Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
45
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”
Джугурян Тигран Герасимович
УДК 621.951
Спеціальність - 05.02.08 - технологія машинобудування
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук
Харків - 2001
Дисертація є рукопис
Робота виконана на кафедрі “Нарисна геометрія та графіка”
Одеського національного політехнічного університету
Міністерства освіти і науки України
Науковий консультант: доктор технічних наук, професор
Лінчевський Павло Адамович,
Одеський національний політехнічний університет,
завідувач кафедри технології машинобудування.
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, доцент
Карпусь Владіслав Євгенович,
Національний технічний університет “Харківський
політехнічний інститут”, професор кафедри технології
машинобудування та металорізальних верстатів;
доктор технічних наук, доцент
Мельниченко Олександр Анатолійович,
Українська інженерно-педагогічна академія, завідувач і
професор кафедри проектування та експлуатації
технологічних систем машинобудування.
доктор технічних наук, професор
Павленко Іван Іванович,
Кіровоградський державний технічний університет,
завідувач кафедри технології машинобудування.
Провідна установа: Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування,
Міністерство промислової політики України, м Харків.
Захист відбудеться 31 січня 2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.12 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут”за адресою: 61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.
Автореферат розісланий “28 ” грудня 2001 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Узунян М.Д.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Порівняльний аналіз різних методів обробки точних координованих отворів показав, що одним із найбільш прогресивних серед них є прецизійне розточування інструментами одностороннього різання (IОР), що сполучає з процесом різання тонке пластичне деформування поверхневого шару направляючими елементами (НЕ). Ґрунтуючись на принципах операцій глибокого свердління і тонкого розточування, можна сказати, що прецизійна обробка розточувальними IОР (РIОР) істотно відрізняється від них геометрією і конструктивними елементами інструменту, режимами різання, що досягається точністю і якістю поверхні отворів і тому повинна розглядатися як самостійна викінчувальна операція. Перспективність використання в машинобудуванні операції прецизійного розточування IОР визначається її високою продуктивністю і широкими технологічними можливостями, пов'язаними з суміщеною обробкою отворів і інших функціональних поверхонь деталі, виготовленням як коротких, так і глибоких отворів (із відношенням довжини до діаметра отвору l/d ≤ 20), що в комплексі не забезпечує жодна з існуючих оздоблювальних операцій. Наприклад, операції хонингування, шліфування й протягування не дозволяють здійснювати суміщену обробку, а операції глибокого свердління і розсвердлювання не забезпечують необхідну точність і якість поверхні отворів. Найближчою до ефекту, що досягається, є операція тонкого розточування, але і вона не вирішує ряд питань досягнення розмірної точності й продуктивності обробки, особливо при виготовленні глибоких отворів (l/d > 5). При загальновизнаній прогресивності прецизійної обробки РIОР її широке застосування у машинобудуванні стримується недостатніми конструкторсько-технологічними рішенями і науково обґрунтованими рекомендаціями, спрямованими на забезпечення і підтримку точності обробки отворів із врахуванням їх геометричних параметрів.
При швидкісній обробці точних отворів із l/d ≤ 7 без використання кондукторних втулок (КВ) невизначеність базування в системі “шпиндель –РIОР –заготовка”приводить до вібрацій, усунення яких досягається зниженням інтенсивності режимів різання, що обмежує продуктивність розточування й ефективне застосування сучасних інструментальних матеріалів. Підвищені вібрації та знос інструменту виникають і при наявності КВ у процесі розточування отворів із l/d ≤ 20. Для обробки отворів РIОР характерні більш інтенсивні робочі подачі в порівнянні з тонким розточуванням, що сприяє збільшенню силових і теплових деформацій технологічної системи (ТС), які знижують точність операції. Ряд проблем, пов'язаних із розмірним зносом РIОР, виникає при обробці отворів у матеріалах із підвищеними фізико-механічними властивостями. Різна інтенсивність зношування різальних елементів (РЕ) і НЕ, неоднакові умови роботи РЕ при суміщенні обробки декількох функціональних поверхонь деталі, приводять до неповного використання можливостей РIОР, до підвищених витрат робочих елементів, зниження продуктивності обробки та поломок інструменту. Вирішення проблем розмірної стійкості РIОР за рахунок використання электромеханічних систем піднастроювання РЕ істотно ускладнює металорізальне устаткування (МУ), обмежує його технологічні можливості, наприклад, при суміщеній обробці отворів. Крім того, зазначені системи працюють на основі прямого контролю параметрів якості не оброблюваних, а оброблених отворів, що ускладнює своєчасне керування процесом розточування. Відсутність науково обґрунтованих методів і засобів непрямого контролю і керування станом ТС для підтримки необхідної якості обробки отворів РIОР, призводить до істотних втрат у вигляді бракованої продукції, що неприпустимо в умовах виробництва дорогих деталей.
У зв'язку з тим, що прецизійна обробка отворів є однією з найбільш трудомістких операцій, яка часто зустрічається в умовах сучасного машинобудування, особливу актуальність набуває велика науково-технічна проблема забезпечення й підтримки точності високопродуктивного розточування ІОР відповідно на етапах проектування і функціонування МУ, вирішення якої має важливе народногосподарське значення.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження й розробки в рамках дисертаційної роботи виконувалися відповідно до галузевих цільових програм Мiнверстатопрому (теми НДР і НДДКР Спеціального конструкторського бюро алмазно-розточувальних і радіально-свердлильних верстатів (СКБАРВ, м. Одеса) 120-83, 128-84, 130-84, 152-89, 157-90), а також у рамках НДР № 363-31 “Фізико-механічні основи технології прецизійного машино-будування”(номер державної реєстрації 0199U001547), що входила в план науково-дослідних робіт Одеського національного політехнічного університету (ОНПУ) на 1999-2000 р., затверджений Міністерством освіти і науки України; НДР № 350-33 “Сучасні проблеми геометричного моделювання проектування чистових багатозахідних черв’ячних фрез, зубчастих передач без інтерференції, різних технологічних процесів”, яка виконувалась згідно з наказом № 54 ОНПУ від 07.06.96 р.
Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційного дослідження –підвищення ефективності технологічної операції прецизійного розточування отворів ІОР на базі розробки основ забезпечення й підтримки точності обробки з потрібною якістю поверхні в широкому діапазоні розмірних параметрів отворів відповідно на етапах проектування і функціонування МУ.
Досягнення поставленої мети визначило задачі дослідження: 1. Встановити з урахуванням параметрів d,l/d основні фактори, що впливають на точність обробки РIОР, і визначити шляхи її підвищення без зниження продуктивності розточування. 2. На базі розробки динамічної моделі розточування, вивчення особливостей силових і теплових деформацій ТС, зносу інструменту виявити умови забезпечення точності обробки отворів (ЗТОО) РIОР, запропонувати методи і засоби віброзахисту і віброгашення інструменту, керування пружнопластичними деформаціями оброблюваної поверхні отвору, обмеження і стабілізації теплових деформацій ТС, розмірної компенсації зносу інструменту. 3. Розробити методи і засоби контролю станів ТС (КСТС), оснащеної РІОР, що включають контроль вхідний, вихідний, та граничних її станів, а також експрес - оцінки забезпечення і підтримки точності обробки РIОР. 4. Розробити основи підтримки точності обробки отворів (ПТОО) РIОР на базі керування технологічним процесом із використанням інформації системи КСТС. 5. Визначити види отворів, що найчастіше зустрічаються на практиці, для яких розробити рекомендації з комплексного використання методів ЗТОО і ПТОО РIОР, а також вибору технологічної схеми прецизійного розточування. 6. З урахуванням умов розточування розробити основи комплексної оцінки ефективності (КОЕ) застосування методів ЗТОО і ПТОО РIОР. 8. Узагальнити отримані результати теоретичних і експериментальних досліджень з метою впровадження їх у виробництво.
Об’єкт дослідження –технологічний процес обробки точних координованих отворів РІОР.
Предметом дослідження є визначення умов забезпечення і підтримки точності обробки РІОР відповідно на етапах проектування і функціонування МУ на основі вивчення впливу на них геометричних параметрів отворів заготовок, технологічної схеми розточування, фізико-механічних явищ, що виникають при обробці, а також можливостей контролю і керування технологічним процесом.
Методи дослідження. Розв’язання поставлених у роботі задач здійснювалося на базі наукових основ технології машинобудування, теорії різання матеріалів, динаміки верстатів і теорії коливань, теоретичної механіки, теорії машин і механізмів, теорії пружнопластичної контактної деформації, теплофізики механічної обробки, технічної діагностики, надійності машин, автоматичного регулювання процесу різання, теорії математичної статистики.
Досліджувались фізичні і технологічні параметри процесу прецизійної обробки отворів РІОР із застосуванням універсального і спеціального МУ, в тому числі із ЧПК, експериментальних стендів, вимірювальних машин, приладів, інструментів і методик. Зокрема, використовувалися прилад моделі ВИА6-5МА для вібровимірювань; динамометри для вимірювання коефіцієнту радіальної жорсткості системи “шпиндель –РIОР”, складових сил різання й вигладжування; мікроскопи для вимірювання зносу РIОР і глибини наклепаного шару; пристосування для розмірного настроювання РIОР, вимірювальна машина “Kardimet –”і прилад “Talyrond”для вимірювання параметрів точності обробки, прилад моделі ПМТ-3 і профілометр-профілограф моделі 203 заводу “Калібр”відповідно для вимірювання мікротвердості поверхневого шару і шорсткості обробленої поверхні. Стенди оснащувалися вимірювальними приладами з тензорезисторними, індуктивними, індукційними перетворювачами й апаратурою для запису і візуальної реєстрації електричних величин.
Наукова новизна одержаних результатів.
Розроблено технологічні основи керування тосністю та якістю обробки при прецизійному розточуванні отворів ІОР.
. Вперше на основі “циліндричної”моделі шорсткості розточеної й вигладженої поверхні отвору розроблено теоретичні положення пружнопластичної взаємодії непереточуваних НЕ з заготовкою, що дозволило обгрунтувати методику визначення раціональної геометрії НЕ і якості обробки з урахуванням конструктивних параметрів РIОР, фізичних властивостей оброблюваного та інструментального матеріалів, режимів різання.
. Вперше розроблено теретичні положення безперервно-періодичної компенсації зносу (БПКЗ) і повної компенсації зносу (ПКЗ) РIОР у процесі різання на основі вбудованих у корпус інструменту автономних механізмів компенсації зносу, що дозволили вирішити проблему забезпечення розмірної стійкості інструменту і точності розточування отворів у заготовках із підвищеними фізико-механічними властивостями.
. Визначено умови ЗТОО і ПТОО РІОР із урахуванням динаміки процесу обробки, силових і теплових деформацій ТС, зносу робочих елементів інструменту; науково обґрунтовано і запропоновано вiброзахист і кероване вiброгашення консольних РІОР, що використовуються без КВ.
. Розроблено системи керування динамічними і силовими параметрами процесу розточування, дискретного розмірного підналагодження РIОР “імпульсної”та за “упором”на основі розроблених механізмів, що вбудовуються у корпус інструменту.
Практичне значення одержаних результатів.
1. Розроблено рекомендації з застосування запропонованих методів і засобів ЗТОО і ПТОО при розточуванні ІОР типових отворів.
. Створено нові типи РIОР, у тому числі комбіновані і дволезові, що оснащені засобами вiброзахисту; автоматичного пере настроювання демпферу; БПКЗ і ПКЗ; розмірного підналагодження “імпульсного”та за “упором”; контролю розмірної точності обробки, зносу КВ та інструменту.
. Розроблено: методики розрахунку конструктивних параметрів запропонованих РIОР; рекомендації для проектування, виготовлення й контролю якості обробно-розточувальних голівок (ОРГ), призначених для прецизійного розточування отворів, у тому числі і РIОР; експрес - оцінки ЗТОО і ПТОО; рекомендації з використання методів КСТС.
. Розроблено матрицю “ситуація –дія”для виявлення причин виникнення негативних ситуацій і їх усунення з урахуванням поточних даних і даних про попередню обробку.
. Запропоновано морфологічні матриці для класифікації й кодування розроблених методів ЗТОО і ПТОО РIОР, що дозволяють систематизувати умови їх комплексного застосування при розточуванні типових отворів.
. Розроблено методику КОЕ застосування методів ЗТОО і ПТОО РIОР, що дозволяє вибрати раціональну схему прецизійного розточування з урахуванням конструктивних особливостей заготовки.
Результати роботи впроваджені в СКБАРВ і використовуються при проектуванні, виготовленні й експлуатації спеціальних обробно-розточувальних верстатів (ОРВ), верстатів із ЧПУ свердлильно-фрезерно-розточувальних та глибоких свердлінь, що застосовуються в різних галузях машинобудування України, країн СНД і далекого зарубіжжя, зокрема, на ВАТ “Машиностроительный завод “ЗиО-Подольск”(м. Подольск, Росія, 1997 р.).
Загальний річний економічний ефект від часткового впровадження результатів роботи в цінах 1991 р. склав 323,8 тисяч карбованців.
Особистий внесок здобувача. Результати теоретичних і експериментальних досліджень отримані автором самостійно. Постановка задач, аналіз деяких результатів, розробка окремих типів різального інструменту виконані з науковими консультантами і зі співавторами. Розробка стендів, їх налагодження, вимірювання контрольованих параметрів процесу обробки, якості розточених отворів виконані разом із працівниками СКБАРВ, кафедри металорізальних верстатів, метрології та сертифікації ОНПУ.
Апробація результатів дисертації. Основні положення й результати, представлені в дисертації, доповідалися на 10 міжнародних конференціях і семінарах: “Оснастка - 94”(м. Київ, 1994); “-я конференция по обработке и отделке глубоких отверстий”(м. Дубниця над Вагом, Словаччина, 1996); “Современные проблемы геометрического моделирования”(м. Мелітополь, 1996; 1997, 2 доповіді); “Высокие технологии в машиностроении”(м. Алушта, 1997, 2000); “-й міжнародний симпозіум Українських інженерів-механіків у Львові”, (м. Львів, 1997); “Прогрессивные технологии машиностроения и современность”(м. Севастополь, 1997); “Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века”(м. Севастополь, 1999); “Прогрессивные технологии в машиностроении”(м. Одеса, 2000), а також на республіканських науково-технічних конференціях і семінарах: “Прогрессивная технология обработки глубоких отверстий”(м. Москва, Росія, 1992, 3 доповіді); “Новые технологические процессы в машиностроении”(м. Одеса, 1993); “Ресурсо- и энергосберегающие технологии в машиностроении”(м. Одеса, 1997).
У повному обсязі дисертація доповідалась і схвалена на спільному засіданні профілюючих кафедр ОНПУ, на кафедрах “Різання матеріалів та різальні інструменти”та “Технологія машинобудування та металорізальни верстати”Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”, на ХІ міжнародному семінарі “Интерпартнер-2001”- “Высокие технологии: развитие и кадровое обеспечение”.
Публікації. Результати дисертації опубліковано в 52 роботах, у тому числі в 33 науково-технічних роботах, 15 матеріалах і тезах конференцій, 4 авторських свідоцтвах.
Структура й обсяг роботи. Робота складається із вступу, п'яти розділів, основних висновків, списку літератури та додатків. Загальний обсяг роботи 467 сторінок, що включає 286 сторінок машинописного тексту, 111 рисунків на 103 сторінках, 10 таблиць в тексті, 11 таблиць на 12 сторінках, 3 додатка на 39 сторінках; 286 використаних літературних джерел на 28 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету і задачі дослідження, наведено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, дано загальну характеристику дисертації.
У першому розділі на основі розгляду викінчувальних методів обробки отворів визначені призначення й область ефективного застосування операції прецизійного розточування IОР. Аналіз літературних даних показав, що: 1) досяжні параметри точності і якості поверхні отворів з урахуванням таких явищ, як вібрації, тепловиділення, пружні й теплові деформації ТС, знос інструменту, визначені приблизно у вузькому діапазоні умов обробки; 2) недостатньо вивчено вплив геометричних параметрів отворів, технологічної схеми обробки, геометрії РIОР, режимів різання на вихідні параметри процесу; 3) недостатній набір конструкторсько-технологічних рішень стримує підвищення точності і продуктивності обробки; 4) практично не вивчалися питання технологічної керованості процесом прецизійного розточування IОР, які визначають надійність операції. Як наслідок виконаного аналізу сформульовано мету і поставлено задачі дослідження.
У другому розділі дається опис експериментальних стендів, МУ, установок, мастильно-охолоджуючого технологічного середовища (МОТС) і РIОР, що застосовуються, а також вимірювальних машин, стендів, приладів і інструментів, методик досліджень. Зокрема, експериментальні стенди було виконано на модернізованих ОРВ моделей 2731В та 2754В із приводом головного руху (ПГР) типу МИС-132-IM83 і “КЕМТОР”і спеціальному агрегатному верстаті з ЧПК моделі “Електроніка МС2101”з ПГР і робочої подачі постійного струму, а також на токарному верстаті 1К62. Дослідження проводилися також на верстатах моделей 2К810ПМФ2, 2570ПМФ із ЧПК вітчизняного й зарубіжного (“Sinumerik 880TE”, фірми Siemens) виробництва, а також на ОРВ моделі 2754В, 2754Б і спеціальних агрегатних верстатах.
У процесі досліджень використовувалися традиційні і розроблені у ході експериментальних робіт спеціальні конструкції РІОР.
Для визначення жорсткісних параметрів, амплітудно-частотних характеристик, силових й температурних параметрів ТС, зносу РІОР і КВ, розподілення припуску на розточування і їх впливу на параметри якості обробки використовувалися як відомі (наприклад, методика дослідження зносу іструменту НВО ВНДІінс-трумент), так і розроблені експериментальні методики досліджень.
Третій розділ присвячений розробці основ ЗТОО РIОР на етапі проектування МУ.
Фактори, що впливають на точ-ність і якість поверхні отворів, можна розділити на чотири основні групи, які визначаються: 1) вібраціями РІОР; 2) силовими деформаціями ТС; 3) тепловими деформаціями ТС; 4) зносом РІОР. Питома вага впливу перелічених факторів на ЗТОО РІОР в кожному конкретному випадку відмінна і залежить в першу чергу від геометричних параметрів розточуваних отворів d, l/d і фізичних властивостей оброблюваного та інструмен-тального матеріалів, що визначають вибір технологічної схеми розточування –без КВ і з КВ. З урахуванням впливу зазначених факторів, ЗТОО РІОР, подане структурною схемою на рис. 1, пов'язане з розробкою методів ЗТОО, реалізованих новими конструкторсько-технологічними рішеннями.
Процес розточування отворів РIОР можна поділити на два етапи, на першому з яких РЕ формує вхідну ділянку отвору без взаємодії з ним НЕ. На другому етапі всі робочі елементи взаємодіють із заготовкою до кінця обробки отвору. Два твердих НЕ –бічний і опорний, встановлені в корпусі РIОР відповідно під кутом 45°-80° і не менше 180° відносно РЕ, при безвідривному контакті з поверхнею оброблюваного отвору під дією сили різання забезпечують базування й напрямок інструменту на другому етапі процесу розточування. Загальна динамічна модель другого етапу розточування отвору РIОР представлена системою рівнянь руху корпуса інструменту в граничних умовах обробки:
mК XК(ов,в)1,2 + ξК XК(о,в)1,2 + cК XК(о,в)1,2 + с(О,В)1,2 (XК(о,в)1,2 –X(О,В)1,2 ) =
= F(О,В)1,2 + ( ΔF(О,В)1,2 mK g) cos ωτ; (1)
X(О,В)1,2 = –e,2 cos (ωτ – φО, B),
де mК –приведена маса РIОР, кг;
ξК –коефіцієнт дисипативної сили системи “шпиндель –РIОР”, Н·с/м;
cК –коефіцієнт радіальної жорсткості системи “шпиндель –РIОР”у зоні вершини РЕ, Н/м;
с(О,В)1,2 –коефіцієнт жорсткості контакту опорного і бічного НЕ з поверхнею отвору в граничних центрах коливань РIОР, Н/м;
F(О,В)1,2 и ΔF(О,В)1,2 –постійні і змінні складові радіальних сил, що діють на корпус РIОР у напрямку вершин опорного і бічного НЕ, Н;
XК(о,в)1,2 –радіальні зміщення корпуса РIОР у напрямку опорного і бічного НЕ, м;
X(О,В)1,2 –радіальні зміщення опорного і бічного НЕ, м;
e і e –зміщення осі вхідної ділянки отвору щодо осі обертання РIОР у результаті першого етапу його обробки, м;
g –прискорення вільного падіння, м/с;
ω –кутова (циклічна) частота коливань, обумовлена кутовою швидкістю обертання РIОР, с-1;
τ –час фази коливань, с;
φО, φВ –кути розвороту опорного і бічного НЕ відносно РЕ, рад.
Граничні умови визначаються, з одного боку, незношеним станом РIОР, мінімально допустимими за умовами розточування значеннями припуска на обробку і твердості матеріалу заготовки, а, з іншого боку - гранично допустимим розмірним зносом РIОР, максимально допустимими значеннями припуску на обробку і твердості матеріалу заготовки. Крім того, ці умови визначаються також мінімальними і максимальними сумарними значеннями векторів змінної сили різання і приведеній до НЕ сили тяжіння РІОР. Для зручності розпізнавання зазначених граничних умов обробки у формулах введені відповідно індекси “”і “”, а також знаки “–”і “+”при використанні знака “”. Такий підхід базується на положенні про те, що якщо в граничних умовах розточування відбувається ЗТОО ІОР, то вона буде забезпечуватися й у проміжних між ними умовах. Розробка динамічних моделей для граничних умов обробки дозволяє в околі граничних центрів коливань корпуса РIОР лінеаризувати нелінійну характеристику пружного контакту НЕ із заготовкою. Підставою для лінеаризації зазначеної характеристики є досить малі при прецизійній обробці відносні радіальні (контактні) переміщення НЕ і заготовки. Окремі умови обробки РIОР визначаються значеннями параметрів ξДО і cК, що залежать від схеми розточування і методу напрямку інструменту. Використання системи “шпиндель - РIОР”для напрямку інструменту одержало поширення при обробці коротких отворів (l/d ≤ 7) в тих випадках, коли конструктивні параметри заготовки чи верстат, що експлуатується, не дозволяють використовувати КВ. Метод напрямку інструменту за допомогою системи “шпиндель - РIОР - КВ”використовують при обробці як коротких, так і глибоких отворів. При обробці отворів без використання КВ ξДО ≠ 0, cК ≠ 0, а у випадку її використання ξДО ≈ 0, cК ≈ 0. У результаті розв’язання системи рівнянь (1) знайдені амплітуди першої гармоніки радіальних коливань вершин НЕ, а також вершини РЕ у двох граничних умовах початку другого етапу обробки
e,=,
де e , e –амплітуди першої гармоніки радіальних коливань вершини РЕ в граничних умовах початку другого етапу обробки, м.
Загальна картина формування положення осі отвору у двох граничних умовах обробки розглянута на основі методу “заморожених”коефіцієнтів, реалізація якого пов'язана з розподілом отвору на рівні вздовж його довжини з кроком, що відповідає осьовому переміщенню РIОР за один його оберт. У процесі обробки отвору на зміщення його осі щодо осі обертання інструменту впливають радіальні коливання формотвірного леза РЕ. Амплітуда цих коливань із частотою ω визначає похибку такого зміщення. Тому на першому рівні отвору зсув його осі e та e у граничних умовах обробки буде визначатися відповідними амплітудами першої гармоніки радіальних коливань e і e вершини РЕ. Зміщення осі e і e отвору на першому його рівні визначає величину радіальних переміщень НЕ, які впливають на формування похибки осі на другому його рівні. Для визначення зміщення осі отвору на другому його рівні, підставимо послідовно e і e в друге рівняння системи (1) замість параметрів e і e і повторно вирішуючи її, отримаємо амплітуди першої гармоніки коливань вершини РЕ в граничних умовах обробки. Аналогічно можна визначити похибки розташування осі розточеного отвору на другому й наступних його рівнях. З огляду на те, що на практиці використовуються, як правило, РIОР із φО = 180°, для цього випадку обробки можна одержати залежність для знаходження зміщення осі отвору на будь-якому його рівні
eN, = e, + , (2)
де b,2 = ;
f(ei ,) = ;
eN, –зміщення осі на N-му рівні отвору в двох граничних умовах обробки при φО = 180°, м.
На основі рівняння (2) отримано залежності для визначення зміщення осі отвору на довжині 100 мм при обробці з КВ і без неї
eK, = + e,; (3)
eБ, = e, + , (4)
де eK, –зміщення осі отвору на довжині 100 мм при обробці з КВ, м;
eБ, –зміщення осі отвору на довжині 100 мм при обробці без КВ, м;
N –кількість рівнів на довжині 100 мм отвору.
Досягнення необхідних параметрів шорсткості, глибини й інтенсивності пластичної деформації обробленої поверхні отвору, а також розмірної точності розточування пов'язано з обмеженням значень радіальних сил, що діють на бічний і опорний НЕ. З урахуванням вимог до обмеження сил, що діють на НЕ, а також переносу похибок розташування осі отвору з попереднього на його наступний рівень, можна стверджувати, що ЗТОО РIОР можливе при виконанні наступних умов
F(O,B)min ≤ mК XК(о,в)1,2 + ξК XК(о,в)1,2 + cК XК(о,в)1,2 + с(О,В)1,2 x
x (XК(о,в)1,2 –X(О,В)1,2 ) mK g ≤ F(O,B)max ; (5)
e,≤ e,≤ e,≤ … ≤ eN,≤ еД , (6)
де F(O)min , F(O)max –мінімальні і максимальні радіальні сили, що діють на опорний НЕ і визначають межі оптимальних умов його роботи з урахуванням вимог до точності обробки, Н;
F(B)min , F(B)max –мінімальні і максимальні сили вигладжування, що визначають межі оптимальних умов роботи бічного НЕ з урахуванням вимог до якості поверхні оброблюваного отвору, Н;
еД –допустиме зміщення осі отвору на другому етапі його обробки, м.
На основі теоретико-експериментальних досліджень встановлено, що необхідність урахування сили тяжіння РІОР виникає при обробці отворів діаметром більше 50 мм і 75 мм із l/d ≤ 20 і l/d ≤ 7 відповідно. Крім того, виявлено, що найбільш несприятливі умови з погляду ЗТОО РIОР виникають у тому випадку, коли КВ не використовується при швидкісному розточуванні. Це пов'язано з тим, що для формування точної вхідної ділянки отвору необхідне підвищення радіальної жорсткості системи “шпиндель –РIОР”, що, у свою чергу, негативно впливає на виконання умов (3). Тому для ЗТОО консольними РIОР при високошвидкісному розточуванні без використання КВ розроблено методи і засоби вiброзахисту й вiброгашення.
Виявлено, що при обробці отворів консольним РIОР з відносною довжиною його стебла не більш 3,5 основним джерелом порушення вібрацій є бічний НЕ, що, як показали дослідження, не робить істотного впливу на розмірну точність обробки. Тому вiброзахист консольних РIОР засновано на використанні в них обмежено рухливого пружного НЕ (ОРПНЕ) із нелінійною характеристикою амортизатора, виконаного, наприклад, із маслостiйкої гуми. Встановлено оптимальні по точності й продуктивності розточування конструктивні параметри РIОР з ОРПНЕ, режими й умови обробки. Зокрема, для однолезових РIОР оптимальні значення товщини недеформованого амортизатора hН = 0,1 – 0,6 мм і параметра φО = 195°–°. Визначено умови ЗТОО РIОР з вiброзахисним НЕ в двох граничних умовах розточування
FНmin≤ – mH eω + e+ FН1+ ;
FНmax ≥ – mH eω + e+ FН2+ ; (7)
e,2 ≤ eД; e,2 ≥ α,2≥ α,2≥ α,2…≥ α,2n , (8)
де mН –приведена маса ОРПНЕ, кг;
FНmin і FНmax –допустимі мінімальні й максимальні сили вигладжування, що визначають границі оптимальних умов роботи ОРПНЕ, Н;
FН1 і FН2 –радіальні сили, що діють на ОРПНЕ внаслідок перевищення розміру настроювання РIОР діаметра розточеного отвору, Н;
FР1 і FР2 –радіальні сили, що діють на ОРПНЕ внаслідок процесу різання, Н;
cO, –коефіцієнти жорсткості пружного елемента –амортизатора, Н/м.
Виявлено принципові відмінності між умовами ЗТОО консольних інструментів із вiброзахисним НЕ від інших типів РIОР, яке визначається нерівностями (4) і (6). Отримано залежності для уточнення розмірного настроювання РЕ й ОРПНЕ з урахуванням умов обробки. Виявлено, що метод вiброзахисту РIОР дозволяє підвищити продуктивність операції за рахунок збільшення швидкості різання в 1,5 –рази без зниження точності обробки отворів діаметром 28 –мм із l/d ≤ 3,5, в результаті чого зростає ефективність використання сучасних інструментальних матеріалів.
Аналіз динамічної моделі обробки консольними РIОР показав, що підвищення швидкості різання пов'язано зі зниженням похибки розташування вхідної ділянки отвору. З цією метою запропоновано спосіб обробки отворів (А.с. 1808500), заснований на вiброгашеннi радіальних коливань консольних РIОР у момент врізання РЕ в заготовку за допомогою встановленого в корпусі інструменту демпфера, що складається з підпружиненого набору вантажів. Особливістю вiброгашення є керування динамічним настроюванням демпфера в процесі розточування, необхідніть якого виникає при суміщеній або багатоінструментальній обробці, коли частота збурюючої сили на другому етапі розточування може бути наближена до власної частоти демпфера. Встановлено, що для запобігання виникненню вібрацій, у таких випадках, доцільно змінити настроєння демпфера зразу ж після закінчення першого етапу обробки. Динамічне перенастроювання демпфера здійснюється зміною в його порожнині перепаду тиску МОТС, що подається в зону різання через отвори в шпинделі і РIОР. Оптимальні параметри перепаду тиску, що забезпечує ефективну роботу демпфера в момент врізання РЕ в заготовку, визначені експериментально і знаходяться в межах 0,1 –,2 МПа. При підвищенні радіальної жорсткості системи “шпиндель –РІОР”у момент входу НЕ в оброблюваний отвір зміна настроєння демпфера досягається створенням перепаду тиску ΔPВ у його порожнині, при якому сили тертя між вантажами перевищують їхні інерційні сили. При ΔPВ = 0,2 –,7 МПа багатомасовий демпфер працює як одномасовий або “виключається”(переміщення вантажів щодо корпуса РIОР вiдсутнє). В результаті експериментальних досліджень втановлено, що метод віброгашення консольних РІОР дозволяє підвищити продуктивність операціїї за рахунок збільшення швидкості різання в 1,3 –,4 рази без зниження точності обробки отворів діаметром 20 –мм із l/d = 3,5 –.
Розглянуто особливості взаємодії з поверхнею оброб-люваного отвору непереточуваних НЕ, профільний радіус яких менше половини діаметра робо-чої частини РIОР. Відомо, що бічний НЕ, який першим вступає у взаємодію з розточеною поверхнею отвору, здійснює її вигладжування. Опорний НЕ взаємодіє з уже вигладженою поверхнею отвору і переважно пружно деформує її. Аналіз профiлограм розточеної й вигладженої поверхні отворів показав, що найбільш близькою до реального профілю є “циліндрична”модель нерівностей, для якої характерні однакові радіуси вершин профілю виступів (рис. 2). Отримано емпіричні залежності для визначення середніх значень радіусів кривизни виступів, утворених РЕ і бічним НЕ, максимальної й мінімальної глибини пластичного впровадження бічного НЕ в розточену поверхню отвору. Це дозволило на основі “циліндричної”моделі шорсткості одержати рівняння для визначення максимального й мінімального значень приведеного радіуса контактуючих тіл і профільного радіуса бічного НЕ:
RПP= ,
де RПPmax, RПpmin –максимальне і мінімальне значення приведеного радіуса контактуючих тіл, мм;
FР(В) –радіальна сила, що діє на бічний НЕ, Н;
НД –пластична твердість матеріалу заготовки, Н/мм;
hPmax , hPmin –максимальне і мінімальне значення глибини пластичного впровадження бічного НЕ в розточену поверхню отвору, мм;
dР –діаметр робочої частини РIОР, мм;
RН(В)max, RН(В)min –максимальне і мінімальне значення профільного радіуса бічного НЕ, визначині станом його зносу, мм;
RRP –середнє значення радіусів кривизни виступів, утворених РЕ, мм;
nδpmax ,nPpmax , nδpmin ,nPpmin –коефіцієнти, що залежать від співвідношення головних кривизн контактуючих тіл.
Отримані значення параметрів hPmax, hPmin, RПPmax, RПpmin дозволили знайти допустимий по якості обробки радіальний знос бічного НЕ, а також, за допомогою відомих залежностей, визначити максимальні значення глибини наклепаного шару і інтенсивності пластичної деформації обробленої поверхні. Крім того, виявлено вплив умов взаємодії бічного НЕ із заготовкою в процесі обробки РIОР на шорсткість поверхні отвору.
Для визначення твердості стику “НЕ –заготовка”, розмірної похибки обробки треба було знайти початкові приведені радіуси RП(О,В) контактуючих тіл –незношених НЕ і вигладженої поверхні отвору
RП(О,В) = ,
де RП(О), RП(В) –приведені радіуси контактуючих тіл відповідно незношених опорного і бічного НЕ з вигладженою поверхнею отвору, мм;
RН(О,В) –початкові профільні радіуси опорного і бічного НЕ, мм;
RRv –середнє значення радіусів кривизни виступів, утворених НЕ, мм;
nPO,B и nδO,B –коефіцієнти, що залежать від співвідношення головних кривизн контактуючих тіл.
Максимальну глибину пружного впровадження опорного і бічного НЕ у вигладжену поверхню отвору знайдемо за допомогою системи рівнянь
FP(О,B)j = FP(О,B); α(О,В) = α(О,В)+ (j –1) tg φН(О,B)
α(О,В)j = nδO,B
де α(О,В), α(О,В)j –максимальне зближення опорного і бічного НЕ в контакті першого виступа та j-го виступа, мм;
FP(О) –радіальна сила, що діє на опорний НЕ, Н;
FP(О,B)j –навантаження, яке сприймається j-м виступом під дією опорного і бічного НЕ, Н;
NО,NВ –число послідовно розташованих виступів вигладженої поверхні отвору, з якими контактують відповідно опорний і бічний НЕ, шт;
φН(О,B) –допоміжні кути у плані опорного і бічного НЕ, рад;
kЗ, kО –пружні постійні заготовки і НЕ, мм/Н.
Максимальна розмірна похибка обробки ΔdД (мм) пов'язана з пружнопластичними переміщеннями НЕ:
ΔdД = 2·(hPmax + α(O)1 cos φO).
З метою розвантаження робочих елементів при підвищеному припуску на обробку (більш 0,5 мм на діаметр) запропоновано дволезові РIОР з віброзахистом і плаваючою пластиною, що застосовуються для розточування отворів із d= 50 –мм відповідно без КВ при l/d ≤ 3,5 і з КВ при l/d ≤ 20. Отримано залежності для визначення оптимальних параметрів зазначених РIОР, режимів і умов їх експлуатації, зокрема, оптимальна геометрія дволезового РIОР з віброзахистом: кути розвороту між чистовим (формотворним) РЕ й ОРПНЕ –°, між РЕ –°–, а дволезового РIОР з плаваючою пластиною: кути розвороту між чистовим РЕ й опорним, бічним НЕ корпуса, НЕ плаваючої пластини, чорновим РЕ відповідно –, 135–, 115–, 185–. Запропоновано коефіцієнт розвантаження НЕ дволезового РIОР з плаваючою пластиною, який визначається відношенням суми складових сил різання чистового й чорнового РЕ до середнього значення радіальної сили, що діє на НЕ. Встановлено, що найкращі результати по точності обробки з одночасним зниженням навантаження на НЕ досягаються при співвідношенні глибин різання чистового й чорнового РЕ в межах 0,6 –,8.
Отримано залежності для визначення зміщення осі вхідної ділянки оброблюваного отвору внаслідок теплових деформацій ОРВ з урахуванням інтенсивності його роботи, методу напрямку інструменту, а також особливостей підведення МОТС у зону різання. Встановлено, що найбільший вплив на відхилення розташування осі отвору, що розточується, роблять теплові деформації при розташуванні КВ на виносній опорі ОРГ або оправці шпинделя, а також при відсутності КВ. Сумарна найбільша похибка розташування осі обробленого отвору, пов'язана з впливом геометричної похибки, силових і теплових деформацій ТС, а також умов ЗТОО РІОР визначаються такими виразами:
ΔП.Б = δУ + 10eБ l+ΔО.Т ≤ Δ; ΔП.БЗ = δУ + +ΔО.Т ≤ Δ;
ΔП.КШ = δУ + 10 eК l+ΔО.ТШ ≤ Δ; ΔП.КП = δУ + 10 eК l≤ Δ,
де ΔП.Б, ΔП.БЗ –відповідно похибка розташування осі обробленого отвору РІОР без віброзахисного НЕ і з ним при відсутності КВ, мкм;
ΔП.КШ, ΔП.КП –відповідно похибка розташування осі обробленого отвору при встановлені КВ на ОРГ і на пристосуванні верстата, мкм;
Δ –допустима похибка розташування осі отвору, мкм;
e –зміщення осі обробленого отвору РІОР з віброзахисним НЕ при відсутності КВ, мкм;
δУ –геометрична похибка ТС, мкм;
ΔО.Т, ΔО.ТШ –похибки розташування осі отвору, що розточується, внаслідок теплових деформацій ОРГ при відсутності КВ і встановлені КВ на ОРГ, мкм;
l–довжина оброблюваного отвору, мм.
Для зниження теплових деформацій ОРВ розроблено і впроваджено у виробництво спосіб прикатки підшипників кочення (А.с. 1732041) ОРГ, що дозволив без зниження параметрів жорсткості шпинделя зменшити надлишкову температуру його нагрівання при обробці РIОР. Експериментально встановлено граничні значення надлишкової температури (2–°С) нагрівання МОТС (НТМ), нестабільності температури навколишнього середовища ± (1–°С), перепаду температур МОТС (≤ 2°С) на вході і виході з оброблюваного отвору (ПТМ) у залежності від необхідної точності розточування і конструктивних особливостей заготовки. Це дозволило визначити оптимальні параметри витрат МОТС з урахуванням інтенсивності тепловиділень у зоні обробки й можливості транспортування дробленої стружки.
Розроблено теоретичні положення БПКЗ і ПКЗ РIОР у процесі різання на основі, вбудованих у корпус інструменту автономних механізмів компенсації зносу що дозволили вирішити проблеми розмірної стійкості інструменту й точності розточування отворів діаметром більш 40 мм із l/d ≤ 20 у заготовках з підвищеними фізико-механічними властивостями. Методи БПКЗ і ПКЗ базуються на відомих та розроблених нових положеннях компенсації зносу. До відомих положеннь відносяться: 1) наявність трьох НЕ в РIОР, які однозначно визначають діаметр оброблюваного отвору і пов'язані з РЕ кінематичним ланцюгом з передаточним числом, більшим одиниці; 2) інтенсивніше розмірне зношування РЕ у порівнянні з НЕ. В результаті реалізації цих положеннь відбувається радіальне висування РЕ внаслідок зміни діаметра обробленого отвору, що компенсує його розмірний знос. Новими положеннями, що визначають методи БПКЗ і ПКЗ, є: 1) виконання одного з трьох НЕ у вигляді ОРПНЕ; 2) наявність компенсуючої ланки у кінематичному ланцюзі, що зв'язує ОРПНЕ з РЕ. Відмінність методів БПКЗ і ПКЗ пов'язана з тим, що зазор у кінематичному ланцюзі, що усувається компенсуючою ланкою, утворюється відповідно при виводі РIОР з обробленого отвору й у процесі різання після висування РЕ. Реалізація цієї відмінності відбувається завдяки можливості РЕ зробити, у першому випадку, зворотний хід (до осі інструменту) в процесі обробки під дією сили різання, а, у другому випадку, тільки радіальне висування. Методи БПКЗ і ПКЗ реалізовані в нових конструкціях інструментів. Їх особли-вістю є модульне виконання, що дозволяє на основі уніфікованих деталей збирати інструменти з різними типами механізмів компенсації зносу. Модульні РIОР із механізмами БПЗ і ПКЗ, представлені на рис. 3, містять корпус-модуль 1, у якому встановлені РЕ 2, НЕ 3 і 4, робочий елемент 5 ОРПНЕ, коромисло 6. Оптимальне розташування робочих елеметів РІОР: φ= 45°, φ= 180°, φ= 230°. Розмірне настроювання РЕ 2, закріпленого в корпусі 1 прихватом 12, гвинтом 13 і пружною втулкою 14, реалізується набором штовхальників 10, 11, 16, 21 і гвинтами 15. Коромисло 6 встановлене в корпусі на пружній основі 16 із полімерного матеріалу з можливістю повороту навколо осі штифта 18. Поворот коромисла 6 обмежений пружною основою 16 і регульованим обмежником 18 із гвинтом 19. РIОР із механізмами компенсації зносу забезпечені штовхальником 9, компенсатором 7 із пружним елементом 8. Кут υК нахилу клина компенсатора 7, взаємодіючого з похилою торцевою поверхнею штовхальника 9, виконано у межах 5° –°, що виключає осьове переміщення компенсатора 7 під дією сили різання. Внаслідок зносу РЕ зміна діаметра оброблюваного отвору приводить до радіального переміщення НЕ 3, 4 і елемента 5 до осі інструменту, в результаті чого коромисло 6 і штовхальники 9, 10, 11 висувають РЕ 2 у радіальному напрямку, компенсуючи його розмірний знос. Збільшення діаметра оброблюваного отвору внаслідок радіального висування РЕ 2 дозволяє коромислу 6 під дією пружної основи 17 зробити поворот у зворотному напрямку, забезпечуючи контакт елемента 5 із заготовкою. Зазор, який утворюється у кінематичному ланцюзі, що зв'язує РЕ 2 і елемент 5, усувається в процесі обробки РIОР з механізмами БПКЗ і ПКЗ відповідно переміщенням РЕ 2 у зворотному напрямку і компенсатором 7. Особливістю РIОР з механізмом БПКЗ є додаткова періодична компенсація зносу РЕ, що здійснюється після виводу РIОР з обробленого отвору шляхом переміщень елемента 5 під дією пружної основи 17 у межах обмежника 18 і усунення зазору, що утворюється між елементами 2 і 5 компенсатором 7. Здійснення БПКЗ і ПКЗ пов'язане з виконанням умов відповідно
PY > FK · tgβP + μP (2 FK + PZ); (9)
PY < FK · tgβP + μP (2 FK + PZ); (10)
де FК –сила притиску РЕ 2 до корпуса РIОР, Н;
PY, PZ –радіальна і дотична складові сили різання, Н;
βP –кут нахилу поздовжнього паза РЕ 2, град;
μP –коефіцієнт тертя спокою між РЕ 2 і корпусом РIОР.
Умова (7) визначає можливість зворотного ходу РЕ 2 після його радіального висування, а умова (8) виключає таку можливість.
В результаті досліджень отримано залежності для визначення оптимальних параметрів пружних елементів 8 і 14 механізмів БПКЗ і ПКЗ. Виявлено, що робоче зусилля пружного елемента 14 для РІОР з механізміми БПКЗ і ПКЗ знаходиться в межах відповідно 0,2 –,6 кН і 0,7 –,5 кН. Встановлено, що на виконання умов (7), (8) істотний вплив робить кут βP нахилу подовжнього паза РЕ 2, з яким взаємодіє прихват 12, а також головний кут у плані φР РЕ. Для РIОР з механізмами БПКЗ і ПКЗ визначено оптимальні значення зазначених кутів, що знаходяться в межах відповідно βP = –(2° –°), φР = 3° –° і βP = 2°–°, φР = 15° –°.
Основним параметром, що впливає на ефективну роботу РIОР з механізмами БПКЗ і ПКЗ, є відносне передатне число n´К, яке визначається відношенням радіальних переміщень відносно корпуса інструменту вершин РЕ й ОРПНЕ. Встановлено оптимальні значення зазначеного параметра для механізмів БПКЗ і ПКЗ відповідно n´К = 1 і n´К = 1 - 1,5, що виключають розбиття отвору і забезпечують найбільшу міру компенсації зносу. Крім того, виявлено, що для того, щоб не відбулося розбиття вхідної ділянки оброблюваного отвору в результаті дії механізму компенсації зносу, необхідне зміщення вершини ОРПНЕ щодо вершин НЕ корпуса в напрямку, протилежному робочій подачі РIОР на величину 0,2 - 0,35 мм. Отримано залежності для розрахунку оптимальних значень кутів нахилу торцевих поверхонь штовхальника 10, а також кута нахилу осі штовхальника 10 і установчої поверхні РЕ на корпусі РIОР, що визначають параметр n´К механізмів БПКЗ і ПКЗ.
Коефіцієнт розмірної компенсації зносу, що характеризує підвищення розмірної стійкості інструменту (рис. 4) і точності обробки, для РIОР з механізмами БПКЗ і ПКЗ визначається за допомогою наступних залежностей
KК.Н = (1 + jОТН) / (0,25 + 1,75 jОТН ); KК.П = 0,5 (1 + jОТН) / jОТН ,
де KК.Н, KК.П –коефіцієнти розмірної компенсації зносу РIОР відповідно з механізмами БПКЗ і ПКЗ;
jОТН –відношення середньої інтенсивності радіального зношування НЕ і РЕ.
Для механізмів БПКЗ і ПКЗ отримані залежності для визначення радіальної сили, необхідної для того, щоб зрушити з місця ОРПНЕ в напрямку, що забезпечує висування РЕ. Це дозволило на основі “циліндрич-ної”моделі шорсткості обробленої поверхні отвору теоретично визначити чутливість механізмів БПКЗ і ПКЗ, що характеризується величиною зміни діаметра оброблюваного отвору, який призводить до радіального висування РЕ. Встановлено, що ефективна робота механізмів БПКЗ і ПКЗ досягається при їх чутливості 10 - 25 мкм. У цьому випадку забезпечується компенсація зносу при відсутності стрибкоподібних переміщень РЕ в момент його висування. Це підтверджується високою точністю профілю поздовжнього перетину розточених отворів, відхилення від прямолінійності профілю твірних яких на довжині 100 мм, як правило, не перевищують 5 мкм.
В результаті оснащення РIОР механізмами компенсації зносу РЕ з подвійними задніми кутами (при обробці стальних заготок) або з укороченою допоміжною задньою поверхнею (при обробці чавунних заготовок), їх розмірна стійкість обмежується припустимою величиною радіального зносу НЕ (10–мкм) за технологічним критерієм - шорсткості поверхні розточуваних отворів. Для визначення розмірної стійкості РIОР, ефективності використання механізмів компенсації зносу отримані значення інтенсивності розмірного зношування робочих елементів з урахуванням їх матеріалу й умов роботи.
Встановлено, що застосування механізмів БПКЗ і ПКЗ дозволяє підвищити розмірну стійкість РIОР відповідно в 1,6 –,5 разу і 2 –разів, гарантовано забезпечити 6-й –-й квалітет точності (в окремих випадках IT5) розточування отворів у стальних і чавунних заготовках підвищеної твердості. Аналіз отриманих результатів показує, що використання РIОР з механізмами БПКЗ і ПКЗ найефективніше при jОТН ≤ 0,3. У результаті досліджень встановлено граничні значення режимів різання, перевищення яких приводить до істотного зниження ефективності застосування РIОР з механізмами БПКЗ і ПКЗ через збільшення впливу динаміки процесу обробки на їх роботу, а також невиконання умов (7), (8). Граничні режими обробки: швидкість різання до 1,5 м/с; глибина різання й подача відповідно для РIОР з механізмом БПКЗ до 0,3·10-3 м, 0,5·10-3 м/об, для РIОР механізмом ПКЗ до 0,25·10-3 м, 0,4·10-3 м/об.
У четвертому розділі розглянуто комплекс проблем, пов'язаних із ПТОО на етапі функціонування МУ, вирішення яких засновано на розробці методів контролю й керування технологічним процесом.
При нестаціонарних умовах розточування необхідно, але недостатньо використання методів і засобів ЗТОО РIОР, тому що вони не враховують граничні стани зносу РIОР і КВ, якості виготовлення заготовки, зміну температури навколишнього середовища і МОТС і, отже, не дозволяють підтримувати точність операції. Необхідність контролю граничних станів ТС при прецизійній обробці РIОР найрельєфніше виявляється у випадках поломки РЕ чи нерівномірному припуску по довжині отвору, в результаті яких взаємодія НЕ з необробленою поверхнею заготовки призводить до утворення не підлягаючих виправленням дефектів заготовки і виходу із ладу інструменту. Вирішення проблеми своєчасного й оперативного ПТОО РIОР засновано на керуванні технологічним процесом розточування, що базується на вхідному, вихідному і комплексному КСТС (рис. 5).
ПТОО РIОР на основі вхідного КСТС реалізовано шляхом керування динамічними і силовими параметрами процесу обробки. Необхідність керування динамічними і силовими параметрами процесу обробки виникає при значному розсіюванні величин припуску на обробку і твердості матеріалу заготовки, а також при перенастроюванні демпфера РIОР. Керування виконується системою ЧПК верстата, що враховує екстремальне значення AВ струму якоря ПГР на етапі врізання РЕ РIОР у заготовку, час якого визначається умовами обробки. Можливість такого контролю пов'язана з тим, що в переважній більшості випадків обробки РIОР частота обертання вала електродвигуна ПГР постійного струму з двозонним регулюванням швидкості не перевищує номінальних значень, при яких струм якоря прямо пропорційний крутному моменту на його валу. При врізанні РЕ РIОР фіксується поточне значення контрольованого параметра AВ і порівнюється із заданими рівнями значень. Після порівняння параметрів формується сигнал на припинення процесу обробки з метою захисту РIОР від поломки, запобігання одержання бракованої деталі або на коректування початкових режимів різання, підвищення тиску в робочій порожнині демпфера. Припинення процесу обробки відбувається, якщо поточне значення параметра AВ менше нижньої або більше верхньої межі встановлених рівнів. Найменший AВ.П і найбільший AВ.Т рівні визначають межі неприпустимих значень сил різання, що не забезпечують оптимального процесу вигладжування в граничних умовах обробки (див., наприклад, нерівність (5) для РIОР з вiброзахистом). З урахуванням цього отримані залежності, що дозволяють визначити значення параметрів AВ.П і AВ.Т. Перенастроювання демпферу реалізується, якщо поточне значення параметра AВ знаходиться в зоні між параметрами AВ.П і AВ.Т. У цьому випадку формується керуючий вплив, спрямований на встановлення перепаду тиску ΔPВ у порожнині демпферу. Реалізація керування динамічними і силовими параметрами процесу обробки пов'язана з рівномірним поділом діапазону між рівнями AВ.П і AВ.Т на один або два робочі рівні контрольованого параметра AВ, кількість яких залежить від якості обробки заготовки на попередніх операціях. Для першої, другої і третьої робочих зон задані конкретні комбінації параметрів оберненої робочої подачі і частоти обертання РIОР, одна з яких встановлюється в процесі врізання РIОР у заготовку при перевищенні поточного значення параметра AВ відповідного робочого рівня. Причому, для першої і третьої робочих зон зазначені комбінації параметрів відповідно мають найбільші і найменші значення. Параметри режимів обробки для кожної робочої зони попередньо вибирають на основі експертних оцінок і уточнюють при обробці пробних заготовок. Встановлено, що різниця значень робочої подачі і частоти обертання РIОР у суміжних зонах не повинна перевищувати 15% і 10% відповідно, що пов'язано не тільки зі зниженням продуктивності обробки, але і зміною умов різання. Виявлено, що керування динамічними і силовими параметрами процесу обробки отворів шляхом завдання раціональних режимів різання в кожному конкретному випадку розточування дозволяє підвищити точність і продуктивність (до 30%) операції, сприяє захисту РIОР від перевантаження і зниженню відсотку браку.
ПТОО на основі вихідного КСТС здійснюється шляхом дискретного підналагодження РIОР. Після переробки інформації, що надійшла, про розмірну точність розточеного отвору, виміряного поза верстатом на спеціальній позиції, або про кількість оброблених заготовок, приймається рішення про керуючий вплив, спрямований на здійснення автоматичного розмірного підналагодження РIОР, що робиться дискретно перед розточуванням наступної заготовки. Для його реалізації розроблені засоби дискретного розмірного підналагодження РIОР “імпульсного”та за “упором”на основі вбудованих у корпус інструменту автономних механізмів підналагодження, що дозволили вирішити проблему підтримки точності і стійкості інструменту при обробці заготовок з підвищеними фізико-механічними властивостями.
Розмірне підналагодження РIОР здійснюється при введенні його в положення “настроювання”, у якому РЕ автоматично звільняється і висувається в радіальному напрямку на заздалегідь настроєну величину (“імпульсне”підналагодження, А.с 1801707), або до контакту з регульованим упором чи отвором КВ –калібру (підналагодження за “упором”, А.с. 1472183). Вибір підналагодження за “упором”визначається типом вузла напрямку інструменту, що характеризується наявністю (по отвору –калібру) чи відсутністю (по регульованому упору) відносного обертання РIОР і КВ. При виводі РIОР з положення “настроювання”РЕ автоматично фіксується в корпусі пружним елементом механізму затиску. Механізми затиску і радіального висування РЕ приводяться в дію при взаємодії їх штовхальників з отвором кільця, що плаває, чи з буртом КВ - калібра. Перевагою запропонованих підналагоджень є розміщення механізмів затиску і радіального висування РЕ безпосередньо в корпусі РIОР, що не вимагає застосування спеціальних МУ. Вибір типу розмірного підналагодження залежить від методу напрямку РIОР і виду контролю розмірної точності. При обробці отворів з l/d ≤ 3,5 консольними РIОР без КВ застосовується “імпульсне”розмірне підналагодження РЕ з прямим контролем точності, а при обробці отворів з l/d ≤ 20 РIОР разом із КВ –розмірне підналагодження за “упором”із прямим чи непрямим (по кількості оброблених отворів) контролем точності. Експериментальні дослідження дозволили встановити область ефективного використання РIОР з механізмами підналагодження “імпульсного”та за “упором”, їх оптимальні конструктивні параметри й умови підналагодження, а також точність розмірного підналагодження, що знаходиться в межах 5 –мкм. Порівняльні дослідження різних принципів “імпульсного”підналагодження РIОР показали, що одноразове підналагодження малими “імпульсами”(до 5 мкм) дозволяє домогтися значення коефіцієнта зменшення поля допуску KУ.Д = 0,5, тоді як дворазове підналагодження і підналагодження великими “імпульсами”–KУ.Д = 0,8. Виявлено, що застосування механізмів підналагодження РЕ малими “імпульсами”і за “упором”при розточуванні отворів діаметром більше 60 мм дозволяє підвищити розмірну стійкість РIОР до 2 разів і забезпечити 6-й –-й квалітет точності обробки.
Аналіз показав, що для ПТОО необхідно контролювати граничні стани РIОР, КВ і заготовки, ідентифікація яких базується на комплексному КСТС, що включає вхідний і вихідний контроль.
Ідентифікація граничних станів ТС на основі вхідного і вихідного КСТС здійснюється при виході за припустимі межі параметра AВ і розмірної точності розточених отворів. Встановлено, що при використанні РIОР з механізмами підналагодження, БПКЗ і ПКЗ необхідний ще й додатковий контроль шорсткості поверхні розточених отворів, тому що тільки у випадку подвійного контролю якості оброблених отворів можна виявити граничний знос зазначених типів інструментів.
Для одержання комплексної інформації про стан ТС розроблено метод і засіб непрямого розмірного контролю оброблених отворів, граничних станів інструменту і КВ, засновані на вимірюванні (точність до 4 мкм) тензометричним датчиком переміщень плаваючої пластини РIОР щодо його корпуса при базуванні інструменту в направляючій ділянці отвору КВ і в її калібрі, а також у розточеному отворі. Можливість вимірів визначається наявністю в корпусі РIОР двох НЕ, а в плаваючій пластині одного НЕ. Отримано залежності для визначення діаметра і конусоподібності обробленого отвору, розмірного зносу РIОР і направляючого отвору КВ, а також умови ПТОО:
dОК.i = dК –КИ (HК.І –HН.І) ≥ d; (11)
dОВ.i = dК –КИ (HВ.i –HН.i) ≥ d; (12)
ΔK.i = dК –КИ (HK.i –HB.i) ≤ Δ; (13)
UН.i = 0,5 КИ (HН.И –HН.i) ≤ U; (14)
UР.i = КИ (HK.i –HB.1 –,5HН.И + HН.i) ≤ U; (15)
dВH.i = dК –КИ (HВH.i –HН.И) ≤ d, (16)
де dОК.i, dОВ.i –відповідно діаметри наприкінці і на початку i-г обробленого отвору, мм;
dВН.i –діаметр направляючої ділянки отвору КВ після обробки i-го отвору, мм;
ΔК.i –конусоподібність i-го обробленого отвору, мм;
UН.i, UР.i –відповідно розмірний знос НЕ (середній) і РЕ після обробки i-го отвору, мм;
d, Δ, U, U, d –припустимі значення відповідних контрольованих параметрів, мм;
dК –діаметр отвору - калібру КВ, періодично контрольований універсальними вимірювальними засобами, мм;
HВ.1 –положення плаваючої пластини щодо корпуса РIОР на початку першого обробленого отвору, мм;
HН.І, HВ.i, HК.i, HВН.i, HН.i –положення плаваючої пластини щодо корпуса РIОР вихідне; на початку і кінці i-го обробленого отвору, на направляючій ділянці та у калібрі КВ після обробки i-го отвору, мм;
КИ –коефіцієнт, що залежить від конструктивних параметрів РIОР.
Дано рекомендації щодо вибору геометрії РIОР, при якій досягаються найбільші значення коефіцієнта КИ = 0,58. Забезпеченню ефективного контролю сприяє відсутність силового і теплового впливу процесу обробки при виконанні вимірювань, рівномірне охолодження МОТС заготовки і РIОР. Застосування запропонованого КСТС дозволяє підвищити продуктивність обробки за рахунок скорочення допоміжного робочого часу на виміри.
Встановлено, що комплексна ідентифікація граничних станів ТС на ОРВ і верстатах із ЧПК виробництва ВАТ ОЗРСВ можлива також на основі контролю амплітуди коливань струму якоря ПГР (АКСП) постійного струму із частотою, що відповідає частоті обертання РIОР. Виявлено взаємозв'язок АКСП із нерівномірним припуском на обробку, а також з величиною зазору між отвором КВ і РIОР. Отримані результати дозволили запропонувати нові методи експрес –оцінки ЗТОО і ПТОО РIОР, що засновані відповідно на контролі виконання умов:
КА1 АТ1 > A; КАi АТi > A; КА1 АТ1 < КА2 АТ2 < … < КАi АТi; (17)
КА1 АТ1 > (1 – ιТ)A; КАi АТimax > (1 – ιТ)A, (18)
де АТ1 –початкова АКСП, обумовлена входом НЕ в отвір заготовки;
АТi –поточні значення АКСП;
A–гранично припустиме значення АКСП у процесі обробки;
КА1, КАi –поправочні коефіцієнти, що залежать від умов обробки;
ιТ –коефіцієнт ужорсточення контрольованого параметра;
АТi max –максимальна АКСП, виявлена у результаті обробки отвору.
Відмінними ознаками експрес –оцінок є те, що виявлення умов (15) робиться на основі поточних даних АКСП безпосередньо в процесі різання, а виявлення умов (16) –після закінчення розточування отвору. При виконанні першої умови (15) неможливо забезпечити точність розташування й оптимальний процес вигладжування поточного отвору у зв'язку з неприпустимим нерівномірним припуском заготовки або граничним зносом РIОР і КВ. Якщо виконується друга умова (15), то ситуація ідентифікується як неприпустимий нерівномірний припуск заготовки. При розточуванні отворів, попередньо просвердлених IОР, негативна ситуація оперативно виявляється за допомогою третьої умови (15) за 3–послідовно зростаючими значеннями АКСП. Прогнозування можливості одержання придатної деталі при обробці наступної заготовки досягається експрес –оцінкою ПТОО РIОР з використанням нерівностей (16). Якщо після обробки попереднього отвору перша умова (16) виконується, то випадок ідентифікується як граничний знос РIОР або (і) КВ. Виконання другої умови (16) визначає недостатнью якість виготовлення партії заготовок.
При обробці переривчастих чи східчастих отворів експрес - оцінки ЗТОО і ПТОО проводяться з урахуванням змінності умов різання. Це пов'язано з перехідним процесом врізання, більш тяжкими умовами обробки на переривчастій ділянці отвору через ударне навантаження на РЕ, різночасністю початку роботи РЕ через різну довжину ділянок східчастого отвору. Для здійснення експрес - оцінок ЗТОО і ПТОО на ділянках зі змінними умовами різання вводяться поправочні коефіцієнти АКСП. Добутки зазначених поправочних коефіцієнтів KA.i і відповідних фактичних значень АКСП дозволяють змоделювати умови обробки, еквівалентні розточуванню суцільного отвору постійного діаметра. У процесі обробки зазначені коефіцієнти вводяться за заданою програмою з урахуванням відносного положення РIОР і заготовки, можливого випередження або запізнювання щодо поточної зміни АКСП. У результаті досліджень обробки переривчастих отворів встановлено, що кількість і значення поправочних коефіцієнтів, що знаходяться в межах KА = 0,8 –,0, залежать від його конструктивних параметрів. Наприклад, якщо переривчаста ділянка отвору утворена поперечним прямокутним пазом, то поправочний коефіцієнт буде однаковий для всієї розглянутої ділянки. Утворення переривчастої ділянки отвору розкриттям поперечного отвору призводить до необхідності зміни поправочних коефіцієнтів у міру його розточування. Кількість поправочних коефіцієнтів, у цьому випадку, визначається відношенням найбільшої довжини переривчастої ділянки до осьового переміщення РIОР за один його оберт. Отримано залежності для визначення поточних значень поправочних коефіцієнтів АКСП на кожній ділянці оброблюваного переривчастого отвору з урахуванням їх середніх значень, що установлюються в результаті обробки пробних заготовок.
На основі експрес - оцінки ПТОО запропоновано матрицю для ідентифікації граничних станів заготовок і виявлення причини зниження якості їх виготовлення з метою її усунення.
Розроблено методи КСТС, позв'язані з контролем відносних переміщень плаваючої пластини РIОР і експрес - оцінками ЗТОО і ПТОО, дозволили запропонувати критерії керування технологічним процесом (9) –(16). Використання відомих критеріїв керування, пов'язаних з контролем прискорення струму якоря ПГР, екстремального значення струму якоря ПГР при врізанні РЕ РIОР у заготовку, НТМ, ПТМ, тиску подачі МОТС, розмірної точності, шорсткості поверхні і кількості оброблених отворів, у комплексі з запропонованими критеріями розширили можливості ПТОО РIОР. Захист РIОР від перевантажень і КВ від ушкоджень здійснюється безпосередньо при обробці отвору і засновано на контролі прискорення зміни й екстремальних значень у момент врізання струму якоря ПГР, тиску МОТС і, при необхідності, ПТМ, а також експрес - оцінці ЗТОО. Своєчасне виявлення граничного зносу РIОР і КВ засновано на інформації про розмірну точність чи шорсткість розточеного отвору і виконанні умов експрес - оцінки ПТОО. Для виявлення причин виникнення граничного стану ТС і його усунення розроблено матрицю “ситуація - дія”. Регноз негативної ситуації проводиться з урахуванням поточних даних і даних попередньої обробки, отриманих системою КСТС, що дозволяє однозначно виявити причину її виникнення. Встановлено, що кожній негативній ситуації відповідає однозначний набір дій, спрямований на її усунення: зміна РIОР; зміна заготовки; зміна РIОР і заготовки; зміна РIОР і КВ; зміна РIОР, КВ і заготовки; очищення маніпулятором відвідного каналу від стружки; зупинка верстата через систематичну установку непридатної заготовки; зупинка верстата через систематичну установку непридатного РIОР; зупинка верстата через систематичну установку непридатних КВ і РIОР; зупинка верстата через систематичну установку непридатної заготовки і РIОР; зупинка верстата через несправну систему подачі МОТС; зупинка верстата через систематичне перевищення НТС допустимого значення.
П'ятий розділ присвячений питанням раціонального вибору методів забезпечення та підтримки точності обробки і технологічної схеми прецизійного розточування типових отворів.
З урахуванням особливостей прецизійної обробки РIОР визначено основні види, типи і підвиди отворів, різні комбінації яких охоплюють практично всі точні отвори, що зустрічаються в деталях сучасного машинобудування. Основні види отворів представлені суцільними і переривчастими отворами; отворами, що перетинаються і мають паралельні осі; нециліндричними отворами й отворами, що потребують суміщеної обробки поряд з іншими функціональними поверхнями деталі. Вони підрозділяються на два типи –наскрізні і глухі отвори, що визначаються можливостями транспортування пульпи з зони обробки, і на різні підвиди. Переривчасті отвори містять три підвиди: 1) отвори з місцевим розривом частини опорної поверхні; 2) переривчасті отвори по довжині, що являють собою послідовно розташовані на одній осі отвори; 3) переривчаті отвори по колу на всьому їх протязі. Точні нециліндричні отвори, представлені двома підвидами: з конічним і непрямолі-нійним профілем твірної. Визначено чотири підвиди отворів, що вимагають сумі-щеної обробки комбінованими РIОР: 1) східчасті отвори; 2) отвори з підрізуванням торця; 3) отвори з розточуванням канавки; 4) отвори з обробкою фаски. Крім основних видів, типів і підвидів оброблювані отвори підрозділяються на групи з урахуванням їх геометричних параметрів, а також матеріалу заготовки і його твердості.
На основі досліджень визначено особливості застосування розроблених методів забезпечення і підтримки точності обробки основних видів, типів, підвидів і груп точних (IT5 –IT7) отворів діаметром 10 –мм із l/d ≤ 20. Для класифікації і кодування методів ЗТОО і ПТОО РIОР розроблено морфологічні матриці, на основі яких систематизовано умови їх раціонального застосування з урахуванням технологічної схеми прецизійного розточування. Для суміщеної обробки отворів запропоновано комбіновані РIОР, що містять, при необхідності, на одній з робочих ділянок (сходин) віброзахисний ОРПНЕ або механізми підналагодження, БПКЗ, ПКЗ. Перевагою комбінованих РIОР, оснащених засобами ЗТОО і призначених для суміщеної обробки, є можливість використання електромеханічних приводів радіальної подачі РЕ при підрізуванні торця, розточуванні фаски або канавок. Крім того, визначено похибки суміщеної обробки РІОР, а також вплив технологічної схеми розточування на чутливість механізму ПКЗ.
На рис. 6 подано приклад використання засобів забезпечення точності обробки східчастих отворів із відношенням довжин їх сходин l/l < 0,5.
Визначено критерії і умови ефективного застосування методів ЗТОО і ПТОО РIОР. Запропоновано коефіцієнт якості BK.i для оцінки забезпечення i-ї властивості якості отворів, за допомогою якого визначено умови ефективної обробки РIОР
BK.i = 1–│( αji│αj –α│/ Tj)+ αi – α│/ Ti +│Δαki │/ Ti ≥ B = 1 –│ α–α│/ Ti,
де B –необхідне значення коефіцієнта i-го показника якості;
αi, αj –значення i-го і j-го показників якості отворів, отримані на операції прецизійного розточування і попередніх операціях;
α, α –номінальні значення цих показників;
Δαki –підвищення i-го показника якості, отримане в результаті k-го впливу, пов'язаного з застосуванням засобів ЗТОО РIОР;
Ti, Tj –припустимі відхилення i-го і j-го показників якості на операції прецизійного розточування і попередніх операціях;
αji –коефіцієнт впливу j-го показника якості на i-й,
α–нормоване значення i-го показника якості.
Параметри αi, αj, αji, Δαki попередньо оцінюють для конкретних умов обробки на основі технічних характеристик устаткування з урахуванням можливостей РІОР, що використовується, і уточнюють за допомогою дослідних перевірок на етапі здачі верстата замовнику. Нормовані відхилення i-ї властивості якості залежать від зменшення відповідного поля допуску, що забезпечує технологічну надійність обробки. Відсоток зменшення межі поля допуску в порівнянні з вимогами креслення деталі визначається дослідним шляхом з використанням положень математичної статистики.
Для оцінки ефективності забезпечення точності і продуктивності суміщеної або одночасної багатоiнструментальної обробки заготовок з різними умовами розточування запропоновано коефіцієнт завантаження, що характеризує відносну розмірну стійкість різних робочих ділянок комбінованих РIОР або інструментів багатошпиндельного верстата. Розрахунки коефіцієнтів завантаження на етапі проектування МУ дозволяють вибрати раціональні інструментальні матеріали для робочих елементів РIОР, ефективно використовувати механізми підналадки і компенсації зносу.
Запропоновано коефіцієнт для оцінки ефективності застосування методів ПТОО РІОР на етапі функціонування МУ, що визначається добутком ймовірностей відхилень усіх показників якості отвору, які не перевищують нормованих значень, і визначається дослідним шляхом з використанням положень математичної статистики.
КОЕ застосування методів ЗТОО і ПТОО РIОР здійснюється за трьома критеріями, два з яких (коефіцієнти якості та завантаження) характеризують можливість ЗТОО, а третій (що визначається добутком ймовірностей відхилень усіх показників якості отвору) –можливість ПТОО. Запропоновано схему використання зазначених критеріев при проектуванні МУ для обробки точних отворів РІОР.
ВИСНОВКИ
1. Розроблено технологічні основи керування точністю та якістю обробки при прецизійному розточуванні ІОР, що дозволило вирішити велику науково-технічну проблему підвищення ефективності викінчувальної обробки отворів високоточних деталей, яка має важливе народногосподарське значення.
. На основі проведених досліджень запропоновано нові типи РIОР: з вiброзахисним ОРПНЕ і з динамічним настроюванням демпфера, методики розрахунку їх оптимальних параметрів і умов роботи. Застосування вiброзахисних ОРПНЕ і демпферів з динамічним настроюванням дозволяє підвищити швидкість різання відповідно в 1,5 –і 1,3 –,4 разу при обробці РIОР отворів діаметром 28 –мм із l/d ≤ 3,5 і 20 –мм із l/d = 3,5 –, ефективно використовувати сучасні інструментальні матеріали.
. На основі “циліндричної”моделі шорсткості розточеної і вигладженої поверхні отвору вперше розроблено теоретичні положення пружнопластичної взаємодії непереточуваних НЕ із заготовкою. Це дозволило запропонувати методику визначення раціональної геометрії непереточуваних НЕ, встановити її вплив з урахуванням режимів і умов обробки РІОР на розмірну точність, шорсткість поверхні, глибину наклепаного шару та інтенсивність пластичної деформації. В результаті визначено умови забезпечення якості поверхні оброблених РІОР отворів. З метою розвантаження робочих елементів РIОР при підвищеному припуску на обробку (більше 0,5 мм на діаметр) запропоновано дволезові РIОР з вiброзахистом і механізмом часткової компенсації зносу, визначено їх оптимальні параметри, режими і умови розточування.
. Виявлено взаємозв'язок між зміщенням осі оброблюваного отвору і тепловими деформаціями ОРВ з урахуванням інтенсивності його роботи та методу напрямку інструменту, а також особливостей підведення МОТС у зону різання. На основі досліджень визначено умови ЗТОО і максимальні похибки обробки для основних схем розточування у залежності від динаміки процесу обробки, зносу робочих елементів інструменту, силових і теплових деформацій ТС, а також геометричної похибки ТС. Для зниження теплових деформацій ОРВ розроблено і впроваджено у виробництво спосіб прикатки підшипників кочення ОРГ, що дозволив зменшити надлишкову температуру її нагрівання при швидкісній обробці точних отворів РIОР. Встановлено граничні значення НТМ (5–°С), нестабільності температури навколишнього середовища ± (1–°С) і ПТМ (≤ 2°С) в залежності від вимог до точності операції, конструктивних особливостей заготовки і схеми розточування, що дозволило визначити оптимальні параметри витрат МОТС з урахуванням інтенсивності тепловиділень у зоні обробки і можливості транспортування дробленої стружки.
. Вперше розроблено теоретичні положення БПКЗ і ПКЗ РIОР на основі вбудованих у їх корпусі автономних механізмів, що дозволило запропонувати нові типи інструментів, визначити їх оптимальні конструктивні параметри та області їх ефективного використання. Застосування механізмів БПКЗ і ПКЗ при обробці отворів діаметром більше 40 мм із l/d ≤ 20 найефективніше при jОТН ≤ 0,3. У цьому випадку розмірна стійкість РIОР зростає відповідно в 1,6 –,5 разу і 2 –разів, що дозволяє гарантовано забезпечити 6-й –-й квалітет точності розточування отворів у заготовках підвищеної твердості. Отримано значення інтенсивності розмірного зношування робочих елементів РIОР у залежності від умов обробки.
. Вирішено комплекс проблем, пов'язаних з ПТОО РІОР на основі вхідного КСТС. Встановлено, що для його реалізації у переважній кількості випадків обробки отворів досить контролювати у момент врізання РЕ струм якоря ПГР постійного струму з двозонним регулюванням швидкості, що визначає крутний момент на валу електродвигуна. Виявлено взаємозв'язок між максимальним підвищенням струму якоря ПГР на етапі врізання РЕ РІОР у заготовку та припуском на обробку. На основі вхідного контролю запропоновано керування динамічними і силовими параметрами процесу обробки за рахунок коректування початкових режимів різання до взаємодії НЕ із заготовкою, що дозволило підвищити точність та продуктивність розточування, зменшити перевантаження РIОР.
. ПТОО за вихідною інформацією реалізована дискретним розмірним підналагодженням РIОР “імпульсним”та за “упором”на основі розроблених механізмів, особливістю яких є їх розміщення в корпусі інструменту. Виявлено, що застосування механізмів дискретного підналагодження РЕ малими “імпульсами”та за “упором”при розточуванні отворів діаметром більше 60 мм із l/d ≤ 3,5 і l/d ≤ 20 відповідно дозволяє підвищити розмірну стійкість РIОР до 2 разів і забезпечити 6-й –-й квалітет точності обробки.
. Розроблено метод і засіб непрямого розмірного контролю оброблених отворів, граничних станів інструменту і КВ, засновані на вимірі переміщень плаваючої пластини відносно корпуса РIОР при його базуванні в направляючій ділянці отвору й отворі –калібрі КВ, а також у розточеному отворі. Встановлено оптимальні параметри РIОР і умови непрямого контролю, що забезпечують точність виміру зазначених параметрів до 4 мкм. Застосування запропонованого методу і засобу розширює можливості КСТС і дозволяє підвищити продуктивність обробки за рахунок скорочення допоміжного часу на виміри поза верстатом.
. Розроблено експрес - оцінки ЗТОО і ПТОО РIОР на основі контролю АКСП, що дозволяють проводити діагностику стану РIОР, КВ і заготовки за допомогою системи ЧПК безпосередньо в процесі розточування і прогнозувати можливість досягнення заданої якості обробки наступної заготовки, що сприяє запобіганню ТС від ушкоджень, зниженню відсотка браку. На основі контролю АКСП запропоновано матрицю для ідентифікації неприпустимого розподілу припуску, що дозволило виявляти причини їх виникнення з метою їх усунення. Застосування запропонованих експрес - оцінок істотно розширює можливості КСТС.
. Запропоновано ПТОО РIОР на основі комплексного контролю та ідентифікації граничних станів ТС. Комплексний контроль включає розроблені (непрямий розмірний контроль, експрес –оцінки ЗТОО і ПТОО) та відомі методи і засоби КСТС, а також вхідний і вихідний контроль. Запропоновано ідентифікацію граничних станів ТС здійснювати на основі поточних даних копмлексного контролю і даних про попередню обробку з використуванням розробленої матриці “ситуація - дія”.
. Визначено основні види, типи і підвиди точних отворів з урахуванням особливостей їх обробки РIОР, зокрема, суцільні, переривчасті, нециліндричні і пересічні отвори з паралельними осями, а також отвори, що потребують суміщеної обробки: східчасті, отвори з підрізуванням торця, розточуванням фаски, канавки. На основі досліджень їх обробки визначено можливості комплексного використання методів ЗТОО і ПТОО, розроблено нові типи комбінованих РІОР, що використовуються при суміщеній обробці. Для класифікації і кодування методів ЗТОО і ПТОО РIОР розроблено морфологічні матриці, на основі яких систематизовано умови їх комплексного застосування з урахуванням технологічної схеми прецизійного розточування. Запропоновано критерії для комплексної оцінки ефективності застосування методів і засобів ЗТОО і ПТОО РIОР.
. Результати роботи впроваджено в СКБАРВ і використовуються при проектуванні, виготовленні та експлуатації спеціальних обробно-розточувальних верстатів, верстатів із ЧПК свердлильно-фрезерно-розточувальних та глибоких свердлінь, що застосовуються в різних галузях машинобудування України, країн СНД і далекого зарубіжжя, зокрема, на ВАТ “Машиностроительный завод “ЗиО-Подольск”(м. Подольск, Росія, 1997 р.).
СПИСОК ОСНОВНИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Гольдрайх Г.М., Джугурян Т.Г., Капительман Л.В. Расширение технологических возможностей прецизионных расточных станков // СТИН. - М., 1993. - № 1. - С. 6-8.
. Использование СОЖ при прецизионном растачивании / В.П. Астахов, Т.Г. Джугурян, А.В. Собакин, Н.Л. Шлафман // СТИН. - М., 1994. - № 2. - С. 30-31.
. Джугурян Т.Г., Пупин А.П., Собакин А.В. Прецизионное растачивание ступенчатых отверстий // СТИН. - М., 1994. - № 3. - С. 26-27.
. Гольдрайх Г.М., Джугурян Т.Г., Капительман Л.В. Прецизионное растачивание координированных отверстий // Машиностроитель. - М., 1994. - № 11-12. - С. 13-14.
5. Гольдрайх Г.М., Капительман Л.В., Джугурян Т.Г. Повышение точности и быстроходности шпиндельных узлов отделочно-расточных станков // СТИН. - М., 1995. - № 4.- С. 13-17.
. Управление технологической системой прецизионных станков по состоянию режущих инструментов / Г.М. Гольдрайх, А.Г. Деревянченко, Т.Г. Джугурян, Л.В. Капительман // СТИН. - М., 1995. - № 6 . - С. 5 - 11.
7. Гольдрайх Г.М., Джугурян Т.Г., Капительман Л.В. Станки глубокого сверления // Техника машиностроения. - М., 1996. - № 3. - С. 39-41.
. Подкорытов А.Н., Джугурян Т.Г., Павлышко А.В. Упругопластические деформации поверхности растачиваемых отверстий инструментами одностороннего резания // Труды Одес. политехн. ун-та. - Одесса, 1997. - Вып.1. - С.115 - 118.
. Джугурян Т.Г. Обеспечение точности растачивания отверстий инструментами одностороннего резания с виброзащитой // Труды Одес. политехн. ун-та. - Одесса, 1998. - Вып.1 (5). - С. 131-134.
. Джугурян Т.Г. Оценка эффективности обработки деталей на расточных станках // СТИН. - М., 1999. - № 1. - С. 18-19.
. Джугурян Т.Г. Расточные инструменты одностороннего резания –модули для тяжелых условий обработки // Резание и инструмент в технологических системах: Междунар. науч.-техн. сборник. - Харьков: ХГТУ, 1999. - Вып. 55. - С. 81-85.
. Джугурян Т.Г. Рациональное распределение нагрузки на рабочие элементы двухлезвийных расточных инструментов одностороннего резания // Труды Одес. политехн. ун-та. - Одесса, 1999. - Вып.1 (7). - С. 66-68.
. Джугурян Т.Г. Регулирование динамических и силовых параметров процесса обработки отверстий расточными инструментами // Труды Одес. политехн. ун-та. - Одесса, 1999. - Вып.2 (8). - С. 77-79.
. Джугурян Т.Г. Формирование параметров экспресс - оценки точности растачивания отверстия при переменных условиях обработки // Труды Одес. политехн. ун-та. - Одесса, 1999. - Вып.3 (9). - С. 32-35.
. Джугурян Т.Г. Влияние тепловых деформаций станка на точность растачивания отверстий инструментами одностороннего резания // СТИН. - М., 1999. - № 12. - С. 20-22.
. Джугурян Т.Г. Обеспечение точности растачивания коротких отверстий двухлезвийным инструментом // СТИН. - М., 2000. - № 2 . - С. 19-21.
. Джугурян Т.Г. Контроль предельных состояний технологической системы расточного станка, оснащенного инструментами одностороннего резания // Авиационно-космическая техника и технология. Труды Государственного аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". - Харьков: ГАУ им. Н.Е. Жуковского "ХАИ", 2000. - Вып. 14. - С. 281-284.
. Джугурян Т.Г. Прецизионное растачивание отверстий инструментами одностороннего резания // Резание и инструмент в технологических системах. Междунар. науч.-техн. сборник. - Харьков: ХГТУ, 2000. - Вып. 57. - С. 64-68.
. Джугурян Т.Г., Подкорытов А.Н. Чувствительность механизмов размерной компенсации износа расточных инструментов к изменению диаметра обрабатываемого отверстия // Резание и инструмент в технологических системах. Междунар. науч.-техн. сборник. - Харьков: ХГТУ, 2000. - Вып. 56. - С. 50-54.
20. Джугурян Т.Г. Увод оси отверстия при растачивании инструментами одностороннего резания // Вісник Інженерної академії України. Спеціальний випуск 2000. –Харьків, 2000. –С. 335 - 338.
21. Джугурян Т.Г. Управление точностью растачивания отверстий по состоянию технологической системы станка // СТИН. - М., 2000. - № 11. - С. 28-31.
. Линчевский П.А., Джугурян Т.Г. Чувствительность механизма компенсации износа инструментов одностороннего резания при растачивании глубоких пересекающихся отверстий с параллельными осями // Вісник Інженерної академії України. - Київ, 2001. - Ч.2, № 3. - С. 358-361.
23. Способ прикатки подшипников качения: А.с. 1732041 СССР, МКИ F16C 33/14 / Л. В. Капительман, Л.М. Кордыш, Т.Г. Джугурян, А.Л. Молодченко, С.М. Хомутов (СССР). - № 4722562 / 27; Заявл. 11.05.89; Опубл. 07.05.92, Бюл. № 17. - 3 с.
24. Инструментальная головка: А.с. 1801707 СССР, МКИ В23В 29/02 / А.И. Гамерман, Т.Г. Джугурян, Б.А. Моргун, В.А. Парфенов, Э.М. Сирота (СССР). - № 4841605 / 25; Заявл. 25.06.90; Опубл. 15.03.93, Бюл. №10. - 4 с.
. Способ обработки отверстий: А.с. 1808500 СССР, МКИ В23В 35/00, 29/03 / Т.Г. Джугурян, А.А. Оргиян, А.П. Пупин (СССР). - № 4951657 / 25; Заявл. 05.04.91; Опубл. 15.04.93, Бюл. №14. - 4 с.
. Линчевский П.А., Джугурян Т.Г., Оргиян А.А. Проблемы и особенности растачивания координированных точных отверстий // Труды VII междунар. научно-технического семинара “Высокие технологии в машиностроении: тенденции развития, менеджмент, маркетинг”. - Харьков: ХГПУ, 1997. - С. 171-173.
27. Лінчевський П., Оргіян О., Джугурян Т. Сучастні методи комплексної обробки високоточних деталей на оздобно-розточних та обточних верстатах // Тези доповідей 3-го міжнар. симпозіума українських інженерів-механіків у Львові. - Львів. - Львівська політехніка, 1997. - С. 134-135.
. Джугурян Т.Г., Кулик В.П., Павлышко А.В. Управление подналадкой расточных инструментов одностороннего резания // Сб. трудов междунар. науч.-техн. конф. “Машиностроение и техносфера на рубеже ХХI века”. - Том 1. - Донецк: ДонГТУ, 1999. - С. 234 - 236.
АНОТАЦІЇ
Джугурян Т.Г. Технологічні основи керування точністю та якістю обробки при прецизійному розточуванні. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеці-альністю 05.02.08 –технологія машинобудування. - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2001.
Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності прецизійного розточування координованих отворів інструментами одностороннього різання. Розроблено основи забезпечення і підтримки точності обробки отворів розточувальними інструментами одностороннього різання, реалізовані в нових типах інструментів, методах контролю і керування технологічним процесом. Встановлено, що максимальна ефективність розточування отворів досягається за рахунок комплексного використання розроблених методів і засобів забезпечення і підтримки точності обробки. Запропоновано типові схеми прецизійного розточування отворів інструментами одностороннього різання. Основні результати роботи знайшли промислове застосування в проектуванні і виготовленні обробно-розточувальних верстатів, автоматичних ліній, а також свердлильно-фрезерно-розточувальних верстатів із ЧПК.
Ключові слова: отвір, прецизійне розточування, інструмент одностороннього різання, технологічна система, точність, якість, продуктивність, контроль, керування.
Dzhuguryan T.G. Technological bases of accuracy and quality machining management under fine boring. –Manuscript.
Thesis for a doctor’s degree in technical sciences by speciality 05.02.08 - technology of mechanical engineering. –National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, 2001.
The dissertation is devoted to rising of fine boring coordinate holes efficiency by one-side cutting tools. The principles of ensure and support of boring holes accuracy are developed which in the new type tools and methods of technological process monitoring and control are realized. There is established that the boring holes top efficiency can be obtained by the aid of complex using the developing methods and means of machining accuracy ensure and support. The typical schemes of fine boring by one-side cutting tools are proposed. The results of the work have found an industrial utility in the design and manufacture of the precision boring machines, transfer lines and CNC drill-miller-boring machine tools.
Key words: hole, fine boring, one-side cutting tools, technological system, accuracy, quality, productivity, monitoring, control.
Джугурян Т.Г. Технологические основы управления точностью и качеством обработки при прецизионном растачивании. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.08 –технология машиностроения. –Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2001.
Цель исследования –повышение эффективности технологической операции прецизионного растачивания отверстий инструментами одностороннего резания на базе разработки основ обеспечения и поддержания точности обработки с требуемым качеством поверхности в широком диапазоне размерных параметров отверстий соответственно на этапах проектирования и функционирования металлорежущего оборудования.
Разработаны технологические основы управления точностью и качеством обработки при прецизионном растачивании инструментами одностороннего резания, которые нашли практическое применение при решении вопросов обеспечения и поддержания точности отделочной операции в условиях автоматизированного производства.
Определены условия обеспечения точности растачивания с учетом динамики процесса обработки, силовых и тепловых деформаций технологической системы, износа инструмента; созданы новые типы высокоскоростных расточных инструментов с виброзащитой и динамической настройкой демпфера в процессе обработки, а также методики расчета их оптимальных параметров.
На основе “цилиндрической”модели шероховатости расточенной и выглаженной поверхности отверстия получены зависимости для определения параметров качества обработки и оптимальной геометрии направляющих элементов. Для разгрузки рабочих элементов при повышенном припуске предложены двухлезвийные расточные инструменты одностороннего резания с виброзащитой и механизмом компенсации износа, определены их оптимальные параметры и условия обработки.
Установлена взаимосвязь между точностью обработки и тепловыми деформациями станка, определяемыми условиями его работы. Для снижения тепловых деформаций станка разработан способ прикатки подшипников качения отделочно-расточных головок, позволивший уменьшить избыточную температуру ее нагрева. С учетом условий обработки установлены ограничения избыточной температуры и оптимальный расход смазочно-охлаждающей технологической среды, подводимой в зону резания.
Разработаны теоретические положения непрерывно-периодической и полной компенсации размерного износа расточных инструментов одностороннего резания на основе встроенных в их корпусе автономных механизмов. Получены значения интенсивности изнашивания рабочих элементов инструментов с учетом условий обработки.
Разработаны системы поддержания точности обработки отверстий путем управления динамическими и силовыми параметрами процесса растачивания, подналадки инструмента, выявления предельных состояний технологической системы и их устранения. Предложены автономные механизмы размерной подналадки “импульсной”и по “упору”расточных инструментов одностороннего резания, особенностью которых является их размещение непосредственно в корпусе инструмента.
Разработан метод и средство косвенного размерного контроля обработанных отверстий, предельных состояний износа инструмента и кондукторной втулки. Он основан на измерении перемещений плавающей пластины относительно корпуса расточного инструмента с механизмом частичной компенсации износа при его базировании в отверстии кондукторной втулке-калибре и расточенном отверстии.
Установлено, что для идентификации предельных состояний инструмента, кондукторной втулки и заготовки в подавляющем большинстве случаев обработки достаточно контролировать крутящий момент привода главного движения постоянного тока с двухзонным регулированием скорости. Предложены методы контроля состояния технологической системы на основе измерения тока (пиковых значений при врезании инструмента, амплитуды колебаний) якоря привода главного движения и экспресс - оценки обеспечения и поддержания точности обработки отверстий, которые позволяют производить диагностику состояния расточного инструмента одностороннего резания, кондукторной втулки и заготовки. Для выявления причин возникновения предельного состояния технологической системы и его устранения разработана матрица “ситуация - действие”.
Определены основные виды, типы и подвиды точных отверстий с учетом особенностей их обработки расточными инструментами одностороннего резания, в частности, сплошные, прерывистые, нецилиндрические и пересекающиеся отверстия с параллельными осями, а также отверстия, требующие совмещенной обработки: ступенчатые, отверстия с подрезкой торца, растачиванием фаски, канавок. На основе исследований их обработки даны рекомендации по комплексному использованию методов и средств обеспечения и поддержания точности обработки отверстий, разработаны новые типы комбинированных расточных инструментов для совмещенной обработки. Предложены критерии для комплексной оценки эффективности применения методов обеспечения и поддержания точности растачивания отверстий.
Результаты работы используются при проектировании, изготовлении и экслуатации отделочно-расточных станков, автоматических линий, станков с ЧПУ сверлильно-фрезерно-расточных и глубокого сверления.
Ключевые слова: отверстие, прецизионное растачивание, инструмент одностороннего резания, технологическая система, точность, качество, производительность, контроль, управление.
Підписано до друку 03.12.2001. Формат 60х90/16. Ум.-друк. арк. 2,0.
Наклад 100 прим. Зам. № 962
Віддруковано з готового оригінал-макету в АО БАХВА
, м. Одеса, вул. Піонерська, 7
(Свідоцтво ДК № 145 від 11.08.2000)