Физические методы расчета и исследование надежности технологической системы деревообработки по параметрам качества продукции

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЕРЕВООБРАБОТКИ ПО ПАРАМЕТРАМ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ

Новоселов В.Г., Рогожникова И.Т., Полякова Т.В.

Physical methods of calculation of reliability of technological system of woodworking on parameters of quality of production "roughness" and "accuracy" are developed. The method of numerical experiment investigates influence of various factors on an operating time to refusal. The most significant factors are certain and ways of increase of reliability are analyzed.

Технологическая система деревообработки в соответствии с ГОСТ 27.00485 [1] включает в себя функционально взаимосвязанные и выполняющие в регламентированных условиях производства заданную технологическую операцию: средство технологического обеспечения, предмет производства и исполнителя. Ее состояние считается работоспособным, если значение всех параметров и (или) показателей качества изготовляемой продукции, производительности, материальных и стоимостных затрат на изготовление продукции соответствуют требованиям, установленным в нормативно-технической документации.

Одним из основных показателей надежности технологической системы по параметрам качества изготавливаемой продукции по ГОСТ 27.202-83 [2] является точность. Другим важным показателем качества изделия из древесины является шероховатость обработанной поверхности.

Частное свойство надежности технологической системы - безотказность -характеризуется вероятностью безотказной работы. По показателю «точность» это - вероятность того, что к заданному моменту времени t фактическое значение исполняемого размера детали x(t) не выйдет за пределы минимального xmin или максимального xmax допускаемых значений

Pt (t) = Р{ХШП < X(t) < XmJ.

По показателю «шероховатость обработанной поверхности» это - вероятность того, что к заданному моменту времени фактическое значение параметра шероховатости RZ(t) не превысит максимально допустимого значения [RZ]

Рш (t) = P{RZ (t) <[RZ i

Таким образом, вероятность безотказной работы технологической системы по обоим параметрам качества продукции может быть выражена формулой

Рк (t) = Pt (t) РШ (t).

При нормальном законе распределения наработки до отказа

(t-Tt)2 1 Г < 2

e

P(t) = 1--_ J e 2< dt,

<jf42n;

t * — ro

где Т1 - средняя наработка до отказа по принятому показателю; а{ - ее среднее квадратическое отклонение.

В ГОСТ 27.301-95 [3] предусмотрены физические методы расчета надежности, основанные на применении математических моделей, описывающих физические, химические и иные процессы, приводящие к отказам объекта. В статьях [4,5] разработаны методы расчета средней наработки до отказа по принятым показателям качества продукции. Они описывают зависимости «дрейфа» центров распределений параметров, характеризующих принятые критерии, и позволяют определить средние наработки до отказов и их дисперсии.

По параметру точность средняя наработка до отказа составит

т 16,7^

улпП Бр

где й - допускаемое смещение центра распределения фактических размеров обработанной детали от начальной размерной настройки; у^ - интенсивность изнашивания лезвия инструмента; п - частота вращения инструмента; П - припуск на обработку; Вр - диаметр окружности резания; еа - относительная остаточная деформация древесины под поверхностью резания; е - вспомогательная величина

_%т(а + Р/2) е" бЦ^ /2) '

где а - задний угол лезвия; в - угол заострения.

По параметру «шероховатость поверхности»

т 16,7 Яг Т ~__- I__1П

куА пу1 П Бр Яго

где к - показатель экспоненты описывающей изменение шероховатости поверхности обработки в зависимости от износа инструмента; Яго , [Яг ]- соответственно шероховатость при начальной обработке острым инструментом и допускаемая шероховатость по техническим условиям на деталь.

Среднеквадратическое отклонение наработки до отказа определяется как для функции случайных величин

'д, ^

г <*Л2

àxx

n àt àt + 2т---соу{хи хп },

àxn _1 дхп

а; = D{t} = - D{xx} +...+ - D{xn } + 2--cov{xj , х2 } +...

v àxn

àt àt

àxx àx2

где D{xj] - дисперсия соответствующей случайной величины; cov[Xj_], x} - ко-вариация зависимых случайных величин.

Формулы для определения частных производных приведены в [4,5].

80% -процентная наработка до отказа определяется по формуле

*о,8 = Ti _ 0,841а,.

В работах [6,7] методом численного эксперимента теоретически исследована зависимость 80-процентной наработки до отказа от факторов процесса обработки. Получены коэффициенты Ъ уравнений регрессии вида

п

у = Ь0 Ъ1Х1,

I=1

где - X - кодированное обозначение фактора. Обозначение факторов и полученные коэффициенты регрессии приведены в табл. 1.

Сравнение данных указывает на то, что наибольшее влияние на 80-процентную наработку до отказа оказывает изменение интенсивности изнашивания и припуска на обработку. Кроме того, на надежность по параметру «точность» прямо влияет допускаемое смещение поверхности обработки, а на надежность по параметру «шероховатость» - шероховатость поверхности в начальный период работы инструмента. Коэффициенты регрессии других факторов в рассмотренных диапазонах составляют величины второго и выше порядка малости.

С учетом сказанного, на рис. 1 приведены графики зависимости 80-процентной наработки до отказа по показателям качества «точность» и «шероховатость поверхности» от интенсивности изнашивания и припуска на обработку, показывающие, что надежность технологической системы может изменяться в несколько раз в зависимости от конкретного сочетания принятых факторов.

Проведенные теоретические исследования позволяют определять рациональный период стойкости инструмента по принятому показателю и намечать пути его повышения.

Повышение износостойкости инструмента является традиционным, однако, и самым дорогостоящим способом.

Уменьшение припуска на обработку возможно путем получения столярных заготовок не непосредственно из продукции лесопиления, а, например, переработкой необрезных пиломатериалов в заготовки на круглопильных или фрезерно-пильных станках, дающих более высокую точность и меньшую шероховатость поверхностей, подлежащих дальнейшему фрезерованию.

Таблица 1 - Кодирование факторов и коэффици-_енты регрессии_

Обознач то ение фак-ров Коэффициенты регрессии

Формульное Кодированное Обозначение величина

по шероховатости по точности

й X Ъ1 0 0,386

в Х2 Ъ2 0 0,029

а Хз Ъз 0 -0,062

Во Х4 Ъ4 0 0,046

Я?о Х5 Ъ5 -0,1836 0

я? Хб Ъб 0,1380 0

п Ху Ъу -0,0189 -0,016

к Х8 Ъ8 -0,0468 0

уА Х9 Ъ9 -0,5030 -0,422

П Хю Ъю -0,2779 -0,231

ВР Хи Ъ11 -0,00005 -0,0003

Х12 Ъ12 0 -0,052

вт Х!3 Ъ1з 0 -0,007

Б{а} Х14 Ъ14 0 0,006

В{Во} Х15 Ъ15 0 0,0006

В{Я2о} Х16 Ъ16 -0,00068 0

В{Я} Х17 Ъ17 0,0005 0

В{п} Х18 Ъ18 0,0021 -0,027

в{к} Х19 Ъ19 0,0231 0

D{yА} Х20 Ъ20 0,0055 -0,007

В{П} Х21 Ъ21 -0,0020 -0,001

В{Вр} Х22 Ъ22 -0,0007 0,003

мкм/м

а) б)

Рисунок 1 - Зависимость 80-процентной наработки до отказа от интенсивности изнашивания инструмента и припуска на обработку: а) по точности при d=50 мкм; б) по шероховатости обработанной поверхности при Яго 16 мкм

Литература

1. ГОСТ 27.004-85. Надежность в технике. Системы технологические. Термины и определения. [Текст]. Взамен ГОСТ 22954-78; введ. 1986-07-01. -М.: Госстандарт России: изд-во стандартов, 2002. -9 с.

2. ГОСТ 27.202-83. Надежность в технике. Технологические системы. Методы оценки надежности по параметрам качества изготовляемой продукции. [Текст]. Введ. 1984-07-01. -М.: Изд-во стандартов, 1984. -50 с.

3. ГОСТ 27.301-95. Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. [Текст]. Введ. 1997-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1996. -10 с.

4. Новоселов В.Г. Физический метод расчета надежности технологической системы деревообработки по параметру качества продукции «точность» [Текст]/В.Г.Новоселов, И.Т.Глебов // Надежность и качество: материалы международного симпозиума, Пенза, 25-31 мая 2006 г./ Пензенский гос.техн.ун-т. - Пенза, 2006. - С. 276-278

5. Новоселов В.Г. Расчет безотказности технологической системы деревообработки по параметру качества продукции «шероховатость поверхности [Текст]/ В.Г.Новоселов// Изв. Санкт-Петербургской гос. лесотехн. акад. - СПб, 2006. - Вып. 178. - С. 178-184.

6. Новоселов В.Г. Теоретическое исследование надежности технологической системы деревообработки по параметру качества продукции «шероховатость поверхности». [Текст] / В.Г.Новоселов, И.Т.Рогожникова //Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века: труды международного евразийского симпозиума, Екатеринбург, 20-21 сентября, 2006 г. / Урал.гос.лесотехн.ун-т. - Екатеринбург, 2006. -С. 117-122.

7. Новоселов В.Г. Теоретическое исследование надежности технологической системы деревообработки по параметру качества продукции «точность» [Текст]/ В.Г.Новоселов, Т.В.Полякова //там же, -С. 108-114.