Отчету о выполнении 5 этапа Государственного контракта №14. В27. 21. 0467 от 06 августа 2012 по нир «Методика испытания многоцелевых обрабатывающих центров для проведения высокоскоростной обработки»

АННОТАЦИЯ

к научно-техническому отчету

о выполнении 5 этапа Государственного контракта № 14.В27.21.0467 от 06 августа 2012 по НИР «Методика испытания многоцелевых обрабатывающих центров для проведения высокоскоростной обработки»

Руководитель: Утенков В.М.

Цель выполнения научно-исследовательской работы

Общей целью выполнения НИР в рамках мероприятия является обеспечение достижения научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов.

Научно-практической целью НИР является создание новой и эффективной методики испытаний многоцелевых обрабатывающих центров для проведения высокоскоростной обработки, позволяющей сделать обоснованный выбор режимов резания и стратегий обработки в зависимости от обрабатываемого материала, геометрии детали, технических возможностей и уровня работоспособности металлорежущего станка.

Актуальность выполнения научно-исследовательской работы

В настоящее время на предприятиях стратегически важных направлений (авиастроительной, оборонной, космической, судостроительной, транспортной, машиностроительной и приборостроительной отраслей) все активнее внедряется высокоскоростная обработка (ВСО) и многоцелевые обрабатывающие центры для ее проведения.

ВСО позволяет производительнее и точнее изготавливать как простые детали – так и имеющие сложные профили, содержащие тонкие элементы из практически всех видов сплавов, в том числе и труднообрабатываемых. Особенно актуальным, и в тоже время сложным, является внедрение 5-ти координатной обработки и соответствующих станков. Значительно снижается потребность в квалифицированных операторах, так как большая часть операций производится за один установ, на одном типе оборудования и в автоматическом режиме. Практически исчезает необходимость в ручной доводке и полировки. Проще становится и заготовительный процесс, отпадает необходимость в литых и обработанных давлением заготовках.

Общий рынок потребления станочного оборудования в Российской Федерации в 2011 г. составил 1,257 млрд. евро, российский рынок занимает 10-е место, после таких стран, как: Китай, Япония, Германия, США, Южная Корея, Италия, Индия, Бразилия и Тайвань, опережая Мексику. Но лидерами страны объявлены серьезные намерения восстановить российскую промышленность и технологии, озвучены планы по инвестированию в промышленность за три года 43 трлн. рублей, о закупке за десять лет военной техники на 23 трлн. рублей. Заявленные планы делают российский рынок станков и инструментов самым привлекательным в мире, что признают все мировые производители.

Обрабатывающий центр является дорогим технологическим оборудованием (средняя стоимость от 10 млн. руб. до 50 млн. руб.), и для положительного экономического эффекта внедрения необходимо полностью раскрывать заложенный в нем потенциал.

ВСО стала возможной благодаря достижениям в области:

- режущего инструмента и покрытий, позволяющего достигать высоких скоростей резания и обрабатывать труднообрабатываемые материалы;

- систем числового программного управления (ЧПУ), значительно повысилась скорость обработки кадров, разработаны специальные функции;

- систем автоматизированной подготовки управляющих программ (CAM-систем), появились специальные стратегии обработки, обеспечивающие постоянную нагрузку на инструмент и обработку сложнопрофильных деталей за один установ;

- металлорежущих станков, благодаря новым конструктивным решениям позволяющих реализовывать вышеперечисленные достижения.

ВСО является динамичным процессом и предъявляет жесткие требования к узлам обрабатывающего центра:

- шпиндельному узлу;

- приводам подач;

- системе ЧПУ и др. узлам.

На практике оказывается, что не существует оборудования, способного с одинаково высокой эффективностью вести обработку всего спектра возможных материалов, например, необходимая скорость резания составляет для:

- алюминиевых сплавов от 500 до 2000 м/мин;

- сталей от 100 до 200 м/мин;

- титановых сплавов от 80 до 150 м/мин;

Разные материалы, разные детали по габаритам, сложности форм, требованиям к точности заставляют использовать разный режущий инструмент, стратегии обработки, способы подачи смазочно-охлаждающих технических средств, инструментальную и технологическую оснастку. Каждый обрабатывающий центр имеет определенные резонансы и соответственно зоны стабильного резания, которые должны быть выявлены и сопоставлены с режимами типовых техпроцессов. Так же важными являются скоростные характеристики, но при проведении ВСО недостаточно высокой скорости рабочей подачи и холостых ходов, величина ускорения и обеспечение плавного изменения скорости (без рывков) выходят на первый план, особенно при обработке деталей имеющих множество мелких элементов.

По оценкам экспертов в Российскую Федерацию поставляются станки как для рынка развивающихся стран. Лучшие по точности (менее 4 мкм по ISO 230-4) станки страна-производитель станка оставляет для внутреннего рынка, менее точные (от 4 до 8 мкм) поставляются на рынки развитых стран, например США и Евросоюз, а наименее точные (от 8 до 16 мкм) на рынок развивающихся стран, таких как страны БРИК. На данный момент нет методики испытаний, способной защитить отечественные машиностроительные предприятия от станков ненадлежащего качества.

Обычно испытания проходят на заводе-изготовителе, а на заводе-потребителе происходит только монтаж, проверка нескольких геометрических параметров в статике.

Не всегда, но проводится обработка пробной детали, но эта деталь простой формы и выполняется из легкообрабатываемого материала.

Задачей разрабатываемой методики испытаний является определение максимально производительных режимов резания и оптимальных стратегий обработки для конкретного обрабатывающего центра. По мере накопления таких данных о разных станках, возможно создание базы данных испытаний, позволяющих сделать обоснованный выбор, исходя из потребностей завода-потребителя.

Научная новизна

Новым является применение подходов, изложенных в книге А.С. Проникова «Программный метод испытания металлорежущих станков», для современного обрабатывающего оборудования, с построением автоматизированных измерительно-диагностических систем позволяющих за короткое время провести испытания, анализ и обработку результатов экспериментов.

Описание решаемых научно-технических проблем и поставленной задачи

В рамках темы НИР получены следующие результаты:

В рамках первого этапа «Разработка методических основ испытания многоцелевых обрабатывающих центров для проведения высокоскоростной обработки» в 2012 г. проведены следующие работы:

- проведен анализ требований к многоцелевым обрабатывающим центрам для высокоскоростной обработки;

- выявлены проблемы существующих методик испытания на основе их обзора;

- разработан алгоритм испытаний.

В рамках второго этапа «Создание и апробация измерительно-диагностического комплекса для испытания многоцелевых обрабатывающих центров для проведения высокоскоростной обработки» в 2013 г. выполняются следующие работы:

- создание измерительно-диагностического комплекс;

- составление методики испытания многоцелевых обрабатывающих центров для проведения высокоскоростной обработки;

- апробация методики;

- внедрение полученных знаний в образовательный процесс;

- расчет экономической целесообразности проведения испытаний.

Результаты НИР планируется внедрить:

- в курсы повышения квалификации;

- в образовательный процесс Центра Модернизации машиностроения МГТУ им. Н.Э. Баумана;

- в курс «Производство и испытание станков»;

- в курс «Динамика станков»;

- в курс «Основы теории проектирования автоматизированных станков»;

- в курс «Теоритические основы расчета и проектирования станков».

в) в результатах работы проявили свою заинтересованность:

- ГК Финвал;

- РТ-Станкоинструмент (ГК Ростехнологии);

- ФГУП «НПО ТЕХНОМАШ»;

- ООО Пумори-Инжиниринг-инвест;

- ОАО Корпорация Тактическое ракетное вооружение;

- ООО «ДМГ Русланд».

На основе полученных результатов в 2013 г. планируется разработка (без финансового обеспечения за счет средств Программы) научно-образовательных курсов на электронных носителях по новейшим направлениям науки и технологий, а также научно-популярных материалов для школьников и школьных учителей для размещения в свободном доступе в сети Интернет

Перспективы развития исследований

Участие в ФЦП способствовало формированию партнерства с Центром отраслевой диагностики технологического оборудования ФГУП «НПО ТЕХНОМАШ».

Для развития в России технологий в области исследования может способствовать сотрудничество с исследовательскими центрами:

Высшая техническая школа Цюриха (Швейцария);
Институт станкостроения и кузнечно-прессовой техники им. Фраунгофера IWU (г. Хемниц, Германия);
Рейнско-Вестфальский технический университет Ахена (Германия).