CC BY
33
12. Heron TP (Eitan) MALE UAV [Электронный ресурс] URL: https://www. airforce-technolo gy. com/proj ects/heron-tp-eitan-male-uav/ (дата обращения: 28.09.2019).
13. Xianglong / Flying Dragon [Электронный ресурс] URL: https://www. globalsecuri-ty.org/military/world//china/xianglong.htm (дата обращения: 28.09.2019)
Филиппова Татьяна Сергеевна, аспирант, t.s.philippova@,gmail. com, Россия, Самара, Самарский университет,
Дмитриев Александр Яковлевич, канд. техн. наук, доцент, dmitriev5 7@rambler. ru, Россия, Самара, Самарский университет
QUALITYENGINEERING OF UNMANNED AERIAL VEHICLE ON THE BASE OF QFD
T.S. Filippova, A. Ya. Dmitriev
This paper is devoted to quality management of a high-tech product at the design stage. The object of study is a multipurpose high-altitude, long endurance unmanned aerial vehicle. Quality management is supposed to be implemented through quality function deployment (QFD).
Key words: QFD, unmanned aircraft, the house of quality, design, customer requirements.
Filippova Tatyana Sergeevna, postgraduate, t.s.philippova@,gmail. com, Russia, Samara, Samara University,
Dmitriev Alexander Yakovlevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Samara, Samara University
УДК 621.914.025.7
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИЗМЕНЕНИЯ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ НА НАЛИЧИЕ ВИБРАЦИИ РЕЖУЩИХ ЗУБЬЕВ
А.В. Хоменко
В данной работе разработано описание процесса фрезерования торцовыми фрезами с зубьями разной жесткости, а так же какое оказывается влияние на силу резания изменение величины мгновенной толщины срезаемого слоя ввиду наличия вибраций режущих зубьев и их биения.
Ключевые слова: торцовое фрезерование, модель, виброперемещение, колебания, фреза.
В настоящее время для торцового фрезерования наиболее широко распространены торцовые фрезы, оснащенные сменными многогранными пластинами (СМП), изготовленные из твердого сплава (рис. 1). Фрезы с механическим креплением многогранных пластин отличаются способами их базирования, которые определяют эксплуатационные качества инструмента и его технологичность.
Рис.1. Торцевая фреза с механическим креплением сменных многогранных пластин
Вибрации торцовых фрез, сопровождающие процесс фрезерования, ухудшают шерохо -ватость обработанной поверхности и вызывают разрушение и износ их режущих кромок [1]. Процесс фрезерования может сопровождаться как вынужденными колебаниями, так и автоколебаниями. Возникновение автоколебаний чаще всего связано с регенеративным эффектом. При этом наиболее эффективными из известных методов устранения автоколебаний инструмента является следующие:
- уменьшение сил, вызывающих поперечные колебания фрезы, путем использования ступенчатых фрез;
- увеличение жесткости подсистемы инструмента.
В данном случае для снижения уровня автоколебаний предлагается применять торцовые фрезы с переменной жесткостью зубьев.
Чтобы установить эффективное подавление автоколебаний, когда обработка ведется торцовой фрезой с переменной жесткостью зубьев необходимо разработать модель, которая опишет процесс ее колебаний.
При построении математической модели за основные положения принимались следующие:
- фреза под действием силы резания, в момент совершения колебаний, рассматривается только в радиальном направлении, так как именно данном случае создается на поверхности резания вибрационный след, который приводит к появлению и развитию процесса регенерации колебаний при обработке;
- у зубьев может быть различная изгибная жесткость;
- колебаниями корпуса фрезы пренебрегали, так как они весьма малы.
Фреза предполагается абсолютно твердым телом. Она вращается относительно оси ординат с постоянной скоростью ю. Оси координат изображены на рис. 2.
Зубья фрезы предполагаются упругими, способными совершать изгибные колебания. При этом каждый зуб будет рассматривается в виде системы с одной степенью свободы х(/) (рис.3). Пусть: М -эквивалентная (приведенная) масса системы; с - жесткость зуба фрезы; Ь -коэффициент демпфирования.
Уравнение движения одномассовой системы, моделирующей изгибные колебания зуба фрезы,
имеет вид
где / - текущее время; х - виброперемещение зуба фрезы в направлении оси X; Рх- возмущающая сила (составляющая силы резания, действующая на зуб в направлении оси ОХ).
Мх + ЬХ + сх = Рх (^),
(1)
онпс \jrvpjЛУПЛЕН ^инасллшщси ^шш рсоашхл 1 . х ~ '
В общем случае, для учета сухого трения, возникающего между зубьями фрезы и обработанной
(2)
Рис. 2. Схема обработки
Рис. 3. Расчетная схема 79
Однако, учитывая, что температура в зоне контакта зуба фрезы с обрабатываемой деталью достигает высокого значения, коэффициент трения % становится весьма малым. Поэтому слагаемым (2) пренебрегаем. Тогда уравнение виброперемещения зуба фрезы принимается в виде (1).
Учитывая, что фреза считается абсолютно твердым телом, то при одновременном участии в резании двух или более зубьев их колебания происходят независимо друг от друга. Сила резания Р* определяется по формуле
ГрГ, если ее [0;2а]
* = [0, если е > 2а
где 2а - угол контакта фрезы с обрабатываемой деталью; е - угол, определяющий положение зуба на поверхности резания:
е = Ю/, (3)
где t - время, отсчитываемое от начала врезания зуба ^ отсчитывается для каждого зуба отдельно); ю -угловая частота вращения фрезы.
Угол а находится по формуле:
• ( B ^ а = агс81п — ,
ID )
где Б - ширина фрезерования; D - диаметр фрезы.
Приведенная масса зуба фрезы определялась из условия равенства частоты колебаний кон-сольно-защемленного стержня с распределенной массой т (рис. 4, а) и консольно-защемленного невесомого стержня с сосредоточенной массой М (рис. 4, б). Схема образования вибрационных волн представлена на рис. 6.
Рис. 4. Схема для определения приведенной массы В первом случае (рис. 4, а) собственная частота колебаний зуба вычисляется:
"а = ^^
где Е - модули упругости 1-го рода (модуль Юнга) материала стержня (державки зуба фрезы); 3- момент инерции поперечного сечения стержня; т - погонная масса стержня; I - длина стержня (консольной части державки).
Во втором случае (рис. 4, б):
юб =
3 EJ
MI 3
При равенстве частот (Юа=о>б) приведенная масса определялась как:
M =-3—^ ml
(1,875)4
Удельная сила резания определяется формулой:
= ^,
Р aktm
где Cp - экспериментально определенный коэффициент; k, m - табулированные показатели степени; ti -глубина резания; a - мгновенная толщина срезаемого слоя, вычисляемая по формуле:
a = mn sin j
где j - главный угол в плане фрезы.
В соответствии с рис. 5 мгновенная площадь срезаемого слоя определяется по зависимости
F = mn • t1.
Таким образом, установление зависимости силы резания Pz от времени сводится к определению зависимости mn от 9, которая для идеальных условий резания запишется в следующем виде:
где Sz - подача на зуб, а угол В
тп = Sz 8т(0 + р),
о р
В = — а к 2
(4)
В идеальных условиях, когда не учитываются радиальное биение зубьев фрезы и их колебания,
величина тп определяется по зависимости (4).
В реальных условиях процесс фрезерования, как последующим, так и предыдущим зубом сопровождается его вибрациями. Ввиду наличия вибраций каждый из зубьев фрезы срезает слой, толщина которого может быть как больше, так и меньше подачи на зуб на величину разности между виброперемещениями предшествующего и последующего зубьев, т.е. (Xк _ Xк_1) .
Здесь хк - виброперемещение зуба фрезы, а к - номер режущего зуба фрезы.
Рис. 5. Расчетная схема для определения мгновенной площади сечения срезаемого слоя
Зуб фрезы
Рис. 6. Схема образования вибрационных волн на поверхностях резания
Вместе с тем, в процессе фрезерования имеет место биение зубьев фрезы (рис.6), что приводит к изменению толщины срезаемого слоя тп на величину разности между радиальными биениями предшествующего и последующего режущих зубьев, т.е. (ек _ ек_1), где ек - радиальное биение к -ого зуба фрезы.
Тогда с учетом вышеизложенного, величина тп устанавливается по следующей зависимости: тп = Sz 8ш(е + В) — (хк — хк_1) + (ек — ек_х). (5)
При этом виброперемещения хк и хы , а также биения предшествующего и последующего режущих зубьев фрезы необходимо подставлять в зависимость (5) с их знаками.
Так как е и t связаны формулой (3), то правая часть формулы (5) может рассматриваться как функция ^ Причем, функции хк ) и хк ^) определяются из решения уравнения (1) и являются образующими поверхностей резания, сформированными соответственно предшествующим (к-1) и последующим к-м зубьями фрезы. Формула (5) приводит к нелинейному уравнению (1).
Рассмотрим решение уравнения (1) при следующих начальных условиях: в момент времени ^ зуб находится в состоянии покоя, а именно:
х(0) = 0; х(0) = 0.
Решение уравнения (1) получаем методом Рунге-Кутта. Введем новую переменную:
У = х
и получим вместо уравнения (1) систему двух уравнений первого порядка:
х = У
У = р _ ЬУ _ сх)
I М
Начальные условия:
t = 0: х = 0; у = 0.
Запишем алгоритм реализации метода Рунге-Кутта. Пусть N - число шагов интегрирования. Тогда шаг дискретизации:
2а
Дt =-.
Ш
Введем обозначения
х1 = х; х2 = у; 11 = У ; /2 = М (Рх _ ЬУ _ сх) = ММ (Рх _ Ьх2 _ сх1 ) .
Тогда для к - го шага интегрирования (к = 1, ... N будем иметь
Xi,k-1 + 1 (yil + 2yi2 + 2yi3 + Уг 4 ) ,
где i = 1, 2 - номер переменной;
xik - xi,k-i A 6
Ai ;
y ii- fi (tk-l, -w-i )At ;
= /-Г Ai y m1 Л
yi 2 - Ji tk-1 + —, xm, k-1 +
V 2 2 У
yi3 = f (V tk-1 + A, Xm, k-1 +yf ^ ;
yi4 - fi (tk , Xm,k-1 +ym3 )At ■
Здесь m = 1, 2 - номер переменной,
tk -kAt; 10-0; Xm0 -0.
В результате решения уравнения (1) методом Рунге-Кутта определяют виброперемещения каждого из зубьев, а затем устанавливается изменение силы резания во времени. Такая модель позволяет проводить исследование процесса торцового фрезерования на качественном уровне, позволяет учитывать взаимосвязь динамических процессов, происходящих на последовательно вступающих в резание зубьях фрезы, через вибрационные следы, образующиеся на поверхности резания в виду наличия их вибраций и радиального биения.
Список литературы
1. Васин Л. А., Фролов А.Н., Якушин Д.И. Силы резания при обработке фрезами с переменной жесткостью зубьев // Сборник трудов Второй международной электронной научно-технической конференции «Автоматизация и информатизация в машиностроении» Тула: «Гриф и К°», 2001. С. 296-298 .
2. Васин Л.А., Фролов А.Н., Якушин Д.И. Математическая модель процесса резания фрезой, оснащенной зубьями переменной изгибной жесткости // Известия Тульского государственного университета. Серия Вычислительная техника. Автоматика. Управление. Управление. Тула, 2001. Том 3. Вып. 3. С. 137-142.
Хоменко Ангелина Владиславовна, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
MATHEMATICAL MODEL OF CHANGING THE CUTTING FORCE WHEN MILLING FOR THE VIBRATION
OF CUTTING TOOTHS
A.V Khomenko 82
In this work, a description of the process of milling with face mills with teeth of different stiffness is developed, as well as what is the effect on the cutting force of a change in the instantaneous thickness of the cut layer due to the presence of vibrations of the cutting teeth and their beating.
Key words: face milling, model, vibration displacement, vibrations, mill.
Khomenko Angelina Vladislavovna, postgraduate, s50000@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 005.6:658.5:378
ОПЫТ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ПО УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ НА КУРСАХ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПЕРЕПОДГОТОВКИ
С.В. Юдин
На основе анализа кадрового обеспечения систем управлением качеством и надежностью продукции предприятий ОПК был сделан вывод о необходимости не просто повышения квалификации, но и профессиональной переподготовке персонала. Отсутствие необходимых компетенций специалистов является основной проблемой повышения качества продукции. Приведено краткое содержание программы, показана практическая ценность предложенного курса
Ключевые слова: качество, компетенции, менеджмент качества, кадровое обеспечение.
В течение 2017...2019 г.г. в Тульском филиале РЭУ им. Г.В. Плеханова выполнялась научно-исследовательская работа по договору с АО «Концерн ВКО «Алмаз-Антей» [1]. Одной из целей НИР была оценка состояния систем менеджмента качества (СМК).
Исследование систем управления качеством и надежностью продукции (СУКНП) выявило ряд существенных недостатков, присущих многим российским предприятиям. Ряд недостатков систем управления промышленными предприятиями в России были отмечены еще в 2015 году в научном докладе РЭУ им. Г.В. Плеханова [2].
Основные проблемы СУКНП предприятий в следующем: 1) слабая заинтересованность руководства предприятий в развитии адекватной системы управления качеством; 2) нежелание (неумение) использовать статистические методы управления качеством; 3) низкая квалификация сотрудников СМК [1]; 4) неадекватная система сертификации СМК по стандартам ГОСТ Р ИСО 9001 - 2015 и ГОСТ РВ 0015-002-2012.
Первый пункт подтверждается частыми высказываниями руководства предприятий о том, что все эти методы придуманы иностранцами и для иностранцев, что хорошо для японских (немецких, .) рабочих, не годится для российских.
Второй пункт частично вытекает из первого. Помимо этого забыт старый советский опыт, как применения статистических методов, так и системы научной организации труда.
Третий пункт подтвержден исследованиями уровня подготовки в целом, владения необходимыми методами, знания современных направлений в развитии систем управления качеством и нормативных документов [3]. Как было выявлено, средняя оценка анкетируемых специалистов СМК/СУК оказалась ниже, чем «неудовлетворительно»: при идеальной оценке 100 баллов, средняя оценка - 15,2 балла. Это говорит и том, что уровень подготовки специалистов в вузах является крайне низким, необходимые компетенции не усваиваются выпускниками.
Для оценки уровня компетенции специалистов, занятых в системах управления качеством и надежностью продукции была разработана анкета. В анкете были установлены следующие группы вопросов:
- Должность: 1 - рядовой сотрудник; 2 - средний руководящий состав; 3 - руководящий состав
- Стаж по направлению «Управление качеством» - годы
- Образование: 1 - техническое; 2 - экономическое; 3 - прочее
- Группы квалификационных требований (табл. 1).
Таблица 1
Группы квалификационных требований с весами
Группа квалификационных требований Вес (1)
Знание методов теории вероятностей и математической статистики 0,2
Знание и использование базовых и современных методов в области менеджмента качества и построения результативной СМК 0,3
Знание квалиметрии и владение навыками и методами измерений, испытаний и контроля 0,2
Знание и навыки моделирования и анализа, оценки процессов и систем 0,1
Знание нормативных документов, положений, литературы в области управления качеством 0,2
