор-мации является политика безопасности. Требование формального описания политики безо-пасности характерно для систем высокой степени надежности. Практическое значение при-менения формальных методов при анализе систем заключается в возможности анализа всех реакций сложной программной системы. В основе формального описания политики безопас-ности лежит модель безопасности, или модель защиты. К модели безопасности предъявля-ются требования адекватности, способности к предсказанию и общности.

Из всего многообразия моделей безопасности можно выделить четыре группы: модели секретности, модели контроля целостности, информационные модели и модели ролевого контроля доступа.

К первой группе относятся модели безопасности, описывающие дискреционный кон-троль и мандатное управление доступом. Дискреционное управление доступом есть разгра-ничение доступа между поименованными субъектами и поименованными объектами. Безус-

14

ловным достоинством дискреционного контроля доступа является его гибкость: для каждого субъекта системы можно установить индивидуальные разрешения доступа к каждому объек-ту системы. В качестве основного недостатка данного подхода можно считать проблему тро-янских программ. Мандатное управление доступом – это разграничение доступа субъектов к объектам, основанное на характеризуемой меткой конфиденциальности информации, содер-жащейся в объектах и официальном разрешении субъектов обращаться к информации такого уровня конфиденциальности.

В основе моделей контроля целостности лежат уровни и категории целостности, которые ассоциируются с субъектами и объектами системы. Модель Биба запрещает субъектам чте-ние информации из объекта с более низким уровнем целостности и запись информации в объект с более высоким уровнем целостности. Несомненным достоинством данной модели является ее простота, но в практическом применении существует проблема создания дове-ренных процессов для повышения или понижения целостности субъектов и объектов. Осно-вой для модели Кларка-Вилсона являются транзакции, состоящие из последовательных опе-раций, переводящих систему из одного состояния в другое. Модель Кларка-Вилсона обеспе-чивает по два уровня целостности для субъектов и объектов, а также механизм подтвержде-ния и повышения целостности объектов. Объединение моделей Кларка-Вилсона и Биба по-зволяет защитить высокоуровневые данные от несанкционированных модификаций со сто-роны низкоуровневых субъектов, а также защитить объекты в пределах уровня целостности.

Информационные модели базируются на описании информационных потоков в системе. Выделяются два типа информационных моделей: модель невмешательства и модель невыво-димости. В модели невмешательства система считается безопасной, если группы субъектов не вмешиваются в работу друг друга. Данная модель позволяет исключить скрытые каналы утечки информации. Модель невыводимости выражается в терминах пользователей и инфор-мации, связанных с одним их двух возможных уровней секретности (высокий и низкий). Ес-ли низкоуровневый субъект имеет доступ к низкоуровневому вводу и выводу и на основании этих данных может сделать заключение о высокоуровневом выводе, то имеет место утечка информации.

Модель ролевого контроля доступа рассматривает всю информацию, обрабатывающуюся в вычислительной системе организации, как принадлежащую данной организации. Система принимает решение о доступе на основе информации о функции, которую пользователь вы-полняет внутри данной организации, - роли пользователя. Роль можно понимать как множе-ство действий, которые пользователь или группа пользователей может исполнять в контексте вычислительной системы организации. Понятие роли включает описание обязанностей, от-ветственности и квалификации субъекта. Пользователи не могут передавать права на доступ к информации другим пользователям. Модель ролевого контроля доступа подразумевает не-посредственное описание сущностей системы и правил контроля доступа в терминах, соот-ветствующих представлению операций в вычислительной системе конкретной организации.

В учебной компьютерной сети кафедры САПР была реализована модель ролевого кон-троля. Эта модель легко реализуется в рамках локальной сети, так как не требует больших затрат системных ресурсов и полностью отвечает потребностям пользователей, обеспечивая безопасность на уровне приложений и данных

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ВАЛОВ ТДМ

Кузьмин С.А. – студент гр.САПР-03 Левкин И.В. – к.ф.-м.н., доцент

На предприятии ОАО "СибЭнергоМаш" налажено и функционирует производство тяго-дутьевых машин. Важной частью таких машин является вал. Вал представляет собой много-тонную конструкцию, вращающуюся на опорах, передающую вращающий момент другим частям машины. Малейшее отклонение вала от заданной оси вращения может привести к

15

разрушению всего механизма. Что влечет за собой затраты на восстановление. Поэтому мо-делирование и расчёт валов тягодутьевых машин представляют собой сложную задачу.

В настоящее время на помощь проектировщику приходят современные компьютерные технологии. Использование CAD/САМ/САЕ систем позволяет создавать модели объектов максимально приближенные к реальности и проводить эксперименты не над самими объек-тами, а над их моделями. Именно в этом состоит актуальность применения систем автомати-зированного проектирования для моделирования и расчета валов Т ДМ.

В настоящее время расчет валов ТДМ на ОАО "СибЭнергоМаш" проводится в конструк-торском отделе.

Система расчетов предназначена для проверки прочности валов при наложении нагру-зок. При помощи данной системы проектировщик валов определяет напряжения и переме-щение в контрольных точках вала, затем он сравнивает полученные результаты с максималь-но допустимыми значениями, выясняя тем самым способность вала выдерживать нагрузки.

В конструкторском отделе имеется техническое обеспечение, которое включает в себя 7 электронно-вычислительных машин на базе процессоров Intel Pentium2э сетевое оборудова-ние, то есть ЭВМ объединены локальной информационно-вычислительной сетью, перифе-рийные устройства (принтеры, инженерные машины, плоттеры).

ПО разделяют на базовое (общее) и специальное (прикладное). В качестве общего программного обеспечения используется операционная система Win-

dows98. Специальное ПО функционирует на базе общего ПО и реализует алгоритмы для выпол-

нения необходимых операций и процедур. Расчет вала выполняется при помощи устаревшей компьютерной программы написанной

на Turbo Pascal. Данные для расчета вводятся вручную. В программе реализован норматив-ный метод расчета валов на критическое число оборотов. Результатом работы программы яв-ляется текстовый файл с рассчитанными характеристиками вала. Модель вала ТДМ сущест-вует в виде чертежа AutoCad.

На сегодняшний день расчетом вала занимается 2 проектировщика. При помощи уста-ревшей программы они могут рассчитать напряжения и перемещения в контрольных точках вала, однако заказчику хотелось бы иметь данные о напряжении и перемещении в каждой точке, так как это необходимо для более эффективного проектирования.

Проанализировав существующую систему расчета валов ТДМ на предприятии ОАО "СибЭнергоМаш", было принято решение разработать АРМ расчетчика валов ТДМ, с ис-пользованием современных CAD/САЕ – систем.

Структура АРМ расчетчика ТДМ имеет следующий вид: − Техническое обеспечение (ТО), включает в себя различные аппаратные средства; − Математическое обеспечение (МО), объединяет математические методы, модели и алго-ритмы для выполнения проектирования;

− Программное обеспечение (ПО), представляется компьютерными программами; − Информационное обеспечение (ИО), состоящее из базы данных, СУБД, а также включаю-щее другие данные, используемые при проектировании;

− Лингвистическое обеспечение (ЛО), выражаемое языками общения между проектировщи-ками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;

− Методическое обеспечение (МО), включающее различные методики проектирования, ино-гда к нему относят также математическое обеспечение;

− Организационное обеспечение (ОО), представляемое штатными расписаниями, должност-ными инструкциями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия. Для того чтобы технические средства обеспечивали выполнение всех необходимых про-

ектных процедур, взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, взаимодействие между

16

членами коллектива, работающими над одним проектом необходимо выделить отдельный компьютер, с повышенными вычислительными ресурсами, включенный в сеть, принтер для распечатки результатов расчета, а также CD-ReWriter для записи архива с результатами рас-четов.

В качестве базового программного обеспечения предлагается использовать Microsoft Windows 2000 Professional.

Состав и структура специального ПО определяются в соответствии с проектируемой системой.

В состав системы включены следующие программные средства: - пакет, в котором осуществляется проектирование ANSYS WORKBENCH SUITE V7.0. - система для выполнения прочностного расчета ANSYS V7.0. Современные вычислительные средства предоставляют проектировщику возможности

использования интерактивной компьютерной графики, которая позволяет наблюдать и изме-нять на экране дисплея в трех измерениях геометрический образ конструкции, а также воз-можность обзора любых ее частей.

Наиболее оптимальным пакетом для создания модели вала является ANSYS WORKBENCH SUITE V7.0.

При геометрическом моделировании вала ТДМ использовались чертежи ОАО "СибЭнер-гоМаш".

Моделирование вала можно осуществлять разными способами, то есть последователь-ность построения может изменяться. В данной работе порядок построения следующий. Про-изводится построения контура, используя примитивы и получения твердотельной модели ис-пользуя булеву операцию «Revolve». Последним этапом моделирования является создание отверстий. Все элементы создаются в соответствие с чертежами.

В результате анализа САЕ систем для проведения расчета вала выявлено, что наиболее оптимальным пакетом для расчета является ANSYS V7.0.

После проведения расчета вала на прочность становится ясно, в каких местах вала воз-никают максимальные и минимальные напряжения и деформации (рисунок 3), следователь-но, проблема, поставленная проектировщиками, решена. Посмотреть числовые значения воз-никающих в вале напряжений и деформаций можно, используя листинг результатов.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ТЯГОДУТЬЕВОЙ МАШИНЫ (ТДМ) НА ПРЕДПРИЯТИИ ОАО ”СИБЭНЕРГОМАШ”

Лесной А.С. - студент гр.САПР-01 Левкин И.В. - к.ф.-м.н., доцент

Главной задачей конструкторского отдела ТДМ предприятия ОАО “Сибэнергомаш” явля-ется формирование конструкторской документации (чертежи, схемы, спецификации), необ-ходимой для дальнейшего создания тягодутьевой машины – агрегата, предназначенного для перемещения газов и дыма в котельной установке. Созданию документации предшествует процесс проектирования ТДМ, в частности, определение геометрических характеристик аг-регата, инженерный анализ конструкции на прочность, износостойкость, материалоемкость, и т.п. Особое внимание при этом уделяется элементам агрегата, испытывающим большие статические и динамические нагрузки (рабочее колесо, вал).

Рабочее колесо конструктивно выполнено в виде двух дисков (основного и покрывного), лопаток, закрепленных между дисками, и ступицы, предназначенной для крепления колеса к валу. Конструктор в процессе проектирования колеса должен подобрать аэродинамическую схему, описывающую особенности геометрии конструкции, в которой все размеры парамет-ризованы относительно одного главного – диаметра колеса, определить толщины дисков и лопаток, чтобы, с одной стороны, масса и материалоемкость колеса были минимальными, а, с другой, колесо отвечало требованиям прочности и надежности.

17

В настоящее время на предприятии для решения конструкторских, инженерных и техно-логических задач используется САПР высокого уровня UNIGRAPHICS NX (UG NX), которая считается одним из лучших в промышленности пакетом твердотельного моделирования. От-крытый мощный программный интерфейс дает возможность разрабатывать собственное при-кладное программное обеспечение. Таким образом, существует возможность сокращения времени процесса проектирования путем создания программных модулей, автоматизирую-щих получение геометрической модели рабочего колеса на основе заданных параметров. Впоследствии с данной моделью возможно проведение математического эксперимента, по-зволяющего определить напряжения, возникающие в колесе под действием динамических нагрузок. Главные преимущества математического эксперимента перед физическим – значи-тельное снижение материальных и временных затрат. Эффективность доказана эксперимен-тально – различие в результатах входит в границы погрешности.

Для решения задачи был разработан комплекс программ, который реализует создание геометрической модели колеса на основе ряда параметров для четырех наиболее популярных с точки зрения специалистов конструкторского отдела ТДМ аэродинамических схем колес. Выбор такой схемы осуществляется с помощью специально созданной для UG NX панели инструментов. Параметры колеса вводятся в режиме диалога, реализованного в виде окна. Данный программный комплекс был создан при помощи встроенного в UG NX программно-го интерфейса GRIP (Graphics Interactive Programming – язык интерактивного программиро-вания для графики), который представляет собой простое и достаточно эффективное средст-во для работы с трехмерной графикой, чертежами.

На основе полученной модели в среде UG NX был проведен пробный конечно-элементный анализ колеса, подтверждающий эффективность математического моделирова-ния при помощи сравнения полученных данных с экспериментальными.

ДОРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТАНКА С ЧПУ IR 200 BOSH CC 300 M

Макрушин А.В. - студент гр. САПР-03 Козлов Л.А. - д.т.н., профессор

На современном мировом уровне архитектурных решений в области станков с ЧПУ пре-валируют архитектурные концепции закрытого типа (PCNC). Это способствует значительно-му сужению возможностей конечного пользователя по внедрению в системы ЧПУ собствен-ных функций. Самая значительная тенденция состоит в развитии и реализации идей откры-той архитектуры ЧПУ, которая представит конечному пользователю более широкие возмож-ности оптимизации ЧПУ к конкретным производственным нуждам.

Отсутствие основной части системных циклов и операций значительным образом тормо-зит производственный процесс. На этапе написания программ, ввиду отсутствия необходи-мого программного обеспечения, операторы вынуждены делать индивидуальный подход для обработки каждой детали и составлять огромные программы и циклы для выполнения эле-ментарных операций в то время, когда можно использовать универсальные программы, по-зволяющие выполнять обработку технологических примитивов одним упоминанием имени функции в тексте программы. Отсутствие большинства системных функций станка, выпол-няющих элементарные операции по обработке заданных технологических областей приводит к тому, что эти операции приходится заменять функциями имеющимися в наличие, но не предназначенными для выполнения тех или иных задач. Это сопровождается необходимо-стью осуществления дополнительных расчётов, осложнением программирования, увеличе-нием текстов программ, а соответственно, занимаемого объёма памяти, и учащением поло-мок рабочих инструментов.

Таким образом, встаёт вопрос о возможности самостоятельного изготовления подобных функций с помощью специалистов, которыми располагают заводы. В качестве опытного об-разца был выбран немецкий станок IR 200 BOSH СС 300 М. На данном станке отсутствовали функции G10-G13 – отвечающие за работу станка в полярной системе координат. G37 – про-

18

граммируемое зеркальное отображение. G38 – перенос начала координат в заданную точку и поворот осей на заданный угол, G39 – программирование масштаба. Наличие таких полез-ных функций позволяют значительно снизить сложность программы, её размер и время со-ставления.

Работа с полярными координатами. При составлении программы для обработки отверстий фланца

приходилось рассчитывать и указывать координаты каждого отверстия в отдельности. Что замедляло процесс подготовки программного обеспечения как на этапе подготовки программных данных, так и для облегчения программирования были разработаны функции, обеспечивающие поддержку станком работы в полярной системе координат. Таким образом использование новой программы позволило выполнять обработку данной конструкции и подобных ей на основе указания единственной координаты центра от-верстия и угла поворота для следующего отверстия.

G10 – интерполяция на ускоренном ходу в полярной системе координат – производит пе-ремещение инструмента в точку, указанную с помощью полярных координат на быстром ходу.

G11 – интерполяция на рабочем ходу в полярной системе координат - производит пере-мещение инструмента в точку, указанную с помощью полярных координат на рабочей подаче.

G12 – круговая интерполяция по часовой стрелке в полярной системе координат – произ-водит перемещение инструмента из точки А в точку Е по окружности радиусом R по часовой стрелке.

G13 – круговая интерполяция против часовой стрелки в полярной системе координат – производит перемещение инструмента из точки А в точку Е по окружности радиусом R про-тив часовой стрелки.

Работа с программируемым зеркальным отображением. При составлении обрабатывающих программ для деталей, имеющих

симметричные элементы в своей конструкции. Приходилось описывать обработку каждого из симметричных элементов детали отдельно в теле программы. Что увеличивало текст программы, а соответственно и зани-маемую ей память, в 2 раза, а так же требовало проведения дополнительных расчётов и временных затрат при составлении кода программы. Путём использования написанной нами функции работы с зеркальным отображением для изготовление данной детали нам будет необходимо рассчитать координаты вершин лишь одного из 4 треугольных элемента. В данном случае это позволит сократить время подготовки рабочей программы и её объём как минимум в 3 раза.

G37 – функция программируемого зеркального отображения. Эта функция даёт возмож-ность путём программирования зеркально отображать каждую ось и любое количество осей в рамках осей обработки.

Работа с поворотом координат в заданной точке. Часто при составлении чертежа детали с изломом конструктора

для удобства считывания чертежей помещают начало координат в места излома детали и в дальнейшем отсчитывают все размеры, расположенные за изломом от данной системы координат. Однако при составлении программ перенос и поворот системы координат невозможен, поэтому операторам станков с ЧПУ приходилось вручную пересчитывать координаты изломов детали на стандарт-ную систему координат станка, т.к. даже размещение излома детали в начале координат станка не даст нам нужного эффекта, потому что поворот рабочий стол, но котором размещается деталь, не пре-дусмотрен конструкцией станка.

G38 – Реализует возможность переноса и поворота системы координат в заданной точке на заданную величину угла. Позволит нам использовать все раз-мерности, непосредственно указываемые на подобных чертежах.

19

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАТЕЖНЫХ СИСТЕМ, КАК СРЕДСТВА АВТОРИЗАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ БАЗАХ ДАННЫХ

Меркель А.В. - студент гр. САПР-12 Левкин И. В. - к.ф.-м.н., доцент Зубков В. М. - капитан ГИБДД

Объект рассмотрения: система учета оборота водительских удостоверений. Суть предложения: Водительское удостоверение снабжается микрочипом, который слу-

жит ключом, разрешающим чтение данных о владельце удостоверения из распределенной базы данных.

В настоящее время ведется разработка системы учета автомобильного транспорта Ал-тайского края, одна из важных ее особенностей – распределенность. Оператор любого пункта учета получает теоретическую возможность просмотреть данные о любом автомобиле и во-дителе, зарегистрированном на Алтае. Необходимо предусмотреть механизм ограничения запросов инспектора, но полное ограничение делает систему нефункциональной и бессмыс-ленной. В связи с этим возможно применение следующей схемы разрешения запроса: запрос будет признан правомочным только в присутствии на пункте учета в момент запроса заинте-ресованного лица – водителя.

Для такого проверки присутствия такого лица на пункте учета необходимо выдать води-телям некий ключ, позволяющий производить однозначную его идентификацию. Один из наиболее простых способов – снабдить таким идентификатором водительское удостоверение. Замену водительского удостоверения можно производить в рамках существующей програм-мы унификации удостоверения с международными стандартами.

Применение технологии платежных систем на основе пластиковых карт позволит замет-но сократить время разработки, а также снизит затраты на нее, поскольку при этом не возни-кает необходимость в разработке необходимых технических средств. Чтение и запись сведе-ний на карту может осуществляться при помощи существующих POS-терминалов. При этом их модернизация заключается лишь в смене программного обеспечения на управляющей ЭВМ. Кроме того, важная особенность эксплуатируемых платежных систем – встроенная система шифрования данных, также может с успехом применяться в разрабатываемой систе-ме практически без изменений.

Для организации процесса авторизации и маршрутизации запроса должен быть создан некий процессинговый центр – аналог аналогичного центра в платежных системах. Даная структура предназначена для установления подлинности документа и определения тех баз данных в которых хранятся запрашиваемые сведения. При успешной авторизации центр на-правляет запрос непосредственно в узлы распределенной базы данных, содержащих необхо-димые сведения, с указанием терминала, сделавшего запрос. Узел, произведя выборку сведе-ний, отправляет их на терминал, запросивший их. В случае ошибки при авторизации процес-синговый центр направляет на терминал сигнал об отказе в авторизации. Оператор терминала может принять решение об изъятии документа или о дальнейшей его проверке. Для обеспе-чения работоспособности системы в случае сбоя в канале связи необходимо дублирование данных, нанесенных на карту полиграфическим способом, в микрочипе. Что значительно по-вышает защищенность документа от подделки.

Использование элементов платежных систем дает возможность параллельной эксплуата-ции системы авторизации и для осуществления финансовых операций. Платежи при помощи таких карт могут осуществляться, например, при оплате штрафов, технических осмотров ав-томобилей, а также и для оплаты любых других покупок. Для этого рационально использова-ние инфраструктуры уже существующих платежных систем, в том числе и международных.

20

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОМПЬЮТЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ СЫВОРОТКИ КРОВИ

Гарколь Н.С. - к.т.н., доцент Ануфриев Д.И. - аспирант

Метелев М.В. - студент САПР-11 Тряпицына О.А. - студент ПОВТ-12

В настоящее время имеется возможность оценки гемореологического состояния пациен-та с помощью цифрового изображения сыворотки крови, поэтому задача применения автома-тизированных компьютерных технологий для их анализа является актуальной.

Задачу анализа сыворотки крови можно представить как совокупность ряда подзадач. Рассмотрим одну из них, а именно, расчет концентрации эритроцитов. Основные проблемы, возникающие при анализе указанного класса изображений,- это повышение качества введен-ного изображения, выделение частиц указанного класса в сыворотке крови от всех микрочас-тиц изображения, подсчет их геометрических характеристик.

Обработка такого изображения представляет собой совокупность следующих задач: − удаление шумов; − пороговая обработка; − медианная фильтрация; − построение гистограммы площадей. Недостаточная контрастность и неравномерное распределение яркости по полю изобра-

жения является существенной помехой для обнаружения частиц. Разработанный и реализо-ванный метод выравнивания и контрастирования позволяет улучшить качество изображение и выделить границы объектов.

Методика алгоритма основана на том, что задается ядро свертки произвольного размера, например, размером 3х3, и изображение сканируется данным «окном». Внутри окна произво-дится линейное преобразование яркости пикселей, которое приводит диапазон яркостей к диапазону [0, 255].

Например, если реальный динамический диапазон яркостей [fmin, fmax], то контрастиро-вание можно осуществить при помощи линейного поэлементного преобразования:

g=af+b. Параметры a,b можно определить, исходя из требуемого изменения динамического диа-

пазона. Если в результате обработки нужно получить шкалу [gmin, gmax], тогда gmin =a fmin = b,

gmax =a fmax = b.

Отсюда .ff

fgfgbffgga

minmax

minmaxmaxmin

minmax

minmax

−−

=−−

=

Далее полутоновое изображение преобразуется в результате пороговой обработки в двухградационное изображение. Для удаления мелких шумовых наложений на изображение накладывается медианный фильтр.

Специфика изображения препарата крови, содержащего эритроциты, состоит в том, что оно содержит как одиночные, так и слившиеся частицы. Поэтому для определения концен-трации эритроцитов осуществляется разбиение слившихся частиц. Разбиение производится по средней площади частицы.

Таким образом, применение компьютерных технологий для анализа видеопотока препа-рата крови позволит расширить возможности оценки гемореологического состояния сыво-ротки крови, повысить точность измерений и выделить отдельные объекты деформируемо-сти эритроцитов и лейкоцитов и т.д.

21

РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ПЛАНОВ ОБЪЕКТОВ НЕДВИЖИМОСТИ

Пальшина А. Ю., ст. гр. САПР-01 Макарова Е. И. - к.т.н., доцент

Филиал Федерального Государственного Унитарного Предприятия "Ростехинвентариза-ция" по г. Барнаулу (далее - БЦТИ) осуществляет работу над всеми операциями с недвижимо-стью в Барнауле. При работе с основной массой клиентов используется база данных (БД) "Описание строений", разработанная отделом автоматизированных систем управления (АСУ) БЦТИ для выдачи справок о наличии-отсутствии в собственности жилья, справок для госу-дарственной регистрации, справок для нотариальных действий и т. д. В связи со сменой фор-мы выдачи справок появилась потребность в наличии быстрого доступа к планам объектов недвижимости и возможности их редактирования – некоторые виды справок требуют наличия в них копии чертежа объекта недвижимости. Кроме этого, обработка графической информа-ции в БЦТИ при помощи компьютеров началась сравнительно недавно. Построение чертежей строений (и жилого, и нежилого фонда) осуществляется отделом АСУ в системе AutoCAD 2000. Сейчас создается новая электронная база данных чертежей объектов недвижимости – перечерчиваются уже имеющиеся в архиве чертежи, выполняются новые на основе абрисов, выполненных инвентаризаторами, вносится корректировка в уже находящиеся в БД чертежи. Однако заполнение базы чертежей идет очень медленно, так как общий объем работы очень велик, и в ближайшем будущем данная задача, поставленная предприятием, невыполнима.

Очевидно, что описанную выше проблему следует решать в двух направлениях. Во-первых, в существующее приложение БД "Описание строений" необходимо добавить средст-ва, которые обеспечивали бы обработку графической информации об объекте недвижимости и обработку его плана в среде AutoCAD. Во-вторых, для сокращения времени создания пла-нов объектов недвижимости и упрощения их редактирования представляется целесообразной разработка библиотеки примитивов условных знаков для учетно-технических документов для среды AutoCAD.

Таким образом, совокупность средств обработки планов объектов недвижимости и биб-лиотеки примитивов условных знаков представляет собой подсистему автоматизации обра-ботки планов объектов недвижимости.

Средства обработки планов объектов недвижимости позволяют добавлять в БД "Описа-ние строений" необходимые графические файлы формата *.dwg (файл чертежа системы AutoCAD) с планом объекта недвижимости, осуществлять их предварительный просмотр не-посредственно в приложении БД, а в случае необходимости – редактировать чертежи в среде AutoCAD.

Библиотека примитивов условных знаков для учетно-технических документов для среды AutoCAD на данный момент содержит в себе 20 примитивов, но при необходимости может быть расширена при полном сохранении всех ее функций. Вследствие того, что большинство условных обозначений требуется вычерчивать в масштабе по фактическим габаритам, при-митивы являются параметризованными. Кроме этого, условные знаки должны располагаться точно в местах фактического нахождения, поэтому обеспечена возможность расположения примитива в точно определенных точках чертежа и при любом угле его расположения. Ин-терфейс доступа к примитивам разработан с учетом индивидуальных пристрастий пользова-телей при работе в среде AutoCAD, то есть доступ к примитивам условных знаков осуществ-ляется теми же способами, как и доступ к любому "родному" примитиву AutoCAD: с помо-щью главного меню, панели инструментов или командной строки. Кроме этого, для удобства пользователей разработана справочная система по работе с примитивами условных знаков.

22

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ ФОРСУНОК

Паршукова Т.П. – аспирант Макарова Е.И. – к.т.н., доцент

На сегодняшний день производственные процессы совершенствуются более динамично. С их развитием усложняется управление ими.

Производство форсунок на ЗАО «АЗПИ» включает следующие основные этапы: 1. Определение цели проекта 2. Маркетинговые исследования. Рассмотрение технических требований потребителей 3. Планирование

3.1 Назначение исполнителей проекта 3.2 Разработка календарного проектирования

4. Разработка технической документации 4.1 Эскизное проектирование 4.2 Разработка конструкторской документации 4.3 Проработка на технологичность 4.4 Разработка технологической документации 4.5 Разработка методов измерений, испытаний и приемки продукции

5. Материально-техническое обеспечение 6. Изготовление опытного образца 7. Сборка и испытание опытного образца 8. Приемка опытного образца 9. Корректировка конструкторской документации 10. Изготовление и испытание установочной серии 11. Корректировка конструкторской документации 12. Корректировка технологической документации 13. Внедрение в серийное производство 14. Подготовка серийного производства

При управлении производством возникают такие проблемы как преодоление сложности выбора из множества возможных решений, структурирование больших объемов информации, определение количества информации, необходимого для принятия решения, нехватка време-ни на принятие решения, проблема извлечения знаний у экспертов и их сохранение.

До сегодняшнего дня процесс автоматизации производства форсунок протекал в функ-циональных областях обособленно. Различные отделы предприятия используют различные прикладные программные средства. Развитие реинжиниринга бизнес-процессов требует ре-структуризации функциональных связей и включение информационных потоков в единое информационное пространство.

Автоматизированная система управления производством включает три уровня. На пер-вом уровне решаются задачи оптимального текущего и календарного планирования, осуще-ствляется контроль выпуска форсунок в реальном времени. На втором уровне решаются за-дачи оперативно-календарного планирования, результатом которого являются задания произ-водства на оперативные промежутки времени. На третьем уровне решаются задачи управле-ния технологическим процессом.

Функциональная часть системы включает все уровни управления предприятием: руково-дство предприятия, производственный, плановый, технологический, конструкторский отде-лы, отдел оснастки, финансовый, бухгалтерию и др.

Организационная структура системы включает разделение данных и совместную реали-зацию бизнес-процессов сквозь функциональные области, что позволяет обеспечивать поль-зователям одной области быстрый и легкий доступ в другую область.

Разрабатываемая система управления предназначена для: автоматизации функций управ-ления и планирования производства форсунок, технической, программной и информационной интеграции функциональных систем и задач, повышения сбора, передачи и циркуляции тех-нологической, конструкторской, планово-экономической информации, автоматизированного представления этой информации и формируемых рекомендаций управленческому персоналу.

23

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВАГОНОВ НА ОАО «АЛТАЙВАГОН»

Перевощиков С.С., Кожухов И.В. – студенты гр. САПР-02 Левкин И.В. – к.ф.-м.н., доцент

Исходя из информационного потока веющего из ТЗ, подходящего прототипа сущест-вующей модели вагона и личного опыта, конструктор выходит на эскизное проектирование в результате которого составляется расчетная схема (стержневая конструкция) проектируемого вагона. Затем расчетная схема заново вводится в программу WINMASHE для расчета на прочность. В случае отрицательного результата расчетная схема составляется и рассчитыва-ется заново.

После положительного результата стержни заменяются сечениями балок, чтобы полу-чить объемную модель. И снова проводится более точный расчет.

В ходе анализа расчета вагона на прочность было выявлено следующее: замена стержней на сечения происходит каждый раз заново, что увеличивает время проектирования вагона; сечения балок имеют гостовский размер и могут изменяться в определенных пределах, что не учитывается конструктором в силу отсутствия информационной поддержки.

Эти два аспекта выводят на проектирование системы по оптимизации вагонов в направ-лении уменьшения их металлоемкости.

Для лучшего представления была разработана блок-схема. Описание схемы:

1) Конструктор с помощью ПО Inventor создает трехмерную твердотельную модель проек-тируемого вагона; 2) Геометрия импортируется в CAE пакет ANSYS Workbench обеспечивающим двухсторон-нею связь с CAD пакетом Inventor; 3) Расчет на прочность геометрии вагона; 4) Анализ результатов для выявления наибольших запасов прочности с целью уменьшения металлоемкости проектируемого вагона; 5) Изменение геометрии и реализация расчета проектируемого вагона до тех пор пока не бу-дет получен оптимальный вариант.

Inventor является основополагающим звеном т.к. в нем формируется основной каркас проектируемого вагона для дальнейшей работы. Ввиду того, что вагон состоит из гостовских элементов, которые в процессе оптимизации должны изменять свои геометрические характе-ристики в соответствие с гостом, целесообразно разработать библиотеку элементов вагона.

Оптимизация проектируемого вагона основывается на зацикливание расчета и измене-нии геометрии в случае необходимости, при этом параметры расчета (заземление, нагрузки, сетка и т.д.) остаются неизменны, таким образом в ANSYS целесообразно создать шаблон по расчету вагонов.

В подсистеме «анализ и оптимизация» осуществляется: 1) Анализ результатов расчета: напряжение в узлах вагона для выявления отклонений от до-пустимого напряжения; деформация элементов вагона. 2) На основе анализа результатов расчета и предельно-допустимых изменений параметров элементов вагона, в CAD-пакете изменяется геометрия вагона. 3) Происходит зацикливание на расчет до тех пор пока не сформируется оптимальный вари-ант металлоемкости и прочности вагона. Оптимальный вариант выбирается путем сравнения прочностных параметров текущего варианта вагона со всеми предыдущими вариантами.

24

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА РАСЧЕТА УРАВНОВЕШИВАЮЩЕГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Петров М.В. – студент гр. САПР-03 Степанов А.В. - к.т.н., доцент

В конструкторских бюро, в связи с техническим прогрессом, часто возникает проблема перевода текстовых документов, расчетов в электронный вид. При наличии соответствую-щих программ значительно упрощается процесс расчета и анализа различных разрабатывае-мых систем. В частности, с точки зрения автоматизации проектирования особый интерес представляют расчеты, выполнять которые приходится не один раз. Многократное проведе-ние расчетов необходимо для того, чтобы при изменяющихся исходных данных анализиро-вать, получаемые результаты и выбирать наиболее приемлемые варианты.

Проблема автоматизации процесса проектирования, уравновешивающего механизма двигателя внутреннего сгорания, возникла в конструкторском бюро ХК «Барнаултрансмаш». В связи с чем необходимо было произвести автоматизацию расчета уравновешивающего ме-ханизма двигателя Д29.

Двигатель считается уравновешенным, если во время установившегося режима работы на его опоры передаются постоянные по величине и направлению усилия.

У неуравновешенного двигателя силы, передаваемые на опоры, непрерывно изменяются и вызывают вибрацию подмоторной рамы и автомобиля, что сопровождается ослаблением крепления болтовых соединений, перегрузками отдельных деталей, увеличением их из-носов и другими нежелательными последствиями.

Практически уравновешивание двигателя осуществляется путем выбора соответствую-щего числа и расположения цилиндров, размещения колен вала, а также установкой противо-весов; при этом для суждения об уравновешенности ограничиваются рассмотрением резуль-тирующих свободных сил инерции и их моментов первых двух порядков.

До сегодняшнего времени расчет уравновешивающего механизма двигателя внутреннего сгорания осуществлялся на бумаге, при этом объем расчета занимал более 50 листов, ошибку в расчете было сложно найти, а внесение изменений требовало больших усилий и занимало большой промежуток времени.

В настоящее время интерес к расчету уравновешивающего механизма для двигателя Д29 возрос в связи с необходимостью модернизации этого двигателя. При этом компоновка дви-гателя не изменяется, в то же время степень уравновешенности двигателя можно изменить, изменяя значения возвратно-поступательно движущихся масс двигателя и параметры урав-новешивающего механизма.

Для увеличения скорости проведения расчета было принято решение создать автомати-зированную систему расчета уравновешивающего механизма двигателя внутреннего сгора-ния. Система должна состоять из двух подсистем, а именно подсистемы расчета уравнове-шенности двигателя и подсистемы построения модели уравновешивающего механизма.

Создание подсистемы расчета уравновешенности двигателя включает в себя несколько модулей: модуль расчета сил и моментов инерции коленчатого вала двигателя, модуль расче-та степени уравновешенности двигателя, модуль расчета значений масс противовесов шесте-рен уравновешивающего механизма.

Реализация подсистемы расчета уравновешенности двигателя была произведена в про-граммной среде Delphi 7. Полученная программная реализация отличается удобным в ис-пользовании и интуитивно понятным интерфейсом. Не требует от пользователя наличия глу-боких знаний в области двигателестроения и может быть выполнена непрофессионалом, кроме того для многократного выполнения расчета предусмотрены возможности сохранения данных расчета в файл, для его последующего просмотра и анализа.

На основании расчетных данных, полученных при помощи программы, производится построение трехмерных изображений шестерен уравновешивающего механизма. Для реали-зации построения шестерен была использована система твердотельного, параметрического мо-

25

делирования Solid Works. Поскольку при изменении параметров уравновешивающего механизма двигателя внутреннего сгорания изменяются только значения масс противовесов шестерен, при неизменности основной модели уравновешивающего механизма, было принято решение разрабо-тать параметризованную модель шестерен уравновешивающего механизма. Данные для построе-ния моделей шестерен поступают пользователю из программы по расчету уравновешенности дви-гателя, после чего на основании этих данных он вводит параметры для параметрической модели и производит построение новой модели шестерни.

Для разработанной системы предусмотрено разграничение прав пользователей системы, в целях сохранения целостности и защиты информации.

Для созданной автоматизированной системы расчета уравновешивающего механизма были рассчитаны экономические показатели, которые говорят о высокой экономической эф-фективности внедрения автоматизированной системы расчета уравновешивающего механиз-ма на предприятии Барнаултрансмаш.

Итак, в ходе разработки автоматизированной системы расчета уравновешивающего ме-ханизма двигателя внутреннего сгорания для ОАО ХК «Барнаултрансмаш». Мною была изу-чена проблема уравновешивания двигателей внутреннего сгорания. В результате благодаря полученным теоретическим навыкам по этой проблеме мною был изучен расчет сил и мо-ментов инерции коленчатого вала двигателя 29, расчет степени уравновешенности двигателя Д29 и расчет шестерен уравновешивающего механизма двигателя Д29. Кроме изучения рас-чета была разработана система его автоматизации включающая в себя программный блок и блок графики. При разработке блока графики первоначально предполагалось разрабатывать прикладную библиотеку для построения модели шестерен, но после более глубокого изуче-ния проблемной области и ситуации на предприятии от этого пришлось отказаться и произ-вести разработку параметризованной модели. В результате использования системы пользова-тель имеет возможность введя исходные данные через короткий срок получить результаты расчета в текстовом файле, который сохраняется на жестком диске компьютера и при необхо-димости может быть просмотрен, кроме того получить данные расчета по размерам шестерен уравновешивающего механизма и построить модель шестерен, используя параметризован-ную модель. Экономическая целесообразность выполнения данной работы была рассчитана и определена как высокая.

АДАПТАЦИЯ ПАКЕТА «ТЕХТРАН» В УЧЕБНОМ КУРСЕ «АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНСТРУКТОРСКОГО И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ»

Прудникова А.М. - студентка гр. САПР-01 Степанов А.В. - к.т.н., доцент

Применение станков с ЧПУ в машиностроение имеет много преимуществ: таких как гибкость производства и одновременное повышение производительности. При применение станков с ЧПУ повышается экономия на трудозатратах, т.к. один станок с ЧПУ может заме-нить несколько станков с ручным управлением.

Происходит сокращение длительности изготовления продукции, экономия стоимости проектирования и изготовления технической оснастки, повышения точности изготовления деталей, уменьшения количества и стоимости доводочных операций.

В целях снижения трудоемкости и повышения качества подготовки управляющих про-грамм для станков с ЧПУ применяются системы автоматизированного проектирования управляющих программ. Одно из таких систем является Техтран.

Техтран - это система автоматизированного проектирования управляющих программ для станков с ЧПУ при помощи, которой существует возможность повысить эффективность про-изводительности труда инженера технолога. Данная система очень удобна, так как написана на русском языке и приспособлена для русского производства. При создание управляющих программ вручную появляются проблемы: такие как трудоемкость работы, данный процесс

26

занимает много времени, вероятность допущение ошибки. В Техтране сочетаются различные подходы к решению технологических задач. Сложные механизмы автоматической генерации десятков и сотен команд обработки целого технологического перехода дополняются набором возможностей для программирования отдельных действий. Благодаря этому Техтран оказы-вается незаменим при возникновении нестандартных ситуаций и работе с нетрадиционным оборудованием.

В систему Техтран входят такие подразделы, как Токарная обработка, Фрезерная обра-ботка, Электроэрозионная обработка, Раскрой листового материала.

Техтран. Раскрой листового материала Предприятия, использующие машины термической резки, должны решать многие орга-

низационные и технологические проблемы, среди которых одной из важнейших является внедрение современных информационных технологий, решающим образом влияющих на се-бестоимость и качество выпускаемой продукции. Это позволит не только сократить сроки подготовки программ раскроя, но и существенно снизить расход материала за счет оптималь-ного размещения деталей на листе. Техтран Раскрой предназначен для проектирования про-грамм раскроя листового материала. В данной системе была поставлена и решена задача объ-единения возможностей CAM-системы с функциями организации производственного про-цесса. Подход к решению, использованный в программе, суммирует опыт работы ряда пред-приятий, эксплуатирующих машины термической резки.

Техтран Токарная обработка На первый взгляд токарная обработка может показаться вполне понятной и простой:

многообразие форм деталей ограничено телами вращения, а движение инструмента лежит в одной плоскости. Однако в действительности именно этот вид обработки отличает разнооб-разие форм используемого инструмента и широкий спектр применяемых технологий. Впе-чатление простоты токарной обработки развеивается окончательно, когда решается задача автоматизации ее программирования.

Техтран. Электроэрозионная обработка Инструментальное производство является, может быть, самым главным звеном техноло-

гической цепочки на любом промышленном предприятии. Современное инструментальное производство невозможно представить без широкого использования электроэрозионного оборудования для изготовления различных элементов оснастки, инструмента, высокоточных элементов и узлов механизмов и др.

Технология проволочной резки, как ее называют, применяется уже не один десяток лет, и столько же лет разрабатываются и используются CAM-системы для проектирования управ-ляющих программ для этих станков, как в России, так и за рубежом.

Техтран. Фрезерная обработка Уже более двадцати лет Техтран служит для автоматизации программирования фрезер-

ной обработки. Простые универсальные решения и открытость данных способствовали тому, что система успешно используется на предприятиях самых различных отраслей. Сложные и дорогие CAD/CAM системы не смогли существенно повлиять на технологию подготовки программ для большинства 2.5-координатных станков. Для предприятий остается актуаль-ным применение эффективных недорогих CAM систем, обеспечивающих широкий спектр технологий и открытых для пользователей.

В работе необходимо адаптировать пакет «Техтран» в учебном курсе «Автоматизация конструкторского и технологического проектирования».

Дисциплина "Автоматизация конструкторского и технологического проектирования" имеет целью дать новые и расширить имеющиеся знания студентов по вопросам конструиро-вания и проектирования технологии машиностроения, а также автоматизации конструирова-ния и технологического проектирования, сформировать научные представления о принципах автоматизации конструкторского и технологического проектирования (АКТП), практические умения и навыки применения существующих современных систем автоматизации проекти-рования.

27

В процессе выполнения работы создана система. В эту систему входят учебные пособия по токарной, фрезерной, электроэрозионной обработки и раскрою листового материала для системы Техтран.

Создано мультимедийное сопровождение всех учебных пособий. Созданы видеоролики, содержащие примеры создания деталей для всех видов обработки. Конечным результатом является программа, объединившая в себе все видеоролики и учебные пособия.

При помощи этой системы можно развить навыки владения современными системами автоматизированного проектирования управляющих программ для станков с ЧПУ, на при-мере программы Техтран. Основной целью является сокращение времени на создание управляющих программ для токарной, фрезерной, электроэрозионной обработки и раскроя листового материала при высоком качестве усвоения основных методик создания управ-ляющих программ, описанных в данной системе.

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЫСТРОХОДНЫХ ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦ С ЭНЕРГООБМЕННЫМ УСТРОЙСТВОМ

Сабуров А.С. - студент гр. САПР-03 Качесова Л.Ю. - научный руководитель

Развитие современной промышленности требует более глубокого научного подхода к ис-следованию её отраслей. Создаются и совершенствуются различные новые технологии и операции. Это даёт возможность шире использовать те или иные материалы, сделать уже су-ществующий производственный процесс более производительным, качественным и эконо-мичным.

Одним из важных технологических процессов, развитие которого привлекает сегодня большое внимание, является процесс тонкого измельчения. В настоящее время измельчение материалов применяется достаточно широко. Оно может быть второстепенным или главным в отраслях строительства. Например, в технологии цемента, измельчение используется для получения тонкого однородного состава сырьевой смеси, а также для приготовления цемент-ного клинкера и цементных растворов.

Бетон, изготовленный из цемента тонкой структуры, имеет более высокую прочность, быстрые сроки схватывания, конструкции на его основе надежны в эксплуатации.

Без механической обработки невозможно проведение физико-химических процессов в любой из отраслей химической промышленности, где измельчение можно использовать как подготовительный процесс, так и для осуществления химических реакций.

Тонкое измельчение все больше и больше используется в лакокрасочной промышленно-сти для интенсификации физико-химических свойств пигментов при производстве керамики, а также в приготовлении топливного сырья в энергетической промышленности.

Такое широкое применение измельчения и активации измельчением привело к созданию многочисленных аппаратов – измельчителей, таких, как шаровые, вибрационные, струйные и ударно-отражательные мельницы, дезинтеграторы.

Каждый из аппаратов имеет определенные условия измельчения (среда измельчения, своеобразие рабочих органов, силы и скорости движения), степень измельчения, технико-экономические показатели, что делает его пригодным для применения того или иного типа материала.

Следовательно, важно уделять серьезное внимание оптимальному выбору аппарата, от-вечающего необходимым требованиям к качеству измельчаемого материала.

Для переработки материалов в тонкодисперсный порошок наиболее широкое примене-ние получили шаровые мельницы.

Шаровые мельницы просты и надежны, обладают высокой тонкостью помола, просто-той регулирования степени измельчения.

28

Вместе с тем шаровые мельницы имеют ряд недостатков: большой расход энергии, низ-кий КПД, эффективности процесса измельчения по мере повышения тонкости конечного продукта и снижения качества мелющих тел, повышенный шум при работе.

Одним из основных направлений совершенствования шаровых мельниц является созда-ние различных конструкций внутри мельничных устройств (футеровок, специальных профи-лей барабана, наклонных перегородок и т. д.), которые изменяют не только характер движе-ния мелющих тел, но и их энергетический, динамический и технологический режимы рабо-ты. В связи с этим устройства названы внутренними энергообменными.

Предложенная профессором Ю.А. Веригиным конструкция шаровой мельницы с энерго-обменными устройствами позволяет интенсифицировать процесс измельчения материалов за счет увеличения частоты вращения помольной камеры мельницы за критическое число обо-ротов и за счет усложнения траектории движения мелющих тел и измельчаемого материала.

Усложнение траектории движения загрузки возможно за счет установки внутри барабана мельницы в зоне максимального подъема загрузки неподвижного энергообменного устройст-ва, выполненного в виде сферической криволинейной поверхности с клиновым выступом, и приданию внутренней поверхности барабана сферической формы.

Подобную конструкцию шаровой мельницы с энергообменными устройствами можно отнести к классу быстроходных шаровых мельниц (БШМ).

Но, так как просчитать и оптимизировать все параметры такой мельницы очень сложно, встает вопрос о создании компьютерной модели мельницы, которая могла бы быстро просчи-тать множество различных вариантов построения такой мельницы и вывести результаты в удобной и понятной человеку форме.

Для решения данной проблемы разрабатывается программное обеспечение, позволяю-щее максимально упростить и автоматизировать процесс разработки данных мельниц именно под те задачи, которые необходимо выполнить. Оно позволяет не только рассчитывать основ-ные параметры мельницы исходя из ее конструктивных особенностей, но и подбирать наибо-лее оптимальное сочетание этих характеристик. Таким образом, мы можем не только более качественно подобрать необходимые параметры мельницы, но и существенно упростить и ускорить данный процесс. Наличие же в программе модуля, который может показывать ре-зультаты в графической форме, позволяет просмотреть на упрощенную модель той мельни-цы, которая в данный момент рассчитывается. Это делает программу более наглядной.

СИСТЕМА УЧЕТА ПРОДАВАЕМЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ «АВТОБРОКЕР»

Саяпин М.А. - студент гр. САПР-21 Левкин И.В. - к.ф.-м.н., доцент

Для того чтобы подобрать и купить транспортное средство, как правило, нужно посетить множество автосалонов, что влечет потерю большого количества времени. Система учета продаваемых транспортных средств «Автоброкер» позволяет решить эту и ряд других про-блем, таких как оформление кредита и страхование транспортного средства.

Система «Автоброкер» разрабатывается на базе барнаульского филиала государственной страховой компании «Югория».

Система «Автоброкер» состоит из информационного центра, ряда автосалонов и банков. Информация об имеющихся в автосалонах транспортных средствах передается в информаци-онный центр, где создается единая база продаваемых транспортных средств. При бронирова-нии клиентом транспортного средства информация о бронировании передается в автосалон.

Система учета продаваемых транспортных средств предоставляет следующие возможности: • Ведение единой базы продаваемых транспортных средств; • Ведение базы данных о клиентах; • Подбор транспортных средств; • Кредитование;

29

• Страхование транспортных средств. Проведен структурный анализ системы «Автоброкер», на основе которого были по-

строены функциональные схемы на основе SADT-диаграмм, ER-модели в RationalRose 2000.6.5. проведено концептуальное и логическое проектирование баз данных.

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗАГРУЗКОЙ ПРОГРАММ ДЛЯ ЛИНИИ СТАНКОВ С ЧПУ

Стругайло В.В. - студент гр. САПР-02 Чумаков И.А. - научный руководитель

В настоящее время задача модернизации производственного оборудования является вполне актуальной. Наибольшая необходимость усовершенствования возникает в электрон-ных компонентах, составляющих системы управления устройствами. Так как, механическая часть большинства оборудования отвечает современным производственным задачам нашего региона, то коррекция некоторых блоков экономически более целесообразно, чем замена все-го устройства.

Задача рассматривается на примере модернизации устройства числового программного управления станками. Одним из основных узлов ЧПУ является устройство ввода вывода ин-формации, которое может быть реализовано различными видами устройств и носителями, нелишенными определенных недостатков. К наиболее существенным недостаткам относятся:

- ненадежность устройств; - невозможность передачи информации на большие расстояния в производственных

условиях; - невозможность осуществлять централизованный контроль над работой нескольких

устройств; Одним из решений освобождающих от указанных недостатков является разработка сис-

темы управления централизованной загрузкой программ с компьютера на ЧПУ через специа-лизированный промышленный интерфейс и модернизированное устройство ввода вывода на основе однокристального микроконтроллера.

Замена или дополнение стандартных устройств ввода вывода устройством с микрокон-троллером нередко позволяет уменьшить габариты данного блока ЧПУ, а также использовать при монтаже гораздо меньшее число электронных компонентов и более современные их ана-логи. Это дает возможность ускорить и облегчить выявление неисправностей устройства и сделать его более надежным и удобным в работе.

Специализированные последовательные промышленные интерфейсы типа RS485 позво-ляют передавать сигналы на расстояния более километра, поэтому использование аппаратно-го интерфейса RS485 вполне позволяет решить задачу передачи информации на большое рас-стояние. Кроме того, данный аппаратный интерфейс легко адаптируется для работы с COM-портом обычного персонального компьютера. Существуют также схемные решения, обеспе-чивающие сопряжение данного интерфейса с микроконтроллерами. Таким образом, исполь-зование компьютера и выше описанных устройств в совокупности с программным обеспече-нием, позволяющим организовать совместную работу всех компонентов, может служить ос-новой системы, способной избавить от ранее указанных недостатков устройство ввода выво-да ЧПУ.

Ниже приводится структура предлагаемой системы:

30

Рис. 1 Структура системы

Основные компоненты системы: - Программное обеспечение, с помощью которого оператор осуществляет загрузку

программ в ЧПУ, контроль над работой устройств; - Программное обеспечение, служащее для обеспечения сопряжения аппаратного

интерфейса с устройством ввода вывода и компьютером; - Плата на основе микроконтроллера, реализующая устройство ввода вывода для ЧПУ;

- Специализированный промышленный интерфейс, позволяющий передавать сигналы от компьютера на ЧПУ без помех на большие расстояния.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЕДЕНИЯ ЛИЗИНГА

Суховершин В.В. – студент гр. САПР-21 Гарколь Н.С. - к.т.н., доцент

Для осуществления лизинговых операций необходимо вести учёт и мониторинг всех клиентов и технических средств на рынке. Необходимо оформление множества документов для всех сторон лизинговой операции: договор лизинга, страховка транспортного средства, оформление транспортного средства в ГИБДД и т.д. АИС для ведения лизинга позволит сде-лать оформление всех необходимых документов намного быстрее, легче и совершить как можно меньше ошибок. Также система позволит осуществлять мониторинг клиентов путём занесения их в базу данных и объективной оценки их деятельности. Система разрабатывает-ся для оценки эффективности лизинговых операций и планирования деятельности лизинго-вой компании.

АИС для ведения лизинга разрабатывается на базе лизинговой компании ООО «Сиб-ТрансЛизинг».

Система разрабатывается в пакете «1С:Предприятие 7.7» и представляет из себя единый модуль с наличием необходимых разделов для хранения информации в виде документов и справочников. Система содержит элементы для ведения бухгалтерского учёта компании, оценки эффективности сделок и планирования деятельности компании.

Система для ведения лизинга предоставляет следующие возможности: • Ведение базы клиентов; • Ведение базы транспортных средств; • Подбор транспортных средств; • Страхование транспортных средств; • Оценка деятельности клиента; • Оценка эффективности сделки; • Ведение бухгалтерских операций;

31

• Планирование деятельности компании. Проведен структурный анализ системы для ведения лизинга, на основе которого были

построены функциональные схемы на основе SADT-диаграмм. Положено начало выполнения АИС: спроектированы и реализованы разделы для хранения всей необходимой информации, механизмы оформления некоторых видов документов, оценки эффективности лизинговой операции.

Планируется проектирование и реализация механизмов бухгалтерского учёта и планиро-вания деятельности компании.

Персональный компьютер, выбранный для эксплуатации на нём АИС для ведения ли-зинга должен удовлетворять следующим минимальным требованиям:

• процессор Intel Pentium II (233 MHz), III, IV или совместимый; • оперативная память 32 Мб; • свободное место на диске 300 Мб; • видеоадаптер и монитор, поддерживающие разрешение экрана не менее 640×480 и

глубину цвета 16 бит; • операционные системы: Windows 98\NT\2000\XP. Пакет «1С:Предприятие 7.7», в котором написана АИС для ведения лизинга изначально

разрабатывался на основе MS Windows, т.е. он использует все встроенные функции продук-ции Microsoft. А значит, в других ОС эксплуатация АИС невозможна.

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ГРАФИЧЕСКОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ В РАСЧЕТАХ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Торопкин С. - студент гр. САПР-01 Дробязко О.Н. - к.т.н., доцент

Основным путем решения проблемы обеспечения электропожаробеопасности электроус-тановок является создание специальных технических систем безопасности электроустановок. Основными компонентами таких систем в настоящее время являются предохранители и ав-томатические выключатели. В перспективе в состав таких систем будут включаться устрой-ства защитного отключения по току утечки.

В связи с этим возникает необходимость в проектировании перспективных систем обес-печения электробезопасности. В настоящее время разработаны методы моделирования сис-тем безопасности, позволяющие решать задачу оптимизации таких систем. Такая задача ста-вится как задача нахождения структуры и параметров системы безопасности, обеспечиваю-щих при заданных затратах наибольшее снижение опасности электроустановок.

Необходимым условием выполнения моделирования процесса функционирования сис-тем безопасности на объектах является сбор информации об этих объектах. В перечень такой информации входит, в частности информация о системе электроснабжения объекта и уста-новленных в ней аппаратов защиты.

В рамках сбора данных для расчетов ставятся две связанные между собой информаци-онные задачи:

1. Зафиксировать данные о системе электроснабжения объекта, собранные непосредст-венно на объекте или на основании проектной документации на объект.

2. Использовать зафиксированные данные как первичный документ при вводе данных в ЭВМ в процессе проведения расчетов.

Для решения этих задач должна быть разработана графическая форма представления данных о системе электроснабжения, предоставляющая максимальные удобства специали-стам, выполняющим расчеты эффективности систем безопасности электроустановок.

В этой форме должна быть сконцентрирована вся информация, необходимая для выпол-нения расчетов (требование полноты информации).

32

В то же время форма не должна содержать избыточной информации, не требующейся лицам, выполняющим расчеты (требование отсутствия избыточности информации).

В основе графической формы должна лежать схема системы электроснабжения объекта (схема электрической сети объекта).

Кроме того, в рамках формы должны содержаться все данные об элементах сети, тре-бующиеся для проведения расчетов.

Основным путем решения поставленной задачи должен быть путь вычерчивания схем с одновременной простановкой на них данных, характеризующих элементы сети.

Необходимость использования ЭВМ для вычерчивания графической формы представле-ния данных о системе электроснабжения вызвана следующими обстоятельствами.

1. Облегчением процедуры вычерчивания схемы.(Схемы электроснабжения объектов, как правило, содержат достаточно много элементов, громоздки и их ручное вычерчивание трудоемко).

2. Унификацией элементов изображения, предоставляемой машинными технологиями выполнения схем.

3. Возможностями удобочитаемого нанесения текстовой информации любого объема на чертеж схемы, связанной с конкретным элементом системы электроснабжения.

Были изучены использующиеся в практике проектирования формы изображения внут-ренних и внешних схем электроснабжения объектов. На основе их анализа и анализа потреб-ностей расчетов была разработана форма представления, в наибольшей степени отвечающая поставленным задачам

При этом были сформированы различные способы изображения схем наружной и внут-ренней схем электроснабжения.

Были разработаны различные технологии реализации вычерчивания таких схем с ис-пользованием ЭВМ.

Особенностью выполнения наружных схем электроснабжения является использование графических примитивов. Особенностью изображения внутренней схемы электроснабжения является использование табличного формата с прорисовкой “проводниковых” элементов схе-мы электроснабжения.

Были проанализированы различные технологии получения графических изображений. Для создания приложения, вычерчивающего внешние схемы электроснабжения, выбран

язык VBA, встроенный в AutoCАD. Разрабатываются графические примитивы, которые вы-носятся в отдельное меню. Система AutoCAD запускается из основного окна разрабатывае-мого приложения, после чего пользователь будет работать с ней в обычном режиме.

Для создания приложения, для вычерчивания внутренних схем электроснабжения, вы-брана система Delphi 7.0 с использованием технологии COM сервера Word. В разрабатывае-мом приложении с помощью диалогового окна осуществляется автоматическое определение участков сети с вычерчиванием линий, обозначающих проводники. Далее в программе пре-дусмотрен ввод данных по каждому участку сети.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ РЕЖИМА РАБОТЫ КОКСОВЫТАЛКИВАТЕЛЯ

Попов В.В. – студент гр. САПР-02 Степанов А.В. – к.т.н., доцент

Постоянное повышение требований к качеству, надежности и безопасности систем мо-ниторинга и управления технологическими процессами коксования - характерная черта со-временного производства. Это обстоятельство приводит к необходимости постоянно модер-низировать соответствующие информационно-управляющие системы. Однако рассчитывать на существенное улучшение свойств модернизируемой системы можно при условии, если эксплуатационные особенности, точность работы и надежность узлов системы, являющихся

33

объектами контроля и управления, будут соответствовать функциональным и коммутацион-ным возможностям микропроцессорной техники.

Автоматизированная система контроля режима работы коксовыталкивателя позволяет повысить надежность и качество эксплуатации оборудования коксовых цехов, улучшить обеспечение обслуживающего персонала информацией о технологических параметрах, уско-рить оперативность в принятии решений в критических ситуациях.

Структура системы представлена на следующей схеме: Реализация подсистемы разбивается на два уровня: Верхний уровень подсистемы состоит из объединенных по сети Ethernet рабочей стан-

ции и сервера. Сервер служит для ведения базы данных показателей объекта контроля. Кроме того, он является мостом для выхода в общезаводскую сеть.

Нижний уровень реализован на базе специализированного микроконтроллера RTU188 фирмы Fastwel, расположенного непосредственно на коксовыталкивателе. Задача контролле-ра заключается в опросе датчиков состояния и положения технологического оборудования, контроля силы тока электродвигателя, передаче технологической информации на пульт кок-совой батареи, а также на выполнении команд, поступающих с пульта оператора, и формиро-вании соответствующих управляющих сигналов.

В качестве радиомодема можно использовать модуль SST-900 фирмы IPC DAS, который является радиомодемом с шумоподобным сигналом (ШПС), имеющим порты интерфейсов RS-232C и RS-485. SST-900 специально разработан для применения в территориально-распределенных системах сбора данных и управления и предназначен для организации взаи-модействия между удаленными датчиками и центральным компьютером.

Индуктивные бесконтактные датчики положения устанавливаются на исполнительные механизмы коксовыталкивателя и должны иметь степень защиты от окружающей среды не менее IP66 (пылевлагонепроницаемые). Возможно применение датчиков таких фирм, как OMRON, PEPPERL+FUCHS, а также отечественных.

FVD – панель небольшого формата предназначена для отображения текущей информа-ции для машиниста коксовыталкивателя: текущее время, номер выдаваемой печи, отклонение от графика, максимальное значение тока электродвигателя после выдачи печи. Возможно применение вакуумно-люминисцентных индикаторных панелей.

Программное обеспечение верхнего уровня реализовано на языке программирования С++Builder.

Система позволит решить следующие задачи: определение номеров обрабатываемых печей; фиксацию времени выдачи кокса и загрузки печей; контроль и фиксацию отклонений текущих параметров от нормы; фиксацию графика тока, потребляемого двигателем выталкивающей штанги при выдаче

кокса по каждой печи; составление графика выдачи печей на следующую смену; расчет коэффициентов выдачи кокса; представление текущей оперативной информации оператору батареи; ведение архивов; составление и распечатку итоговых документов о работе батареи по выдаче кокса; автоматический расчет следующих показателей в итоговых документах. Система позволит устранить следующие недостатки: низкие надежность и точность настройки аппаратуры; недостаточная помехозащищенность канала сбора и передачи данных с подвижного

объекта; неудовлетворительная работа устройств позиционирования; большие затраты на обслуживание. Автоматизированная система находится в процессе внедрения на производстве. По пред-

варительным тестам показала устойчивую работоспособность и необходимую точность из-мерений.

34

ПОДСЕКЦИЯ "ТЕХНОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ"

ИЗМЕНЕНИЕ ДЛИНЫ РАЗВЕРТКИ СВЕРТНОЙ ВТУЛКИ ПРИ ЗАПРЕССОВКЕ В НЕРАЗЪЕМНЫЙ КОРПУС ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ

Осипов Ю.К. – аспирант Роговой В.М. – к.т.н., доцент

Хоменко В.А. – д.т.н., профессор

Одним из факторов характеризующих прочность прессовых соединений, является уси-лие распрессовки Pр, которое зависит от площади контакта сопряженных поверхностей, а также от контактного давления Pк возникающего на них вследствие натяга запрессовки. Кон-тактное давление Pк будет тем больше, чем больше натяг в соединении.

Уменьшение натяга в прессовых соединениях типа “свертная втулка – корпус” происхо-дит не только из-за смятия микронеровности поверхностей сопрягаемых деталей при запрес-совке, но и вследствие пониженной жесткости свертной втулки.

Расчет длины развертки L свертной втулки производится нейтральному слою, положение которого принимается по средней линии толщины сворачиваемой ленты. Поэтому общая длина развертки втулки определяется по формуле [1]:

L = 2 π ρср мм, где ρср – радиус втулки по средней линии, который рекомендуется определять по формуле

ρср = R + 0,5 S мм, где R – внутренний радиус втулки, мм; S – толщина сворачиваемой ленты, мм. В процессе сворачивания втулки внутренние слои металла испытывают сжатие, и их

длина уменьшается, а наружные слои растягиваются. В связи с этим торцы сворачиваемой втулки стыкуются не всей площадью, а образуется V-образный стык с некоторым углом α.

После запрессовки в корпус торцы плотно смыкаются, микронеровности на них смина-ются, происходит наклеп и повышение твердости металла. На площади стыка торцов образу-ется давление Pcт и возникает упругопластическая деформация. Происходит уменьшение на-тяга запрессовки и уменьшение усилия распрессовки Pр прессового соединения в целом. Также это связано с жесткостью свертной втулки, которая зависит от ее геометрических па-раметров и свойств материала.

Как показали предварительные эксперименты, при запрессовке свертных втулок в корпус с одинаковым натягом, имеющих только разную высоту H, усилие распрессовки Pр изменяет-ся. С увеличением высоты H жесткость свертной втулки становится больше, при этом повы-шается усилие распрессовки Pр, следовательно, прессовое соединение будет прочным.

В ходе экспериментов была получена зависимость усилия распрессовки от длины раз-вертки свертной втулки. Для повышения жесткости втулки с меньшей высотой H необходимо увеличить длину развертки L на коэффициент соотношения k, при этом усилие распрессовки Pр станет больше.

L1 = k L2, где L1 – длина развертки свертной втулки с высотой H1; L2 – длина развертки свертной втулки с высотой H2, (H1 > H2); k - коэффициент соотношения. Для прессовых соединений с разными геометрическими параметрами и разными мате-

риалами коэффициент соотношения k будет разным. Для проведенных экспериментов k = 1,003.

ЛИТЕРАТУРА 1. Скворцов Г.Ф. Основы конструирования штампов для холодной листовой штамповки.

М.: “Машиностроение”, 1970.

35

РАСЧЕТ ПРОФИЛОГРАММЫ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ТОРЦЕВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ

Некрасов В.Н. – аспирант Хоменко В.А. – д.т.н., профессор Леонов С.Л. – к.т.н., профессор

Качество поверхности является одним из важнейших факторов, обеспечивающих высо-кие эксплуатационные свойства деталей машин и приборов. Наиболее существенным для практических целей является установление зависимости между параметрами конкретного технологического процесса обработки и показателями качества обработанной поверхно-сти[1]. Экспериментально установлено, что наименьший износ получается не при минималь-ной шероховатости трущихся поверхностей, а при шероховатости, имеющей оптимальное значение. Исследования и практические работы[2], проведенные проф. Ю. Г. Шнайдером , позволили выделить группу деталей машин имеющих особый микропрофиль обработанной поверхности ( высота неровностей, их направление, размер опорной площади и т. д.)обусловленный эксплуатационными свойствами деталей.

Для придания поверхностям деталей специальных свойств могут применяться различные технологические методы. Широкие возможности в данном направлении имеет процесс фре-зерования, отличающийся высокими производительностью, универсальностью и точностью.

Разработанный подход имитационного моделирования процесса фрезерования описыва-ет однопроходное торцевое фрезерование и позволяет определять съем металла и профило-грамму обработанной поверхности в любом направлении, а по профилограмме рассчитать любой параметр шероховатости, а также подобрать условия обработки (режимы резания, геометрия инструмента и т.п.) обеспечивающие заданный микрорельеф обработанной по-верхности. В предлагаемой модели есть возможность выполнить расчет в различных комби-нациях для фрез различного диаметра, количеством и профилем зубьев, с разными скоро-стью, подачей и глубиной резания.

Рисунок 1. Пересечение трассы профилографирования и рисок оставляемых фрезой при

резании на обработанной поверхности. Как видно из рисунка 1 при измерении профилограммы не вдоль оси подачи инструмен-

та а под некоторым углом α, точки встречи трассы профилографирования и рисок оставляе-мых на металле зубьями фрезы имеют неравномерное расположение вдоль трассы. Очевид-но, что микропрофиль обработанной поверхности полученный таким образом будет сущест-венно отличаться от профилограмм, полученных в традиционных математических моделях, измеряющих профиль только по оси движения подачи инструмента, имеющий всегда регу-лярный характер. Кроме того, трасса профилографирования в большинстве случаев пересе-

36

кает риски не под прямым углом, а это значит профиль риски будет искажен в соответствии с этом углом.

Алгоритм расчета профилограммы обработанной поверхности реализован в программе FOX PRO и состоит из следующих основных пунктов: 1. Ввод исходных данных (Рисунок 2);

Рисунок 2. Экранная форма ввода исходных данных. 2. Определение координат точек пересечения трассы профилографирования и траекто-

рии движения зубьев фрезы, вдоль трассы профилографирования; 3. Расчет углов между плоскостью зуба фрезы и трассой профилографирования в каждой из

точек пересечения; 4. Вычисление параметров определяющих профиль риски в каждой точке пресечения;

5. Построение профилограммы обработанной поверхности. Для ввода исходных данных используется экранная форма (Рисунок 2). После окончания

расчетов массив данных, описывающих профиль поверхности, импортируется в табличный процессор MS Excel, где строится профилограмма обработанной поверхности(Рисунок 3).

Рисунок 3. Профилограмма обработанной поверхности.

Профилограмма на рисунке 3 получена при следующих параметрах обработки: диаметр фрезы D=60 мм; углы в плане φ=75° и φ1=25°; минутная подача Sz=400 мм/мин; глубина ре-зания t=3мм; частота вращения фрезы n=1500 об/мин; угол между трассой профилографиро-вания и осью подачи инструмента α=20°.

Литература: 1. Гжиров Р. И. Краткий справочник конструктора: Справочник – Л: Машиностроение,

Ленингр. Отд-ние, 1983, - 464 с., ил. 2. Шнайдер Ю. Г. Образование регулярных микрорельефов на деталях и эксплуатацион-

ные свойства. Л.: Машиностроение, 1972. 240 с.

37

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ КОМПАС

Быканов К.С. - магистрант гр. МТАП-01 Щербаков Н.П. – к.т.н., профессор

Программные продукты КОМПАС – это КОМплекс Автоматизированных Систем. Они вобрали в себя почти 20-летний опыт работы в сфере высоких технологий. Внимательное от-ношение к постоянно растущим требованиям пользователей, изучение новых задач заказчи-ков, высокая квалификация специалистов, применение новейших методов разработки... Все это позволяет российской компании АСКОН – создателю КОМПАСА - уверенно сохранять ведущие позиции в области создания удобного, эффективного и мощного программного обеспечения для управления инженерными данными, автоматизированного проектирования и конструирования, подготовки производства.

Сегодня достаточно хорошо себя зарекомендовали такие программные продукты АС-КОН как PDM-системы КОМПАС-МЕНЕДЖЕР и PartY Plus, КОМПАС-АВТОПРОЕКТ, КОМПАС-ЗD и SolidWorks, КОМПАС-ГРАФИК, КОМПАС-SHAFT Plus, КОМПАС-SPRING, ГеММа, КОМПАС-ЧПУ, КОМПАС-ШТАМП, Интех - Раскрой, САПР Фрез и другие.

Достаточно эффективным инструментом технологической подготовки производства сле-дует считать САПР технологических процессов КОМПАС-АВТОПРОЕКТ. Эта система по-зволяет резко повысить производительность труда технолога, сократить сроки и трудоемкость технологической подготовки производства. В состав данного интегрированного программно-го комплекса входят подсистемы проектирования технологий: механообработки, штамповки, сборки, сварки, термообработки, покрытий, гальваники, литья, расчета норм расхода мате-риалов, режимов обработки, нормирования трудоемкости технологических операций, проце-дуры анализа технологических процессов, позволяющие рассчитывать суммарную трудоем-кость изготовления деталей и узлов, определять материалоемкость и себестоимость изделия. С 1989 года система КОМПАС-АВТОПРОЕКТ эксплуатируется в реальных производствен-ных условиях. Она внедрена на сотнях предприятий машиностроительного профиля в России и СНГ, крупнейшим из которых является ГУП ПО «Уралвагонзавод» (г. Нижний Тагил). В ос-нову работы КОМПАС-АВТОПРОЕКТ положен принцип заимствования ранее принятых тех-нологических решений. В процессе эксплуатации системы накапливаются типовые, группо-вые, единичные технологии, унифицированные операции, планы обработки конструктивных элементов и поверхностей. При формировании текущей технологии пользователю предостав-лен удобный доступ к архивам и библиотекам, хранящим накопленные решения.

Однако как показывают результаты анализа данной предметной области и предваритель-ные экспериментальные исследования, не смотря на колоссальные достижения в области разработки программ КОМПАС, в частности КОМПАС – АВТОПРОЕКТ, компьютер не мо-жет избавить человека от процесса проектирования полностью, так как в технологии часто приходится решать задачи, не поддающиеся полной формализации. Кроме того, принятие окончательного решения оставалось и пока остаётся за человеком - проектировщиком.

С целью повышения эффективности автоматизированного проектирования на кафедре «Технология автоматизированных производств» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова ведутся поисковые исследования по разработке отдельных модулей проектирования, содержащих элементы экспертных систем технологического назна-чения. Их включение в программные продукты КАМПАС в виде отдельных библиотек по-зволит повысить качество и эффективность подготовки машиностроительных производств.

38

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОНСТРУКТОРСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА

Захарова Ю. Д. - магистрант гр. МТАП-01 Щербаков Н.П. – к.т.н., профессор

Внедрение современных компьютерных технологий на российских промышленных предприятиях позволяет им выжить и преуспеть на рынке машиностроительной продукции в условиях жесткой конкуренции. Автоматизация конструкторской подготовки производства дает возможность предприятиям быстро реагировать на изменение спроса, в короткие сроки выпускать новые виды продукции, быстро модернизировать выпускаемую продукцию, от-слеживать жизненный цикл изделий, эффективно повышать качество изделий. Современные мировые тенденции развития диктуют свои условия. Сегодня практически невозможно при-вести предприятие в соответствие с требованиями международной системы качества по ISO 9000 без внедрения компьютерных технологий в конструкторско-технологическую подго-товку производства. Такое положение часто препятствует российским предприятиям осваи-вать наиболее выгодные рынки развитых стран.

Уже закончилось то время, когда потребности конструкторско-технологических отделов ограничивались CAD-системами, действующими по образу и подобию кульмана. Современ-ный подход к конструкторско-технологической подготовке характерен комплексностью ре-шений. Поэтому все чаще предпочтение отдается продуктам, интегрированным между собой. Это позволяет сохранять ассоциативные связи между документами по всей цепочке подго-товки производства и исключить таким образом "случайное" несоответствие в документации.

Эффективность организации рабочего места инженера напрямую зависит от того, на-сколько возможности используемой системы автоматизированного проектирования (САПР) отвечают задачам проектирования.

Анализ конструкторской подготовки производства и ряд проведенных исследований по-казывают, что в настоящее время наиболее эффективны пять систем автоматизации всего цикла конструкторских работ: T-FLEX CAD LT (автоматизация черчения), T-FLEX CAD 2D (автоматизация проектирования), T-FLEX CAD 3D (трехмерное моделирование), T-FLEX CAD 3D SE (подготовка чертежей по 3D моделям), T-FLEX CAD Viewer (просмотр и печать 2D чертежей T-FLEX).

Предлагаемые системы обеспечивают гибкий подход к решению производственных задач, учитывают специфику работ на каждом рабочем месте и финансовые возможности предпри-ятия. При этом T-FLEX поддерживает возможность поэтапного программного и аппаратного оснащения с сохранением эффективности уже работающих программ, а комплексное оснаще-ние предлагаемыми системами имеет наилучший показатель «функциональность-цена».

Следует отметить, что в отличие от аналогичных систем для создания параметрических моделей T-FLEX CAD не требует навыков программиста. Достаточно просто изменять задан-ные параметры. Все продукты T-FLEX интегрированы между собой, и в комплексе образуют единое информационное пространство, использующее общую систему данных и ассоциатив-ных связей.

Отличительной особенностью T-FLEX CAD является создание параметрических сбороч-ных чертежей, которые можно создавать как от отдельной детали к сборке, так и от сборки к каждой детали или комбинированно.

Таким образом, современное развитие CAD-систем идет по пути внедрения технологий ассоциативности параметров и данных проекта, что позволяет при изменении какого-либо параметра в любом документе произвести сквозное модифицирование проекта и документа-ции изделия. Это позволяет в целом значительно повысить эффективность конструкторской подготовки производства.

39

МЕНЕДЖМЕНТ КАЧЕСТВА ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСЛУГ И CALS-ТЕХНОЛОГИИ

Максимова Е.М. - магистрант гр. МТАП-01 Щербаков Н.П. – к.т.н. профессор

Главной задачей российской образовательной политики является обеспечение современ-ного качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия ак-туальным и перспективным потребностям личности, общества и государства («концепция модернизации российского образования на период до 2010 года»).

Все более жесткая конкуренция на внутреннем и внешнем образовательных рынках ста-вила и ставит перед работниками высшей школы новые проблемы. К их числу относятся: проблема критичности времени, требующегося для создания образовательной услуги и орга-низации ее предоставления потребителям; проблема повышения качества процессов проекти-рования, реализации и обеспечения образовательной услуги; проблемы, связанные с конку-ренцией на рынке дополнительного, параллельного и непрерывного профессионального обра-зования; проблемы, связанные с непосредственным снижением затрат на качество и другие.

Одним из направлений решения этих проблем представляется путь, основанный на идеи организационной и информационной интеграции этапов жизненного цикла продукции. В США это направление получило название CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support – непрерывное приобретение информации и поддержка жизненного цикла). В отече-ственной терминологии аналогом этого понятия является аббревиатура ИПИ – Информаци-онная Поддержка жизненного цикла наукоемких промышленных Изделий или можно встре-тить аббревиатуру КМП – Компьютерный Менеджмент Продукции. Основной смысл этой технологии заключается в повышении конкурентоспособности продукции за счет эффектив-ного управления информационными ресурсами. Это достигается благодаря преобразованию жизненного цикла изделия в высокоавтоматизированный процесс, интегрированный с точки зрения информационного взаимодействия всех его участников.

Повышение качества профессионального образования и построение систем менеджмен-та качества образовательного учреждения на основе CALS-технологий пока что широкого распространения не получило.

Между тем важной методологической основой построения подобного рода систем явля-ются принципы и идеи менеджмента качества, заложенные в блоке международных стандар-тов ISO 9000:2000 и их отечественных аналогах, а также информационных CALS-стандартах: ISO 10303 STEP, ISO 13584 P_LIB и других.

К ключевым областям менеджмента качества и CALS-технологий можно отнести: орга-низацию и реализацию образовательной деятельности; построение систем менеджмента ка-чества; электронный документооборот и обмен данными.

Объектом применения технологий менеджмента качества и CALS-технологий являются не только начальные фазы жизненного цикла образовательной услуги (маркетинг, проектиро-вание, реализация), но и такие как послевузовское образование и сопровождение.

Главной целью развития и внедрения менеджмента качества и CALS-технологий являет-ся повышение конкурентоспособности образовательной услуги благодаря оптимальной орга-низации и сокращению затрат и сроков на освоение и вывод образовательной услуги на ры-нок на базе системной интеграции. Внедрение и использование этих технологий приводит к ряду существенных изменений в образовательном процессе высшего учебного заведения.

Применение таких технологий позволит значительно снизить затраты на создание, про-изводство и эксплуатацию образовательной услуги при одновременном обеспечении ее высо-кого уровня качества.

40

ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ РЕЗЦОВ ДЛЯ СИЛОВОГО РЕЗАНИЯ

Полудённый А.В. – магистрант Хоменко В.А. – д.т.н., профессор

В настоящее время в машиностроении для обеспечения условий обработки материалов резанием, разработаны, созданы и эффективно используются различные конструкции и тех-нологии изготовления режущих инструментов. Однако для таких отраслей машиностроения как тяжёлое, энергетическое, транспортное и другие, характеризующихся тяжёлыми усло-виями механической обработки, проблема создания и разработки конструкций и технологии изготовления режущих инструментов стоит остро.

Из-за чего возникает потребность в повышении прочности инструмента для силового ре-зания, где ресурсы его используются лишь на 10-20% из-за поломок твёрдосплавной пласти-ны. Происходит это в основном из-за образования трещин в твёрдом сплаве, возникающих в следствии возникновения напряжений в металле, что приводит к разрушению твёрдого сплава.

Чаще из существующих способов закрепления пластины из твёрдого сплава к державки режущего инструмента применяют несколько способов закрепления пластины твёрдого сплава.

Пайка твёрдосплавной пластины широко используется в машиностроении. Основной причиной возникновения паяльных напряжений является объемное различное изменение ма-териалов пластинки и корпуса в процессе нагрева и охлаждения. Объёмные изменения про-исходят как в следствии различия коэффициентов температурного расширения, так и в след-ствии структурных превращений происходящих в стали при охлаждении.

Инструменты оснащённые сменными многогранными пластинами (СМП) с механиче-ским креплением к державке, широко распространены в следствии их преимуществ по срав-нению с твёрдо сплавными инструментами составной конструкции, у которых пластины с державкой соединены пайкой. К преимуществам инструментов, оснащённых многогранными пластинами, следует отнести следующие:

- повышение прочности лезвия из-за отсутствия внутренних напряжений, возникающих при пайке;

- повышение надёжности и долговечности, так как опорная поверхность под пластиной в корпусе инструмента может иметь высокую твёрдость. В этом случае корпус инструмента может быть использован для крепления в нём до 100 пластин;

- экономия стали в следствии многократного использования корпуса инструмента. Основные недостатки с СМП следующие:

- недостаточная жёсткость соединения твёрдосплавной пластины с корпусом; - высокая стоимость твёрдосплавного режущего инструмента. Одним из перспективных направлений создания и разработки твёрдосплавных токарных

резцов для силового резания основанный на диффузионном процессе, протекающем на гра-нице раздела «твёрдое тело - жидкий металл» Способ исключает сложную предварительную механическую обработку. Диффузионный процесс позволяет увеличить температурную стой-кость резца, что, в свою очередь, способствует увеличению срока службы инструмента. Со-четание диффузии и литья под давлением позволяет получить резцы всевозможных форм и типоразмеров.

Таким образом, проблема создания и разработки конструкций и технологии изготовления твёрдосплавных токарных резцов для силового резания является актуальной. Её актуаль-ность особенно возрастает в связи с расширяющимся использованием в современном произ-водстве станков с ЧПУ, для которого стабильность и надёжность функционирования режуще-го инструмента является одним из главных показателей.

41

ПЕРСПЕКТИВЫ РАСЧЕТОВ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФРЕЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ САПР

Столбов В.А. - магистрант гр. МТАП – 01 Щербаков Н.П. – к.т.н., профессор

В настоящее время во всех отраслях промышленности широкое распространение полу-чили различные виды зубчатых передач. Их распространенность объясняется высоким коэф-фициентом полезного действия и возможностью передачи больших мощностей и скоростей. Зубчатые колеса используют в силовых, скоростных и отсчетных передачах. От точности из-готовления зубчатых колес зависит кинематическая точность, плавность работы, условия контактных нагрузок. От этих параметров зависит долговечность передачи и её способность выполнять служебное назначение.

Для получения зубчатых колес используют два основных метода, это метод обкатки и метод копирования. Наибольшее распространение получил метод обкатки, в связи с более высокой производительностью. Инструмент, используемый при изготовлении зубчатых колес этим методом относительно прост в изготовлении. Широкое распространение в связи с уни-версальностью и высокой производительностью получили червячные фрезы, использование которых оправдывается в условиях серийного производства.

Методика расчета червячных фрез известна давно, однако сам расчет сложен и занимает много времени. Кроме получаемых расчетным путем точек профиля фрезы, её геометрии вы-бранного инструментального материала качество инструмента будет зависеть и от техноло-гии его изготовления.

Сложность и трудоемкость при расчете фрезы, а так же при проектировании технологии изготовления инструмента можно снизить путем автоматизации. Расчет фрезы – задача легко формализуемая, но такие задачи, как выбор материала, оборудования и оснастки являются творческими т.е. слабоструктурированными – логическими. Решение такого типа задач воз-можно путем использования соответствующих экспертных систем технологического назна-чения.

В настоящее время преобладает серийное производство, следовательно, использование червячных фрез будет востребовано. Результаты предварительных исследований показали, что разработка и создание систем автоматизированного проектирования (САПР) с элемента-ми экспертных систем и компьютерных технологий для проектирования червячных фрез оп-равдывает себя. Для комплексного проектирования фрез от расчета профиля до получения технологической документации необходимо использование экспертных систем технологиче-ского назначения с базой знаний построенной на правилах продукции типа «если – то».

В результате исследований было выявлено, что к основным чертам, которыми должна обладать современная САПР, относятся: относительная простота обращения с системой; диа-логовый режим процесса проектирования; возможность считывания информации о конст-рукциях из различных CAD-систем; возможность автоматических расчётов; возможность автоматического формирования проектных документов; возможность автоматической разра-ботки объектов; проработка нескольких проектных вариантов, удовлетворяющих какому-либо критерию; возможность накопления знаний, то есть наличие элементов экспертных сис-тем; возможность пополнения базы данных и базы знаний; достаточное быстродействие сис-темы.

Реализация в САПР вышеуказанных возможностей позволит значительно повысить ка-чество проектных решений и снизить трудоёмкость проектирования червячных фрез, что по-ложительным образом скажется на изготавливаемых ими зубчатых колесах.

42

ПРОИЗВОДСТВО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Яковлев С.В. – магистрант гр. МТАП-01 Щербаков Н.П. – к.т.н., профессор

Проблема инструментального производства всегда особо остро стояла в ряду других во-просов технологии машиностроения. Особую роль в этом играют и отличия самих инстру-ментов от изделий общемашиностроительного назначения: высокая цена инструментальных материалов (стоимость синтетических сверхтвердых материалов на три порядка выше стои-мости конструкционной стали), повышенная твердость, налагающая ограничения на исполь-зования возможностей оборудования и оснастки, требования к точности (точность инстру-мента должна на 1-2 квалитета превышать точность обрабатываемой им детали) и др.

В связи с этим в проектировании технологии изготовления режущих инструментов и в самом их производстве существует ряд особенностей. Касаясь конкретно технологии инст-рументального производства следует отметить, что огромное влияние на качество конечного продукта оказывает контроль параметров. Причем он должен вестись непосредственно на всех этапах механической обработки, начиная с контроля поступающих заготовок. Важно за-ранее узнать, что заготовка подходит по всем предъявляемым требованиям и не допустить обработки бракованной заготовки, что приведет к пустой трате времени и средств.

Важной особенностью в процессе изготовления является наличие большого количества заточных операций. В самом деле, качество инструмента определяется характеристиками его режущей части, свойства которой формируются именно на этих операциях. В этом случае следует применять точное оборудование, ведь погрешность в изготовлении инструмента, размеры которого влияют на размеры детали (сверла, зенкеры, зуборезный инструмент) при-ведет к погрешностям в самой детали.

Также огромное значение следует придавать термической и химико-термической обра-ботке. Необходимо строго выдерживать температурный режим во время закалки, отжига, от-пуска. Лучшие результаты достигаются при закалке (отпуске) одних и тех же инструментов или инструментов одной и той же марки стали при автоматическом контроле режимов термо-обработки.

Анализ процессов проектирования режущих инструментов и технологии их изготовле-ния позволяет сделать вывод о том, что эти процессы следует рассматривать в рамках всего жизненного цикла, широко используя CALS – технологии (Continuous Acquisition and Life cycle Support – непрерывное приобретение информации и поддержка жизненного цикла).

В настоящее время на кафедре «Технология автоматизированных производств» Алтай-ского государственного технического университета им. И.И. Ползунова выполняются работы по созданию специальных автоматизированные системы контроля жизненного цикла инст-румента. Предлагается система, которая позволит прослеживать весь жизненный цикл инст-румента с момента его проектирования и производства до момента утилизации. Вследствие такого контроля выявляют сильные и слабые стороны режущего инструмента и намечаются пути совершенствования конструкции, технологии изготовления, способов использования.

Подобные системы не только повышают эффективность использования режущего инст-румента, но и способствуют повышению его качества и снижению затрат на изготовление и эксплуатации. Применение инструмента достаточной точности и высокой стойкости позволя-ет увеличить производительность и качество производства деталей общемашиностроитель-ного назначения.

43

НОВЫЕ ПОДХОДЫ В ОБРАБОТКЕ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ (ШТАМПОВ)

Яковлев С.В. - магистрант Аскалонова Т.А. - к.т.н., доцент

Детали, имеющие сложную форму, весьма распространены среди продукции машино-строительных производств. К ним можно отнести модели, штампы – пуансоны и матрицы, пресс-формы, гребные винты, лопатки турбин, винтовые колеса. К изготовлению таких дета-лей предъявляются жесткие требования по точности взаимного расположения поверхностей, шероховатости, физико-механическим свойствам. Технические требования обеспечивают об-работкой сложных поверхностей фрезерованием на 3-координатных и 5-координатных стан-ках с ЧПУ. В этом случае фрезерование ведется по различным схемам: зигзагообразная дву-строчечная с проходом вдоль границ в конце обработки области, зигзагообразная двустрочеч-ная без прохода вдоль границ, зигзагообразная однострочечная с проходом вдоль границ, спиралевидная контурная обработка от центра к периферии. Такая обработка сопряжена с рядом возникающих сложностей: низкие скорости фрезерования и проблема удаления струж-ки, что снижает производительность, вызывает повышенный износ режущего инструмента и оставляет большой объем неудаленного материала, а также большая трудоемкость разработ-ки управляющей программы.

Решением сложившихся проблем должны стать оптимизация выбора схемы обработки (траектории движения инструмента), оптимизация конструкции режущего инструмента и режимов резания, применение высокоскоростного фрезерования со скоростью резания для черновой обработки стали до 400 м/мин. Однако выбор схемы фрезерных переходов, выбор типа и конструктивно-геометрических параметров инструмента до сих пор неформализованы и назначаются «вручную». Режимы резания, рассчитанные на основе разных критериев (про-изводительность, трудоемкость, точность фрезерования, стойкость инструмента и др.) зани-жены и существенно отличаются друг от друга.

Разработанный в предлагаемой статье алгоритм позволяет автоматизировать выбор оп-тимальной траектории для различных видов пространственно-сложных поверхностей, назна-чение конструктивно-геометрических параметров режущего инструмента, расчет режимов резания (подачи, скорости резания, мощности резания), а также обосновать возможность ис-пользования высокоскоростного фрезерования. Предлагаемые рекомендации обеспечивают повышение производительности обработки сложнопрофильных поверхностей в 1,5 раза.

СТОХАСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ БЕСЦЕНТРОВОМ ШЛИФОВАНИИ

Мостовая Я.Г. – магистрант гр. МТАП-91 Леонов С.Л – к.т.н., профессор

Благодаря высокой производительности, достижению необходимого качества изделий бесцентровое шлифование является основным финишным процессом обработки деталей ти-па тел вращения в массовом и крупносерийном производстве.

Любой станок для бесцентрового шлифования состоит из трех основных рабочих эле-ментов: шлифовального круга, ведущего круга, направляющего элемента (ножа). Заготовка получает вращение от ведущего круга, окружная скорость которого в 60-100 раз меньше, чем скорость шлифовального круга. Скольжение режущей поверхности шлифовального круга от-носительно детали, возникающее в результате разности их скоростей, обуславливает процесс резания. Для обеспечения продольной подачи, то есть для перемещения детали вдоль оси, ведущий круг устанавливают под углом равным 1-6 градусов по отношению к шлифовально-му кругу.

Скорость вращения детали определяется по формуле (1):

44

Vд = Vв Cosαs, (1) где Vв – окружная скорость вращения ведущего круга, м/мин; αs – угол поворота ведущего круга. Скорость продольной подачи определяется по формуле, мм/мин (2):

Sо = Vв Sin αs, (2) В процессе обработки деталь увлекается шлифовальным кругом во вращение. Ведущий

круг вместе с опорным ножом тормозит ее. При тормозном режиме работы происходит неко-торое проскальзывание поверхности детали относительно поверхности ведущего круга. Ок-ружное и осевое скольжение приводят к тому, что скорости детали могут отличаться от их расчетных значений, определяемых по формулам (1, 2), поэтому в модели бесцентрового шлифования вводится поправочный коэффициент k. Таким образом, фактические скорости вращения детали и ее продольного перемещения определяются по формулам (3, 4):

Vд = k Vв Cos αs; (3) Sо = k Vв Sin αs. (4)

Процесс формирования риски от абразивного зерна является центральным при имитаци-онном моделировании. Для его визуализации используются графические возможности ком-пьютера. На исходную поверхность заготовки накладываются профили абразивных зерен, с учетом их случайных параметров, положения по поверхности инструмента и случайной глу-бины резания. В процессе обработки заготовка многократно совершает оборот вокруг своей оси. При моделировании процесса формирования шероховатости необходимо знать фактиче-скую глубину резания на каждом обороте заготовки. Фактическая глубина резания на каждом обороте зависит от продольной подачи Sпрод, геометрии шлифовального круга и величины съема металла ∆r.

Фактическая глубина резания на i - ом обороте заготовки:

;rRit1i

1jjкрфi ∑

−

−

∆−∆= (5)

Величина съема металла определяется графическим способом на каждом обороте заго-товки, геометрия шлифовального круга задается исходными данными, продольная подача влияет на величину изменения радиуса шлифовального круга за один оборот детали ∆Rкр:

∆Rкр = tgγ Sпрод, мм/об; (6) При моделировании процесса бесцентрового шлифования на формирование шероховато-

сти оказывают влияние пластические деформации. В данной модели они учитываются с по-мощью сглаживания. Коэффициент сглаживания определяется маркой обрабатываемого ма-териала.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ

Столбов В.А. – магистрант гр. МТАП-01 Хоменко В.А. – д.т.н., профессор

Иконников А.М. – к.т.н., ст. преподаватель

Одной из операций, часто применяемых на заключительных стадиях технологических процессов изготовления деталей, является абразивная обработка, широко применяемая во всех отраслях производства. Доля абразивной обработки по сравнению с другими видами ме-таллообработки неуклонно возрастает. Объясняется это тем, что одним из главных направле-ний развития машиностроения и металлообработки на современном этапе является ускорен-ное внедрение высокопроизводительных, энерго- и материалосберегающих технологий, что приводит к приводит к возрастанию в структуре технологических процессов доли чистовых отделочных операций, осуществляемых в большинстве случаев с помощью абразивного ин-струмента.

Все традиционные методы финишной абразивной обработки можно разделить на методы обработки свободным и закрепленным абразивом. Использование жесткого абразивного ин-

45

струмента не приемлемо в многономенклатурном мелкосерийном производстве изделий со сложным профилем, так как требуют применения профильных шлифовальных кругов, про-цесс восстановления профиля которых после износа очень трудоемок. Методы, основанные на использовании эластичной связки или свободного абразива, не всегда можно применить для равномерного удаления строго контролируемого слоя металла со всей обрабатываемой поверхности. Используемый в качестве финишной обработки способ ручного полирования не отвечает требованиям современного производства из-за малой производительности, большой трудоемкости, зависимости производительности качества обработки от субъективных данных исполнителя, невозможности использования стабильных режимов.

В методе магнитно-абразивной обработки сочетаются достоинства обработки закреп-ленным и свободным абразивом. Сущность метода заключается в том, что силовое нагруже-ние абразивного элемента осуществляется магнитным полем. Особенностью абразивных частиц, осуществляющих силовое воздействие на обрабатываемую поверхность с помощью магнитного поля, является то, что помимо свойств, присущих обычным абразивам, они обла-дают определенным комплексом магнитных свойств. Этот способ обработки является легко механизируемым и высоко производительным, он легко реализуется на основе универсаль-ных станков. Метод обеспечивает снятие припуска от 0,005 до 0,03 мм. После обработки шероховатость снижается с 0,5-1,2 до 0,02-0,08 за 30-60 с, профиль шероховатости приобре-тает форму, которая может повысить контактную прочность, в 8-10 раз уменьшается волни-стость, в 1,5-4 раза – гранность, снижается величина остаточных растягивающих напряже-ний.

На сегодняшний день благодаря высокой производительности, качеству получаемой по-верхности магнитно-абразивная обработка является одним из наиболее перспективных видов окончательной обработки реализация которого не требует значительных материальных за-трат.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ СМЕЩЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ ЭНЕРГИИ В УСЛОВНО НЕПОДВИЖНОМ КЛИНОВОМ СОЕДИНЕНИИ ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ

ДИНАМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Злобин А.В., Химчинский С.Ю. - аспиранты Максименко А. А.- д.т.н., профессор

Стык, имеющий форму клина, получил широкое распространение в сопряжениях дета-лей машин (V-образные направляющие металлорежущих станков, зубчатые соединения, шпоночные соединения, «ёлочные» соединения лопаток ротора). Механизмы и конструкции, в основе которых лежит клин, часто подвергаются различным динамическим нагрузкам. По этой причине параметры, обеспечивающие самоторможение, могут измениться и привести к аварии.

При любом угле скоса α зажатого клина для его расклинивания необходимо приложить силу выталкивания ВQ . По наклонной и прямой поверхностям соединения будут наблюдать-ся смещения в тангенциальном направлении. Для того чтобы оценить влияние контактного взаимодействия поверхностей клинового соединения на процесс расклинивания, пользуются зависимостями для определения тангенциальных (касательных) упругих контактных смеще-ний, как в статических условиях, так и при вынужденном динамическом возбуждении.

При анализе процессов, происходящих на поверхностях клинового соединения, прини-мается схема нагружения, при которой tP ωsin - вынуждающее динамическое усилие, изме-няющееся по гармоническому закону, совпало с силой выталкивания ВQ . Динамическая со-ставляющая уменьшает общую силу саморасклинивания стыка.

Дифференциальное уравнение движения тела контактной пары в условиях тангенциаль-ных вынужденных колебаний будет иметь вид:

46

tPxKxKxKxm ωsin3

3

2

21 ⋅=⋅+⋅+⋅+⋅ && , (1) где m - масса нагруженного тела, 321 ,, KKK - коэффициенты, характеризующие силы вос-становления и диссипации, xx,&& - текущее значение ускорения и перемещение контактирую-щего условно неподвижного тела. Данная механическая система является нелинейной и об-ладает значительной диссипацией энергии, поэтому уравнение движения интегрируется при помощи степенных рядов:

n

n tatataax ++++= ...210 , (2) где x - относительное смещение поверхностей, naaaa ,...,,, 210 - коэффициенты ряда Фурье, t - время движения.

Динамическое нагружение клинового соединения практически нигде не регламентирует-ся, в то время как большинство усилий прилагаемых к системе являются динамическими. До настоящего времени явление предварительного смещения при контактировании шероховатых поверхностей при постоянной сжимающей силе и циклическом изменении тангенциальной нагрузки получили недостаточное исследование прежде всего в области промышленных час-тот (0 ÷200 Гц). Между тем именно такие частоты представляют наибольший практический интерес.

Решение уравнения (1) без правой части позволяет найти частоту собственных колеба-ний нагруженного тела. Данная частота будет наиболее неблагоприятной для работы соеди-нения (резонанс), то есть даже малое усилие с частотой близкой к частоте собственных коле-баний системы может нарушить неподвижность соединения, в то время как большее усилие с отличной от резонансной частотой не уменьшит жёсткость соединения.

В качестве модели рассматривается зажатый односкосый клин с трением по двум по-верхностям. Для теоретического исследования принимается модель шероховатой поверхно-сти в виде набора одинаковых эллипсоидных сегментов. Эта модель позволяет учесть влия-ние направленности следов обработки, которая очень влияет на диссипацию энергии в кон-такте.

При знакопеременном нагружении сдвигаемого контакта величина рассеиваемой за один цикл энергии определяется площадью, заключённой между кривыми смещения (рисунок 1).

Рисунок 1. Петля гистерезиса

Площадь образованной при этом петли, или потеря энергии на единицу площади контак-

та за цикл, определится интегралом [1]:

( ) ( )( ) ( )

( ) ( ) ( )( )

( )

,11122

3211

321128

12/212/32

2

max

′−+

++′

−

′−−×

×+−+

=∆ ′′−∆′=

+++

′+

′−∫

ννν

δ

τ

τ

τννττ

νµνεχ

τω

fqfqfq

nnqfh

da

(3)

( )( ) ( ) fqnnqfh a =′+−−= τνµνχεω δ ,321124 2

max ; (4)

( ) ( )( ) fqfqnnh а <<′+−−= τνµτνχεω δ ,121/1235,1 23

max . (5)

47

Поглощение контактом энергии зависит от тех же параметров, что и предварительное смещение. Изменение величины сдвигающей силы существенно влияет на величину рассея-ния энергии. С увеличением сдвигающих усилий, как предельных ( )fNP = , так и непредель-ных ( )fNP << , рассеяние энергии увеличивается. При одинаковых силах сдвига большему коэффициенту трения, наоборот, соответствует меньшая величина рассеиваемой энергии. Однако для предельных сил сдвига эта величина возрастает с увеличением коэффициента трения. С увеличением шероховатости поверхности при одинаковых сдвигающих силах и ко-эффициенте трения рассеяние энергии возрастает. Анализ экспериментальных данных пока-зал, что все отмеченные выше теоретические закономерности качественно сохраняются. Для материала с большим модулем сдвига при прочих равных условиях величина рассеиваемой в контакте энергии меньше. Так же, как и на предварительное смещение, направленность сле-дов обработки контактирующих поверхностей влияет на поглощение энергии. При направ-ленности следов обработки вдоль линии действия сдвигающих сил, затухание колебаний происходит быстрее. Это свойство контакта может быть широко использовано на практике в качестве резерва повышения демпфирующих свойств. В случае пропорционального нагру-жения величина рассеяния энергии оказывается пропорциональной сдвигающей силе в третьей степени.

Экспериментальные данные в условиях сложного нагружения показывает, что дополни-тельная сдвигающая сила уменьшает коэффициент трения и тем самым увеличивает рассеи-ваемую в контакте энергию. Таким образом, приложение в плоскостях контакта дополни-тельной статической сдвигающей силы является способом повышения рассеивания энергии, т.е. его демпфирующих свойств.

Различие рассеяния энергии при смещении вдоль и поперёк следов обработки определя-ется величинами f и χ по соответствующим направлениям. Вдоль следов обработки коэф-фициент трения покоя обычно бывает меньше, а значение χ всегда больше, поэтому и рас-сеяние энергии при одинаковых силах сдвига fq<<′τ вдоль следов обработки больше, чем поперёк (рисунок 2).

Рисунок 2. Нонограмма для определения коэффициента влияния направленности следов обработки

Таким образом учёт параметров шероховатости контактируемых поверхностей позволяет

прогнозировать уменьшение тангенциальной жёсткости клинового соединения в зависимо-сти от режима его нагружения. При этом возможна не только оценка работоспособности го-тового соединения, но и проектирование соединений с заданными характеристиками.

ЛИТЕРАТУРА 1. Максак В.И. Предварительное смещение и жёсткость механического контакта. – М.:

Наука, 1975. – 61 с. 2. Ансеров М.А. Приспособление для металлорежущих станков. – М.: Машиностроение,

1964. – 652 с. 3. Дёмкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. – М., 1981.

48

КОНТАКТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В УСЛОВНО-НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Вольных Д.П., Дубровин А.Ю.- аспиранты Максименко А.А.- д.т.н., профессор

Одним из основных факторов развития машиностроения, особенно, в условиях рыноч-ной экономики является конкурентоспособность выпускаемых механизмов и машин. Важ-ным при этом становится вопрос о надежности уже имеющихся конструкций, поиск опти-мальных сочетаний характеристик соединений. А все это напрямую зависит от контактной жесткости и прочности сочленений машин, что особенно актуально при их работе в условиях различного сочетания динамических нагрузок.

В соединениях с натягом относительная неподвижность деталей при работе механизма обеспечивается только за счет сил трения, возникающих на контактных поверхностях под действием упругих деформаций, создаваемых натягом. величина натяга при сборке должна обеспечивать плотность стыка, при этом она зависит не только от внешней нагрузки, но и от внутренних параметров соединения.

для обеспечения отсутствия пластических деформаций необходимо, чтобы не только но-минальные, но и контурные давления не превышали предела текучести материала:

][ CC

ДC A

N σσ ≤=∗

,

где ДCσ - контурное давление при динамическом нагружении, ∗N - динамическая на-

грузка, CA - контурная площадь, ][ Cσ - допустимое контурное давление.

Динамическая нагрузка ∗N является суммой нормальной статической составляющей N = const и динамической силы N(x), изменяющейся во времени,

))t(x(NNN const +=∗ . Для обеспечения неподвижности соединения номинальные контактные давления

0q должны быть такими, чтобы силы трения превышали внешние сдвигающие нагрузки:

dlfkPq z

0 π≥ ,

где k - коэффициент запаса сцепления; f – коэффициент трения (для соединений, рабо-тающих с частотой больше 10 Гц, значения коэффициентов трения следует понижать на 30-40 %, в случае приближенного инженерного расчета), d и l - геометрические размеры со-пряжения, zP - внешняя осевая нагрузка.

Контактное давление приводит к возникновению в сопряженных деталях нормальных радиальных Rσ и окружных tσ напряжений. Наибольшие напряжения возникают с внут-ренней поверхности охватывающей детали. При этом условие отсутствия пластических де-формаций следующее:

Т2

2

0Rtэкв

dd1

q2 σσσσ ≤

−

=−= .

В случае, когда соединение кроме радиальных давлений воспринимает еще и осевую на-грузку, в его поперечных сечениях возникают напряжения:

)RR(P

22

21

ZZ

−=π

σ .

49

Кроме того, при передаче крутящей нагрузки прессовыми соединениями на поверхно-стях контакта возникают касательные напряжения τ .

Наибольшие значения их определяются: T0 fq ττ ≤=max ,

Tτ - предел текучести менее твердого материала соединения. Итак, податливость за счет микронеровностей в контакте соединения с натягом в нор-

мальном направлении будет определяться общим выражением:

∗=N

tXK N)(

,

где )t(X - нормальное контактное смещение, изменяющееся во времени в случае дейст-

вия динамической нагрузки, определяемое из [1], ∗N - нормальное усилие, в случае дина-мического нагружения соединения, являющееся в каждый момент времени суммой нормаль-ной статической составляющей и динамической силы )t,x(N , изменяющейся во времени. При статических условиях в знаменателе будет стоять величина номинального давления в соединении 0q .

Тогда с учетом нормальной контактной податливости шероховатого слоя в соединении величина номинального давления будет определяться:

)(2 210

N

Н

Kq

++=

λλδ

.

Отсюда видно что величина удельного давления будет уменьшатся при приложении ди-намической нагрузки

Если прессовое соединение нагружено динамической или статической силой тангенци-ального направления, то необходимо в общем инженерном расчете на прочность учесть каса-тельную контактную податливость шероховатого слоя:

fNttxK ∗=)));((∆

τ .

Для общего случая одновременного динамического нагружения соединения как в нор-мальном, так и в тангенциальном направлениях: )));(( ttx∆ - касательные контактные коле-бания, являющиеся функцией от x(t) – нормальных контактных колебаний в каждый момент времени.

Оценочные расчеты показали, что податливость соединений с натягом как в нормальном направлении, так и в касательном направлениях увеличивается с учетом контактной податли-вости соединения. В частности, номинальное давление в соединении, а, следовательно, и ве-личина самого минимального натяга уменьшается при различных параметрах контактирова-ния от 10 % до 15%.

Данный учет необходимо производить при проектировании ответственных соединений прецизионных конструкций.

50

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ПЛУНЖЕРА ТОПЛИВНОГО НАСОСА

Филиппов А.Н. – магистрант гр. МТАП-91 Асколонова Т.А. – к.т.н., доцент

В настоящее время на операциях окончательной обработки торцев плунжеров топливных насосов (ШХ15) применяется стандартный шлифовальный инструмент со следующими ха-рактеристиками: форма кругов – ПП, марка абразивного материала – 23А, 24А, 91А, зерни-стость – 25 – 16, твердость – С1 – С2, тип связки – К. заданные показатели качества обрабо-танных поверхностей (отсутствие прижогов, твердость HRC 62 – 64, шероховатость поверх-ности Ra=1.6 – 3.2 ) обеспечиваются за счет подбора режимов работы инструмента, а также состава и способа подачи смазочно-охлаждающей жидкости. При этом наблюдается частая нестабильность требуемого качества поверхностей: появление прижогов, снижение твердо-сти до HRC 52 – 54, что приводит к большому количеству брака (до 50%). Вследствие этого существует большая необходимость в изучении причин такой низкой надежности отделочной обработки торцев плунжера ТНВД и поиске путей ее повышения.

На основе анализа литературных источников выявлено несколько направлений решения проблемы повышения надежности и эффективности отделочной обработки плунжеров топ-ливных насосов. Основными из них являются следующие: совершенствование конструкции шлифовального инструмента и использование абразивного материала с новыми характери-стиками.

В настоящей работе для повышения надежности обеспечение требуемого качества изде-лий предложено использовать прерывистые шлифовальные круги, так как работа таким ин-струментом позволяет снизить температуру в зоне резания до 40 – 60% и в результате избе-жать прижогов на поверхности, снижения твердости и изменения структуры материала. С использованием метода системно-поискового конструирования (морфологического анализа и синтеза), а также результатов исследований, представленных в литературе и отражающих за-висимость температуры в зоне резания от коэффициента прерывистости, получено несколько новых конструкций шлифовальных кругов. Работа таким инструментом позволяет снизить температуру в зоне резания до 50% по сравнению с обычным шлифовальным инструментом при сохранении высокой производительности и заданных показателей шероховатости обра-ботанной поверхности.

Кроме того, результаты исследований работы шлифовального инструмента с высокой пористостью показали целесообразность его использования при отделочной обработке плун-жеров топливных насосов. Высокопористый и крупнопористый абразивный инструмент за счет микроперывания процесса резания обеспечивает снижение температуры в зоне резания на 20 40% в сравнении со стандартным инструментом, при этом удельная производитель-ность и скорость съема металла остаются постоянными, а при определенный режимах рабо-ты увеличиваются до 1.5 – 2 раз. Вместе с этим такой инструмент работает в условиях само-затачивания, что сказывается на сокращении количества правок, что сказывается на себе-стоимости операции.

Использования предлагаемых конструкций прерывистых шлифовальных кругов и реко-мендованного состава абразивного материала высокой пористости, с учетом оптимальных режимов работы позволяет обеспечить необходимые показатели качества обработанных по-верхностей плунжеров топливных насосов, исключить возможность появления брака, при повышении производительности обработки. Кроме того сокращение числа правок абразивно-го инструмента и возможность работы без использования смазочно-охлаждающей жидкости обеспечивает сокращение затрат на операцию шлифования торцов плунжера.

51

ЧЕРВЯЧНЫЕ ФРЕЗЫ С ПРОГРЕССИВНОЙ СХЕМОЙ РЕЗАНИЯ

Черданцев П.О. - магистрант гр. МТАП-91 Щербаков Н.П. – к. т. н., профессор

Нарезание зубьев является самым трудоёмким этапом в технологии изготовления зубча-тых колёс (до 50 – 60% от общей трудоёмкости). Наиболее распространённым способом зу-бонарезания является зубофрезерование. Оно более производительно по сравнению с други-ми способами зубообработки, однако по сравнению, например, с точением является мало-производительным процессом. Если для точения скорости 100 – 200 м/мин считаются обыч-ными, то зубофрезерование ведётся со скоростями 15 – 80 м/мин, что обусловлено тяжёлыми условиями резания. Вследствие этого используется большой парк станков, и, следовательно, расходуется большое количество дорогостоящих червячных фрез, что увеличивает стоимость зубчатых колёс.

Сократить расходы можно, либо увеличив стойкость инструмента при тех же режимах резания, либо повысив режимы резания при неизменной стойкости. Можно выделить не-сколько направлений увеличения стойкости червячной фрезы.

Во-первых, это увеличение передних углов. Однако при обработке таким инструментом происходит искажение профиля зуба колеса, следовательно необходима корректировка про-филя зуба фрезы, что усложняет её проектирование и производство.

Во-вторых, это применение червячных фрез из высоколегированных быстрорежущих сталей или твёрдых сплавов. Однако эти материалы дорогостоящи и их применение не всегда оправдано.

В-третьих, это использование фрез с изменёнными схемами резания. При обычной схеме резания каждый зуб, прорезающий впадину колеса, работает двумя

или тремя кромками, срезая Г- или П-образные слои, то есть работает в условиях несвобод-ного резания. При этом, вследствие совместной усадки стружек разной толщины (на вер-шинной и боковых режущих кромках), возникают напряжения сдвига. Они приводят к харак-терному для червячных фрез износу по задним поверхностям боковых кромок, превышаю-щему износ по задней поверхности вершинной кромки. Также наблюдается значительная лунка на передней поверхности вблизи уголка выходной режущей кромки вследствие схода стыка стружек. Уменьшить износ можно, разделив стружку на вершинной и боковых кром-ках, так как при этом уменьшатся напряжения при усадке стружки, срезаемой боковыми кромками, изменится направление схода стружки.

Наиболее перспективной реализацией третьего направления является применение чер-вячных фрез с прогрессивной схемой резания, когда зубья, чередуясь через один, имеют либо нормальный профиль, либо профиль, уменьшенный по ширине и увеличенный по высоте. То есть они режут только вершинной либо только боковыми кромками. При этом условия реза-ния приближаются к условиям свободного резания.

При такой схеме резания наиболее нагруженными являются высокие зубья, режущие вершиной кромкой, они же лимитируют износ инструмента. Однако, учитывая то, что фор-мирование эвольвентной части зуба происходит зубьями с нормальным профилем, можно высокие зубья в целях повышения их стойкости выполнять с некоторым положительным пе-редним углом, не опасаясь искажения профиля зуба. При этом уменьшатся силы резания, де-формация срезаемого слоя, следовательно, условия резания будут более благоприятными. Однако следует учитывать, что с увеличением переднего угла уменьшается угол заострения, и тем самым ухудшается отвод тепла. Целью проводимых исследований является определе-ние оптимального значения переднего угла на вершинной режущей кромке высоких зубьев.

К недостаткам прогрессивной схемы резания можно отнести увеличение огранки зуба из-за уменьшения числа формирующих его резов в два раза. Однако в большинстве случаев зубофрезерование производится под последующее шевингование, и увеличение огранки в таком случае не должно сказаться на качестве зубчатого колеса.

52

Таким образом, применение червячных фрез с прогрессивной схемой резания увеличи-вает их стойкость (либо позволяет интенсифицировать режимы резания) в 1,5 – 1,8 раза (в ряде случаев – в 4 – 5 раз), при этом технология их изготовления незначительно дороже тех-нологии изготовления стандартных фрез. Применение фрез с положительным передним уг-лом на вершинной режущей кромке, как ожидается, позволит ещё более увеличить стойкость инструмента. Как следствие уменьшится расход инструмента, что положительно скажется на стоимости обрабатываемых зубчатых колёс.

ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС ЧЕРВЯЧНЫМИ ФРЕЗАМИ С ПРОГРЕССИВНОЙ СХЕМОЙ РЕЗАНИЯ

Черданцев П.О. – магистрант гр. МТАП-91 Щербаков Н.П. – к. т. н., профессор

Создание червячных фрез с прогрессивной схемой резания было вызвано стремлением повысить стойкость инструмента на операции зубофрезерования и тем самым сократить со-ответствующие расходы.

В основе прогрессивной схемы резания лежит разделение стружки, снимаемой вершин-ной и боковыми режущими кромками за счёт чередования через один зубьев нормального и завышенного профиля. При этом уменьшается деформация срезаемых слоёв металла (прежде всего на боковых режущих кромках), изменяется направление её схода. Условия резания, та-ким образом, приближаются к условиям свободного резания. Как показали исследования [1, стр. 47, 58], стойкость червячных фрез с прогрессивной схемой резания в ряде случаев в 4 – 5 раз выше, чем стойкость фрез стандартной конструкции.

Кроме того, в ходе указанных исследований, а также в результате производственных на-блюдений, в частности на Алтайском моторном заводе (г. Барнаул), установлено, что высот-ные зубья червячных фрез с прогрессивной схемой резания изнашиваются по задней поверх-ности больше, чем зубья с нормальным профилем, а именно износ по задней поверхности является лимитирующим.

Рисунок 1 – Схема формирования впадины колеса прогрессивной червячной фрезой

Для объяснения этого явления было осуществлено графическое моделирование процесса формирования впадины зубчатого колеса червячной фрезой с прогрессивной схемой резания в среде КОМПАС-ГРАФИК 5.11. Полагалось, что обрабатывается колесо модуля m=3,5 мм с числом зубьев 40 червячной фрезой с числом реек 10. Были сделаны следующие допущения и предположения: не учитывалась подача червячной фрезы вдоль заготовки; не учитывались скругления у уголков зубьев фрезы; первым в работу вступал высотный зуб. Величины завы-шения e1=0,2 и заужения е2=0,15 высотных зубьев назначены согласно рекомендациям [1, стр. 99]. Результаты моделирования представлены на рисунке 1; здесь тёмные участки снимались высотными зубьями, а светлые – профилирующими.

53

На основании проведённого моделирования можно сделать следующие выводы. Во-первых, профилирующие зубья работают в лучших условиях, чем высотные. Несмотря на то, что они снимают П-образные слои (имеются ввиду зубья первых двух витков, наиболее на-груженных), стружка по периметру имеет почти одинаковую толщину, либо на вершинной кромке стружка тоньше. Таким образом, отклонение стружки незначительно, зубья работают при относительно невысоких деформациях срезаемых слоёв, несмотря на то, что снимают более толстые слои по сравнению со стандартными фрезами, следовательно, относительно невелика и деформация слоя под поверхностью резания. Высотные же зубья срезают Г-образные слои, причём стружка на вершинной кромке имеет значительно большую толщину по сравнению со стружкой на входной кромке. Следовательно, на последней будут относи-тельно большие деформации сдвига и, возможно, смятия, что и приводит к большему, чем на профильных зубьях, износу.

Во-вторых, можно сделать предположение, что величины e1 и e2 несколько занижены, на эту же мысль наводит и тот факт, что одинаковые их значения соответствуют модулям m=2…4 мм [1, стр. 99]. Очевидно, что одни и те же заужения и завышения будут давать раз-ный эффект для модуля m=2 мм (больший эффект) и m=3,5 мм (моделируемый случай, меньший эффект). Следует более дифференцированно отнестись к назначению этих парамет-ров, тем самым можно создать более благоприятные условия резания.

Таким образом, на основании проведённого моделирования сделаны выводы о возмож-ных причинах большего по сравнению с профильными зубьями износа высотных зубьев. Уменьшить разницу в интенсивности износа можно путём более точного назначения величин заужения и завышения. Также с целью облегчения условий резания можно высотные зубья выполнять с положительным передним углом.

Литература. 1. Медведицков С.Н. Высокопроизводительное зубонарезание фрезами. М.: Машино-

строение, 1981. – 104 с., ил.

ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛЕЗВИЙНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Куранов А.В. - магистрант гр.МТАП-91 Ситников А.А. – д.т.н., профессор

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что одним из главных факторов повы-шения эффективности затрат при производстве является снижение расхода материальных ре-сурсов. Учитывая, что в машиностроении значительная доля металла идет в отходы решение задачи повышения коэффициента его использования остается важным направлением сниже-ния себестоимости. По оценкам специалистов внедрение разработанных прогрессивных тех-нологий позволило бы из потребляемого в настоящее время металла выпустить вдвое больше продукции.

Особую актуальность приобретает проблема снижения затрат за счет ускорения внедре-ния малоотходных и безотходных технологий, основанных на методах обработки с использо-ванием лазерного луча и плазмы. Значительное место здесь отводится нанесению различных покрытий.

Надежность работы механизмов и машин во многом обусловлена долговечностью рабо-чих поверхностей и ремонтопригодностью ответственных деталей. Эффективным средством повышения долговечности и ремонтопригодности производимых агрегатов являются техно-логии, основанные на нанесении покрытий.

Использование покрытий позволяет получать требуемые параметры жаропрочности, из-носостойкости, коэффициента трения, обеспечивает сокращение расхода дорогостоящих и дефицитных материалов, используемых, например, для придания поверхностям особых экс-плутационных свойств

54

Нанесение покрытий на рабочие поверхности деталей позволяет сэкономить дефицитные материалы, значительно повысить эксплуатационные показатели машин, продлить срок служ-бы новых и восстановленных деталей, сократить затраты на изготовление запасных частей.

В качестве материалов для получения покрытий используют металлы и их сплавы, твер-дые сплавы, оксиды металлов и композиционные порошки. Производство различных мате-риалов для напыления активно развивается и позволяет получить целый спектр покрытий.

Для придания напыленному слою заданных конструктором свойств покрытие подверга-ется механической обработке. Плазменно-напыленные покрытия как обрабатываемые мате-риалы имеют специфические особенности - это, прежде всего низкая прочность сцепления напыленного слоя с основой, которая может привести к отслоению покрытия в процессе ме-ханической обработки. Кроме этого при напылении образуются поры и другие дефекты структуры, значительные внутренние напряжения из-за различия в коэффициентах темпера-турного расширения основного и напыляемого материалов, что является источником разви-тия микротрещин.

Перечисленные факторы в большинстве случаев оказывают отрицательное воздействие на достижение требуемого качества рабочих поверхностей детали при резании. Их влияние приводит к возникновению таких явлений, как отслоение покрытия от основы, расслоению напыленного покрытия, отделение напыленных частиц с нарушением когезионных связей.

Создание условий нормального резания при лезвийной обработки большинства плаз-менных покрытий является сложной, часто трудно выполнимой задачей. Её успешное реше-ние зависит от правильного выбора инструментального материала, геометрических парамет-ров резца и рационального назначения режимов резания.

Существующие в литературе рекомендации по токарной обработке плазменно-нанесенных покрытий часто противоречивы и не конкретны. Их использование не позволяет обеспечить оптимальные условия для формирования заданных показателей качества детали.

Для решения этих проблем необходимо лучше изучить физико-механические свойства покрытий:

1. Разработать математическую модель процесса обработки учитывающую физико-механические свойства покрытий с целью выявления особенностей обработки покрытий.

2. Провести эксперименты по выявлению основных закономерностей формообразования поверхностей при механической обработке покрытий;

- исследованию механизма формирования точностных параметров при изготовлении де-талей с покрытиями на различных этапах технологического процесса;

- исследовать технологические возможности методов механической об работки по обес-печению параметров точности изготовления деталей с покрытиями. и обобщив результаты экспериментов разработать базу для обработки деталей с покрытиями.

3. Сопоставить результаты полученные на этапе математического моделирования и экс-периментов

4. Разработать базу данных параметров инструментов и режимов резанья при точении газотермических покрытий.

5. Разработать оригинальную оснастку для механической обработки деталей с покры-тиями

6. Предложить полученные результаты к внедрению на производстве.

55

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ ФРЕЗЕРОВАНИЯ

Белов А.Б. - студент гр. ТМ12 Маркова М.И. - к.т.н., доцент

В современном производстве деталей, содержащих пространственно сложные поверхно-сти (ПСП), широко используются системы автоматизированного проектирования, которые существенно сокращают время этапа технологической подготовки производства. Применяе-мые системы позволяют в автоматическом, полуавтоматическом или в режиме диалога про-ектировать технологический процесс механической обработки детали, обеспечивая быстрый доступ к базам данных оборудования, оснастки, режущего и вспомогательного инструмента. На технологические переходы механической обработки предусмотрен расчет режимов реза-ния. Более сложные расчеты режимов резания позволяют учитывать геометрию инструмента, материал его режущей части и физико-механические свойства обрабатываемой заготовки. Однако большинство используемых в настоящее время систем автоматизированного проек-тирования не учитывают погрешность обработки.

Разработанный блок прогнозирования погрешности обработки при фрезеровании конце-выми фрезами позволяет производить расчет упругих деформаций.

Характерной особенностью обработки сложных поверхностей является постоянное из-менение размеров зоны резания, что приводит к изменению силы резания. Кроме того, следу-ет учитывать, что фрезерование указанных деталей производят чаще всего нежестким конце-вым инструментом.

Совместное проявление таких факторов приводит к возникновению переменных упругих деформаций режущего инструмента и определяет тем самым погрешности обработки в виде отклонений размеров, формы и расположения поверхностей, образование недопустимой ше-роховатости.

Для управления точностью обработки необходимо стабилизировать величину упругих отжатий, что позволит их компенсировать изменением размера статической настройки техно-логической системы.

В этой связи становится актуальной задача прогнозирования упругих отжатий на стадии проектирования операции.

Разработанный блок прогнозирования погрешности обработки при фрезеровании конце-выми фрезами позволяет производить расчет упругих деформаций.

Величина упругих отжатий ∆упр может определена, если рассмотреть фрезу как балку с жестко защемленным концом. При допущении о том, что сила резания приложена к фрезе в точке, соответствующей половине ширины фрезерования, упругие отжатия могут быть опи-саны следующим выражением:

( ) 13

6упр IE1

2BL

L32BLP10167,0 −− ⋅⋅

−−

⋅

−⋅=∆ , где

P – окружная сила резания, Н; L – длина режущей части фрезы, мм; B – ширина фрезерования, мм; Е – модуль упругости первого рода: 11102E ⋅= , Н/м2 ; I – осевой момент инерции: 124

1 10D05,0I −⋅⋅= , м4 ; D1 – приведенный диаметр сечения фрезы, осевой момент инерции которого равен осе-

вому моменту инерции фрезы, мм; Величина силы резания может быть рассчитана по эмпирической зависимости:

ZBStDCP 74.0Z

86.086.0P

−= , где D – диаметр фрезы, мм;

56

Z – число зубьев фрезы; SZ – подача инструмента на 1 зуб, мм/зуб: 2.05.0 −−= BDtCS SZ ; Cp, Cs – коэффициенты, учитывающие влияние физико-механических свойств материала; t – глубина фрезерования, мм. Программа реализована на языке Turbo Pascal 7.0. Для обработки стальной заготовки (сталь 40Х, HB 217) результаты расчетов показали,

что при использовании стандартного инструмента, для разных диаметров фрез при одинако-вой ширине фрезерования и глубине резания равной диаметру используемой фрезы макси-мальные упругие деформации составляют 0,34 мм. С изменением ширины фрезерования для выбранных фрез упругие отжатия увеличиваются и составляют 0,4 мм. При увеличении глу-бины резания для фрезы одного диаметра упругие отжатия увеличиваются от 0,22 мм до 0,34 мм.

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОТОТИПИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Быканов К.С. - магистрант гр. МТАП-01 Гончаров В. Д. - к.т.н., профессор

Одна из причин неконкурентоспособности отечественных товаров — в неподготовлен-ности промышленности обеспечить быструю смену поставляемых на рынок изделий, пре-восходящих по уровню потребительских свойств западные.

Время внедрения инноваций стало стратегическим оружием мировых лидеров рынка во всех сферах деятельности. Отечественным производителям, при имеющемся значительном банке инноваций, остается только один способ выстоять в жесткой конкурентной борьбе — получить доступ к новым, перспективным технологиям, сокращающим период освоения ин-новационных разработок.

Для комплексного решения этой проблемы разработана технология производства дета-лей машин, позволяющая объединить преимущества трехмерного компьютерного проектиро-вания Computer Automated Designing (CAD) с технологиями быстрого создания прототипов, функциональных моделей и оснастки (технологии Rapid prototyping and Manufacturing).

За небольшой срок, прошедший после инсталляции, технологии ускоренного прототипи-рования стали незаменимы при создании новейших образцов продукции для авиационной, электронной и легкой промышленности.

В развитии современного производства на Западе освоение технологий быстрого прото-типирования (Rapid prototyping) явилось революционным событием. В настоящий момент широкое внедрение новой идеологии подготовки производства в различные отрасли про-мышленности страны даст возможность радикально улучшить конкурентоспособность оте-чественной продукции.

Схема процесса В настоящее время на рынке существуют различные системы быстрого прототипирова-

ния (RP), производящие модели по различным технологиям и из различных материалов. Все современные системы работают по схожему послойному принципу построения физической модели, который в упрощенном виде заключается в следующем:

- создается 3D (графическая) модель детали; - производится считывание трехмерной геометрии из 3D CAD-пакета в формате STL (все CAD-системы твердотельного моделирования могут выдавать файлы с расширением STL);

- трехмерная модель разбивается условно на поперечные сечения (создаются слои), и с помо-щью специальной программы задается движение рабочего органа (лазерного луча) в каждом сечении;

- производится последовательное послойное построение объекта. Таким образом, сущностью процесса быстрого прототипирования (RP) является послой-

ное выращивание физических копий различных объектов (от ювелирного изделия до блока

57

двигателя внутреннего сгорания) на основе 3D CAD-модели без изготовления технологиче-ской оснастки. Преимущества технологий RP: скорость, точность, снижение затрат на ОКР.

Полученные объекты могут использоваться : - как дизайн-макеты и выставочные образцы; - как мастер-модели; - в качестве сборочных единиц для проверки компоновочных решений и для проведения первичных испытаний (функциональные модели);

- в качестве литейных пресс-форм; - как выплавляемые и выжигаемые модели для литейного производства; - при изготовлении формообразующих элементов оснастки для серийного производства.

Описание техники Установка лазерной стереолитографии SLA-5000 Основные технические характеристики: Лазер: Тип твердотельный Nd:YV04 Длина волны 354,7 нм Мощность не менее 216 мВт Диаметр луча 0,23-0,28мм Скорость сканирования 5м/с Основные размеры детали 508*508*584 мм X*Y*Z Макс, вес прототипа 68,04 кг Точность изготовления 0,1мм (на макс, длине построения) Стереолитография — технология ускоренного производства прототипов, моделей путем

послойной фотополимеризации лазерным излучением жидкого полимера — наиболее точный способ быстрого моделирования.

Точные стереолитографические модели позволяют: - оценивать конструкцию и внешний вид разрабатываемых изделий; - проверять собираемость и работоспособность конструкций; - проводить аэродинамические и гидравлические испытания; - получать металлические детали литьем по выжигаемым моделям (Quick Cast-

технология); - изготавливать оснастку для опытных образцов и малых серий (формы из композитных

материалов, эластичные силиконовые, литые штампы); - изготавливать серийные пресс-формы и штампы литьем стали по технологии Quick

Cast. Стереолитография имеет ряд существенных преимуществ: - высокая точность; - высокое качество поверхностей; - высокая экономичность процесса (неотвержденный материал остается в ванне и ис-

пользуется в следующих построениях). Установка селективного лазерного спекания Yanguard HS si2 SLS Основные технические характеристики: Лазер 100 Вт С02

Скорость сканирования 7,5 м/с Макс, скорость сканирования 10 м/с Камера построения 381*330*475 мм Технология селективного лазерного спекания позволяет переходить непосредственно от

файла CAD к долговечным функциональным пластиковым и металлическим деталям или ос-настке за значительно меньший промежуток времени, чем при помощи традиционной мехоб-работки.

Модели в установке создаются из порошковых материалов за счет эффекта спекания при помощи энергии лазерного луча. Лазерный луч является в данном случае не источником света,

58

а источником тепла. Попадая на тонкий слой порошка, лазерный луч спекает его частицы и формирует твердую массу, в соответствии с геометрией детали.

В качестве рабочих материалов используются полиамид, полистирол, эластомер, нержа-веющая сталь. Например в ХПИ в начале 2005 года закончены испытательные работы по спе-канию порошка алюминия.

Полиамид Dura Form(PA) и Dura Form(GF) со стеклянным заполнением — поколение нейлоновых материалов, разработанных для построения высококачественных функциональ-ных деталей с повышенной жесткостью, термостойкостью до 135°С и химической стойкостью.

Термопластиковый эластомерный материал S0M0S-201 предназначен для создания гиб-ких функциональных деталей с техническими характеристиками резиноподобных изделий, что позволяет производить тестирование перед этапом изготовления дорогостоящей оснаст-ки.

Может быть использован для: - гибких, резиноподобных прототипов и деталей; - прокладок, шлангов и других водонепроницаемых деталей; - демонстрационных моделей; - производства небольших партий деталей. Композитный материал: нержавеющая сталь(60%) и бронза(40%) - Laser Form ST-100,

предназначен для создания функциональных долговечных прототипов деталей, а также формо-образующих элементов оснастки для термопластавтоматов со стойкостью не менее 100 000 циклов.

Оптико-цифровая установка объемного сканирования Iscan II Система обеспечивает измерение различных промышленных и художественных объек-

тов. Диапазон сканирования от 100мм3 до 10м3 Сканирующая установка предназначена для: измерения сложных объектов с целью контроля качества изготовления путем сравнения

фактической геометрической формы с ее CAD-моделью; объемного сканирования объектов (реверсивный инжиниринг). Преимущества: - высокая скорость измерения; - мобильность; - высокое разрешение; - полученное объемное изображение может быть воспроизведено на системах быстрого

прототипирования (SLA или SLS) в любом масштабе. Стратегия развития: С целью координации деятельности по исследованиям и разработке высоких технологий,

создания конкурентоспособных производств и повышения уровня подготовки специалистов в Украине, создано учебно-научно-производственное объединение «Высокие технологии в ма-шиностроении».

Заключение Интегрированный способ ускоренного формообразования является перспективным и уже

сегодня он используется в автомобильной индустрии, в электротехнике, в медицине, в станко-строении и инструментальном производстве. Этот метод обеспечивает качество поверхности по критерию Ra и Rz, приближающиеся к возможностям фрезерования и даже шлифования.

Технологические варианты способа весьма разнообразны. Это требует систематизации имеющихся знаний и опыта новой высокой технологии. Ведущие авиастроительные фирмы с этой технологией связывают существенное сокращение времени и финансовых затрат на раз-работку новой продукции в ближайшие годы.

Литература: 1. Рабочие процессы высоких технологий в машиностроении: учебн. пособие / под ред. А. И. Грабченко. – Харьков, НТУ «ХПИ», 1999, 436 с.

2. Интегрированные технологии ускоренного прототипизирования и изготовления: / под ред. Л. Л. Товажнянского. – Харьков, НТУ «ХПИ», 2002,139 с.

59

ПОДСЕКЦИЯ «ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ»

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ

Бондарь Е.Б. – аспирант Доц М.В. – аспирант

Марков А.М. – д.т.н., профессор

Одной из главных отраслей, потребляющих пластмассы, является машиностроение. Вне-дрению пластмасс в различные отрасли машиностроения способствуют их хорошие эксплуата-ционные характеристики, высокие электротехнические свойства, коррозионная стойкость, незначительный шум при работе, высокий уровень производительности труда при изготовлении деталей из них и низкие эксплуатационные расходы. Таким образом, обработка резанием пласт-масс является необходимой, широко распространенной и одной из ответственных операций в общем технологическом процессе изготовления деталей из этих материалов.

Стеклопластики являются самой многочисленной групп пластических масс. Многообра-зие типов наполнителей и связующих видов ориентации волокон и методов изготовления стеклопластиков позволяет создавать стеклопластики с самыми разнообразными физико-механическими свойствами, обладающие различной степенью обрабатываемости.

Одним из показателей обрабатываемости являются величины сил резания. В процессе резания работа совершается силами, действующими на передней и задней поверхностях ин-струмента (рис.1). Нормальная N'' и касательная F'' силы, действующие на передней поверх-ности инструмента, осуществляют процесс стружкообразования.

Рис.1 – Схема сил, действующих на резец при точении стеклопластиков.

Силы N' и F', действующие на задних поверхностях инструмента, не участвуют в работе стружкообразования и возникают вследствие упругой реакции слоя обрабатываемого мате-риала, лежащего ниже поверхности резания. При обработке сталей работа сил, действующих на задней поверхности, очень мала, вследствие чего работа стружкообразования по величине приближается к работе резания. Однако при обработке стеклопластиков, являющимися мате-риалами с высокими упругими свойствами, силы на задней поверхности могут быть значи-тельны, особенно с увеличением износа инструмента. При разрушении стеклопластиков воз-никают только упругие деформации, поэтому сила нормального давления N'' является силой упругих деформаций, происходящих в срезаемом слое. Сила F'' при резании стеклопластиков очень мала и ею можно пренебречь. Поэтому модель для расчета составляющей силы реза-ния Рz будет выглядеть следующим образом: Рz=N''cos γ + F'. Величины действующих сил N'' и F' определяются экспериментальным путем и зависят от физико-механических свойств стеклопластика.

Разрабатываемая на этой основе аналитическая модель позволит расчетным путем уста-навливать степень обрабатываемости различных видов стеклопластиков.

60

РЕШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ В СРЕДЕ SOLIDWORKS

Антошкин С.В. – студент гр. ТМ – 03 Семенов А.В. – к. т. н.

Кряжев Ю.А. – к. т. н., доцент

В настоящее время детали объектов машиностроения часто имеют сложную геометриче-скую форму. К таким деталям можно отнести сложные корпусные детали, требующие много-сторонней обработки. Каждая сторона корпусной детали обычно содержит несколько разне-сенных по уровням обрабатываемых поверхностей, ограниченных сложными криволиней-ными контурами.

С точки зрения технологического проектирования деталь рассматривается как некоторое число промежуточных состояний изготавливаемой детали, каждое из которых является все более точным приближением заготовки к готовой детали. Конструктивно каждое состояние имеет свои технологические особенности. Таким образом, технолог в процессе проектирова-ния оперирует моделью изготавливаемой детали, которая на каждом этапе разрабатываемого технологического процесса в различной степени отличается от исходной конструкторской модели.

При использовании в технической подготовке производства системы SolidWorks ее сред-ствами может быть автоматизирован не только этап конструкторского проектирования, но и проектирование технологических процессов механической обработки. В этом случае обеспе-чивается поэтапное, соответствующее технологическому маршруту, моделирование проме-жуточных состояний детали путем внесения технологических особенностей в ранее полу-ченную конструкторскую модель. Для того, чтобы обеспечить внесение технологических из-менений в модель, не затрагивая конструкторской модели, а также установить ассоциатив-ность между исходной моделью и всеми вторичными моделями, следует использовать меха-низм управления конфигурациями (исполнениями) детали, реализованный в SolidWorks. При этом базовой моделью является конструкторская модель детали, а все последующие ее моди-фикации, обусловленные заданием припусков на механическую обработку, изменением со-става и формы поверхностей в полуфабрикате, назначением усадки материала в заготовке и тому подобное, оформляются в виде отдельных конфигураций.

Укрупненно данный подход реализуется в результате выполнения следующих этапов. 1. Разрабатывается конструкторская модель детали, которая является конфигурацией

(исполнением) по умолчанию. 2. Создается новое исполнение детали, оформляемое в виде следующей конфигурации.

При этом выполняется выборочная модификация размеров и геометрической топологии пре-дыдущего исполнения в соответствии с назначаемыми допусками и технологическими осо-бенностями изготовления детали. Кроме того, механизм отката в Менеджере элементов SolidWorks позволяет произвести возврат к любому предыдущему состоянию детали для внесения требуемых изменений, когда это логически и технологически обосновано. При вы-ходе из этого режима, деталь перестраивается в соответствии с внесенными изменениями.

3. Выполняется построение припуска под механическую обработку при помощи инст-румента SolidWorks «Эквидистанта к поверхности» или выполняется масштабирование по требуемому координатному направлению применительно к каждой обрабатываемой поверх-ности. При этом, если требуется, то выполняется модификация всей модели с целью устра-нения из текущей конфигурации тех поверхностей, которые оказываются скрытыми назна-ченными припусками.

4. Для конфигурации детали, соответствующей исходной заготовке (при способе ее по-лучения литьем), выполняется построение литейных уклонов кромок и задается коэффици-ент масштаба. Коэффициент масштаба - это количество материала в литейной форме, которое уходит на усадку или увеличение в объеме при его кристаллизации. Коэффициент масштаба зависит от типа используемого материала, а также от вида литейной формы, и выражается в процентах (в пределах +/- 20%) от линейного размера (не от объема) проектируемой детали.

61

Система определяет размер полости по указанному коэффициенту масштаба, используя следующую формулу: Размер полости = размер детали * (1 + коэффициент масштаба). Полу-ченная модель дополняется скруглениями кромок.

Предлагаемоe использование системы SolidWorks обеспечивает создание в единой инст-рументальной среде конструкторской и технологических моделей детали. При этом устанав-ливаемые ассоциативные связи между исходной (конструкторской) моделью детали и всеми ее исполнениями (соответствующими различным технологическим моделям) обеспечивает легкость модификации последних при внесении изменений в конструкторскую модель.

АЛГОРИТМ ФОРМИРОВАНИЯ МАССИВА ЭЛЕМЕНТОВ С ЗАДАННЫМ ЗАКОНОМ РАССЕЯНИЯ

Воронина Е.А. – магистрант гр. МТАП–92 Панов А.А. – к.т.н., доцент

При моделировании на ЭВМ процесса формирования погрешности замыкающего звена размерной цепи возникает задача формирования массива размеров (отклонений) составляю-щих звеньев, рассеяние которых строго подчиняется теоретическому выбранному закону y = φ(x).

Площадь, ограниченная кривой рассеяния и осью X, равна полной вероятности, то есть, единице. Плотность распределения размеров zi в соответствии с законом такова, что на каж-дый элемент массива из p элементов приходится равная площадь 1/p.

Эта площадь вычисляется в общем случае следующим образом:

.dx)x(dx)x(p

i ix x

∫ ∫−

ϕ−ϕ=0 0

11 (1)

Значение iz определяется как среднее между граничными xi-1 и xi: Zi = (xi-1 + xi)/2 (2) Для линейных законов вычисления xi достаточно просты. Если обозначить i/p=ri , то вы-

ражение примет вид: для закона равной вероятности: xi =Tri; (3) для закона Симпсона: xi = T(0,5ri)0,5 ; (4) для закона возрастающей вероятности: xi = Tri

0,5 ; (5) для закона убывающей вероятности: xi = T(1 – (1 – ri)0,5); (6) для закона Релея: xi = 0,4112T(-ln(1-0.9973ri))0,5 . (7) Для нормального закона, как известно, аналитически значение интеграла (1) не вычисля-

ется, поэтому табличные значения функции Лапласа Ф(x) были аппроксимированы зависи-мостью x = aФm + C с узлами аппроксимации для x/σ: 0, 2, 3.

)1065,073637,0( 2799,0 −= ii rTx ; (8) Для законов Симпсона и Гаусса вычисляются zi только для 0≤xi<0,5T. Формирование вто-

рой половины массива производится зеркальным отображением вычисленных значений то есть, iip zTz −=+− 1 .

С целью возможности моделирования реальных условий предусмотрено формирование массивов псевдослучайным образом.

Для получения псевдослучайных чисел, распределенных по закону равной вероятности на интервале [0…1], использована формула:

xi+1 = {11xi + π} , (9) где { } ... - дробная часть вычисленного значения. Значение i-го элемента массива опре-

деляется: zi=Txi. В начале вычисления задается начальное значение x0 ( 10 0 <≤ x ). Ручной ввод x0 позволяет при необходимости воспроизвести массив.

62

Для получения псевдослучайного распределения zi по остальным законам используются зависимости 4 – 8 подстановкой zi вместо xi и xi вместо ri. При этом зависимости 4 и 8 (законы Симпсона и Гаусса) справедливы для 5,00 <≤ ix . При 15,0 <≤ ix значения Zi определяются по формулам:

( )( ) )15,01( 5,0ii xTz −−= — для закона Симпсона; (10)

( ) )1065,0173637,01( 2799,0 −−−= ii xTz — для закона Гаусса. (11) В формулах 4 – 8, 10, 11 xi – случайное значение, вычисленное по зависимости (9). Данный алгоритм использован при разработке имитационной математической модели и

соответствующего программного обеспечения процесса формирования погрешностей замы-кающих звеньев размерных цепей.

МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО–ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НЕПОДВИЖНОГО ПРЕССОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ТИПА «ВТУЛКА – КОРПУС»

Гавриленко Д.С. – магистрант гр. МТАП-02 Буканова И.С. – аспирант, Ятло И.И. – к.т.н., доцент

Рост мощности и скоростных характеристик современных машин выдвигает повышен-ные требования к качеству неподвижных прессовых соединений типа «втулка – корпус». Из анализа литературы известно, что наиболее прочные соединения такого типа можно получить формированием макрорельефа в стыке и последующим дорнованием. Однако на данный мо-мент в литературе нет конкретных рекомендаций по технологии сборки таких соединений и по оптимальной геометрии макрорельефа для получения соединения с заданной герметично-стью стыка. С целью обеспечения герметичности, при условии сохранения требуемой проч-ности, необходимо выполнить анализ конструкции и исследовать напряженно–деформированное состояние таких соединений.

Ожидается выявить закономерность влияния параметров макрорельефа на герметич-ность и прочность неподвижного прессового соединения типа «втулка – корпус», путем соз-дания и исследования пространственной модели напряженно–деформированного состояния.

Методы исследования основаны на теории метода конечных элементов (МКЭ), произво-дится дискретизация объема, занимаемого телом на элементарные области (конечные эле-менты) – на тетраэдры с гранями, аппроксимируемыми параболическими функциями коор-динат. В вершинах, а так же около середин сторон тетраэдров располагаются узлы. Втулка по поверхности внутреннего цилиндра нагружается давлением – распределенной нагрузкой, которая приводится к сосредоточенным в узлах, к корпусу прикладываются кинематические граничные условия (отсутствие перемещения), как пока-зано на рисунке, в результате чего втулка и корпус деформируются. Для каждого конечного элемента вычисляется матрица жесткости, затем эти матрицы объединяются в глобальную матрицу жесткости. В формулы для расчета компонентов матриц жесткости конечных элементов входят модули упругости и

63

коэффициенты Пуассона материалов. Таким образом для каждой детали учитываются соот-ветствующие характеристики жесткости материалов.

Для каждого конечного элемента при наличии перемещений в узлах и аппроксимирую-щей функции рассчитываются деформации, на основе деформаций вычисляются напряжения в элементах. На основе компонентов напряженно–деформированного состояния и парамет-ров прочности материалов производится вычисление эквивалентных напряжений по какому либо из критериев.

Таким образом, используя программное обеспечение, в основе которого лежит МКЭ, по-степенно увеличивая давление на поверхность внутреннего цилиндра втулки и определяя на-пряженно–деформированное состояние, можно установить момент, при котором макрорель-еф на внутренней поверхности корпуса полностью заполняется материалом втулки (условие герметичности стыка), либо определить невозможность его полного заполнения. Изменяя форму и размеры канавок регулярного макрорельефа и лунок условно – регулярного макро-рельефа, получаем возможность оптимизации его параметров, обеспечивающих как проч-ность, так и герметичность соединения.

ВИБРОАКУСТИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Доц М.В. - аспирант Бондарь Е.Б. - аспирант

Марков А.М. - д.т.н., профессор

Возмущения, возникающие в процессе резания, изменяют относительное положение звеньев технологических систем (ТС), вызывают их упругие перемещения, а также темпера-турные деформации и износ, что приводит к образованию погрешности обработки. При этом соответствие между погрешностями детали и погрешностями относительного положения ин-струмента и заготовки может быть найдено только на основании анализа процесса формооб-разования поверхности детали.

Постоянная составляющая возмущений приводит к изменению статической настройки ТС и, как следствие этого, к образованию погрешности линейного размера. Вибрационная составляющая – к погрешностям динамической настройки ТС, а значит и к погрешностям формы деталей в разных ее сечениях. Погрешности геометрических параметров профиля де-тали в результате обработки резанием характеризуются совокупностью гармонических со-ставляющих отклонений с разными частотами

Это позволяет представить спектр отклонений профиля обработанной детали в виде гармонического ряда с определенным периодом разложения. Текущая суммарная погреш-ность[1]:

где А0 и Аi - соответственно значения отклонения размера и амплитуды i-ой гармоники отклонения формы; i- порядковый номер гармоники; τ - время; τф – период формообразова-ния (который может принимать значения периода формообразования направляющей поверх-ности детали - τн, или образующей - τо).

Известно, что шероховатость обработанной поверхности существенно зависит от ампли-туды автоколебаний ТС. В металлорежущем станке обычно рассматривают две основные ко-лебательные системы: систему заготовки (заготовка, шпиндель, пиноль и др.) и систему ин-струмента (инструмент, резцедержатель, суппорт и д.р.). Обе системы имеют различные час-тоты собственных колебаний. Поэтому автоколебания при резании делят на два вида. Вибра-ции первого рода - низкочастотные (50-300 Гц) колебания заготовки, вызывающие звук низ-кого тона и создающие грубую волнистость обработанной поверхности. Вибрации второго

64

рода (до 3 000 Гц) колебания инструмента, сопровождающиеся звуком высокого тона и соз-дающие мелкую рябь на обработанной поверхности.

Для установления взаимосвязи между динамическими явлениями, происходящими в ТС, и качеством получаемой детали применяют различные методы диагностирования ТС. В этом направлении большие возможности открывают методы виброакустической диагностики (ВАД), базирующейся на использовании информации о колебательных процессах ТС. ВАД, в отличие от других методов технической диагностики, использует не статические параметры (положение элементов ТС, температура, давление, и т.п.), а динамические, которые вызывают появление и распространение акустических волн, как в самой ТС, так и в окружающей среде.

Особенностью акустических процессов является то, что уровень акустической мощно-сти, генерируемой ТС или ее узлом, зависит не только от параметров колебаний, вызываемых динамическим взаимодействием передающих движение деталей, но и от резонансных свойств и вибрационного сопротивления всех ее частей. Под системой при этом подразуме-вается совокупность акустически связанных узлов ТС, другими словами - мест возбуждения, каналов, по которым распространяется колебательная энергия, а также мест отдачи этой энергии присоединенным деталям или в окружающую среду.

Для создания комплекса ВАД необходимы: первичный преобразователь (микрофон), усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), ЭВМ, датчик оборотов.

Обработка виброакустических процессов происходит в несколько этапов, каждый из ко-торых преследует определенную цель:

1. Измерение виброакустических (ВА) процессов с помощью первичных преобразовате-лей и согласующих устройств.

2. Исследование сигнала на предмет выявления его свойств. 3. Предварительная обработка сигнала, с целью повышения его информативности. 4. Анализ характеристик сигнала с целью формирования системы диагностических при-

знаков. 5. Сравнение диагностических признаков с эталонными и принятие решения, т.е. поста-

новка диагноза. Целью исследований является нахождение взаимосвязи между геометрическими харак-

теристиками обрабатываемой детали и интенсивностью звуковых колебаний, возникающих в зоне резания при механической обработке. Полученные данные позволят контролировать из-менение размера, отклонения формы, параметры волнистости и шероховатости поверхности непосредственно во время обработки. Использование результатов ВА диагностирования ТС в системе адаптивного управления процессом резания обеспечит повышение производитель-ности и точности изготовления деталей.

Литература: 1. Аршанский М.М., Щербаков В.П. Вибродиагностика и управление точностью на ме-

таллорежущих станках. – М.: Машиностроение, 1988г.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТОЧНОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ В НЕЖЕСТКИХ ДЕТАЛЯХ

Дудина Н.В.. Дудина Е.В. - студентs гр. ТМ-13 Балашов А.В. - к.т.н., доцент

Тенденции к снижению материалоемкости продукции в машиностроении обусловили увеличение объема выпуска деталей малой жесткости.

Основной причиной технологических трудностей при растачивании отверстий в нежест-ких деталях являются сравнительно высокие упругие свойства материалов, которые вызыва-ют упругие деформации детали и режущего инструмента. Данные обстоятельства приводят к низкой точности обработки. Для учета влияния названных недостатков на процесс обработки предлагается методика прогнозирования точностных показателей нежестких деталей.

65

В соответствии с существующими методиками определение показателей точности не представляет трудностей если известен массив радиус – векторов описывающих профиль по-верхности.

Радиус - вектор, описывающий отверстие можно записать, )(ϕr : )()( ϕωϕ −= стд rr , (1)

где rст – радиус статической настройки расточной борштанги; ω – упругие отжатия расточной борштанги; φ- угол поворота радиус – вектора. Уравнение (1) можно преобразовать в следующий вид:

223

223 ))()(())()(()( ϕϕϕϕϕ yyxxrд −+−= , (2)

где x3(φ),y3(φ) - зависимость координат радиус – вектора статической настройки расточ-ной борштанги от его угла поворота;

x2(φ),y2(φ) - зависимость координат радиус – вектора упругих отжатий расточной бор-штанги от его угла поворота.

Зависимость координат радиус – вектора статической настройки расточной борштанги от его угла поворота, x3(φ),y3(φ) можно записать:

⋅=⋅=

)sin()()cos()(

3

3

ϕϕϕϕ

ст

ст

ryrx

, (3)

Зависимость упругих отжатий расточной борштанги от угла поворота радиус – вектора ω(φ) определяется:

,3

))((2

)())((3

))(()(

30

30

20

IEltP

IElrrtP

IEltP фzpстфxфy

⋅⋅

⋅+

⋅⋅

⋅+⋅+

⋅⋅

⋅=

ϕϕϕϕω (4)

где Py(tф(φ)), Px(tф(φ)), Pz(tф(φ)) – зависимость радиальной, осевой и тангециальной силы резания от угла поворота радиус – вектора, соответственно:

rp - вылет резца l0- длина консольной части оправки от вершины резца до торца шпинделя ; E - модуль упругости материала расточной борштанги; I - момент инерции расточной борштанги.

Момент инерции расточной борштанги может рассчитываться по следующей зависимо-сти:

I=0,5·m0·(rст-rp)2, (5) где m0 – приведенная масса расточной борштанги. Приведенную массу расточной борштанги можно найти:

m0=3,14·7,8·10-6·(rст-rp)2·l02 , (6)

где l0 – длина консольной части расточной борштанги. Силу резания можно рассчитать по известным формулам:

P(tф(φ))z,y,x=10·СP·tф(φ)x·Sy·Vn·KP , (7) Фактическая глубина резания определяется:

)()( 3 ϕϕ rrt стф −= , (8) где r3(φ)- радиус – вектор отверстия в заготовке. Формулу (8) можно преобразовать в следующий вид:

213

213 ))()(())()(()( ϕϕϕϕϕ yyxxtф −+−= , (9)

где x1(φ),y1(φ) - зависимость координат радиус – вектора отверстия в заготовки от его уг-ла поворота.

∆−⋅⋅=∆−⋅=

yryxrx))(cos()sin()(

)cos()(

31

31

ϕαϕϕϕϕ

, (10)

где α – угол наклона нежесткой поверхности заготовки с отверстием;

66

∆x, ∆y – величина несовпадения положений оси отверстия в заготовке и оси вращения расточной борштанги по осям X и Y, соответственно.

Величину угла наклона, α можно найти по формуле:

радJEltP фx ,

2)())((

)(2

⋅⋅⋅

=ϕϕ

ϕα , (11)

где l(φ) – зависимость расстояния от вершины резца расточной борштанги до базовой плоскости заготовки от угла поворота радиус-вектора;

E – модуль упругости материала заготовки; I – осевой момент инерции нежесткой поверхности заготовки с отверстием. Величина ∆x и ∆y равна:

+++=∆+++=∆

yy

xx

загустбирустпоз

загустбирустпоз

yx

.....

.....

ωωωωωωωω

, (12)

где ωпоз. x , ωпоз. y – погрешность позиционирования рабочего органа станка по осям X и Y, соответственно;

ωуст.р.и. – погрешность установки расточной борштанги в шпиндель станка; ωб - биение оси посадочного отверстия шпинделя станка под расточную борштангу от-

носительно оси вращения; ωуст.заг x , ωуст.заг x – погрешность установки заготовки по осям X и Y, соответственно. В соответствии с изложенным алгоритмом разработана программа расчета отклонений

от круглости отверстия в не жесткой детали в среде MathCad. Предложенная методика расчета точностных показателей растачивания отверстия в не-

жесткой детали может быть использована для управления точностью обработки или в каче-стве ограничений при оптимизации режимов резания.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Бородин О.Г. - студент гр. ТМ-04 Дятчин Н.И. - к.т.н., доцент

В современном машиностроении все более высокие требования предъявляются к раз-мерной точности, точности геометрических форм и качеству поверхности сопрягаемых дета-лей, что связано с необходимостью повышения надежности работы и сроков службы машин, приборов и агрегатов. Ужесточение технических требований и обеспечение точности и ста-бильного качества обработки достигается: 1 – жесткими требованиями к качеству предвари-тельной обработки; 2 – высокими требованиями к режущему инструменту; 3 – предупрежде-нием образования сливной стружки; 4 – правильным выбором смазочно-охлаждающей жид-кости; 5 – точным и надежным креплением обрабатываемых деталей.

Первое требование вызвано необходимостью обеспечения минимальных припусков для выполнения финишных операций шлифования и доводки и повышения их точности и ста-бильности. Второе требование обеспечивается точностью изготовления режущих инструмен-тов, их жесткостью и виброустойчивостью, а также увеличенными размерами канавок и ка-налов для отвода стружки. Третье требование обеспечивается применением накладных стружколомов, стружколомающих порожков, а также использованием кинематических спо-собов дробления стружки.

Правильный выбор СОЖ обеспечивает не только повышение качества обработки, но и увеличение стойкости инструментов и производительности обработки. Важную роль играет точное и надежное закрепление деталей в процессе обработки, что достигается в первую очередь правильным выбором технологических баз и единством конструктивного исполне-ния обрабатываемых деталей и приспособлений для их закрепления. Эффективными средст-вами при этом являются: применение специальных безналадочных приспособлений, обла-дающих повышенной точностью и жесткостью конструкции, а также базирование по заранее изготовленным в обрабатываемых деталях точных базирующих отверстий.

67

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ МЕТОДОМ ПЛАСТИЧЕСКОГО СВЕРЛЕНИЯ

Золотов О.В. - аспирант Татаркин Е.Ю. - д.т.н., профессор

Современное машиностроение развивается в условиях острой конкурентной борьбы за рынки сбыта продукции, поэтому особое значение приобретают вопросы повышения качест-ва изготовления изделий, снижения металлоемкости и трудоемкости. Особое внимание уде-ляется повышению качества сборки, в частности повышению качества изготовления узлов крепления.

Как правило, узлы крепления в изделиях из тонколистового материала изготавливают с использованием дополнительных крепежных элементов: гладких и резьбовых втулок, шпи-лек, болтов, гаек, которые закрепляются с помощью сварки, пайки, клепки или склеивания. Включение в технологический процесс дополнительных операций, связанных с монтажом узлов крепления, приводит к дополнительным затратам труда, материальных и энергетиче-ских ресурсов. Поиск путей снижения затрат при изготовлении узлов крепления в тонколи-стовых изделиях привел к появлению новой технологии, которая позволяет осуществить формообразование узла крепления (втулки под резьбу) непосредственно в теле детали - пла-стическому сверлению (деформации).

Технология обработки методом пластического сверления получила широкое распростра-нение за рубежом в различных отраслях промышленности, и в последнее время активно вне-дряется в отечественной промышленности, например, метод пластического сверления ис-пользуется при изготовлении корпуса муфты сцепления двигателя А-41 на предприятии ОАО «Алтайдизель» (г. Барнаул). В связи с этим особое значение приобретают вопросы совершен-ствования технологии обработки методом пластического сверления. Наиболее перспектив-ным направлением исследований в области совершенствования технологии обработки мето-дом пластического сверления является изучение влияния конструктивно-геометрических па-раметров инструмента и теплофизических параметров процесса на геометрические и физико-механические параметры изготовленных узлов крепления.

Исследования, проведенные фирмой «Flowdrill» совместно с рядом других исследовате-лей, показывают, что формообразование узлов крепления диаметром менее 12 мм предвари-тельно нагретым инструментом позволяет повысить их качество, уменьшить продолжитель-ность пластического сверления и увеличить срок службы инструмента. Предварительный на-грев инструмента осуществлялся с помощью пластического сверления отверстий в стальных листах. Установлено, что формообразование узлов крепления диаметром более 12 мм пред-варительно нагретым инструментом может привести к растрескиванию инструмента вслед-ствие термического удара. Для предотвращения растрескивания инструмента больших раз-меров фирмой «Flowdrill» предлагается использовать полый инструмент, либо инструмент, имеющий медную сердцевину, что в свою очередь ведет к увеличению затрат на его изготов-ление и поэтому на данный момент эта проблема не решена.

Для уменьшения колебаний температуры инструмента, снижения продолжительности пластического сверления и повышения качества узлов крепления предлагается использовать одновременный нагрев инструмента и заготовки непосредственно в процессе пластического сверления с помощью подвода к ним постоянного электрического тока. В соответствии с зако-ном Джоуля - Ленца наибольшее тепловыделение будет в зоне контакта инструмента с заго-товкой, так как там будет наибольшая плотность тока. Повышение температуры в зоне контак-та инструмента с заготовкой соответственно приведет к увеличению пластичности материала.

Используемый для изготовления инструмента, материал (твердый сплав ВК8) обладает большей теплопроводностью, чем материал заготовки, следовательно, инструмент нагревает-ся быстрее, чем заготовка, поэтому необходима разработка мероприятий по отводу тепла от инструмента. Предлагается осуществить отвод тепла с помощью обдувки инструмента стру-ей воздуха.

68

В случаях, когда материал заготовки обладает высокой теплопроводностью, заготовка имеет большую толщину или защитное покрытие формообразование узлов крепления, как правило, осуществляют в заготовках с предварительно просверленным отверстием, при этом диаметр отверстия выбирается меньше диаметра цилиндрической части инструмента. Это позволяет сократить продолжительность пластического сверления, уменьшить высоту узла крепления и повысить его качество, а также в случае, когда заготовка имеет защитное покры-тие - снизить износ инструмента. Недостаток данного метода заключается в том, что контакт инструмента с заготовкой в начальный момент времени происходит по окружности, располо-женной на конической части инструмента, что приводит к сокращению срока службы инст-румента. Вместе с тем это не снижает ценности данного метода.

Так как инструменты при сверлении и пластическом сверлении движутся по одинаковой траектории, предлагается совместить операции сверления отверстия и формообразования втулки. Для решения данной задачи необходимо разработать комбинированное сверло, кото-рое позволяло бы просверлить отверстие и осуществить формообразование узла крепления.

Выводы: 1. Наиболее перспективным направлением совершенствования технологии обработки мето-дом пластического сверления является исследование влияния на качество узлов крепления одновременного нагрева инструмента и заготовки с помощью подвода к ним постоянного электрического тока.

2. Необходима разработка мероприятий по отводу тепла от инструмента. Предлагается осу-ществить охлаждение инструмента с помощью обдувки струей воздуха, а также опреде-лить эффективность данного способа.

3. Необходима разработка комбинированного сверла для сверления отверстия и формообразо-вания узла крепления, предназначенного для использования в случаях, когда материал имеет большую теплопроводность, заготовка имеет большую толщину или защитное покрытие.

СТАНОЧНАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ НА СПУТНИКАХ

Петров А.С. - студент гр. ТМ-03 Дятчин Н.И. - к.т.н., доцент

Приспособления-спутники применяются для обработки на станках автоматических ли-ний деталей, конструкция которых не позволяет быстро и надежно базировать и закреплять в стационарных приспособлениях. При этом в зависимости от способов базирования и закреп-ления спутники делятся на 2 группы: 1 – на которых обрабатываемые детали только базиру-ются, а закрепление их вместе со спутником производится в станочном приспособлении; 2 – на которых обрабатываемые детали базируются и закрепляются, а в станочных приспособле-ниях крепятся только спутники. Детали, имеющие сравнительно устойчивые базы устанав-ливаются на спутниках первой группы без закрепления, а при их отсутствии – на спутниках второй группы. Зажим деталей вместе со спутниками на рабочих позициях упрощает конст-рукции спутников, но требует наличия зажимных элементов и механизмов блокировки.

Достоинствами приспособлений-спутников являются: 1 – обеспечение правильной ори-ентации деталей при их перемещении между станками; 2 – возможность использования бо-лее простых и нормализованных приспособлений для зажима и фиксации деталей вместе со спутниками на станках; 3 – удобство обслуживания зоны обработки и удаления стружки; 4 – возможность автоматизации чистки и мойки деталей и спутников в процессе обработки. Не-достатками являются: 1 – дополнительные затраты, поскольку приспособления-спутники не заменяют стационарных станочных приспособлений; 2 – увеличение погрешностей базиро-вания, которые складываются из погрешностей базирования деталей с спутниках и спутников в стационарных приспособлениях; 3 – усложнение транспотных устройств линии из-за необ-ходимости возврата спутников на первую позицию линии; 4 – затруднение разделения линии на отдельные участки и усложнение установки бункерных устройств для межоперационных заделов. Поэтому применение спутников должно быть технически и экономически оправда-но.

69

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ПОСРЕДСТВОМ ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА

Максимова Е.М. - магистрант гр. МТАП-01 Черепанов А.А - к.т.н., доцент Балашов А.В. – к.т.н., доцент

Автоматизация процесса обработки на многоцелевых станках обусловливает эффектив-ность их использования в условиях дискретного производства. При этом значительно сокра-щается штучное время обработки, однако доля подготовительно - заключительного времени и время на технологическую подготовку производства в суммарных затратах времени на из-готовление продукции значительно увеличивается. Внедрение средств вычислительной тех-ники для решения основных задач технологической подготовки производства способствует снижению этих затрат.

Автоматизация технологической подготовки производства на многоцелевых станках раз-вивается в направлении внедрения отдельных автоматизированных систем, например систем автоматизированного программирования (САП). Современные САП представляют собой комплекс технических, программных, языковых, информационных средств, осуществляющих преобразование чертежа в коды устройств управления оборудованием с ЧПУ. Таким образом, существующие САП руководствуются только точностными параметрами, определяемыми чертежом. Подобная одномерная, точностная адаптация приводит к недостаточно обоснован-ной организации технологического процесса. На наш взгляд, в реальных условиях целесооб-разна многомерная адаптация, когда в процессе управления учитываются не только исходные точностные параметры, но и экономические факторы. Одним из методов, позволяющих вы-явить связь между точностными и экономическими параметрами, служит метод функцио-нально - стоимостного анализа (ФСА).

Сфера применения ФСА весьма широка. Одной из областей применения ФСА служит проектирование, совершенствование технологических процессов.

Любая деталь является частью изделия и должна выполнять в нем определенные функ-ции. Совокупность этих функций реализуется посредством набора поверхностей, поверхно-стью или только частью поверхности. Значимость функции должна соответствовать затратам на ее реализацию. Данный принцип соответствия значимости функции должен лежать в ос-нове формирования программно - комбинированной операции (ПКО), производимой на мно-гоцелевых станках.

Поскольку поверхности детали, участвующие в осуществлении ее функций, формируют-ся на отдельных переходах, рациональная организация ПКО в целом зависит от качества принимаемых решений по организации каждого перехода в отдельности. Функционально - стоимостной подход способствует поиску этих решений.

ФСА состоит из ряда этапов, в том числе информационного, аналитического, творческого. Одной из основных задач информационного этапа при проектировании ПКО служит вы-

явление этапов производственного процесса, участвующих в формировании тех или иных точностных параметров. Точностные параметры могут быть представлены техническими требованиями, линейными и диаметральными размерами и др. Выявлению этих этапов спо-собствует проведение размерного анализа. Анализ всей совокупности размеров, реализуемых в рамках ПКО позволяет условно разделить их на 6 групп. В формировании любого размера группы участвуют множество стадий (установка инструмента, детали, настройка станка и т.д.), разделенных в пространстве и во времени.

Реализация каждой стадии сопряжена с затратами живого и овеществленного труда. Ка-ждая стадия выполняется с определенной точностью. На аналитическом этапе мы должны определить эти затраты и назначить допуски на составляющие звенья размерной цепи.

В качестве одного из методов расчета затрат может использоваться метод нормативной себестоимости машино - часа и машинокоэффициентов, предложенный Л. И. Гамрат - Куре-ком [1].

70

Допуски на составляющие звенья размерной цепи необходимо назначить, исходя из до-пуска, ограничивающего отклонения замыкающего звена. Требование ограниченного вмеша-тельства оператора - станочника в ход ПКО обусловливает использование при назначении допусков на составляющие звенья метода полной взаимозаменяемости. В процессе назначе-ния руководствуемся техническими характеристиками станка, измерительных и настроечных приборов, и т.д. Прогнозирование размера динамической настройки с целью обоснованного назначения допуска, его ограничивающего, должно производиться посредством математиче-ских моделей.

Одной из основных задач аналитического этапа ФСА служит построение функционально - стоимостной диаграммы (ФСД). ФСД позволяет определить степень соответствия между затратами и качеством исполнения функций процесса обработки. Качество исполнения функций определяется значениями допусков, ограничивающих отклонения составляющих размерных связей, и качеством их обеспечения в процессе подготовки перехода. При по-строении ФСД в верхнем квадранте откладывается удельный вес допусков на составляющие звенья размерной связи в допуске на размер замыкающего звена. В нижнем квадранте - удельные затраты на реализацию стадий, участвующих в формировании перехода, в общих затратах на осуществление перехода.

Пример такой диаграммы приведен на рис. 1

Если удельный вес затрат на той или иной стадии превышает удельный вес допуска, воз-

никает зона дисбаланса, требующая устранения. На рис. 1 зоны дисбаланса заштрихованы. Результаты анализа ФСД служат исходным материалом для проведения творческого эта-

па ФСА. Основными задачами творческого этапа служат: устранение зон дисбаланса и совершен-

ствование организации этапов процесса производства, участвующих в формировании точно-сти размера замыкающего звена на отдельных переходах, с целью уменьшения себестоимо-сти.

Величина дисбаланса служит в качестве исходных данных для совершенствования мето-дов настройки инструмента, разработки методов управления погрешностью динамической настройки станка в процессе обработки, оптимизации режимов резания.

Анализ переходов ПКО с позиции функционально - стоимостного подхода позволяет вы-явить связи между погрешностями на обработку и затратами на формирование этих погреш-

71

ностей, способствует поиску обоснованных технических решений по организации переходов, дает возможность рациональным образом организовать ПКО в целом.

Литература 1. Гамрат - Курек Л. И., Иванов К. Ф. Выбор варианта изготовления изделий и коэффи-

циенты затрат. - М.: Машиностроение, 1975.-133 с. 2. Моисеева Н. К., Карпунин М. Г. Основы теории и практики функционально - стоимо-

стного анализа: Учеб. пособие для техн. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1988. - 192 с.

БЕСКОНТАКТНЫЙ АКТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ НА ОПЕРАЦИЯХ КРУГЛОГО ШЛИФОВАНИЯ

Мартыненко А.А. – студент гр. ТМ-13 Лабецкий В.М. – к.т.н., доцент

Активный управляющий контроль в процессе обработки деталей наиболее широко при-меняется на отделочных операциях, в том числе и на операциях круглого наружного шлифо-вания. С ростом требований к точности обрабатываемых деталей средства активного управ-ляющего контроля все более усложняются, превращаясь в многоконтурные самонастраи-вающиеся системы с дополнительными измерительными позициями, эталонами поднастрой-ки и т.п., способными исключать влияние разнообразных факторов на результаты измерений. К таким факторам в первую очередь относится износ контактных поверхностей измеритель-ных наконечников контрольных приборов. Очевидно, что полностью исключить влияние та-кого износа можно с помощью бесконтактных методов контроля. Однако в силу ряда причин при круглом наружном шлифовании в условиях использования смазочно-охлаждающих жид-костей (СОЖ) пока не удавалось применить бесконтактные методы.

Обзор имеющихся в печати и других источниках сведений по бесконтактным средствам контроля показывает, что применительно к процессу круглого наружного шлифования имеет смысл рассмотреть возможность применения трех принципов измерений: пневматического, оптической триангуляции и ультразвуковой локации. В результате их более подробного рас-смотрения было установлено, что приборы основанные на двух последних принципах позво-ляют получать вполне точные результаты лишь вне процесса обработки (при отведении инст-румента от детали, на отдельных измерительных позициях, в контрольных автоматах и при-способлениях и т.п.). В ходе обработки на результаты таких измерений накладываются де-формации технологической системы от сил резания, температурных воздействий и вибраций. Это вновь ведет к необходимости применять многоконтурные системы контроля.

Пневматические устройства с соплами, расположенными с диаметрально противопо-ложных сторон обрабатываемой детали, оказываются свободными от перечисленных выше недостатков. В настоящее время из-за высокой точности их широко применяют для пассив-ного контроля отверстий и наружных поверхностей колец подшипников, поршневых пальцев и других изделий. Существенным препятствием для их применения в процессе шлифования является быстрое наслоение шлама (в результате разбрызгивания СОЖ) из частиц абразива, связки, микростружки и т.п. на торцах измерительных сопел. В результате наслоения шлама быстро уменьшается и затем исчезает просвет до обрабатываемой поверхности, затрудняется расход воздуха через измерительные сопла и искажаются показания прибора. Устранить это явление становится возможным с помощью отсекающих воздушных потоков, питаемых из общей пневмосистемы в обход измерительной сети. Пневматическая скоба такого прибора может быть конструктивно выполнена перестраиваемой на разные размеры. Некоторую инерционность измерительной пневмосистемы, составляющую 0,3-2 с., можно учитывать при ее настройке на размер.

72

КОНСТРУКЦИИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОПЕРАЦИЙ ТОЧЕНИЯ

Мозговой Н.И. - магистрант Доц М.В. - аспирант

Марков А.М. - д.т.н, профессор

Точность является важнейшей характеристикой качества изделий машиностроения и при-боростроения. Современные мощные и высокоскоростные машины не могут функциониро-вать при недостаточной точности их изготовления в связи с возникновением дополнитель-ных динамических нагрузок и вибраций, нарушающих нормальную работу машин и вы-зывающих их разрушение.

Под точностью детали понимается ее соответствие требованиям чертежа: по размерам, геометрической форме, правильности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей и по степени их шероховатости. Отклонения формы весьма многообразны. Цилиндрическая поверхность может иметь конусность, отклонение от круглости поперечного сечения, искривление оси. Плоскость может иметь выпуклость, вогнутость и другие отклонения формы.

Колебания размеров заготовок в партии вызывает упругие отжатия элементов технологи-ческой системы, что приводит к прогрессирующему затуплению инструмента. Возникают виб-рации, которые ухудшают чистоту обработанной поверхности, неблагоприятно влияют на работу ре-жущего инструмента, а также усиливают колебания сил резания. С увеличением жесткости эле-ментов технологической системы повышается точность, производительность обработки и уменьшает воздействие вибраций на износ режущего инструмента, однако такой путь приво-дит к повышению себестоимости обработки.

В ряде случаев увеличение подачи повышает общую размерную стойкость инструмента и при достаточной жесткости технологической системы повышает точность обработки. Для этого стали применять широкие резцы, позволяющие повысить подачу, что способствует рос-ту точности обработки при одновременном повышении ее производительности. Однако с возрастанием заднего угла увеличивается относительный износ резца, что влияет на точность. Это объясняется ослаблением режущей кромки и ухудшением условий отвода теплоты. Сле-довательно, для компенсации размерного износа необходимо осуществлять поднастройку станка, под которой понимается процесс восстановления первоначальной точности взаимного располо-жения инструмента и обрабатываемой заготовки, нарушенного в процессе обработки партии за-готовок. Поднастройка осуществляется перемещением резца на величину, равную половине смещения вершины кривой рассеяния, вызванного воздействием переменных систематических погрешностей. Реализация поднастройки может осуществляться специальными конструкциями резцов для определения износа режущих кромок инструмента в процессе резания. В настоящее время известны, например, следующие способы:

1. Контроль отношения силы тока и термо-ЭДС естественной термопары к сопротивлению контактного перехода деталь-инструмент с последующим его сравнением с заданным критиче-ским значением (Авторское свидетельство СССР №1371786, В 23 В 25.06).

2. Определение износа с помощью опорной токопроводящей пластины, включаемой в элек-трическую цепь с обрабатываемой деталью, на которой размещена режущая пластина (Патент US №3079821, В 23 В 25/04).

3. Использование применения электрического контакт между щупом и контролируемым резцом для контроля состояния режущей кромки (Патент ФРГ №2416326, В23 В27/17).

При этом перечисленные выше способы лишь только определяют износ режущей кром-ки инструмента, но не реализуют его автоматическую подналадку и имеют ряд недостатков: низкая точность, сложность конструкции, ограниченная область применения.

Автоматическая подналадка может осуществляться засчет преобразования одного вида энергии в другую. Пример физических операций преобразования, использующихся для кон-троля износа режущего инструмента, приведен в таблице.

73

Таблица – Описание возможных физических операций поднастраивания резца Наименование ТО АТ Е СТ

Механическая энергия Передача Электрический ток Магнитное поле

Электромагнитное поле

Резец Пневматическая (гидравличе-

ская) энергия

Преобразование

Механическая энергия

Применение любой из физических операций позволяет разработать конструкцию резца. Например, возможно следующее решение: под действием давления плунжер прогибает ленту, которая в свою очередь перемещает ползун, а тот – инструментодержатель. Патентный ана-лиз показал, что описанный принцип положен в основу известный конструкции (Авторское свидетельство SU1511063, В 23 В 29/034). Недостатками данного устройства являются слож-ность конструкции, необходимость использования сложного механизма преобразования гори-зонтального движения в вертикальное перемещение инструмента, использование нестандартизованных деталей. Более совершенным является техническое решение с использованием цанги, которая вместе с резцом под действием электромагнитного поля поднастраивается на нужную величину, перемещение контролируется датчиком.

На основе анализа, возможно, создать базу данных, представляющую собой перечень конструктивных элементов резцов, что позволяет производить их синтез, например на основе методов: И-ИЛИ графа, морфологических таблиц. В дальнейшем это может существенно по-мочь в разработке новых конструкций оснастки, не содержащих недостатков прототипов, и упрощению их конструкции, причем использование технических решений возможно после проведения расчетов их конструктивно-геометрических параметров, а также моделирования.

ПРИМЕНЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ С ЧПУ

Неверова Е.Б. - аспирант Татаркин Е.Ю. - д.т.н, профессор

Автоматизация технологической подготовки производства на станках с ЧПУ развивается в направлении внедрения отдельных автоматизированных систем. Современные САП пред-ставляют собой комплекс технических, программных, языковых, информационных средств, осуществляющих преобразование чертежа в коды устройств управления оборудованием с ЧПУ. В реальных условиях целесообразно учитывать в процессе управления не только ис-ходные точностные параметры, но и экономические факторы. Одним из методов, позволяю-щих выявить связь между точностными и экономическими параметрами, служит метод функционально - стоимостного анализа (ФСА).

Любая деталь является частью изделия и должна выполнять в нем определенные функ-ции. Совокупность этих функций реализуется посредством набора поверхностей, поверхно-стью или только частью поверхности. Значимость функции должна соответствовать затратам на ее реализацию. Данный принцип, соответствия значимости функции должен лежать в ос-нове формирования технологических операции, производимых на станках с ЧПУ.

ФСА состоит из ряда этапов, в том числе информационного, аналитического, творческо-го. Одной из основных задач информационного этапа при проектировании операций на то-карных станках с ЧПУ служит выявление этапов производственного процесса, участвующих в формировании тех или иных точностных параметров. Точностные параметры могут быть представлены техническими требованиями, линейными и диаметральными размерами и др. Выявлению этих этапов способствует проведение размерного анализа. Все операционные размеры деталей, получаемые на токарных операциях технологического процесса, можно разделить на 4 группы. К числу этих групп относятся размеры, получаемые: мерным инстру-

74

ментом; до технологических баз; между поверхностями, обработанными за один установ; от измерительных баз. В формировании любого размера группы участвуют множество стадий (установка инструмента, детали, настройка станка и т.д.), разделенных в пространстве и во времени.

Реализация каждой стадии сопряжена с затратами живого и овеществленного труда. Ка-ждая стадия выполняется с определенной точностью. На аналитическом этапе мы должны определить эти затраты и назначить допуски на составляющие звенья размерной цепи.

Одной из основных задач аналитического этапа ФСА служит построение функционально - стоимостной диаграммы (ФСД). ФСД позволяет определить степень соответствия между затратами и качеством исполнения функций процесса обработки. При построении ФСД в верхнем квадранте откладывается удельный вес допусков на составляющие звенья размерной связи в допуске на размер замыкающего звена. В нижнем квадранте - удельные затраты на реализацию стадий, участвующих в формировании перехода, в общих затратах на осуществ-ление перехода. Если удельный вес затрат на той или иной стадии превышает удельный вес допуска, возникает зона дисбаланса, требующая устранения.

Величина дисбаланса служит в качестве исходных данных для совершенствования мето-дов настройки инструмента, разработки методов управления погрешностью динамической настройки станка в процессе обработки, оптимизации режимов резания.

Весьма важно в машиностроительной промышленности использование контроля не как средства разделения уже готовой продукции на годную и брак, а как средства, управляющего автоматически или с помощью оператора металлорежущими станками с целью получения размера в заданном допуске, предупреждения и исключения брака, а также для установления оптимальных режимов обработки, обеспечивающих высокую производительность при высо-ком качестве обрабатываемой поверхности и отклонениях формы в пределах соответствую-щего допуска.

Анализ переходов с позиции функционально - стоимостного подхода позволяет выявить связи между погрешностями на обработку и затратами на формирование этих погрешностей, способствует поиску обоснованных технических решений по организации переходов, в част-ности, методов управления точностью, дает возможность рациональным образом организо-вать ТП в целом.

Литература 1. Гамрат - Курек Л. И., Иванов К. Ф. Выбор варианта изготовления изделий и коэффициенты

затрат. - М.: Машиностроение, 1975.-133 с. 2. Моисеева Н. К., Карпунин М. Г. Основы теории и практики функционально - стоимостного

анализа: Учеб. пособие для техн. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1988. - 192 с. 3. Якобсон М. О. Технология механической обработки в автоматизированном производстве.-

М.,Машгиз, 1962.- 432 с., ил. 4. Активный контроль в машиностроении: справочник/Под ред. Е. И. Педя.- 2-е изд., перераб.

И доп.- М.: Машиностроение, 1978, - 352 с., ил.

СОКРАЩЕНИЕ ОБЪЕМА НЕКОМПЛЕКТА ПРИ СЕЛЕКТИВНОЙ СБОРКЕ

Пантыкин Д.В. - студент гр. МТАП-02 Панов А.А. - к.т.н. доцент

Одним из условий эффективного применения метода групповой взаимозаменяемости (селективной сборки) является идентичность законов рассеяния размеров составляющих звеньев. Наиболее распространенными в машиностроении являются следующие законы рас-сеяния размеров в партии деталей:

- закон Гаусса (Г); - закон Симпсона (С); - закон равной вероятности (РВ).

75

Законы являются симметричными, и при числе групп сортировки k = 2 в каждую группу попадает по половине объема партии. Поэтому анализ следует начинать с числа групп k = 3. Для трехзвенной размерной цепи (отверстие – вал – зазор) при равных допусках составляю-щих звеньев (Т1=Т2=Т) и делении их на равные групповые допуски при отличающихся зако-нах рассеяния размеров в группы попадает отличающееся количество деталей (таблица 1).

Таблица 1 – Параметры звеньев цепи при расчете по существующей методике Количество деталей в группах, % Закон рассея-

ния размеров 1-е звено 2-е звено

Некомплект при сборке, %

Группа Группа В группах 1-е звено

2-е звено 1 2 3 1 2 3 1 2 3 общий

С РВ 22,2 55,5 22,2 33,3 33,3 33,3 11,1 22,2 11,1 22,2 Г РВ 15,9 68,2 15,9 33,3 33,3 33,3 17,4 34,9 17,4 34,9 Г С 15,9 68,2 15,9 22,2 55,5 22,2 6,3 12,7 6,3 12,7 Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что даже при достаточно близких зако-

нах рассеяния (нормальном и Симпсона) некомплект при сборке составляет 12,7% от общего количества изделий, а при наиболее неблагоприятном сочетании законов он доходит почти до 35%, что совершенно неприемлемо.

Объем некомплекта можно свести до приемлемых величин (а теоретически – свести к нулю), если отказаться от классических условий соотношения допусков Т1 и Т2 и деления их на равные группы.

В конечном счете важно обеспечить следующие условия: 1) одинаковое количество деталей 1 и 2 в одноименных группах; 2) одинаковую и равную расчетную величину поля рассеяния размеров замыкающего

звена во всех группах; 3) одинаковое расположение поля рассеяния размеров замыкающего звена относи-

тельно номинала во всех группах. Исходя из этих условий, были выполнены расчеты необходимого соотношения допусков

Т1 и Т2 с исходным Т и границ групп. Результаты сведены в таблицу 2. Таблица 2 Параметры звеньев цепи при расчете по предлагаемой методике.

Количество деталей в группах, % Закон рассеяния размеров

Допуски звеньев Границы средней группы 1-е звено 2-е звено

группы 1-е звено

2-е звено Т1 Т2

1-е звено 2-е звено 1 2 3 1 2 3

Некомплект

С РВ 1,069Т 0,931Т ±0,124Т1 ±0,216Т2 28,4 43,2 28,4 28,4 43,2 28,4 0Г РВ 1,098Т 0,902Т ±0,107Т1 ±0,239Т2 26,1 47,8 26,1 26,1 47,8 26,1 0Г С 1,034Т 0,966Т ±0,145Т1 ±0,190Т2 19,2 61,6 19,2 19,2 61,6 19,2 0Анализ полученных данных показывает, что количество деталей в одноименных группах

одинаково и некомплекта при сборке нет. Проверочные расчеты показали, что поля рассеяния размеров замыкающего звена одинаковы во всех группах. Одинаковы также и координаты середин полей рассеяния замыкающих звеньев во всех группах.

Выполненные исследования показали принципиальную возможность экономичного применения метода групповой взаимозаменяемости для цепей с отличающимися законами рассеяния размеров составляющих звеньев.

76

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ С ПОКРЫТИЯМИ

Стоцкий А.А. - магистрант гр.МТАП-02 Фёдоров В.А. - к.т.н., ст. преподаватель

Как известно, одной из главных задач современного отечественного машиностроения яв-ляется выпуск продукции высокого качества, конкурентоспособной на мировом рынке. При этом в условиях интенсивного развития науки и техники все большее значение приобретает повышение надежности и срока службы изделий. На пути решения этой проблемы особенно актуальна задача защиты деталей от коррозии и износа.

Одним из наиболее эффективных направлений борьбы с коррозией и износом является применение защитных покрытий. Как показывает практика, при изготовлении деталей с по-крытиями наиболее перспективным по сравнению с другими методами является напыление. Это обусловлено, прежде всего, достаточно высокой производительностью, малым термиче-ским воздействием на напыляемую основу, отсутствием ограничений на размеры и форму напыляемых заготовок, простотой работы оборудования и реализации технологических опе-раций, а также возможностью наносить различные по составу покрытия (от пластмасс до ту-гоплавких соединений).

Одной из главных проблем нанесения покрытий напылением является обеспечение дос-таточно высокой прочности самого покрытия, а также высокой прочности соединения по-крытия с основой в целях снижения вероятности его разрушения или отслоения в процессе эксплуатации детали. Как показывают исследования, проведенные в этой области, адгезион-ная и когезионная прочности деталей с покрытиями зависят более чем от пятидесяти факто-ров. Поэтому для решения выше указанной проблемы необходим тщательный их анализ. Среди всех факторов, определяющих адгезионную прочность, одними из основных являют-ся: 1) состояние напыляемой поверхности; 2) степень развития химического взаимодействия напыляемого материала с основой; 3) напряжения, возникающих на границе напыленный слой – основа; 4) угол напыления; 5) наличие и вид последующей термической обработки. Следует отметить, что высокая адгезионная прочность возможна только в результате химиче-ского взаимодействия, при котором возникает переходный слой между покрытием и основой. Что касается когезионной прочности, то она в основном зависит от следующих факторов: 1) от фазового и химического состава напыленного слоя и остаточных напряжений в нем; 2) размера зерна напыленного слоя; 3) пористости покрытия: чем она меньше, тем прочность выше; 4) прочности связи между напыленными частицами; 5) однородности структуры: чем она выше, тем выше прочность.

Учитывая перечисленные факторы, в целях повышения качества деталей с покрытиями и, прежде всего, снижения вероятности разрушения или отслоения покрытия в процессе эксплуатации детали, необходимы:

– разработка новых и совершенствование существующих методов и технологий напы-ления, а также оборудования для его осуществления;

– оптимизация режимов процесса напыления (температуры, скорости частиц, давления транспортирующего газа и т. д.);

– соответствующая подготовка поверхности основы перед напылением, а именно, соз-дание благоприятной шероховатости, химическая и термическая активация;

– оптимизация химического состава материала, используемого для напыления; – оптимизация дисперсности частиц при напылении порошком; – выбор оптимального угла напыления; – оптимизация последующей термической обработки. На основе анализа существующих способов снижения вероятности отслоения или раз-

рушения покрытия, а также особенностей процесса напыления и свойств деталей с покры-тиями был предложен еще один способ решения выше указанной проблемы, суть которого заключается в создании благоприятного напряженного состояния в покрытии, в некоторой

77

степени компенсирующего действие на него рабочих нагрузок. При этом величина и характер напряжений, создаваемых в системе деталь-покрытие, зависят от ее адгезионной и когезион-ной прочности и, в том числе, от прочности на сдвиг, а также от величины и характера нагру-зок, действующих на деталь в процессе ее эксплуатации. Применение этого способа позволит повысить резерв прочности детали с покрытием, обеспечивая тем самым продление срока ее службы.

Исследования выполнены по гранту Президента Российской Федерации № МК-3670.2004.8 для поддержки молодых российских учёных и ведущих научных школ Россий-ской Федерации.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЛАЗМАТРОНОВ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

Стоцкий А.А. – магистрант гр.МТАП-02 Фёдоров В.А. - к.т.н., ст. преподаватель

Плазменное напыление представляет собой универсальный метод нанесения на поверх-ности изделий покрытий практически из любых твердых материалов, которые в процессе на-пыления не испаряются и не изменяют значительно своих свойств. Применяется для получе-ния антикоррозионных, износостойких, декоративных и других специальных покрытий.

В России и на Украине серийно производятся высокопроизводительные установки плаз-менного напыления производительностью до 4-10 килограммов порошка в час. Среди них, ввиду наибольшей распространенности, особо следует отметить такие установки как УПУ-3Д, УПУ-8М, УМП-7 и Киев-7. Для удобства сравнения сведём основные технические харак-теристики этих плазматронов в таблицу.

Таблица Основные технические характеристики плазматронов для напыления Характеристика УПУ-3Д УПУ-8М УМП-7 Киев-7

Мощность плазменного распылителя, кВт 25 40 39 100 Рабочее напряжение, В 30-100 25-100 160-180 140-260 Сила рабочего тока, А 100-500 100-700 170-200 100-315

Производительность напыления, кг/час 2-4 5-10 5-12 10-25 Плазмообразующие газы Ar; N2;

Ar + N2; Ar + Н2

Ar; N2; Ar + N2; Ar + Н2

N2 Воздух; природный

газ Расход газа, м3/час плазмообразующего

транспортирующего

1-6

0,2-1

2-4

0,5-1,5

5

0,5-2,0

4-12(Возд.) 0,1-2(Газ)

- Масса плазменного распылителя, кг 0,5 1,1 1,9 2,0

Масса установки, кг - 2100 870 1150 Следует отметить, что из всех перечисленных плазматронов УПУ-3Д и УПУ-8М ко всем

прочим преимуществам обладают еще высокой степенью универсальности, так как позволя-ют использовать в качестве напыляемого материала, как порошок различных фракций, так и проволоку диаметром от 0,8 до 1,2 мм.

Одной из первых установок плазменного напыления, для которых было налажено серий-ное производство, является установка модели УПУ-3Д. Выпускается она с 1963 года. Плаз-матрон УПУ-8М серийно выпускается с 1988 года. Усовершенствованной моделью УПУ-8М является плазмотрон УМП-7, который представляет собой одну из последних разработок в этой области. В настоящее время эта модель является самой современной из всех серийно выпускаемых в нашей стране.

Анализируя приведённые характеристики плазматронов, можно отметить тенденции увеличения мощности и производительности установок с одновременным снижением массы, в частности, вследствие использования новых видов плазмообразующих газов, что в настоя-щее время считается перспективным направлением, а также за счет усовершенствования и

78

упрощения конструкций. В тоже время, для увеличения портативности, многофункциональ-ности и универсальности оборудования для плазменного напыления, необходимо значитель-ное снижение массы (до 10 раз) и габаритных размеров установок, даже если это приведет к снижению их мощности и производительности. Решение данной проблемы может быть най-дено применением в качестве источника плазменной струи сварочных плазматронов прямого действия с мощностью 2-10 кВт и производительностью до 0,5-1,0 кг/час.

Исследования выполнены по гранту Президента Российской Федерации № МК-3670.2004.8 для поддержки молодых российских учёных и ведущих научных школ Россий-ской Федерации.

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ НА МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКАХ С ЧПУ

Тепикина Л.Н. - студентка гр. ТМ-03 Балашов А.В. – к.т.н., доцент

Большую группу обрабатываемых деталей на станках с ЧПУ составляют корпусные и базовые детали, которые являются составной частью почти всех машин и механизмов и представляют собой литые или сварные конструкции коробчатого типа, имеющие отдельные плоскости и их сочетания, торцевые поверхности, крепежные и основные отверстия.

При обработке корпусных деталей диаметры основных отверстий под посадку подшип-ников выполняют по 7…8-му, реже по 6-му квалитету точности. Выдерживание отверстий по 6…7-му квалитету точности на многоцелевых станках с ЧПУ вызывает трудности. Вследст-вие этого наряду с многоцелевыми станками используют алмазно-расточные станки для окончательной обработки отверстий.

Ограничение использования многоцелевых станков с ЧПУ обусловлено тем, что на точ-ность размера помимо динамических погрешностей, погрешности статической настройки инструмента вне станка оказывает влияние погрешность установки и зажима инструмента с оправкой в шпиндель при его автоматической смене автооператором.

Для достижения 7-го квалитета точности на многоцелевом станке с ЧПУ разработана расточная оправка с автоматической коррекцией размерного износа инструмента (рисунок 1).

При нажатии на палец 4 поворачивается храповик 3. Ножка храповика 3 воздействует на

трапециидальный шлиц. В результате данного воздействия поворачивается резцедержатель 2, размещенный в эксцентричном отверстии корпуса 1. Пружина 6 и палец 5 возвращают палец 4 в исходное положение. Поворот головки 2 в эксцентричном отверстии корпуса 1 обуслов-ливают радиальное перемещение резца. Необходимая коррекция осуществляется вручную или в автоматическом режиме.

Применение описанной расточной оправки позволит повысить точность обработки от-верстий.

79

СНИЖЕНИЕ ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ЦИЛИНДРИЧНОСТИ НЕЖЁСТКИХ ВАЛОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ НА СТАНКАХ С ЧПУ

Ульянов Д.В. - аспирант Татаркин Е.Ю. – д.т.н., профессор

При обработке нежестких валов увеличиваются упругие деформации, снижается вибро-устойчивость процесса обработки, и наблюдаются другие негативные явления, которые со-провождаются уменьшением точности изготовления детали. Не последнею роль в обработки играет жесткость узлов станка, что в силу технологической наследственности тоже отражает-ся на точности детали.

Если достаточно точно аналитически определить упругие перемещения детали и узлов станка при точении, то на станках с ЧПУ можно, контролируя один из параметров режима резания программно, получить деталь с меньшем отклонением от цилиндричности.

Корсакова В. С. [1] приводит расчет прогиба детали установленной в патрон для кон-сольного точения, где шпиндельный узел может быть равноценно заменен консольной жест-ко заделанной балкой соответствующих размеров. При закреплении в патроне гладкого вали-ка, нагруженного на свободном конце поперечной силой, систему можно сравнить с двухсту-пенчатой заделанной балкой.

Если жесткость заготовки принять большей, чем жесткость шпиндельного узла, то диа-метр консольной балки у свободного конца будет превышать диаметр балки в заделе. Для определения диаметра и длины воображаемой консольной балки, условно заменяющей шпиндельный узел, используются следующие формулы:

θyL 5.1= , (1)

где у — упругий отжим шпиндельного узла под действием поперечного усилия Ру; θ — угол поворота шпиндельного узла.

3

2

19.2θy

EP

D y ⋅= , (2)

где E — модуль упругости. В целях упрощения расчетов величину Е следует принимать равной модулю упругости

материала обрабатываемой заготовки. Такой же способ можно применить для определения перемещений заготовки установ-

ленной в патроне и центре задней бабки, равноценно заменив шпиндельный узел и заднюю бабку балкой соответствующих размеров.

Из трех составляющих силы резания только Ру влияет на получаемый диаметральный размер. Влияние составляющей Рх, которая дает момент M=Pxr, осевые силы, возникающие от действия Ру, температура в зоне резания, изгиб резца сравнительно невелико или ничтож-но мало, поэтому в дальнейших расчетах эти величины не учитывается.

Для вала установленного в патрон и центр задней бабки с размерами вала d2 и l2, без уче-та длинны вала закрепленной в патрон, расчетная схема будет следующей:

80

Задача является статически неопределимой и решается методом сил. Для решения, луч-ше сначала отдельно рассмотреть прогиб заготовки с абсолютно жесткой опорой задней баб-ки.

Для такой схемы реакция опоры B будет следующей:

−⋅⋅=

22

2

2

32 l

xlxP

B y , (3)

где x –расстояние от силы приложении Ру до патрона. Размеры d1 , l1 ,d2 , l2 определяем из формул (1) и (2) предварительно найдя эксперимен-

тально значения для патрона 1θ , y1 и задней бабки 2θ , y2. Тогда прогиб детали в точке при-ложения силы Ру можно выразить с помощью интеграла Мора:

( )[ ] ( )[ ] dzzzPxlzBIE

dzzzPxlzBIE

fx

y

x

xly ⋅⋅−−+⋅

⋅+⋅⋅−−+⋅

⋅= ∫∫

+

0

22

21

11

1

, (4)

где I1, I2 –моменты инерции соответствующих балок ( I=0.05d4 ). В месте приложения силы Ру, влияние перемещения опоры задней бабки от реакции B c

обратным знаком, будет следующим: dzzBIEl

x l2

032

31⋅

⋅ ∫ . Из-за непостоянства глубины реза-

ния, связанной в основном с упругими деформациями, сила резания Ру действующая на суп-порт будет зависеть от фактической глубины резания tф. Прогиб детали с учетом перемеще-ния суппорта будет приближенное решение системы уравнений:

( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]

( )фyсуп

l

xнy

x

xlнy

tPdzzBIEl

x

dzzztPxlzBIE

dzzztPxlzBIE

f

⋅+⋅⋅

+

+⋅⋅−−+⋅⋅

+⋅⋅−−+⋅⋅

=

∫

∫∫+

.2

032

0

22

21

3

1

1

11

ε

(5)

фн tft =− (6)

pnywxw

py kvStCP ⋅⋅⋅⋅⋅= 10 , (7) где .супε – податливость суппорта; tн– номинальная глубина резания; Ср, kw, yw, kp, n –

коэффициенты, учитывающие особенности процесса резания; S –подача; v –скорость реза-ния.

Возьмем глубину резания как управляемый параметр режима резания. Так как увеличе-ние глубины резания влечет за собой увеличение силы резания, то сложение tн с f для каждой точки будет неточно, и с уменьшением жесткости детали будет давать большие погрешности. Найти глубину резания tизм, для каждой точки вала, можно решив приближенно следующее уравнение:

tизм - f(P(tизм))= tн, (8) где f(P(tизм))– прогиб рассчитанный по формуле (5) с глубиной резания tизм вместо tн.

81

Нахождение решения из формулы (8) происходит совместно с решением системы урав-нений (5), (6), (7). После аппроксимации кривая tизм готова будет к использованию в про-грамме станка с ЧПУ.

Для расчета прогиба ступенчатых валов интеграл из уравнения (5) с множителем 2

1IE ⋅

распадется на соответствующие количество ступеней вала. В данном способе точность определения составляющих силы резания сказываются на

расчет прогиба заготовки, следовательно, необходимо учитывать или прогнозировать влияю-щие факторы (например, износ резца).

Литература 1. Корсаков В. С. «Точность механической обработки», М. 1961 г. 2. под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова «Справочник технолога- машиностроите-

ля» том 2, М. 1985 г. 3. Писаренко Г.С. и др.«Справочник по сопротивлению материалов», Киев ,1975 г.

УМЕНЬШЕНИЕ ТРУДОЁМКОСТИ ОБРАБОТКИ НЕЖЁСТКИХ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Чернигина Е.М. - магистрант МТАП-92

Тенденции к снижению материалоемкости продукции в машиностроении обусловили увеличение объема выпуска деталей малой жесткости.

Основной причиной технологических трудностей при обработке нежестких деталей яв-ляются сравнительно высокие упругие свойства материалов, которые вызывают упругие де-формации при обработке детали. В свою очередь, упругие деформации приводят к наруше-нию технологических баз, погрешностям формы и размеров деталей, ограничению режимов, что приводит к увеличению основного времени. Эти обстоятельства вынуждают в рамках станочных приспособлений используют систему подводимых домкратов. При этом значи-тельно снижается производительность обработки, вследствие существенного увеличения подготовительно – заключительного и вспомогательного времени. Увеличение подготови-тельно – заключительного и вспомогательного времени обусловлено настройкой подводимых домкратов на каждую заготовку и их фиксацию вручную.

Увеличение производительности можно достигнуть за счет разработки новых конструк-ций подводимых домкратов с автоматической фиксацией опоры или оптимизации режимов резания.

1. Разработка новых конструкций подводимых опор. Для эффективного конструирования такой технологической оснастки целесообразно ис-

пользовать методологию поискового конструирования, позволяющую значительно интенси-фицировать поисковые работы. Поиск решений в соответствии с данной методологией осно-вывается на следующих этапах:

1. Предварительная постановка задачи; 2. Уточненная постановка задачи; 3. Поиск технических решений с применением методов поискового конструирования

(эвристических приемов, морфологического анализа и синтеза технических решений, мозго-вой атаки и т.д.).

В соответствии с методологией поискового конструирования разработаны пружинных домкратов с автоматической фиксацией подводимой опоры, позволяющие уменьшить вспо-могательное время, и следовательно повысить производительность обработки.

Перед началом обработки детали посредством пружин обеспечивается самоустановка опор по ее внутренней поверхности. Фиксация опор в достигнутом положении осуществля-ется следующим образом. На катушку индуктивности подается напряжение, возникающее магнитное поле вызывает затвердевание магнитной жидкости, размещенной в полости кор-пуса (рисунок 1а).

82

Перед началом обработки детали на электромеханический привод подаётся напряжение. Сердечник привода, перемещаясь, воздействует на цангу. В результате чего освобождённая подводимая опора под воздействием пружины самоустанавливается. С целью закрепления опоры с электромеханического привода снимается напряжение, сердечник привода возвра-щается в исходное положение. После чего посредством второй пружины цанга закрепляет опору (рисунок 1 б).

а) б) Рисунок 1 – Подводимые домкраты с автоматической фиксацией опоры

2. Оптимизация режимов резания нежестких деталей.

При оптимизации режимов резания в качестве целевой функции обычно используют критерий производительности или критерий себестоимости обработки, а допустимое множе-ство задается системой ограничений, включающей в себя требования по стойкости режущего инструмента, мощности резания, точностным показателям обработанной поверхности, шеро-ховатости. Оптимизация режимов резания нежёсткой детали предусматривает введение огра-ничения, учитывающее степень деформации детали, вследствие воздействия на неё как силы резания, так и силы закрепления. Таким ограничением может служить ограничение, учиты-вающие возникшие внутренние напряжения.

Для условий фрезерования детали данное ограничение можно записать:

Пxx

x

WS

WM

FS σνσ ≤

⋅++= ,(1)

S – продольная сила закрепления; Mx – изгибающий момент в текущем сечении, вызванный действием осевой силы реза-

ния; v - прогиб детали, вызванный действием как силой закрепления, так и силой резания; Wx – осевой момент сопротивления в плоскости действия осевой силы резания; F - площадь поперечного сечения. σП – предел пропорциональности материала заготовки. На основе приведенных исследований разработана программа в среде MathCAD и реали-

зован процесс оптимизации режима фрезерования нежесткой по критерию производитель-ность обработки методом перебора.

Таким образом, предлагаемые технические решения позволяет установить и зафиксиро-вать опору без ручных операций, и следовательно повысить производительность обработки за счет существенного сокращения подготовительно – заключительного и вспомогательного времени.

83

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ СВЕРЛА

Чернов А.В. – студент гр. ТМ – 03 Кряжев Ю.А. – к.т.н.

В условиях сверления глубоких отверстий возникают продольные колебания, амплитуда и частота которых влияет на интенсивность износа режущих кромок сверла.

Способ определения продольных колебаний сверла при сверлении заключается в вы-сверливании стержня из обрабатываемого материала, который запрессован в отверстие диа-метром (0,95…0,98) от диаметра сверла. Перед запрессовкой стержня по периметру отвер-стия была проложена медная фольга толщиной - 0,1…0,15 мм. После распрессовки стержня и фольги проводились замеры зубчатой кромки фольги, контактирующей с режущей частью сверла, фиксировалось число и высота зубцов на кромке фольги, характеризующие частоту и амплитуду продольных колебаний.

Частота упругих колебаний спирального сверла определялась по формуле:

60Nnf ⋅

= , Гц

где n- частота вращения сверла, об/мин; N- число зубцов на кромки фольги. Влияние удлинения сверла на стойкость определялось по формуле:

2

0

0 5,01

⋅+==

SА

ТТη

где То- период стойкости сверл при отсутствии вибраций; А- амплитуда колебаний режущего лезвия инструмента в процессе резания, мм; So – подача, мм/об; Т- период стойкости сверл при вибрациях. Для проведения экспериментов было разработано специальное устройство, позволяющее

мгновенно прекращать процесс сверления, что обеспечивало фиксирование вибрационных волн на кромке фольги.

Фиг. 1. Устройство для мгновенной остановки процесса сверления:

Данное устройство выполнено (фиг. 1) в виде цангового зажима, состоящего из внутрен-ней 1 и внешней 2 цанг. Последняя из них связана с установленной на корпусе 3 гайкой 4, с помощью которой осуществляется при торможении зажим или разжим сверла 6. При затор-маживании гайки 4 ручным тормозом наружная цанга 2 перемещается по корпусу внутрен-ней цанги 1. В этот момент произойдет быстрый разжим переходной втулки 5 с инструмен-том и отскок в корпус приспособления.

Проведенными исследованиями было установлено, что для спиральных сверл, рабо-тающих по серому чугуну, к моменту отказа крутящий момент возрастает на 74%, а осевая сила на 67%. Это приводит к увеличению величины удлинения сверла, так как степень уве-личения крутящего момента преобладает над увеличением осевой силы, которая мешает уд-линению сверл при их раскручивании. Для определения величины удлинения сверла были

84

проведены эксперименты, позволившие также установить изменение длины сверла от скоро-сти и подачи. Анализируя полученные зависимости можно отметить, что для данного диапа-зона исследуемых параметров резания величина удлинения в значительной степени зависит от подачи и в меньшей степени от скорости резания. При этом с уменьшением скорости реза-ния удлинение сверла увеличивается. Из этого вытекает, что значительные упругие колебания возникают преимущественно на малых скоростях резания. Из экспериментальных данных следует, что удлинение спирального сверла соизмеримо с толщиной среза, т.е. оно может весьма существенно влиять на процесс резания. При значительном удлинении сверла проис-ходит регулярный отрыв задней поверхности сверла от обрабатываемой поверхности с часто-той упругих колебаний – 180…560 Гц. Результаты расчета показали, что за счет возникаю-щих упругих колебаний в длинном сверле, стойкость длинного сверла (l=200 мм) будет в 2,3 раза меньше стойкости короткого (l=100 мм).

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ ТОЧЕНИЯ

Татаркин Е.Ю. - д.т.н., профессор Леонов С.Л. - к.т.н., профессор

Симонов В.В. – аспирант

Разработка эффективных способов управления качеством продукции машиностроения является важной и актуальной задачей. Ее успешное решение возможно при наличии матема-тических моделей адекватно отражающих процесс формирования показателей качества.

Задача идентификации является одной из основных проблем управления технологиче-скими процессами.

Под идентификацией системы понимается построение ее модели на основе эксперимен-тальных данных, совпадающей по определенным показателям с исходной системой.

Традиционно технологическая система токарного станка описывается следующими под-системами: приспособление, инструмент, элементы станка и определяет перемещения в ней в зависимости от усилий резания.

Рассмотрим технологическую систему c другой стороны: на вход которой поступает ра-диус заготовки rз, а на выходе ее формируется радиус детали rд. Необходимо установить за-висимость радиуса детали от радиуса заготовки. Чтобы в зависимости от макро и микро не-ровностей заготовки можно было аналитически прогнозировать макро и микро неровности детали.

Для математического описания линейных систем такого вида широко используется аппа-рат передаточных функций.

В теории управления, передаточной функцией линейной системы называют отношение Лапласова изображения выходного сигнала к Лапласову изображению входного сигнала, по-лученные при нулевых начальных условиях:

)()(

)}({)}({)(

sXsY

txLtyLsW ==

Рисунок 1 - Представление технологической операции.

где rз - радиус заготовки; rд - радиус детали;

W(s) - вид передаточной функции

85

Вид и коэффициенты передаточной функции W(s) определяются свойствами технологи-ческой операции. Для нахождения W(s) необходимо определить ее вид и рассчитать коэффи-циенты.

Вид W(s) может быть восстановлен из анализа частотных характеристик системы, а ее коэффициенты могут быть рассчитаны на основе методов аппроксимации АЧХ при извест-ном виде W(s).

Для определения вида передаточной функции W(s) используется амплитудно-частотная характеристика системы (АЧХ).

Если на вход системы подать моногармонический сигнал )sin(wtX = , то на ее выходе с течением времени установится также моногармонический сигнал, но другой амплитуды и фазы )sin()( fiwtwAY +⋅= . По определению амплитудно-частотной характеристикой

)(wA является зависимость отношения амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного сигнала в установившимся режиме работы системы.

Форма АЧХ определяется видом передаточной функции W(s). Для экспериментального получения АЧХ необходимо на вход реальной системы подать гармонический сигнал с за-данной амплитудой и частотой и по истечении времени переходного процесса снять на выхо-де полученный сигнал. Для линейных систем на выходе системы получается сигнал той же частоты, но другой амплитуды. Отношение амплитуд выходного сигнала к входному и есть значение АЧХ при данной частоте. Изменяя частоту w получают ее АЧХ - A(w).

На практике подавать гармонический сигнал с переменной частоты крайне сложно. Осо-бенно это касается технологических систем, так как для них необходимо формировать боль-шую серию заготовок сложного гармонического профиля и снимать круглограммы обрабо-танных деталей.

Для упрощения процесса получения АЧХ для линейных систем можно воспользоваться принципом суперпозиции. Этот принцип формулируется следующим образом: если на вход линейной системы подать сумму сигналов, на ее выходе формируется также сумма сигналов, каждый из которых соответствует элементарному входному сигналу. Следовательно, если из-готовить заготовку с профилем, содержащим большое количество гармоник, то тогда и спектр детали будет содержать те же гармоники. Отношение амплитуд гармоник детали к со-ответствующим амплитудам гармоник заготовки и даст искомую АЧХ.

Для повышения точности идентификации можно рекомендовать создание заготовки спе-циального профиля. Амплитуды гармоник, в зависимости от круговой частоты (при разложе-нии в ряд Фурье), шлицевого валика с треугольной формой шлицев сравнительно медленно убываю.

Для получения более широкого спектра частот необходимо изготавливать шлицы раз-ной формы. В настоящее время проводятся исследования для формирования профиля, обеспечивающего необходимый частотный спектр.

О ПРОЧНОСТИ НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТИПА "ВТУЛКА-КОРПУС" С УСЛОВНО РЕГУЛЯРНЫМ МАКРОРЕЛЬЕФОМ В СТЫКЕ

Буканова И.С. - аспирант Ятло И.И – к.т.н., доцент

Современная техника требует решения ряда задач повышения прочности и работоспо-собности деталей машин и конструкций, в том числе неподвижных соединений. Для этого требуется более тщательный анализ влияния на прочность соединений геометрических фак-торов, макро- и микрорельефа сопрягаемых поверхностей, физико-механических свойств ма-териалов деталей при различных условиях сборки. Теоретические и прикладные исследова-ния в области повышения эксплуатационной надежности неподвижных соединений выявили перспективные пути решения этой проблемы, такие как использование специальных методов

86

создания натяга, повышение коэффициента трения, контактного давления, фактической пло-щади контакта в сопряжении и использование как шпоночного эффекта, так и других видов искусственного макрорельефа в стыке.

Прочность неподвижных соединений зависит от большого количества факторов, являю-щихся следствием свойств материалов, макро- и микрорельефа охватываемого и охватываю-щего элементов, технологии сборки и конструкции соединения.

Существующие основы конструкторско-технологического обеспечения прочности и на-дежности неподвижных соединений предусматривают определение причинно-следственных связей факторов исходного состояния сопрягаемых элементов и признаков, характеризующих прочность соединения.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования прочности, несущей способности и герметичности стыка неподвижных прессовых соединений типа "корпус – втулка", формируемых дорнованием, позволили убедиться в существовании доминирующих факторов, влияющих на них. Такими факторами являются площадь опорной поверхности, контактное давление и коэффициент трения между сопрягаемыми поверхностями. Увеличе-ние площади опорной поверхности может быть достигнута созданием искусственного мак-рорельефа различной формы и направления на сопрягаемой поверхности одного из элемен-тов соединения.

Обеспечение достаточного уровня контактного давления и коэффициента трения по всей длине соединения достигается применением дорнования с трансформацией искусственно созданных макронеровностей. Дорнование отверстий запрессованной втулки является эф-фективной операцией, повышающей прочность прессовых соединений. В результате дорно-вания втулок прирост повышения прочности в большей степени сказывается у продольно прессовых соединений, чем у поперечно-прессовых. Это объясняется различием взаимного заполнения неровностей профиля контактируемых поверхностей. У поперечно-прессовых соединений заполнение неровностей, вследствие возникающих при расширении втулки ради-альных усилий, происходит более полно. Поэтому последующее дорнование даёт менее зна-чительней прирост величин осевой распрессовки Рр и предельного крутящего момента Мкр, передаваемого соединением, чем это наблюдается у продольно-прессовых соединений.

Использование микрошлицевой технологии с последующим дорнованием отверстия по-зволило достигнуть повышения Мкр (более чем в 6 раз по сравнению с обычной запрессов-кой) и увеличения (в 3-5 раз) прочности прессового соединения по параметру осевой рас-прессовки.

Расчёты и экспериментальные исследования показывают, что дорнование запрессован-ных втулок с натягом, не обеспечивающим распространение пластической деформации на всё сечение втулки, незначительно повышает контактное давление в стыке, а, следовательно, и прочность соединения.

Для эффективного повышения прочности прессовых соединений дорнование запрессо-ванных втулок следует проводить с натягами, обеспечивающими распространение пластиче-ских деформаций на всё сечение втулки. В этом случае удельное контактное давление в стыке может несколько уменьшиться, но прочность соединения возрастает за счёт механического зацепления материала втулки за шероховатости отверстия корпуса. Поэтому при проектиро-вании технологических процессов, предусматривающих создание или упрочнение прессовых соединений типа "втулка – корпус" дорнованием охватываемой детали, не следует стремить-ся назначать низкую шероховатость поверхности отверстия корпуса.

Однако, в некоторых ответственных узлах увеличение высоты неровностей не допуска-ется из-за снижения контактной жесткости стыка. В этом случае лучше всего на поверхности отверстия корпуса выполнить определенное число искусственных неровностей заданных размеров (пазов, выступов, лунок, канавок, и т.д.), а остальную поверхность обрабатывать с малой высотой неровностей. В процессе дорнования втулки с натягом, обеспечивающим рас-пространение пластической деформации на всё сечение втулки, эти искусственные неровно-

87

сти будут заполняться металлом ее наружной поверхности (или внедряться в неё), что резко повысит прочность соединения.

При запрессовке втулок в отверстия корпуса с регулярным или условно-регулярным макрорельефом происходит искажение макрогеометрии их внутренних поверхностей (откло-нение от круглости и нецилиндричности). Дорнование отверстий втулок микрошлицевых не-подвижных соединений улучшает показатели отклонения от круглости. С увеличением натя-га дорнования происходит уменьшение отклонения от круглости отверстий запрессованных втулок.

Финишные операции растачивания или протягивания отверстий запрессованных втулок снижают отклонения от круглости до поля допуска 6-7 квалитетов точности. Рекомендуемый припуск на обработку отверстия втулки должен составлять не более 0,1...0,4 мм на сторону (для размеров втулок соответствующим размерам экспериментальных образцов).

Дорнование втулок при получении неподвижных соединений с формированием макро-рельефа в стыке значительно улучшает параметры шероховатости их поверхностей. Умень-шаются в 4-6 раз высотные характеристики шероховатости. Снижается практически вдвое величина шага по вершинам и средней линии неровностей, значительно увеличивается опор-ная длина профиля. Остающиеся микронеровности имеют сглаженный характер.

Технологический процесс, обеспечивающий получение прочных соединений с макро-рельефом в стыке, состоит из следующих операций: формирование регулярного макрорелье-фа вибронакатыванием, раскатыванием или протягиванием, либо условно-регулярного мак-рорельефа – ударно-инерционным раскатыванием на внутренней поверхности корпуса, уста-новка втулки в корпус с натягом или зазором, дорнование отверстия и, при необходимости, растачивание отверстия втулки.

ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЧЕРВЯЧНО-МОДУЛЬНЫХ ФРЕЗ

Ноянзина О.Е. – студент Роговой В.М. – к.т.н., доцент

Качество зубчатых венцов колес зависит от многих факторов. Основные из них: 1) конструкторские, обеспечивающие точность эвольвенты зуба колеса; 2) технологические, обеспечивающие стойкость инструмента. Как показала практика, немаловажным фактором, влияющим на стойкость и точность

фрез, является рациональная их эксплуатация. В это понятие входят: правильная установка фрез, своевременные передвижки и переточки, состояние вспомогательной оснастки и др.

Рассмотрим эти моменты более подробно. 1. Правильная установка и наладка станка. Передвижки фрезы. Они должны передвигаться автоматически на 0,5 мм и использовать

всю длину зубчатой рейки. Износ зубьев по режущим граням, формирующим эвольвенту, не должен превышать 0,5 мм при работе чистовыми фрезами (прецизионная фреза класс точно-сти АА). В противном случае происходит искажение эвольвенты. Кроме того, износ, не пре-вышающий 0,5 мм, позволяет при переточках работать с малыми глубинами резания, что га-рантирует отсутствие прижогов на режущих гранях.

2. Состояние вспомогательной оснастки. К этому фактору относятся биение оправок, параллельность плоскостей дистанционных шайб и т.д.

Экономический эффект от внедрения рационального изготовления и эксплуатации чер-вячных фрез виден из следующего примера.

При износе фрезы между переточками до 0,5 мм, фреза нарезает n штук деталей и до-пускает в среднем 20 переточек, а количество обработанных ею деталей составит 20*n .

При износе фрезы между переточками до 1,5…2 мм фреза нарезает в 2-2,5 раза больше деталей, т.е. 2,5*n и допускает в среднем 4 переточки, следовательно, количество обработан-ных его деталей составляет 2,5*n*4.

88

Количество обработанных деталей до полного износа фрезы с притуплением до переточ-ки 0,5 мм будет больше, чем фрезой, притупление которой до переточки 1,5-2 мм,

21020

45.220

=∗∗

=∗∗

∗nn

nn раза

т.е. продолжительность работы фрезы увеличивается в 2 раза. Кроме этого увеличение срока службы фрезы будет за счет уменьшения прижогов при

переточках и более равномерного износа зубьев по длине фрезы вследствие введения рацио-нальной величины осевых передвижек.

Литература. 1. Калашников С.Н. Производство зубчатых колес. Машгиз 1963г. 2. Карцев С. П. Современные методы конструирования, производства и эксплуатация зу-

борезного инструмента. Москва 1963г. 3. Климов В. И., Петухин А.Е. Рациональная технология шлифования профиля червяч-

ных фрез. ГОСИНИТИ Москва 1967 г. 4. НИИМАШ. Новые конструкции и технология изготовления зуборезного инструмента

за рубежом. Москва 1967г.

КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ И СНИЖЕНИЕ ТЕПЛОНАПРЯЖЁННОСТИ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ

Трялин А.П. - магистрант Татаркин Е.Ю. - д.т.н., профессор

Одной из основных тенденций развития машиностроения и приборостроения является снижение массы, габаритов, увеличение числа выполняемых машинами и приборами функ-ций. В связи с этим неуклонно расширяется использование сложных и высокоточных деталей пониженной жёсткости.

Эксплуатационные показатели деталей машин и механизмов зависят от состояния их ра-бочих поверхностей, которые, как правило, формируются на отделочных операциях механи-ческой обработки. В этой связи возрастает роль шлифования как одного из наиболее распро-странённых процессов финишной обработки. Объём шлифовальных работ возрастает, что подчёркивает постоянную динамику развития данного вида механической обработки. Абра-зивная обработка отличается большим многообразием методов и способов реализации шли-фования. Поэтому разработка новых конструкций абразивного инструмента является боль-шим резервом совершенствования процесса и технологии плоского шлифования.

Одним из перспективных направлений является разработка шлифовальных кругов рабо-тающих с прерыванием зоны резания. Использование такого инструмента обеспечивает зна-чительное снижение теплонапряжённости процесса шлифования и повышение его произво-дительности за счёт изменения схемы съёма припуска.

Существуют два метода прерывания зоны контакта шлифовального круга с обрабаты-ваемой поверхностью заготовки:

1) путём выполнения рабочей поверхности круга рельефной, в виде равномерных вы-ступов и впадин;

2) квазидискретный (бегущего контакта) – путём установки сплошного круга под углом к оси вращения, обеспечив бегущий контакт шлифовального круга и заготовки.

Однако, обеспечение прерывания зоны контакта по первому методу сопровождается зна-чительным усложнением конструкции инструмента, ударным характером процесса резания, повышенным уровнем требований к жёсткости технологической системы.

При шлифовании с бегущим контактом зона резания перемещается по обрабатываемой поверхности не только в направлении подачи, но и совершает синусоидальные перемещения вдоль заготовки. Натяг в технологической системе при этом не изменяется. Однако увеличе-ние угла наклона и геометрических размеров инструмента ограничено динамическими усло-

89

виями, стойкостью и прочностью шлифовального круга, что уменьшает ширину обработки, производительность и эффективность снижения теплонапряжённости процесса съёма при-пуска.

Одним из перспективных направлений повышения качества и производительности плос-кого шлифования является использование абразивных кругов, работающих по методу «бегу-щего контакта», обуславливающего осцилляцию зоны резания. Использование такого инст-румента позволяет повысить точность размеров и формы деталей, снизить шероховатость об-работанной поверхности и теплонапряжённость процесса шлифования.

Поэтому совершенствование процесса плоского шлифования с бегущим контактом, на-правленное на расширение его технологических возможностей, повышение производитель-ности и качества обработанных поверхностей за счёт изменения схемы резания, геометрии шлифовальных кругов является актуальным.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ ПРИ РАСКАТЫВАНИИ ОТВЕРСТИЙ В ЧУГУННЫХ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЯХ

Федорова О.Н. - студент гр. ТМ-03 Ятло И.И. – к.т.н., доцент

Существующие методы обработки отверстий резанием обладают рядом существенных недостатков: высокой трудоемкостью, низкой производительностью и сравнительно невысо-кой точностью обработки. Применение упрочняюще-калибрующих методов обработки в из-вестной мере является эффективным методом решения названных проблем.

Были проведены эксперименты по обеспечению шероховатости Rа=1,25мкм и точно-сти по 6 квалитету двух пар соосно расположенных отверстий ø 72М7, предназначенных для запрессовки подшипников качения, в корпусе механизма уравновешивания. Материал дета-ли- серый чугун СЧ-20 твердостью НВ 170-230. Обработка отверстий производилась на ал-мазно-расточном станке мод. ОС-3522 по следующему циклу: черновое и получистовое рас-тачивание отверстий напроход резцами левой головки, затем обработка этих же отверстий раскатками, установленными вместо борштанг с чистовыми резцами, правой головки.

Растачивание отверстий производилось при подаче 0,01 мм/об, раскатывание - 0,15 мм/об, припуск соответственно 0,03 мм и 0,05 мм

Анализ экспериментальных данных показал, что качество обработки отверстий упроч-няюще-калибрующим методом значительно выше, чем резанием. Так полигон рассеивания размеров раскатанных отверстий составляет 0,01 мм, в то время как расточенные отверстия имеют часть размеров за пределами поля допуска, а полигон рассеивания размеров составля-ет 0,035 мм. Заметно улучшилась и геометрия отверстий. Если величина эллипсности после растачивания составила 0,03 мм, то после раскатывания эта величина не превышала 0,02 мм. Конусность отверстий уменьшилась с 0,038 мм до 0,01 мм, т.е. почти в 4 раза. Кроме того по-верхность, обработанная раскатыванием, имеет повышенную твердость, что благоприятно сказывается на эксплуатационных свойствах детали. Таким образом, процесс раскатывания позволяет значительно повысить качество и стабильность обработки отверстий.

МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА АБРАЗИВНЫХ КРУГОВ

Шевелёва Е.А. – аспирант

В настоящее время испытание режущих инструментов на заводах-изготовителях прово-дится в соответствии с принятыми стандартами, в которых регламентируется режимы реза-ния для каждого инструмента, его стойкость и предусматривается возможность контрольных испытаний на заводах-потребителях. Такая система обеспечивает определенную стабиль-ность качества металлорежущего инструмента.

90

Хуже обстоит дело с контролем абразивного инструмента. Пока еще не создана единая методика испытания абразивных кругов, которая регламентировала бы порядок и способ оп-ределения показателей, объективно характеризующих их режущие свойства и эффективность процесса шлифования. Отсутствие такой методики объясняется трудностью ее создания вследствие сложности характеристики кругов, большого разнообразия условий их эксплуата-ции, нестабильности режущих свойств и др.

На заводах-потребителях испытания проводятся по произвольным методикам. Зачастую при этом бывают не обусловлены основные условия резания (припуски под шлифование, скорость изделия, количество и периодичность правок, качество поверхности до обработки, машинное время шлифования и т.д.); отсутствуют данные о техническом состоянии станков, на которых ведутся испытания, о составе смазочно-охлаждающей жидкости, о точности ба-лансировки кругов и др. В ряде случаев для совершено одинаковых операций шлифования применяют круги различных характеристик.

Отсутствие методики не позволяет получать сравнимые результаты, необходимые для объективной оценки качества кругов.

На абразивных заводах эта оценка производится в основном по твердости, а на металло-обрабатывающих предприятиях – по непосредственным результатам шлифования на каждой операции в отдельности. Окончательное же заключение о качестве абразивного инструмента делается на основании данных заводов-потребителей. Но поскольку на разных заводах усло-вия эксплуатации кругов неодинаковы, то естественно, получаются и различные результаты, даже если круги выполнены по одному рецепту и технологии. В итоге же укоренилось почти общепринятое мнение о нестабильности абразивного инструмента.

Для устранения этих недостатков необходимо создание методики контроля качества аб-разивного круга непосредственно на заводе-потребителе. Данная методика должна устанав-ливать степень соответствия изготовленного круга утвержденным показателям качества.

Для оценки качества абразивных кругов и эффективности процесса шлифования исполь-зуют следующие основные показатели (ГОСТ 21445-84):

1. Режущая способность Q, мм³/мин·мм. Q=Wм / tм·Вк, (ГОСТ 2424-83)

где Wм – объем снятого металла, мм³; tм – машинное время шлифования, мин; Вк – высота круга, мм.

2. Коэффициент шлифования К К=Wм / Wа, (ГОСТ 2424-83)

где Wм – объем снятого металла, мм³; Wа – объем изношенной части шлифовального круга, мм³. Значение Wа определяется с учетом расхода круга на правку.

3. Период стойкости Т, ч. 4. Шероховатость обработанной поверхности, Ra, мкм. Для заводского контроля качества кругов достаточно проверить только эти основные по-

казатели, не учитывая силовые, энергетические и дополнительные. Данные параметры мож-но установить с помощью различных методов и средств, позволяющих регистрировать съем металла, износ круга, качество обработанной поверхности и т.д.

Сложнее обстоит дело с другими важнейшими параметрами качества абразивных кру-гов. Это относится к равномерности распределения зерен, пор и твердости по всему объему круга.

Разброс твердости в пределах одного круга обуславливает период стойкости абразивно-го инструмента и качество обработанной детали. Известно, что неоднородность твердости в шлифовальном круге может достигать 30%. Для определения твердости используют услов-ные единицы, имеющие лишь некоторое относительное значение в противоположность твер-дости материала. Данный параметр характеризует обрабатываемость металлов шлифовани-ем. Контроль твердости производится следующими методами: измерение твердости пескост-

91

руйным методом, измерение твердости методом вдавливания конуса, измерение твердости методом вдавливания шарика, акустический метод. Но измерения, полученные данными ме-тодами, не дают полного представления о твердости круга на отдельных его участках. И не всегда истинная твердость соответствует замаркированной степени твердости.

Практика применения шлифовальных кругов показывает, что круги разных заводов-изготовителей одной маркировки, размеров и назначения имеют разные характеристики и различно влияют на качество поверхностного слоя. Характеристики кругов могут сильно от-личаются в пределах одной партии. Также, если рассматривать единичный круг, то нерав-номерность распределение зерен и пор в пределах круга прямо влияет на изменение физи-ко-механического состояния поверхностного слоя обрабатываемого изделия. Но данный па-раметр ГОСТом не нормируется, а на заводах-изготовителях не проверяется.

Экспериментальное исследование динамики процесса шлифования показывают, что причиной появления прижогов является неуравновешенность шлифовального круга вследст-вие неравномерного распределения зерен и пор на отдельных ее участках. По этой же причи-не возникает волнистость на обрабатываемой поверхности и происходит неравномерный из-нос абразивного инструмента.

При пропитке (импрегнировании) шлифовальных кругов специальными составами важ-ную роль играют неравномерная концентрация зерен и пор по объему круга, а также неодно-родная твердость круга. Импрегнирование инструмента оказывает положительное влияние на все показатели процесса шлифования, особенно на стойкость между правками, шерохова-тость обработанной поверхности и среднюю скорость износа кругов. Данный процесс позво-ляет снизить неравномерность твердости в пределах круга до 10-15%. Импрегнаторы вво-дятся в поры шлифовального круга, соответственно при неравномерном их распределении, менее плотные области инструмента впитывают большее количество состава и наоборот. Вследствие этого возникает вибрации шпиндельного узла и наблюдается дисбаланс шлифо-вального круга.

Исходя из этого, необходимы исследования, направленные на разработку производитель-ных методов контроля качества абразивных кругов непосредственно на заводах - потребите-лях. Особое внимание следует уделить таким показателям, как неравномерность распределе-ния зерен, пор и твердости в шлифовальном круге, так как они оказывают особое влияние на динамику шлифования.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОФИЛЯ ФОРМООБРАЗУЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ВИНТОВЫХ КАНАВОК СПИРАЛЬНЫХ СВЕРЛ

Хоменко А.А. – магистрант гр. МТАП-92 Ятло И.И. – к.т.н., доцент

Расчеты по профилированию формообразующих участков режущих кромок инструмента являются наиболее трудоемкими. Известно, что в зависимости от параметров установки ин-струмента по отношению к обрабатываемой детали меняется профиль инструмента. Обыч-ными средствами расчета проанализировать эти изменения и выбрать оптимальное решение нельзя из-за большой трудоемкости вычислений. От того, какими будут приняты значения параметров установки фрезы (рис. 1) зависят не только конструктивные, технологические и эксплуатационные показатели инструмента, но и сама возможность обработки винтовой по-верхности

Для решения данных проблем разрабатывается программа под названием Structure, про-ектирование которой осуществляется на платформе Visual Studio.net 7.0. Программа может работать в различных 32-разрядных системах Windows и использует возможности данных систем.

92

Программа работает в автоматическом режиме и позволяет оптимизировать параметры установки фрезы при введении в программу, в качестве исходных данных, только параметры сверла.

Рис. 1. – Параметры установки дисковой фрезы относительно сверла:

m – межосевое расстояние; ε – угол скрещения осей винтовой поверхности и инструмента; ψ – угол поворота линии OOu межосевого расстояния относительно оси x

Результаты расчета в программе выводятся на экран в текстовом и графическом виде.

Для гибкости предусмотрено конвертирование результатов расчета программ Microsoft Word и AutoCAD. Текстовая информация представляет собой файл с расширением RTF, содержа-щий наглядное представление проводимого расчета в виде формул и таблиц. Графическая информация – файл расширения DXF, содержащий готовый чертеж профиля дисковой фрезы. Использование стандартных расширений RTF и DXF в программе Structure позволило до-полнительно использовать возможности программ Word и AutoCAD.

Алгоритм программы (рис. 2) позволяет при вводе данных и по ходу выполнения расчета выявлять ошибки. В случае их возникновения программа выведет сообщение в виде диало-гового окна. Содержание сообщения об ошибке зависит от причин их возникновения и рас-положения в программе. В отличие от обычного расчета, сложные уравнения в алгоритме (например, трансцендентное уравнение, первое условие формообразования) реализуются ме-тодом половинного деления. Такой стандартный подход несложно использовать, он также позволяет обеспечить необходимую точность расчета.

93

Рис. 2. Алгоритм расчета профиля дисковой фрезы

Предлагаемая программа автоматизированного расчета профиля дисковой фрезы позво-ляет оптимизировать параметры установки инструмента относительно сверла, обеспечиваю-щие выполнение необходимых условий касания производящей поверхности инструмента с винтовой поверхностью, с соблюдением конструктивных и эксплуатационных требований к проектируемой фрезе.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССОВ РЕЗАНИЯ

Печеников С.А. - студент гр.ТМ-03 Марков А.М. – д.т.н., профессор

В процессе обработки деталей имеют место явления, такие как: износ режущего инстру-мента, повышение температуры, различного рода деформации, вибрация и т.д., которые не способствуют повышению качества продукции. Полностью избавиться от этих явлений прак-тически невозможно. Некоторые из них можно лишь несколько компенсировать, например, за счет применения СОЖ, средств виброзащиты и т.д. Но как снизить влияние износа режущего инструмента на качество поверхностей получаемых непосредственно во время обработки?

Решить поставленную задачу можно благодаря внедрению в производство систем актив-ного контроля над процессом резания.

В настоящее время проводятся исследования различных явлений происходящих в про-цессе обработки. Суть этих исследований заключается в анализе спектров колебаний, возни-кающих в технологической системе станок-инструмент-заготовка. Характер и параметры ко-

94

лебаний зависят от технологических режимов обработки (скорость резания, рабочая подача), свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров инструмента. На основе идентификации параметров колебаний выделяется необходимая информация о состоянии технологической системы и производится соответствующая корректировка режимов резания.

Автоматизированный стенд научных исследований создан на базе токарно-винторезного станка 16К20-Т1 с ЧПУ и оснащен контрольно-измерительной системой фирмы National Instrument мод. DAQPad-6020E, а также датчиками, определяющими функциональные и фи-зические параметры процесса резания.

Работа автоматизированного стенда осуществляется по следующим этапам: • сигналы, вырабатываемые датчиками в процессе резания, поступают на устройство

согласования сигнала SC-2345; • с помощь многофункционального, USB-совместимого устройства ввода-вывода ана-

логовый сигнал преобразуется в цифровую форму; • информация об измеренных параметрах процесса резания в реальном масштабе вре-

мени передается в персональный компьютер для статистической обработки. Автоматизированный стенд научных исследований позволяет решать следующие задачи: • автоматическое определение критериев состояния и отказа инструмента; • предотвращение аварийных ситуаций, возникающих в процессе резания; • автоматическое определение состояния процесса резания; • обеспечение надежной эксплуатации режущего инструмента в «безлюдном режиме»; • проведение стойкостных испытаний инструмента с покрытием в автоматическом ре-

жиме; • исследование физических явлений, сопровождающих процесс резания.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОПРОХОДНОЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ

Некрасов И.А. – ст. преподаватель

Необходимость сокращения сроков измерений и исследований, повышение достоверно-сти полученных результатов создает предпосылки для постоянного совершенствования уров-ня измерительных систем, их автоматизации. С целью повышения производительности сбора и обработки экспериментальных данных была сконструирована и изготовлена автоматизиро-ванная система, которая включает в себя следующее: объект исследования (деталь, инстру-мент, процесс резания); методическое, программное, информационное обеспечение; аппарат-ные средства; специальную оснастку.

Аппаратные средства по своему составу и конструктивному исполнению зависят от ус-ловий проведения исследований. В состав аппаратных средств входят: первичные измери-тельные средства (динамометр, датчик профилографирования, датчик фазового положения); тензометрический усилитель; АЦП "многофункциональная плата ввода/вывода ЛА-70М3"; компьютер типа IBM 80486dx; принтер.

Специальная оснастка представляет собой устройства для размещения и крепления из-мерительных преобразователей, оправок, устройства для медленного вращения детали при записи профиля обработанной поверхности.

Аппаратная часть автоматизированной системы для измерения профиля, определения съема материала была изготовлена на базе универсального измерительного микроскопа УИМ-21. Конструкция микроскопа имеет необходимую для произведения контроля кинема-тику и высокую точность относительных перемещений: погрешность продольного хода со-ставляет 0,3 мкм, погрешность поперечного хода 0,1 мкм.

В качестве первичного измерительного средства применялся специальной конструкции щуп. Измерительный щуп выполнен в виде плоскопружинной балочки равного сопротивле-ния с твердосплавным коническим наконечником. Балочка изготовлена из закаленной стали

95

65Г, и имеет длину 20 мм, ширину 14 мм, толщину 0,55 мм. Наклеенные на пластине с двух сторон тензометрические датчики соединены по полумостовой схеме. Наконечник из твердо-го сплава Т5К10 с радиусом при вершине 1,5 мм обеспечивает механическую фильтрацию микронеровностей. Частота собственных колебаний щупа составляет 200 Гц, что на два по-рядка превышает частоту его вынужденных колебаний в процессе измерения.

Настройка на исследуемое сечение производилась при продольном перемещении детали с помощью оптической шкалы микроскопа. При выходе в сечение щуп вводился в контакт с поверхностью образца и устанавливался предварительный натяг, отсчитываемый по спираль-ным окулярным микрометрам микроскопа (показание фиксировалось). Образцу от электро-двигателя и зубчатую передачу (передаточное отношение i=1) сообщалось медленное враще-ние с частотой n=3,14 об/мин. Под действием неровностей профиля поверхности детали щуп деформируется. Электрический сигнал, возникающий в результате разбалансировки полумос-та, передается с тензодатчиков на блок усиления, состоящий из: усилителя тензометрического модели УТ4-1 и RC-фильтра. После усиления, электрический (аналоговый) сигнал поступает-ся на аналого-цифровой преобразователь позиция, где преобразуется в цифровой код. Оциф-рованный сигнал обрабатывается компьютером. Для синхронизации и управления процессом считывания цифровой информации используется датчик фазового положения (ДФП).

Профиль каждого исследуемого сечения записывается на жесткий диск отдельными файлами. При необходимости информация выдается в графическом виде на дисплей или внешнее устройство (печать или графопостроитель). Перед проведением экспериментов из-мерительный тракт тарируется.

Тарировка производилась в диалоговом режиме по программе. Масштаб тарировки вы-числялся по методу наименьших квадратов. Полученная зависимость носила линейный ха-рактер.

Оценку точности определения величины радиального биения проводили по следующей методике. Устанавливали щуп в контролируемое сечение и производили профилографирова-ние поверхности. Затем щуп выводили из контакта с поверхностью, разбалансировали и вновь настраивали измерительную цепь, замеры повторяли. Таким образом, было получено 7 файлов профиля поперечного сечения детали. Данные обрабатывались по методике РС 3957-73. Для определения достоверности вычисляли по критерию Стьюдента αt и дисперсии 2

PS 95% доверительные интервалы на значение радиального биения при однократном профило-графировании поверхности. Расчеты выполняли по известным зависимостям:

∑=

−∆−∆=m

iPiPP nS

1

2 )1/()( , (1)

iPP nSt /⋅±=∆ α , (2) при m = 7; αt = 2,45 получено мкм 1,167 ±=∆ P .

Составляющие силы резания ZP , YP и ХP при точении измеряли с помощью установки аналогичной установке для профилографирования поверхности. Отличие заключается в том, что в качестве первичного измерительного средства применялся универсальный тензометри-ческий динамометр ПОУР-600 (УДМ-600) конструкции ВНИИ. Динамометр устанавливался на суппорте токарного станка 16К20Ф3 вместо револьверной головки. При работе с установ-кой использовалось то же программное и методическое обеспечение, что и для профилогра-фирования поверхности детали. В процессе обработки детали фиксировалась сила резания в области исследуемого сечения за 7- 10 оборотов образца. При дальнейшей работе использо-вались усредненные значения силы по соответствующим фазовым положениям.

Перед выполнением всех экспериментов станок прогревали, контролировали режимы ре-зания и настройку измерительной аппаратуры.

Созданый автоматизированный стенд сбора и обработки экспериментальных данных, включающий: первичные измерительные средства, методическое, программное и информаци-онное обеспечение, аппаратные средства. По сравнению с традиционными средствами изме-рения, позволяет исследовать закономерности образования поверхностей деталей в динамике, значительно повышает производительность и информативность измерения параметров про-цесса резания и показателей точности. Погрешность измерения на стенде не превышает 5%.

96

КОМБИНИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРОВ

Беляев В.Н., Фирсов А.М. Бийский технологический институт

В настоящее время общепризнанным является факт влияния качества поверхностного слоя (шероховатость, волнистость, износостойкость, микротвёрдость, остаточные напряже-ния) деталей на их долговечность. Существенного повышения качества поверхностного слоя деталей можно достичь, применяя упрочняющие методы обработки. Среди этих методов ши-рокое распространение в промышленности получили методы поверхностного пластического деформирования (ППД). Методы ППД позволяют при сравнительно низких производствен-ных затратах в несколько раз повысить сопротивление усталости, контактную жёсткость, из-носостойкость деталей и увеличить тем самым ресурс работы машины [1]. Всё это позволяет использовать ППД на всех машиностроительных предприятиях.

Анализ конструкций инструмента для чистовой обработки давлением деталей показал, что уже в настоящее время практически все детали машин могут обрабатываться ППД в це-лях отделки и упрочнения [2].

Одним из наиболее эффективных способов повышения производительности труда, со-кращения цикла обработки деталей и улучшения качества поверхностного слоя является со-вмещение отделочно-упрочняющей обработки давлением с обработкой резанием.

Заводская технология изготовления цилиндра бензопилы предусматривает обработку отвер-стия под хромирование операциями растачивания и притирки до шероховатости Ra=1,25 мкм.

Предлагаемое техническое решение, заключающееся в совмещении операций растачива-ния и ППД в одном инструменте, позволяет получать требуемую шероховатость поверхност-ного слоя при более высокой производительности обработки отверстия. Также в результате ППД происходит упрочнение поверхностного слоя, увеличение опорного шага неровностей, получение отрицательных остаточных напряжений, что приводит к лучшему сцеплению хромового покрытия с поверхностью детали.

Источники информации, принятые во внимание при составлении статьи: 1.Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим де-

формированием. - М.: Машиностроение, 2002 – с.7 2.Шнейдер Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: Спр-к: СПб.: Политехни-

ка, 1998.-414с.: ил.

ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА СТРУЖКОДРОБЛЕНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ

Фирсов Александр Максимович, к.т.н., доцент Боткин Илья Викторович, ст.преподаватель Терентьев Денис Александрович, студент

Бийский технологический институт (филиал) АлтГТУ

Управления формой стружки и ее автоматическая идентификация относятся к задачам, решение которых позволит в условиях автоматического производства избежать травматизма обслуживающего персонала, повреждения детали и (или) инструмента, снижения производи-тельности в результате простоя станка при уборке стружки, трудностей при автоматической загрузке и выгрузке деталей и т.д.

Из всех видов стружки–сливная и путаная–являются наиболее неблагоприятными, т.к. представляют наибольшую опасность для обслуживающего персонала и детали, из-за их склонности наматываться на заготовку.

Тенденция контроля процесса резания в автоматическом производстве приводит к поста-новке вопроса о том, возможна ли диагностика стружкодробления с помощью соответствую-щих устройств. Подобные устройства, с учетом общего развития систем регулирования, должны работать так, чтобы при появлении сливной, путаной стружки автоматически при-

97

нимались меры для ее дробления. В данном случае, в связи с большим влиянием на форму стружки, в качестве регулирующей величины можно использовать подачу.

Проблема идентификации сходящей стружки заключается в том, чтобы найти критерии, позволяющие дать однозначную оценку. Объемный коэффициент, насыпной вес или радиус изгиба стружки имеют первостепенное значение, поскольку с помощью числовых значений можно без проблем обеспечить классификацию и последующую идентификацию. Однако на практике выяснилось, что определение этих числовых значений сложно и отнимает много времени. Поэтому в основу разработки устройства для диагностики процесса стружкодроб-ления при точении была положена идея о том, что между количеством элементов стружки, образующихся за единицу времени (частотой образования элемента стружки) и динамиче-ским спектром сил резания существует четкая взаимосвязь.

В ходе предварительных исследований предполагалось выяснить с какими частотами образования элементов стружки придется иметь дело при точении в зависимости от скорости резания, подачи и глубины резания. При проведении экспериментов использовался резец со сменной многогранной пластиной типа SNMM–120408 (α=6о; γ=6о; φ=45о) из твердого спла-ва Т15К6, которым велась обработка заготовки из стали 12Х18Н9Т на станке 1К62.

Анализ полученных результатов показал, что при увеличении глубины резания от 0,5 до 1,5 мм количество элементов стружки за секунду возрастает. Та же картина наблюдается и при увеличении подачи (от 0,07 до 1,04 мм/об) и скорости резания (от 50 до 100 м/мин). Во всех опытах, протекающих с образованием дробленой стружки, значение количества элемен-тов стружки в секунду всегда было более 1, однако редко более 100. Таким образом, можно ожидать, что при частотном анализе сил резания при появлении дробленой стружки в диапа-зоне частот от 1 до 100 кГц будут наблюдаться изменения амплитуды колебаний.

Для анализа колебания сил резания на резец были прикреплены пьезоэлектрические дат-чики типа. Измерение динамических процессов на станке, работающем на холостом ходу и при включенной подаче, позволило выявить чужеродные колебания системы станок-инструмент-деталь. Анализ колебаний производился на ЭВМ с использованием прикладной программы Cool Edit Pro ver. 1.0 компании Syntrillium Software Corporation. Резание со слив-ной стружкой дает относительно равномерную кривую сил резания, в то время как при обра-зовании дробленой стружки в выходном сигнале наблюдаются периодические всплески ам-плитуды колебания сил резания.

Описанные исследования позволили выяснить принципиальную возможность диагно-стирования процесса стружкодробления по динамическому спектру сил резания. Ответ на этот вопрос с некоторыми ограничениями положительный. Таким образом, возможно подой-ти к созданию устройства для диагностики процесса стружкодробления при точении, которое может быть использовано в системе адаптивного регулирования в условиях автоматического производства. В настоящее время продолжаются работы в данном направлении.

БЫСТРОНАСТРАИВАЕМЫЙ ЛЮНЕТ

Чирков А.М. Торопынин С.И. Красноярский государственный аграрный университет

Люнеты, применяемые для повышения точности и производительности процесса при обработке нежестких деталей на токарно-винторезных станках, настраивают на каждый диа-метр обрабатываемой детали. Поэтому затраты времени на настройку приспособления в те-чении смены велики из-за необходимости обработки деталей различных диаметров.

Для повышения точности центрирования деталей и производительности обработки нами разработана новая конструкция люнета.

Основное отличие конструкции заключается в том, что ролики люнета могут самоуста-навливаться по образующей детали, а их положение относительно оси последней регулиру-ется соответствующими устройствами (рис. 1).

98

Рис. 1. Общий вид люнета: 1 - основание люнета; 2 - корпус; 3 - скоба; 4 - шток левый; 5 - опора штока; 6 - ролик; 7 - роликодержатель; 8 - валик контрольный; 9 - винт клеммо-

вого зажима; 10 - прорезь для изменения положения роликодержателей; 11 - шток правый; 12 - гайка регулировочная; 13 - опора регулировочного винта; 14 – регулировочный винт с левой и правой резьбой; 15 - рейка; 16 - зубчатый венец; 17 - цапфа; 18 - ось ролика; 19 - винт регу-лировки перекоса осей центров станка и детали.

На основании 1 люнета закреплен корпус 2. В расточках корпуса размещены штоки 4 и 11, связанные механизмом синхронного перемещения. Последний содержат скобу 3 и винт 14 (с левой и правой резьбой), установленный в опоре 13, которая закреплена на корпусе 2. Для установочного осевого перемещения винта относительно опоры 13 имеются регулировочные гайки 12.

На опоре 5 каждого штока размещен роликодержатель 7, самоустанавливающийся в вер-тикальной плоскости. В опорах выполнены прорези 10, которые совместно с винтами 9 обра-зуют клеммовые зажимы, обеспечивающие установочное перемещение роликодержателя по вертикали.

Установочный поворот роликодержателей в горизонтальной плоскости осуществляется посредством зубчатых венцов 16 (выполненных на штоках 4 и 11) и реек 15, Последние раз-мещены в поперечных пазах корпуса 2, Ролики 6 расположены на осях 18. Крышки, прикры-вающие торцы цапф 17, защищают сопрягаемые поверхности от загрязнения. Основание 1 люнета выполняется для каждой модели станка, его размеры зависят от размеров станины и высоты центров станка.

Настраивают люнет следующим образом. После закрепления его на станине выверяют положение роликов относительно оси центров станка по контрольному валику 8. Для этого, вращая винт 14, подводят роликодержатели к валику. Момент касания роликов с валиком фиксируют с помощью двух индикаторов часового типа, измерительные стержни, которых расположены перпендикулярно друг к другу.

Далее регулируют положение роликодержателей относительно оси центров станка в вер-тикальной плоскости (изменяя ширину прорези 10 в опоре 5 винтами 9) и в горизонтальной плоскости (перемещая винт 14 регулировочными гайками 12). В случае неполного контакта образующих роликов и контрольного валика перекос осей 18 относительно оси центров стан-ка устраняется путем поворота штоков рейками 15 посредством винтов 19; при непараллель-ности образующих роликодержатели самоустанавливаются, т. е. поворачиваются на цапфах 17 в вертикальной плоскости при поджатии роликов.

При полном контакте роликов с контрольным валиком фиксируют положения регулиро-вочных винтов 9 и 19 и гаек 12. В дальнейшем точность центрирования и жесткость фикса-

99

ции валов различного диаметра обеспечиваются без дополнительной настройки люнета, что важно при групповой обработке деталей.

Предлагаемый люнет предназначен для закрепления деталей в определенном диапазоне диаметров. Минимальный диаметр закрепляемой детали ограничивается диаметром роликов. При равномерном (через 90°) расположении роликов относительно поверхности детали наи-больший диаметр ролика

;4.2minmax ДP DD = (1)

где maxPD и

minДD - максимально возможный диаметр ролика и минимальный диаметр ус-танавливаемой детали.

Однако диаметр, рассчитанный по формуле (1), следует несколько уменьшить, чтобы ис-ключить взаимное касание и торможение роликов. Межосевое расстояние роликов в ролико-держателе выбирают исходя из фактического диаметра и условий обеспечения зазора между ними. Расчетная схема основных параметров люнета приведена на рис. 2.

Рис. 2 Схема контакта роликов с обрабатываемыми деталями: 1 - ролик люнета; 2 - де-

таль максимального диаметра; 3 - деталь минимального диаметра; О - О - ось поворота роликодержателя; l - смещение линии контакта роликов с деталью от оси поворота роли-ков;

Нами изготовлен образец люнета, который позволяет закреплять детали диаметром 20 … 80 мм. В качестве роликов в нем использованы радиальные подшипники с диаметром наруж-ного кольца 42 и шириной 13 мм; межосевое расстояние роликов 44 мм. Конструкция люнета обеспечивает совмещение оси поворота роликодержателя с линией контакта при закреплении детали минимального (20 мм) диаметра.

100

СЕКЦИЯ «НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ФИТОПРЕПАРАТОВ МАКЛЕЙИ МЕЛКОПЛОДНОЙ - ПЕРСПЕКТИВНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ КОСМЕТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СПЕЦИАЛЬНОГО

НАЗНАЧЕНИЯ Кожевникова О.В., аспирант кафедры технологии жиров, косметики и экспертизы товаров

Кубанского государственного технологического университета Гаврилова Е.А., студентка 5-го курса специальности «Технология жиров, эфирных масел и

парфюмерно-косметических продуктов», КубГТУ Тишина Ю.Н., студентка 5-го курса специальности «Товароведение и экспертиза товаров»,

КубГТУ Тарасов В.Е., доктор техн. наук, профессор кафедры технологии жиров, косметики и экспер-

тизы товаров КубГТУ Усов А.П., канд.техн.наук, доцент кафедры технологии жиров, косметики и экспертизы това-

ров КубГТУ

В последнее время возрос интерес к биологически активным добавкам растительного происхождения – фитопрепаратам. Их используют при изготовлении большинства космети-ческих изделий с лечебно-профилактическими свойствами. Преимуществом препаратов при-родного происхождения является их высокая активность, биосовместимость, меньшее коли-чество побочных явлений по сравнению с синтетическими продуктами.

Все большей популярностью пользуются косметические средства, обладающие антисеп-тическими свойствами. В качестве антимикробных агентов в таких средствах могут высту-пать вещества различного происхождения. Антимикробными веществами для косметических средств могут служить алкалоиды маклейи мелкоплодной (Macleaya microcarpa (Maxim.) Fedde).

Маклейя мелкоплодная – травянистое растение семейства маковых (Рapaveraceae). Родина маклейи мелкоплодной – Центральный Китай. На территории Российской Федерации и других стран СНГ маклейя мелкоплодная введена в культуру как лекарственное растительное сырье. Все части растения богаты алкалоидами: в надземной части их до 1,2%, в корнях и корневи-щах – до 4%. Среди алкалоидов маклейи обнаружены протопин, криптопин, аллокриптопин, хелеритрин, сангвинарин и др. Основными алкалоидами в траве являются хелеритрин и сан-гвинарин (до 0,8%), в подземных органах – аллокриптопин и протопин (свыше 3%) [1,2].

Из травы маклейи получают комплексный алкалоидный препарат сангвиритрин (смесь би-сульфатов сангвинарина и хелеритрина), который обладает широким спектром антимикробной активности, ингибируя развитие грамположительных и грамотрицательных бактерий, дрожже-подобных и мицелиальных грибов, патогенных простейших. Большинство клиницистов отме-тили хорошую переносимость лекарственных форм сангвиритрина, отсутствие раздражающего действия при пролонгированном лечении заболеваний кожи и слизистых оболочек [3-5].

Использование фармацевтического препарата сангвиритрина в качестве антисептической добавки в косметические средства связано с определенными трудностями. Технология про-изводства этого фармацевтического препарата трудоемка, энергоемка и не удовлетворяет тре-бованиям экологии, так как предполагает использование токсичных экстрагентов. Возникают также трудности при введении сангвиритрина в косметическое средство, что связано с его ограниченной растворимостью. К тому же, кроме алкалоидов в траве маклейи содержатся такие биологически активные вещества как органические кислоты, пигменты, витамины, ко-торые являются желательными компонентами в косметических продуктах.

В этой связи целью данного исследования являлась разработка новых фитопрепаратов маклейи мелкоплодной, рекомендуемых для применения в косметических средствах.

Проведенные исследования показали, что целесообразно выделять клеточный сок из свежей маклейи мелкоплодной. Клеточный сок маклейи получали прессованием измельчен-

101

ных свежих растений. Использование свежих растений для извлечения активных веществ предпочтительно, так как отсутствует стадия сушки, что значительно уменьшает затраты на производство фитопрепарата и исключает возможные изменения активных веществ растения.

Разработанная технология получения клеточного сока маклейи мелкоплодной включает следующие стадии:

- измельчение сырья; - подготовка сырья к механическому отжиму; - механический отжим сырья с отделением жидкой фазы; - консервирование полученного клеточного сока этанолом; - отстаивание клеточного сока; - фильтрация клеточного сока.

Результаты органолептического и физико-химического анализа клеточного сока маклейи мелкоплодной, полученного по данной технологии, представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Органолептические и физико-химические показатели клеточного сока мак-лейи мелкоплодной

Наименование показателя Значение показателя

Внешний вид, цвет, запах Жидкость от желто-коричневого до красно-коричневого цвета с древесно-травянистым запахом

Показатель преломления 1,3395 Относительная плотность при 20°С, г/см3 1,0058

Кислотное число, мг КОН/ г 29,5 Массовая доля сухих веществ, % 2,70 Массовая доля сангвиритрина, % 0,30

Массовая доля витамина С (аскорбиновой кислоты), мг % 0,35 Массовая доля дубильных веществ (в пересчете на танин), мг% 75,32

Массовая доля лимонной кислоты, % 0,33 Таким образом, клеточный сок маклейи мелкоплодной содержит желательные для косме-

тики вещества и его можно рекомендовать для использования в рецептурах в косметических средств лечебно-профилактического действия как биологически активную добавку.

Анализ отработанного растительного сырья (шрота), образовавшегося после отжима клеточного сока, показал, что в нем содержится до 0,9 % сангвиритрина. В этой связи был сделан вывод о целесообразности использования шрота для получения сангвиритрина.

Получение сангвиритрина из отработанного сырья маклейи осуществляли по техноло-гии, предусматривающей экстракцию гидрофобным растворителем в присутствии щелочного агента с последующим осаждением целевого продукта раствором кислоты. В качестве экст-рагента на стадии твердофазной экстракции использовался этилацетат, а для создания ще-лочной среды - 25%-ный водный раствор аммиака. Выделение алкалоидов проводили обра-боткой 10%-ным водным раствором серной кислоты [6]. Выход сангвиритрина от массы шрота составил 0,85 %.

Отходы сырья после выделения сангвиритрина можно использовать для производства жидкого и порошкообразного модификаторов ржавчины, применение которых позволяет полностью исключить операции подготовки поверхностей под лакокрасочные покрытия [7].

Таким образом, предлагаемая технология переработки маклейи мелкоплодной, направ-ленная на максимально полное извлечение комплекса биологически активных веществ этого растения, позволяет получить клеточный сок, сангвиритрин и модификаторы ржавчины. Кле-точный сок и сангвиритрин могут использоваться в медицине и косметической промышлен-ности, а модификаторы ржавчины в лакокрасочном производстве. Кроме того, до настоящего времени маклейю мелкоплодную использовали исключительно для получения сангвиритри-на, поэтому основная часть биомассы растения оставалась неиспользованной. Разработанная технология комплексной переработки маклейи предусматривает максимальное использова-

102

ние растения. При этом затраты на сырье распределены на ряд продуктов, что значительно улучшает экономические характеристики производства.

Литература 1. Смык Г.К., Потопальский А.И. Интродуцированные виды рода маклейя – перспективные

алкалоидоносные растения. Возможности создания их сырьевой базы на Украине // Охра-на, изучение и обогащение растительного мира.-1983, вып.10. –с.46-49.

2. Кодаш А.Г., Захарова О.И., Шевердинов В.Т. Динамика содержания сангвиритрина в мак-лейе сердцевидной и маклейе мелкоплодной, выращиваемых на Северном Кавказе // Рас-тительные ресурсы, том 11, вып.2, 1975, с.217-219.

3. Губанов И.А., Баньковский А.И. Алкалоидоносные растения Средней Азии и Южного Ка-захстана. Тр. ВИЛР,вып.15, 1969, с.154-160.

4. Вичканова С.А. Перспективы поиска микробных ингибиторов среди природных веществ из высших растений // Сб. науч. трудов ВИЛР «Состояние и перспективы исследований биологически активных веществ из растений и создание на их основе новых лекарствен-ных препаратов». –М. –1983.-с.10-16.

5. Вичканова С.А., Толкачев О.Н., Мартынова Р.Г. Сангвиритрин – новый лекарственный рас-тительный препарат антимикробного действия // Химико-фармацевтический журнал. –1982. –Т.16 (12). – с.107-112.

6. Патент РФ 2141837, А 61 К35/78, 31/435 «Способ получения сангвиритрина». 7. Кочетков Е.С., Панковецкий В.М. Новые направления в технологии переработки эфирно-

масличного сырья // Труды ВНИИЭМК.-Симферополь: НПО «Эфирмасло», т.19, -С. 55-64.

СОВРЕМЕННЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПАРАМЕТРОВ МАССОПЕРЕНОСА В СПЛОШНЫХ СРЕДАХ.

Н.В.Когай (аспирант, СПБГУ ИТМО), З.Г.Симоненко (докторант СПБГУ ИТМО)

Современные разработки в области теоретических исследований линейной и нелинейной оптики, посвященные изучению общих закономерностей изменения физических свойств мо-но-, гетеро-, наноструктур материалов и сред, широко используются в элементной базе элек-троники и микроэлектроники. Российскими учеными проявляется большой интерес к техни-ке экспериментальных исследований в области спектроскопии, люминисценции, дифракции, рефрактометрии, эллипсометрии.

Явления поляризации света и особенности взаимодействия поляризованного света со различными средами в последние годы наиболее широко изучаются, в частности, в эллипсо-метрии. На принципах эллипсометрии, которые изучают состояние поляризации падающего, а затем преломленного плоско поляризованного светового пучка на поверхности или границе раздела двух сред и преобразованного вследствие этого в эллиптически поляризованный свет, основаны наиболее чувствительные бесконтактные методы поверхностей и структур жидких и сплошных сред., а также такие процессы как адсорбция , диффузия или массоперенос сред.

Нами проведен обзор созданных в последние годы новых отечественных методов иссле-дования процессов массопереноса в жидких средах с границей раздела, основанных на явле-нии эллипсометрии [1].

Предложенная авторами в работе [2] классификация доказывает перспективность мето-дов изучения процессов массопереноса с использованием поляризационной интерферомет-рии с элементами эллипсометрии, а в качестве источника излучения-лазерных источников излучения и систем фотоэлектрической регистрации как наиболее быстродействующих не-возмущающих и неразрушающих методов.

На основе теоретического анализа и последующих разработок [3-5] обоснован новый подход к решению задачи массопереноса: в поляризационых оптических устройствах пучок поляризованного света пропускается через ряд оптических элементов и через исследуемую среду, что приводит к изменению состояния поляризации при следующих допущениях:

103

1.Световой пучок аппроксимируется однородной бесконечной плоской монохроматиче-ской волной.

2.Падающий пучок не изменяется при прохождении через поляризационные элементы. Определение коэффициента массопереноса в простейшем случае сводится к вычисле-

нию основного исследуемого параметра – разности фаз, вызванной градиентом концентра-ций в жидкой среде с границей раздела , Принципиальная схема устройства с использованием метода Тарди , включающая в себя поляризатор, два поляризационных элемента двоения, две четверть –волновые пластинки, рабочую кювету с жидкостями, применяется в созданных схемах [6-8] для сохранения в отсутствие разности фаз, вызванной переносом, плоско-поляризованных пучков. Эллиптически поляризованное излучение имеет место при переносе массы вещества или наличия градиента концентрации.

В первом методе определяется искомая разность фаз, которая описывается через синус-ные и косинусные составляющие интенсивности поляризованного излучения, выделенные с помощью метода эллипсометрии и зарегистрированные в моменты времени, соответствую-щих трем первым экстремальным значениям этих интенсивностей. Регистрируемая здесь кривая скорости массопереноса дает адекватное представление о феноменологии процесса в реальном масштабе времени. Для реализации такого метода описано устройство с использо-ванием в качестве поляризатора для ориентации азимута главных направлений на величину 45° применяется полуволновая пластинка [6].

Во втором методе, предложенной авторами [7], описано определение зависимости разно-сти фаз в бинарной жидкой системе, от четырех параметров синусных и косинусных состав-ляющих интенсивности поляризованного излучения, прошедшего в рабочем и опорном кана-лах (проходящего вне зоны диффузии) за интервал времени, прошедший от момента начала процесса массопереноса до момента завершения регистрации всех четырех величин состав-ляющих интенсивности. Здесь также имеется возможность определения разности показателей преломления исследуемых жидкостей как до начала эксперимента так и во время его прове-дения. В схему второго предложенного прибора, реализующего описанный метод, введен до-полнительный элемент – вращающийся механический прерыватель – синхронизатор с че-тырьмя анализаторами для выделения в рабочем и опорном каналах всех четырех требуемых значений составляющих интенсивности лазерного излучения. Этот метод позволяет вести мгновенный, дискретный контроль за такими технологическими параметрами как коэффици-ент массопереноса и разность показателей преломления в любой момент рабочего времени.

Третий анализируемый нами метод позволяет получить зависимость исследуемой разно-сти фаз от разности углов поворота плоскостей поляризации в рабочем и опорном каналах, что реализовано авторами в схеме [ 8] с использованием компенсатора Сенармона. Этот ме-тод позволяет исключить дополнительные погрешности, вызванные появлением дополни-тельной разности фаз.

В этой же работе [ 8] описан четвертый метод, позволяющий получить зависимость ис-комой разности фаз от разности углов поворота плоскостей поляризации в рабочем и опор-ном каналах, что реализовано при введении в описанную здесь схему систему фотоэлектри-ческой регистрации , включающую в себя блок измерения угла разворота.

В работе [9] проведена оценка эксперимента, проведенного по первой методике, Оценены и проанализированы накопленные погрешности, оценена точность измерений. Теоретические аспекты дальнейшего развития описанных экспериментальных методов

предложены авторами в работе [10], где представлены новые подходы к решению уравнений массопереноса для случая нетрансляционного переноса в жидкостях.

Создание этих методов, а также их серьезный теоретический анализ позволил предло-жить новые экологические подходы к дальнейшему развитию их, что сформулировано авто-рами в работах [11], [12].

Проведенный обзор иллюстрирует возможности новых подходов к задачам моделирова-ния в различных областях экологического приборостроения.

ЛИТЕРАТУРА:

104

1.Симоненко З.Г. Оптические методы анализа процессов диффузии жидких сред. // Прогрес-сивные методы анализа объектов окружающей среды Л.: ЛДНТП, Материалы краткосроч-ного семинара, 1985, с. 75.

2.Симоненко З.Г., Порай-Кошиц А.Б., Овчинников-Сазонов А.М., Молочников Б.И. Оптиче-ские методы измерения градиентов концентрации жидких сред.// Оптико-механическая промышленность.,1985,№8, с.48-53

3.Порай-Кошиц А.Б., Симоненко З.Г., Новый метод определения коэффициента молекуляр-ной диффузии в жидкостях. В сб.: Библиографический указатель ВИНИТИ “Депониро-ванные научные работы ”, 1985, No 5, стр.142.

4.Порай-Кошиц А.Б., Симоненко З.Г., Шмуйлович Г.А. // В сб.: VI Менделеевская дискуссия. Результаты экспериментов и их обсуждение на молекулярном уровне. Тезисы докладов, ч. II , Харьков, 1983, с. 341.

5.Порай-Кошиц А.Б., Симоненко З.Г. Прибор для определения растворимости солей в рас-творе. Библиографический указатель ВИНИТИ, 1985, No 5, стр.142.

6.Порай-Кошиц А.Б., Симоненко З.Г., Фейгельс В.И. Устройство для определения коэффици-ента молекулярной диффузии в жидкостях. – Авторское свидетельство СССР No 1178132. Бюллетень ОИ ПОТЗ, 1985.

7.Симоненко З.Г., Фейгельс В.И, Шмуйлович Г.А., Равдель А.А., Порай-Кошиц А.Б. Способ определения коэффициента молекулярной диффузии в жидкостях и устройство для его реализации. – Авторское свидетельство СССР No 976307. Бюллетень ОИ ПОТЗ, 1985.

8.Симоненко З.Г., Порай-Кошиц А.Б., Москалев В.А. Способ определения коэффициента мо-лекулярной диффузии в жидкостях и устройство для его реализации. – Авторское свиде-тельство СССР No 1349452. Бюллетень ОИ ПОТЗ, 1987. No 45, c. 218.

9.Симоненко З.Г., Исследование параметров скорости массопереноса в жидких бинарных системах с границей раздела. // Материалы IV Международной научной конференции “Проблемы пространства, времени и движения”, СПбГИТМО (ТУ), Санкт-Петербург, 2000. стр. 22.

10.К.В. Мануйлов, З.Г.Симоненко, Л.П.Ильина, В.В.Плотников. Экспериментальные и теоре-тические аспекты решения параболического уравнения для случая нетрансляционного массопереноса в жидкостях.//Научно-технический вестник. Физические процессы, систе-мы технологии точной механики. С-Петербург, 2001г. Вып.3(197), стр. 188-191.

11. Симоненко З.Г., Ткалич В.Л. Использование программ численного решения некоторых задач эллипсометрии в учебном процессе. Конф.”Оптика и образование”(16-17 октября 2002 г. С/Петербург, Сб. трудов) .

12. Симоненко З.Г. Численные методы решения задач эллипсометрии при анализе системы подложка-плёнка стр. 109-111.Cб. научных статей «Оптические методы исследования де-фектов и дефектообразования элементной базы микроэлектроники микросенсорной тех-ники». С-Петербург, 2002г.

ОШИБКИ ПРИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ ПЭТ

Е.Н.Терещенко (5 курс, СПбГУ ИТМО)

Уже давно установлена почти линейная зависимость между уровнем функциональной активности и уровнем метаболизма глюкозы в дискретных мозговых регионах. Поэтому ана-лиз накопления в тканях головного мозга глюкозы, помеченной радиоактивными изотопами, может быть использован для исследований местных изменений функциональной активности в различных физиологических и патологических состояниях [1]. Конечным результатом ра-боты ПЭТ является изображение, получаемое в результате интерпретации данных об анниги-ляции позитронно-электонных пар (рис.1). Именно поэтому так важно выявить и изучить ошибки и погрешности, которые могут привести к неточным результатам.

105

Рис. 1. Аннигиляция сопровождается образованием двух γ-квантов с энергией 511 кЭв,

разлетающихся под углом 1800, которые и регистрируются датчиками камеры.

Предельное пространственное разрешение, которое может быть получено методом ПЭТ, ограничено пробегом позитронов в исследуемом объекте. Значения пробега невелики, но они вносят ошибку определения места события, которую принципиально невозможно откоррек-тировать.

Рис.2. Комптоновское рассеяние и случайные совпадения. Однако, при интерпретации данных ПЭТ необходимо учитывать не только эту погреш-

ность. Ошибка вносится также ненулевым значением временного окна, в течение которого события считаются одновременными, из чего вытекает ненулевая вероятность детектирова-ния схемой совпадений двух фотонов, образовавшихся в результате аннигиляции разных по-зитронов. Детектирование такого рода событий обусловлено "случайными совпадениями" в противоположность "истинным совпадениям", обусловленным вылетом пары гамма-квантов при аннигиляции одного позитрона [2]. Фактически число "случайных совпадений" пропор-ционально квадрату объемной радиоактивности в обследуемом объекте, а число "истинных совпадений" возрастает линейно при ее увеличении. "Случайные совпадения” обеспечивают существенный источник ошибок при использовании ПЭТ, поскольку они уменьшают контра-стность и изображения добавлением фонового уровня активности. Другой источник ошибок обусловлен взаимодействием фотонов с веществом во время пролета от точки образования до

106

детектора. Это взаимодействие проявляется в виде эффектов: фотоэффекта, комптоновского (некогерентного) рассеяния (рис.2), образования пар и фотоядерных реакций [2].

Фотоэффект, вызывающий полное поглощение гамма-квантов, наблюдается при пролете через вещество фотонов низких энергий и не характерен для гамма-квантов энергией 511 КэВ, поэтому он наблюдается только при почти полном ослаблении. Комптоновское рассея-ние происходит при столкновении фотона и "свободного" или орбитально связанного элек-трона. При этом фотон изменяет свое направление и теряет часть энергии. Комптоновское рассеяние является характерным эффектом для фотонов энергии около 500 КэВ и является источником ошибок, поскольку оно влечет неправильное определение точки аннигиляции. Образование пар и фотоядерные реакции для фотонов данной энергии нехарактерны.

Эффекты, связанные с изменением траектории, менее заметны у ПЭТ-камер относитель-но большего диаметра. В результате каждого акта рассеяния энергия фотона уменьшается, что в конце концов может привести и его полному поглощению. Степень поглощения или ос-лабления фотонов зависит от плотности обследуемой ткани и может быть учтена при выпол-нении так называемых трансмиссионных сканов, при которых обследуемый объект облучают снаружи источником гамма-квантов, генерируемых позитронным излучателями, а затем уда-ляют его [3]. Коэффициент коррекции по ослаблению может быть вычислен из отношения числа зарегистрированных событий в присутствии и в отсутствии обследуемого объекта.

Выводы. При интерпретации данных ПЭТ исследователь сталкивается с достаточно большим количеством физических эффектов, ведущих к возникновению погрешностей при реконструкции изображений. В настоящее время в Институте мозга человека РАН ведутся работы по созданию методов компенсации таких погрешностей.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Messa C, Goodman WG, Hoh CK, et al. Bone metabolic activity measured with positron emis-

sion tomography and 18 F-fluo-rideion in renal osteodystrophy: correlation with bone histo-morphometry.J Clin Endocrinol Metab 1993; 77: 949–955.

2. Hawkins RA, Choi Y, Huang SC, et al. Evaluation of skeletal kinetics of fluorine-18-fluoride ion with PET. J Nucl Med 1992; 33: 633–642.

3. Выдержки из документа NTSB2: Technical specification – PC 2048-15B – High resolution brain positron camera system.

107

ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ ПРОСМОТРА ИЗОБРАЖЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ТОМОГРАФЕ

А.Н.Серегин (4 курс, СПбГУ ИТМО), А.В.Козаченко (ассистент, СПбГУ ИТМО)

С развитием компьютерной томографии, в связи с ростом числа фирм, выпускающих то-мографы, а также программное обеспечение для них, появилась необходимость в создании

единого стандарта. И тогда в 1983 году Американ-ским институтом радиологии (ACR) и Национальной ассоциацией производителей электрооборудования CШA был создан объединенный комитет, в задачи которого входила разработка стандарта, обеспечи-вающего передачу цифровых медицинских изобра-жений, не зависящую от производителей диагности-ческого оборудования, и способствующую развитию систем архивирования и передачи изображений (PACS), обеспечению их взаимодействия с автомати-зированными больничными информационными сис-темами, а также созданию баз данных, содержащих диагностическую информацию, получаемую с по-мощью большого числа удаленных друг от друга устройств различных типов. Первая версия этого стандарта была опубликована в 1985 году, а в 1988 года вторая. Новая, третья версия стандарта была выпущена в 1991 году и перерабатывалась до 1993 года. Она получила название DICOM 3.0 (английская аббревиатура от Digital Imaging and Communications in Medicine (Standard)) и используется до сих пор. Естественно, для того, чтобы просмотреть информа-цию, хранящуюся в этом формате, требуется специ-альное ПО.

Задача работы заключается как раз в создании свободно-распространяемого ПО для получения ме-дицинских изображений формата DICOM. При этом оно должно было удовлетворять ряду требований: • работа на IBM-совместимой машине. • воспроизведение изображений, полученных на

магнитно-резонансном томографе. • построение многослойные изображения (псевдо-

трехмерные) из набора двухмерных изображений отдельных слоев.

• вывод абсолютных координат любой точки изо-бражения в системе координат томографа. Для решения этой задачи было использовано:

описание стандарта DICOM [1], алгоритм кодирова-ния файлов формата DICOM, написанный Вольфга-ном Кругом и Крисом Роденом на языке Delphi. Этот же язык визуального программирования был исполь-зован мною при написании данного ПО. Общий ал-горитм работы представлен на блок-схеме (рис.1).

Из-за большого объема программы приводится алгоритм лишь в общем виде. Ниже приводится пояснения к ней: в выбранной папке все файлы сканируются на пред-

мет соответствия формату DICOM (Цикл 1). Далее проверяем текущий файл на соответствие

Рис.1. Блок-схема

108

какой-либо серии, путем перебора всех известных серий (Цикл 2). В случае соответствия имя файла добавляется в двумерный массив (рис.2.). Каждая строка этого массива представляет

собой набор имен файлов, в которых хранятся изображения, принад-лежащие одной серии, т.е. одному исследованию. В случае несоот-ветствия в массив добавляется новая строка. После очередной ите-рации цикла на экран выводятся доступные серии с указанием номе-ра серии, имени пациента, и количества изображений. При выборе необходимого исследования, программа, используя метод Шелла сортирует изображения по номерам снимков и заносит их в память. Вывести необходимый слой из памяти можно при помощи бегунка. При этом будет вызвано ряд подпрограмм, формирующих и выводя-щих на экран заголовок изображения и саму картинку. Координатная сетка берется из заголовков файлов, содержащихся в серии.

Вывод. Написанная программа строит многослойные изображе-ния из набора послойных, однако выводимые координаты являются относительными, а не абсолютными. Таким образом, при работе с изображениями, которые не являются ортого-нальными проекциями, координаты окажутся неверными.

В дальнейшем планируется развитие и доработка проекта, а именно – переход к абсо-лютным координатам, добавление возможности редактирования файлов DICOM, а также возможности изменять значение контраста и цветовых каналов.

ЛИТЕРАТУРА 1. Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) // NEMA Standards Publica-

tion. – 1992.

ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ВХОДНОЙ ФУНКЦИИ, НЕОБХОДИМОЙ ДЛЯ ФАРМАКОКИНЕТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ НА ПЭТ-ИЗОБРАЖЕНИИ.

Ю.А.Моисеева (5 курс, СПбГУ ИТМО), Г.В.Катаева (н.с., Институт Мозга Человека РАН)

• Направление и задача исследований: Разработка программы, предназначенной для выделения на серии ПЭТ-изображений

областей интереса, отражающих активность радиофармпрепарата в сосудистом русле голов-ного мозга в процессе динамического сканирования.

• Исследовательская часть: С помощью пакета MathLab 6.5 в соответствие с требованиями разработана программа,

которая является новым методом решения проблемы интерпретации данных, полученных с помощью ПЭТ. Отладка программы производилась на имеющихся ПЭТ-изображениях, полу-ченных во время клинических исследований. Выходные параметры были получены в виде файла результатов. Набор выходных параметров будет использован для анализа результатов фантомных исследований с целью определения наиболее устойчивого параметра, который в дальнейшем будет использоваться при расчете фармакокинетических моделей, изучаемых на ПЭТ физиологических процессов.

• Экономическая часть: Данная методика значительно сократила время обработки данных, полученных с помо-

щью ПЭТ. • Практическая ценность работы. Рекомендации по внедрению:

Предложенный алгоритм и сама программа помогли намного упростить и ускорить зада-чу неинвазивного определения входной функции по изображениям сечений для фармакоки-нетических расчетов, которые позволяют наблюдать даже за самыми незначительными из-менениями в состоянии пациентов и процессах, протекающих в интересующих врачах облас-тях.

Рис.2. Мас-сив

109

Целью данной работы была разработка программы для выделения входной функции, не-обходимой для фармакокинетических расчетов на ПЭТ-изображении. Необходимость реше-ния данной задачи вытекает из того факта, что врачи, использующие позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) для постановки диагноза и наблюдения за ходом лечения, сталкиваются с проблемой оценки влияния выбранного метода лечения на состояние паци-ента. Во-первых, цветовая шкала, использующаяся для получения изображения, не позволяет увидеть человеческому глазу незначительные изменения в процессах, происходящих в изу-чаемой области головного мозга пациента, которые тем не менее очень важны для выбора дальнейшего хода лечения. Приходится тратить большое количество времени на обработку числовых значений, отражающих происходящие в организме процессы. Во-вторых, т.к. непо-средственно на исходном ПЭТ-изображении отражается только уровень накопления радио-фармпрепарата (РФП), то без дополнительной обработки можно только косвенно оценивать числовые параметры исследуемого процесса (предполагая их линейную зависимость от уровня накопления РФП) [1]. Для более точного получения значений этих параметров ис-пользуются так называемые фармакокинетические расчеты (расчетах по фармакокинетиче-ским моделям), однако для их проведения требуются некоторые дополнительные измерения – в частности, уровень активности РФП в плазме артериальной крови, использующийся в каче-стве входной функции. Однако определение активности в артериальной крови обычными методами (забор проб крови, измерение в независимых счетчиках) – является сложной про-цедурой.

Поэтому для решения этой задачи предлагается новый метод оценки областей интереса на серии ПЭТ-изображений, отражающих активность радиофармпрепарата в сосудистом русле головного мозга в течение времени динамического сканирования.

В публикациях исследователей разных стран можно увидеть некоторые решения этого вопроса: это и статистический метод, и различные попытки математического решения про-блемы, путем нахождения популяционных входных функций, однако ни один из методов пока не получил широкого применения и исследования в этой области продолжаются [2] .

Требования к программе и блок-схема алгоритма программы:

Рис.1 Блок-схема алгоритма программы

Программа разрабатывалась с помощью пакета MathLab 6.5 и рассчитана для использования в среде Windows Me/2000/XP.

Программа выполняет следующие функции: • чтение из исходного файла матрицы • поиск максимального значения элементов матри-

цы • вычисление пороговых значений, которые задают-

ся в диапазоне от 50% до 95% с шагом 5% от мак-симального элемента матрицы

• вычисление числа элементов матрицы, превы-шающих пороговые значения, и суммы их абсо-лютных значений

• вывод в файл результатов: исходной матрицы; максимального значения; значений элементов мат-рицы, приближенных к максимальному на 50-95%; сумма абсолютных значений этих элементов.

Исходные данные

НАЧ

открытие файла с исходным данными

чтение матрицы из

Вычисляем макси-мальное значение элемен-тов матрицы, значения по-рогов, количество элемен-тов матрицы, превышаю-щих пороговые значения и суммы их абсолютных зна-

чений

выводим всех значений в файл ре-

110

В качестве исходных данных используются матрицы изображений, полученных с томо-графа. Исходные матрицы изображений имеют размерность 128×128 пикселей. Из всей мат-рицы выбираем только интересующую нас область, которую выделяем с помощью специали-зированной программы, работающей под управлением операционной системы VMS (и вхо-дящей в комплекс программ для работы на томографе).

В дальнейшем планируется расширение программы (включение возможности одновре-менной обработки нескольких серий ПЭТ-изображений), а также развитие пользовательского интерфейса (с точки зрения удобства использования) для включения в пакет программ фар-макокинетических расчетов и использования в исследовательской работе (исследования на фантомах) и, в перспективе, в диагностической практике.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Coxson PG., Huesman RH., Borland L. Consequences of using a simplified kinetic model for dynamic PET data.-J.: Nucl Med, 1997.-667p. 2. Mumcuoglu EU., Leahy RM., Cherry SR. Bayesian reconstruction of PET images: Quantitative methodology and performance analysis.-I.: Phys Med Biol, 1996.-176p. 3. Ollinger J M., Fessler J A. Positron emission tomography.-I.: Sig. Proc. Mag., 1997.-236p.

РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ МЕТОД И ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВЕННОГО И КОЛИЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА ВЕЩЕСТВ.

А.В.Дворецких (6 курс, СПБГУИТМО)

В аналитической химии одним из самых трудных и в то же время важных изучаемых объектов является минеральное сырье. Поиски полезных ископаемых, разведка обнаружен-ных месторождений, подсчет запасов и другие геологические исследования базируются на результатах анализа минерального сырья. Для решения этой задачи широко применяется рентгенофлуоресцентный метод анализа. Этим методом могут анализироваться как твердые, так и жидкие образцы. Диапазон определяемых содержаний – от 0,001 до 100%. Принцип метода заключается в следующем. Когда атомы образца облучаются фотонами с высокой энергией - возбуждающим первичным излучением рентгеновской трубки, это вызывает ис-пускание электронов (рис 1).

Рис 1. Облучение рентгеновской трубкой электронов. Рис 2. Переход электрона в возбуждённое

состояние

111

Рис 3. Испускание вторичного фотона

Электроны покидают атом. Как следствие, в одной или более электронных орбиталях

образуются "дырки" - вакансии, благодаря чему атомы переходят в возбужденное состояние, т.е. становятся нестабильны (рис 2). Через миллионные доли секунды атомы возвращаются к стабильному состоянию, когда вакансии во внутренних орбиталях заполняются электронами из внешних орбиталей. Такой переход сопровождается испусканием энергии в виде вторич-ного фотона (рис 3). Энергия вторичного фотона находится в диапазоне энергий рентгенов-ского излучения, которое располагается в спектре электромагнитных колебаний между ульт-рафиолетом и гамма-излучением. Различные электронные орбитали обозначаются K,L,M и.т.д., где К – орбиталь, ближайшая к ядру. Каждой орбитали электрона в атоме каждого эле-мента соответствует собственный энергетический уровень. Энергия испускаемого вторично-го фотона определяется разницей между энергией начальной и конечной орбиталей, между которыми произошел переход электрона.

Длина волны испускаемого фотона связана с энергией формулой λ/21 hcEEE =−= , где

1E и 2E – энергии орбиталей, между которыми произошел переход электрона, h - постоянная Планка, с - скорость света, λ - длина волны испускаемого (вторичного) фотона.

Таким образом, длина волны флюоресценции является индивидуальной характеристикой каждого элемента и называется характеристической флюоресценцией. В то же время интен-сивность флюоресценции (число фотонов, поступающих за единицу времени) пропорцио-нальна концентрации (количеству атомов) соответствующего элемента. Это дает возмож-ность определения качественного и количественного состава вещества.

Инженеры из ОАО “Научные приборы” разработали прибор, в котором реализуется принцип рентгенофлуоресцентного метода анализа. Подобные приборы выпускают также такие фирмы как «Philips», «Oxford Instruments», НПО «Спектрон», НПО «Буревестник». От-личительной чертой этого прибора от западных аналогов является то, что производиться он будет в России, а следовательно, будет существенно дешевле. Так же для удобства оператора написано программное обеспечение, позволяющее быстро настроить прибор на измерения, и обработать полученные результаты. Сам прибор будет состоять из блока анализатора, авто-самплера, схемы откачки и персонального компьютера. Автосамплер, так же как и другие блоки прибора, управляется оператором через персональный компьютер. Это позволяет опе-ратору при необходимости проведения длительных опытов, с применением большого коли-чества анализов, запрограммировать порядок анализа образцов. Таким образом, прибор мо-жет работать ночью, а утром оператор просто обработает полученные результаты. Во многом это стало возможным и за счет того, что в каждой кювете может находиться одновременно до шести различных образцов, и появилась возможность “поставить в очередь” на анализ до 144 различных веществ. Кроме того, в приборе предусмотрена защита на случай отключения электропитания. В случае если кювета с образцами была поднята в воздух манипулятором, и

112

в это время произошло отключение электричества, манипулятор не выпустит кювету, что по-зволит сохранить находящиеся в ней образцы, для дальнейших исследований.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Афонин В.П. и др. «Рентгенофлуоресцентный анализ», Новосибирск: Наука, 1991. 2. Афонин В.П., Гуничева Т.Н., Пискунова Л.Ф. «Рентгенофлуоресцентный силикатный анализ», Новосибирск: Наука, 1984.

113

СОДЕРЖАНИЕ

Подсекция «Информационные технологии (САПР)» 1. Базелюк Н.Ю., Левкин И.В. Компьютерная безопасность. 3 2. Басаргин А.В., Макарова Е.И. Автоматизация проектирования структурированной кабель-ной системы.

4

3. Белянина Е.Е., Левкин И.В. Изучение пакета Star-CD. 5 4. Бобарыкин Д.В., Чумаков И.А. Разработка программно-аппаратного комплекса для реализа-ции вычислительных операций системы ЧПУ.

7

5. Гальцов В.А., Козлов Л.А. Автоматизация разработки упровляющих программ на станок с ЧПУ FANUC MA3.10P

8

6. Горбов В.В.,, Левкин И.В. Автоматизация расчета доз минеральных удобрений при управ-лении сельскохозяйственными угодьями.

9

7. Болотина Е., Гулец Ю., Дробязко О.Н. Разработка САПР систем безопасности электроуста-новок АПК.

10

8. Козлова Н.Л., Макарова Е.И. Разработка сорита для создания базы данных ведения компо-новочных работ.

12

9. Кофанова И. С., Левкин И.В. Модели безопасности учебной компьютерной сети. 1310. Кузьмин С.А., Левкин И.В. Автоматизация расчета валов ТДМ. 1411. Лесной А.С., Левкин И.В. Моделирование рабочего колеса тягодутьевой машины (ТДМ) на предприятии ОАО ”Сибэнергомаш”.

16

12. Макрушин А.В., Козлов Л.А. Доработка программного обеспечения станка с ЧПУ IR 200 BOSH CC 300 M.

17

13. Меркель А. В., Левкин И. В., Зубков В.М. Использование элементов платежных систем, как средства авторизации пользователя в распределенных базах данных.

19

14. Гарколь Н.С., Ануфриев Д.И., Метелев М.В., Тряпицына О.А. Методы и средства компью-терной обработки изображений сыворотки крови.

20

15. Пальшина А. Ю., Макарова Е. И. Разработка подсистемы автоматизации обработки планов объектов недвижимости.

21

16. Паршукова Т.П., Макарова Е.И. Автоматизированная система управления производством форсунок

22

17. Перевощиков С.С., Кожухов И.В., Левкин И.В. Разработка автоматизированной системы проектирование вагонов на ОАО «Алтайвагон»

23

18. Петров М.В., Степанов А.В. Автоматизированная система расчета уравновешивающего механизма двигателя внутреннего сгорания.

24

19. Прудникова А.М., Степанов А.В. Адаптация пакета «Техтран» в учебном курсе «Автома-тизация конструкторского и технологического проектирования».

25

20. Сабуров А.С., Качесова Л.Ю. Автоматизированное проектирование быстроходных шаро-вых мельниц с энергообменным устройством.

27

21. Саяпин М.А., Левкин И.В. Система учета продаваемых транспортных средств «Автоброкер». 2822. Стругайло В.В., Чумаков И.А. Система автоматизированного управления загрузкой про-грамм для линии станков с ЧПУ.

29

23. Суховершин В.В., Гарколь Н.С. Автоматизированная информационная система для веде-ния лизинга

30

24. Торопкин С., Дробязко О.Н. Разработка системы графического представления исходных данных в расчетах эффективности систем безопасности электроустановок.

31

25. Попов В.В., Степанов А.В. Автоматизированная система контроля режима работы коксо-выталкивателя.

32

Подсекция "Технология автоматизированных производств"

1. Осипов Ю.К., Роговой В.М., Хоменко В.А. Изменение длины развертки свертной втулки при запрессовке в неразъемный корпус подшипника скольжения.

34

2. Некрасов В.Н., Хоменко В.А., Леонов С.Л., Расчет профилограммы обработанной поверхности при торцевом фрезеровании.

35

3. Быканов К.С., Щербаков Н.П. Повышение эффективности подготовки производства путем ис-пользования программных продуктов КОМПАС.

37

114

4. Захарова Ю.Д., Щербаков Н.П. Повышение эффективности конструкторской подготовки про-изводства.

38

5. Максимова Е.М., Щербаков Н.П. Менеджмент качества образовательных услуг и CALS – тех-нологии.

39

6. Полуденный А.В., Хоменко В.А. Повышение стойкости резцов для силового резания. 407. Столбов В.А., Щербаков Н.П. Перспективы расчетов и проектирования фрез с использованием САПР.

41

8. Яковлев С.В., Щербаков Н.П. Производство режущего инструмента. 429. Яковлев С.В., Аскалонова Т.А. Новые подходы в обработке сложнопрофильных поверхностей (штампов).

43

10. Мостовая Я.Г., Леонов С.Л. Стохастическое имитационное моделирование работы абразивно-го инструмента при бесцентровом шлифовании.

43

11. Столбов В.А., Хоменко В.А., Иконников А.М. Перспективные методы отделочной обработки. 4412. Злобин А.В., Химчинский С.Ю., Максименко А.А. Предварительное смещение и рассеяние энергии в условно неподвижном клиновом соединении при вынужденном динамическом воздей-ствии.

45

13. Вольных Д.П., Дубровин А.Ю., Максименко А.А. Контактные взаимодействия в условно-неподвижных соединениях при динамическом нагружении.

48

14. Филипов А.Н., Аскалонова Т.А. Совершенствование инструмента для отделочной обработки плунжера топливного насоса.

50

15. Черданцев П.О., Щербаков Н.П. Червячные фрезы с прогрессивной схемой резания. 5116. Черданцев П.О., Щербаков Н.П. Особенности обработки зубчатых колес червячными фрезами с прогрессивной схемой резания.

53

17. Куранов А.В., Ситников А.А. Особенности обработки газотермических покрытий лезвийным инструментом.

53

18. Белов А.Б., Маркова М.И. Совершенствование проектирования операций фрезерования. 5519. Быканов К.С., Гончаров В.Д. Новые технологии прототипирования и изготовления деталей машин.

56

Подсекция «Технология машиностроения»

1. Бондарь Е.Б., Доц М.В., Марков А.М. Математическая модель процесса точения стеклопластиков. 592. Антошкин С.В., Семенов А.В., Кряжев Ю.А. Решение технологических задач в среде SOLIDWORKS.

60

3. Воронина Е.А., Панов А.А. Алгоритм формирования массива элементов с заданным законом рас-сеяния значений.

61

4. Гавриленко Д.С., Буканова И.С., Ятло И.И. Моделирование напряжённо-деформированного со-стояния неподвижных прессовых соединений типа "втулка-корпус".

62

5. Доц М.В., Бондарь Е.Б., Марков А.М. Виброакустическая диагностика процессов механической обработки.

63

6. Дудина Н.В., Дудина Е.В., Балашов А.В. Математическое моделирование точностных показателей обработки отверстий в нежестких деталях.

64

7. Бородин О.Г., Дятчин Н.И. Особенности технологии изготовления точных деталей. 668. Золотов О.В., Татаркин Е.Ю. Совершенствование технологии обработки методами пластического сверления.

67

9. Петров А.С., Дятчин Н.И. Станочная обработка деталей на спутниках. 6810. Максимова Е.М., Черепанов А.А., Балашов А.В. Проектирование технологических процессов изготовления деталей посредством функционально-стоимостного анализа.

69

11. Мартыненко А.А., Лабецкий В.М. Бесконтактный активный контроль на операциях круглого шли-фования.

71

12. Мозговой Н.И., Доц М.В., Марков А.М. Конструкции режущего инструмента для операций точе-ния.

72

13. Неверова Е.Б., Татаркин Е.Ю. Применение функционально-стоимостного анализа при проектиро-вании технологического процесса изготовления деталей на токарных станках с ЧПУ.

73

14. Пантыкин Д.В., Панов А.А. Сокращение объёма некомплекта при селективной сборке. 7415. Стоцкий А.А., Фёдоров В.А. Пути повышения качества деталей с покрытиями. 7616. Стоцкий А.А., Фёдоров В.А. Сравнительный анализ плазматронов для нанесения покрытий. 7717. Тепикина Л.Н., Балашов А.В. Повышение точности обработки отверстий корпусных деталей на многоцелевых станках с ЧПУ.

78

115

18. Ульянов Д.В., Татаркин Е.Ю. Снижение отклонения от цилиндричности нежёстких валов при обработке на станках с ЧПУ.

79

19. Чернигина Е.М. Уменьшение трудоёмкости обработки нежёстких корпусных деталей. 8120. Чернов А.В., Кряжев Ю.А. Способ определения продольных колебаний сверла. 8321. Симонов В.В., Леонов С.Л., Татаркин Е.Ю. Идентификация технологической операции точения. 8422. Буканова И.С., Ятло И.И. О прочности неподвижных соединений типа "втулка-корпус" с условно регулярным макрорельефом в стыке.

86

23. Ноянзина О.Е., Роговой В.М. Особенности эксплуатации червячно-модульных фрез. 8724. Трялин А.П., Татаркин Е.Ю. Качество поверхности и снижение теплонапряжённости процесса шлифования.

88

25. Фёдорова О.Н., Ятло И.И. Обеспечение точности при раскатывании отверстий в чугунных кор-пусных деталях.

89

26. Шевелева Е.А. Методика контроля качества абразивных кругов. 8927. Хоменко А.А., Ятло И.И. Совершенствование проектирования профиля формообразующего инст-румента для винтовых канавок спиральных свёрл.

91

28. Печеников С., Марков А.М. Автоматизированный контроль процессов резания. 9329. Некрасов И.А. Экспериментальный стенд для исследования многопроходной токарной обработки. 9430. Беляев В.Н., Фирсов А.М. Комбинированный инструмент для обработки цилиндров 9631. Фирсов А.М., Боткин И.В., Терентьев Д.А. Диагностика процесса стружкодробления при точении 9632. Чирков А.М. Торопынин С.И. Быстронастраиваемый люнет 97

Секция «Новые материалы и технологии»

1. Кожевникова О.В., Гаврилова Е.А., Тишина Ю.Н. Тарасов В.Е., Усов А.П. Разработка новых фитопрепаратов маклейи мелкоплодной – перспективного сырья для косметических средств специ-ального назначения

100

2. Когай Н.В. Современные оптические методы исследований параметров массопереноса в сплош-ных средах

102

3. Терещенко Е.Н. Ошибки при интерпретации данных ПЭТ 1044. Серегин А.Н. приложение для просмотра изображений, полученных на томографе 1075. Моисеева Ю.А. Программа для выделения входной функции, необходимой для фармакокинети-ческих расчетов на ПЭТ-изображении

108

6. Дворецких А.В. Рентгенофлуоресцентный метод и прибор для определения качественного и ко-личественного состава веществ

110