2890

УДК 621.002.5: 378.1

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СОДЕРЖАНИЯ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО ОБОРУДОВАНИЮ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Л.Н. Дедушенко, В.М. Пачевский

Лабораторный практикум по дисциплинам «Металлорежущие станки», «Проектирование и эксплуатация технологического оборудования и инструментов», «Расчет и конструирование станков» проводится параллельно с изучением теоретических курсов и выражает собой форму занятий, закрепляющую единство теоретического и практического. Одной из существенных задач лабораторных занятий является экспериментальное раскрытие теоретических положений изучаемого предмета, ознакомление с основными методами проведения научного эксперимента и обработки полученных результатов.

Лабораторный практикум способствует выработке у студентов навыков и умений самостоятельной работы при наладке металлорежущих станков, производстве необходимых расчетов, оперировании необходимыми формулами, изучении устройства, конструктивных особенностей механизмов, определяющих высокий класс точности станка, испытании оборудования; приобретению навыков структурного и качественного анализа механических систем приводов станков, проектирования и исследования исполнительных механизмов станков.

Лабораторный практикум построен в соответствии с дидактическим принципом обеспечения контекстного обучения, то есть включения системы обучения в контекст предстоящей профессиональной деятельности будущего специалиста. При этом использовался контекстный подход, разработанный А.А. Вербицким.

При проектировании системы технологий обучения конструкторским дисциплинам в лабораторном практикуме, в нее включались элементы, обеспечивающие связь с профессиональной деятельностью на машиностроительных предприятиях.

При этом реализуется не только предметный контекст профессиональной деятельности, но и ее социальный контекст.

153

Решая совместные профессионально-ориентированные задачи, студенты учатся ответственному отношению к делу, умению совместно принимать решения.

Следующий дидактический принцип - представления проектируемой системы в виде развернутой функциональнофеноменологической модели, характеризующей внутреннюю сущность процесса обучения, потребовал при построении системы технологий выделить основополагающие категории и процессы, которые образуют определенный стержень дисциплины, а затем «развернуть» вокруг этого стержня представление материала, имеющего высокий уровень практической значимости, по изучаемым темам и разделам, варьируя методы и средства обучения применительно к отдельным специализациям.

Для того, чтобы лабораторный практикум, включающий различные технологии, на практике обеспечивал достижение поставленных целей, необходимо реализовать принцип мотивационного, понятийного, информационного и материального обеспечения процесса обучения, позволяющий учитывать мотивации студентов, их возможности усваивать учебный и нормативно-справочный материал, представляемый системой обучения, использовать технологическое оборудование кафедры, развивать творческий потенциал личности.

На различных этапах организации познавательного процесса, в соответствии с принципом общей и пооперационной алгоритмизации, обеспечивающим возможности разрешения проблемных ситуаций, возникающих в процессе обучения, разработаны и применяются алгоритмы, показывающие, что необходимо делать в конкретной ситуации, в какой последовательности и как искать необходимую информацию, связи между уже известным и изучаемым.

Структура лабораторного практикума предусматривает применение передовых технологий обучения.

Учебно-игровые и учебно-производственные технологии реализуются при проведении лабораторных работ в форме деловых игр «Анализ структуры и конструктивных особенностей токарных станков» на базе станков мод. ТПК-125В, мод. 1В340ОФЗО, мод. 16К20Т1, мод. 16К20Ф3.

Проведение лабораторных работ в форме деловых игр позволяет моделировать производственные ситуации, предоставляет

154

студентам разнообразные возможности самовыражения на занятиях, способствует развитию таких качеств как коммуникабельность, готовность к кооперации с коллегами и работе в коллективе, учит умению организовать работу исполнителей, находить и принимать решения в условиях различных мнений, что необходимо для гармоничной производственной деятельности.

Задачная технология, используемая при проведении лабораторных работ «Синтез и кинематический расчет привода главного движения», «Расчет привода главного движения с двухскоростным двигателем и автоматической коробкой скоростей», «Расчет привода главного движения с двигателем постоянного тока и шпиндельной бабкой» на базе стендов: «АКС станка мод. 1В340Ф30»; «АКС станка мод. 16К20Ф3»; «АКС станка мод. 2Р135Ф2»; «Шпиндельная бабка станка мод. 16К20Ф3», формирует у студентов навыки синтезирования приводов станков из отдельных узлов для обеспечения требуемых выходных параметров, решения задач выбора кинематической структуры и компоновки привода главного движения из унифицированных коробок скоростей и многодиапазонных шпиндельных коробок, выбора двигателя, изображения кинематической схемы скомпонованного привода, развивает у студентов самостоятельное мышление и творческий подход в решении технических задач.

Развивающая учебная деятельность используется при проведении лабораторных работ «Паспортизация промышленного робота РФ-202М», «Паспортизация металлорежущих станков» на базе имеющегося в лаборатории кафедры «Автоматизированное оборудование» технологического оборудования: промышленного робота РФ-202М; металлорежущих станков моделей 1И611П, 1К625, 16К20Т1 с ЧПУ, ТПК-125В, 6Л12, 6М82, 675, 3Е711В.

Выполнение лабораторных работ формирует у студентов представление о содержании и основных сведениях, которые излагают в технических паспортах промышленных роботов и металлорежущих станков, способствует приобретению навыков в разработке руководств по эксплуатации и определению технических характеристик оборудования, требует от студента самостоятельной разработки порядка их проведения и методики определения технических характеристик по намеченным параметрам.

Представляет интерес итерационный характер решения отдельных вопросов, позволяющий по известным данным

155

определить недостающие характеристики. Развивающее обучение заинтересовывает студента учебными целями, процессом их достижения, предоставляет большие возможности самосовершенствования.

Учебно-экспериментальная технология обучения получила отражение в лабораторных работах: «Испытание геометрической точности токарных станков», «Планирование испытаний статической жесткости токарно-винторезного станка методом полного факторного эксперимента» и «Определение показателей точности и стабильности позиционирования манипулятора промышленного робота РФ-202М».

В процессе выполнения лабораторных работ определяются параметры, характеризующие точность станка, оценивается деформация основных узлов станка и дается прогноз возможного изменения его характеристик в процессе эксплуатации, то есть оценивается параметрическая надежность станка.

Активное обучение воплощено в лабораторном практикуме по проектированию и исследованию исполнительных механизмов станков по дисциплине «Расчет и конструирование станков».

Для проектирования активной технологии обучения в нее включены наиболее существенные темы, обеспечивающие связь с предстоящей профессиональной деятельностью и организовано усвоение учебной информации, имеющей высокий уровень

ориентацией на готовность обучающегося совершать действия.

В связи с развивающимся в станкостроении направлением разработки многофункциональных станков с различной комбинацией функций в зависимости от сложности и серийности

надежности их работы при разнообразных видах обработки и диапазонах нагрузок.

Этим определился выбор в качестве объектов изучения шпиндельных узлов (ШУ) и тяговых устройств приводов подач, как наиболее ответственных и сложных составляющих исполнительных механизмов металлорежущих станков и соответственно содержание лабораторного практикума.

156

Влабораторном практикуме используются 33 модели станков, из них 19 моделей составляют станки с ЧПУ.

Для получения многовариантности заданий меняются входные расчетные параметры ШУ и тяговых устройств.

Синтез ШУ и тяговых устройств осуществляется на широком множестве структурных элементов (СЭ).

По лабораторным работам по проектированию и исследованию шпиндельного узла предусмотрено 100 вариантов заданий, в которых варьируются размеры шпинделя и величины действующих на него нагрузок, в том числе и реального станка.

Влабораторных работах по проектированию и исследованию тягового механизма привода подач с винтовой парой скольжения разработано 59 вариантов заданий, виды приводов подач (продольного хода, поперечного хода, вертикального хода и так далее) и размеры ходовых винтов, в том числе и для конкретных реальных станков.

Лабораторные работы по проектированию тягового механизма

сиспользованием шариковой винтовой передачи (ШВП) включают 56 вариантов заданий с варьированием длины хода исполнительных органов различных моделей станков, в том числе и для конкретных реальных станков.

При проведении экспериментальных исследований студенты приобретают опыт оценки качества и надежности технологического оборудования, обучаются совокупности средств, приемов, способов и методов выполнения экспериментально-исследовательской профессиональной деятельности, предназначенной для создания и эксплуатации информационно-измерительных и диагностических систем для нужд машиностроения.

Внастоящее время происходит смена образовательной парадигмы с информационной на развивающую самостоятельную познавательную активность обучающихся (И.А. Зимняя).

Всвязи с важностью самостоятельной работы студентов, подготовлены электронные версии альбомов чертежей и конструкций станков, позволяющие применять в учебном процессе элементы дистанционного обучения.

Таким образом, цели изучения дисциплин и значимость учебной информации позволили интегрировать в лабораторном практикуме по оборудованию машиностроительного производства оптимальные технологии обучения, выбрать виды взаимодействия

157

преподавателей и студентов, способствующие целенаправленной подготовке студентов к их будущей проектно-конструкторской деятельности в соответствии с созданной моделью ее предметного и социального содержания, поднять на более высокий уровень качество профессиональной подготовки инженера специальности 120200 - «Металлообрабатывающие станки и комплексы», наиболее тесно соприкасающегося с социально-экономическими задачами, стоящими перед машиностроением.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СТАНКОСТРОИТЕЛЬНЫХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

Трофимов В.Т., Трофимов В.В., Трофимов Ю.В.

Любое промышленное производство базируется на индустриальном выпуске товаров с определенной системой внутренней и внешней реализации. Начало мировой индустриализации - «индустриальная революция» относится к рубежу 18-19 веков, и одну из главных ролей в этом процессе сыграли исследования Томаса Ньюкоммена (1711 г.) по механизации главного привода производственных станков посредством паровой машины Джеймса Уатта. Первые образцы токарных, токарно-винторезных и токарно-копировальных станков были предложены Андреем Константиновичем Нартовым в 17201750 г.г. Ему также принадлежит идея механизма для изменения частоты вращения валов - гитары сменных зубчатых колес. Однако первый промышленный металлорежущий станок (МРС) был создан Джоном Уилкинсоном в 1774 году – это был вертикально – сверлильный станок. Повышение производительности и точности, по словам современников, было столь очевидным, что уже в 1794 году Генри Модсли был внедрен первый промышленный токарный станок, а в 1797 году токарно-винторезный станок. В 1876 году паровой двигатель был заменен двигателем внутреннего сгорания, а с 1889 года основным источником движения в станках становятся

158

электродвигатели. Появление в 1900 году на Всемирной выставке в Париже изобретения Фредерика Тейлора – быстрорежущей стали, определило основной, на то время, критерий индустриализации – уровень развития и производства МРС. Наиболее быстрыми темпами развивались токарные станки. В период с начала до середины 20 века они получили закрытую несущую систему, которая обладает высокой жесткостью, и оказала значительное влияние на конструкции станков других групп. Конкурентное развитие промышленности требовало постоянного повышения производительности, а практически совпавшие события наступления аэрокосмической эры и провозглашение социального общества, как общества потребления, - и гибкости производства. Это привело к созданию производительных систем на основе автоматизированного оборудования (АО).

Автоматизированное оборудование машиностроительного производства, в частности металлорежущих станков с числовым программным управлением (ЧПУ), относятся к известнейшим средствам производства металлообрабатывающей промышленности. В развитых индустриальных государствах на станкостроительные отрасли приходится до 10% общего объема продукции машиностроения. Без развития конструкций МРС невозможно представить сегодняшний уровень развития промышленности и повышение жизненных стандартов общества.

Многогранность задач решаемых при помощи МРС определяет конструктивные особенности последних и их уровень автоматизации. В зависимости от серийности и номенклатуры обрабатываемых деталей конструкция оборудования предполагает реализацию определенного уровня гибкости и предложение на рынок специальных, специализированных и универсальных МРС.

Постоянно возрастающие требования по мощности и точности АО требуют от конструктора создания машин с наиболее оптимальным сочетанием элементов МРС. Современный станкостроитель должен обладать широким кругозором и глубокими знаниями в таких областях как: станкостроительные материалы, взаимодействие физических сил и их влияние на узлы и детали МРС; кинематические, динамические, статические, силовые и точностные особенности конструкций АО и их анализ; методы исследования и улучшения элементов оборудования, автоматизированные системы управления.

159

Устойчивая тенденция последних десятилетий к автоматизации процессов производства определяет направления развития электронных систем управления и проектирования МРС. Влияние микропроцессорной техники на технические решения организации автоматизированного производства столь велико, что вызывает необходимость пересмотра устоявшихся подходов к проектированию АО. Так современные системы управления производством включают подсистемы подготовки производства, материально-технического снабжения, непосредственной обработки на АО, транспортно-складских операций, контроля и связывают их в единый комплекс, что требует совместимости единиц технологического оборудования на всех этапах проектирования и производства, как при массовом, так и при серийном выпуске изделий. Эффект от внедрения таких систем превзошел самые смелые ожидания машиностроителей – автоматизированные производства способны автономно функционировать в течение нескольких месяцев.

Для универсальных станков общего назначения основными частями кинематической схемы являются многоскоростные коробки

специальными, и режим их работы настраивался сменными зубчатыми колесами, заменяющими собой коробки скоростей и подач. Настройка станка сменными зубчатыми колесами требует много времени и поэтому допустима лишь в массовом и крупносерийном производствах, когда специальные станки длительно работают без переналадки. Однако тенденции развития машиностроительной промышленности определяют неуклонный рост удельного веса производства мелкосерийного типа, требующего частой переналадки станков. В этих условиях неизбежно расширение универсальности станков – автоматов. Универсальный автоматический станок должен сочетать в себе производительность автомата с гибкостью переналадки станка общего назначения. Такой автоматический станок также должен иметь многоскоростной, легко регулируемый привод рабочих движений, составляющий основную часть кинематической схемы.

С увеличением ассортимента конструкционных материалов, которые необходимо обрабатывать, и появлением новых режущих материалов расширяется диапазон регулирования станков по

160

скорости и подаче. Одновременно повышаются требования к точности регулирования для обеспечения оптимальных режимов обработки и наибольшей производительности. Последние модели АО располагают максимальными частотами вращения шпинделя в пределах 15 000-45000 оборотов в минуту. На основе экономического анализа проектируемой модели конструктор определяет целесообразность бесступенчатого регулирования вращения исполнительных органов. Ряд моделей эффективно функционируют с традиционными зубчатыми коробками передач, дающими ступенчатый геометрический ряд скоростей. Точность регулирования такой коробки повышается при воспроизведении большего числа скоростей.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ АВТОТРАКТОРНЫХ ПРОВОДОВ

Волков В.С., Митрофанов С.Г., Протасов А.М.

Рассмотрен рабочий процесс электрической изоляции в условиях напряженности электромагнитного поля. Определены факторы, влияющие на уровень пробивного напряжения.

Атомы в молекулах полимеров связаны друг с другом чаще всего ковалентными неполярными или малополярными связями, поэтому они почти всегда являются диэлектриками. Электрические свойства полимерных диэлектриков характеризуются величинами удельной проводимости, диэлектрических потерь к электрической прочности. В реальных полимерах механизм проводимости очень сложен, в общем случае

где Jабс - абсорбционный ток, вызванный процессами поляризации; Jскв - сквозной ток, обусловленный собственной электропровод-

ностью.

В полимерных материалах такими носителями являются ионы низкомолекулярных примесей (воды, кислот, щелочей, мономеров и

161

т.п.). Ионизация молекул примесей легче всего происходит в полярной среде, поэтому все полярные полимеры имеют более высокую электропроводность и меньшее удельное сопротивление ρ, чем неполярные. Увеличение концентрации низкомолекулярных примесей всегда уменьшает ρ. С повышением температуры степень ионизации примесей возрастает, что также уменьшает ρ.

Особенно легко примеси могут адсорбироваться на поверхности полимера, отчего для полимерного диэлектрика при одной и той же температуре приходится измерять и удельное объемное и поверхностное сопротивление .

Любой диэлектрик в электрическом поле поляризуется. Для неполярных полимеров наблюдается только ионная и электронная поляризация - обратимое смещение ионов, электронов и ядер под действием поля, протекающее практически мгновенно (в течение 10- 13 … 10-15 с). Для полярных полимерных наблюдается и другой вид поляризации - ориентация полярных групп в электрическом поле. Ориентация у полимеров протекает с большим временем релаксации – происходит дипольно–релаксационная полимеризация.

В переменном электрическом поле ориентация происходит дважды в течение периода; время воздействия поля t=1/2*f , где f - частота поля.

При t >> ориентация происходит быстро. При t « ориентация не успевает произойти вообще, и диэлектрик ведет себя как неполярный. Наконец, при t, близком к , ориентация может происходить, но она затруднена, т.е. перемещение атомов или участков молекул требует преодоления сопротивления межмолекулярных сил, на что расходуется часть энергии электрического поля. Эта энергия необратимо переходит в тепло,

дипольно-релаксационной поляризации на кривой зависимости tg

Для полярных полимеров на кривой обычно появляются два максимума. Первый соответствует ориентации полярных групп, для них мало, и максимум располагается при высоких f (дипольнорадикальные потери). Второй соответствует ориентации участков макромолекул, для них велико, и максимум располагается при

162