Введение к работе
Актуальность темы исследования. При современных темпах развития и совершенствования техники все большую роль играет гибкость производства и возможность оперативного воплощения в металле конкретного конструкторского решения. Подобные задачи могут быть решены только при использовании оборудования с ЧПУ, которое, в сравнении с универсальными станками или станками-автоматами, позволяет одновременно обеспечить высокие показатели как по гибкости производства и оперативности внедрения, так и по производительности.
Нарезание витков червяков резцом на токарных станках является наиболее распространенным методом формообразования в силу простоты реализации при минимуме специальной технологической оснастки. Перевод обработки на станки с ЧПУ позволит существенно расширить технологические возможности метода, повысить его производительность, реализовать безлюдное производство, при этом метод должен быть пересмотрен с учетом особенностей обработки витков червяков, а также учтена специфика обработки винтовых поверхностей на оборудовании с ЧПУ и конструкции станков. Необходим в этом случае и инструмент для оперативного составления управляющих программ (УП), позволяющий сократить время технологической подготовки производства и обеспечить высокий уровень гибкости производства.
На сегодня готовых решений в этой области не существует, специфика обработки витков червяков на токарных станках в специальной литературе представлена весьма скудно или не представлена вовсе, имеющиеся САМ-системы имеют ограниченные возможности по составлению УП для обработки винтовых поверхностей, а разделы, посвященные червякам, отсутствуют. Поэтому совершенствование процесса многопроходного нарезания витков червяков резцом на станках с ЧПУ, в том числе путем учета особенностей обработки винтовых поверхностей на данном типе оборудования в условиях гибкого и безлюдного производства с разработкой специализированной САМ-системы для составления УП является актуальной научной задачей.
Объектом исследования является технологический процесс многопроходного нарезания витков червяков на станках с ЧПУ.
Предметом исследования является установление и исследование зависимостей производительности и точности обработки от управляемых конструкторских и технологических факторов.
Цель настоящей работы: состоит в повышения эффективности технологии многопроходного нарезания витков червяков резцом на станках с ЧПУ.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
-
Разработка методов и экспериментальной оснастки для исследования технологии многопроходного нарезания червяков резцом на станках с ЧПУ в производственных условиях.
-
Выявление доминирующих факторов, влияющих на производительность процесса многопроходного нарезания витков червяков.
-
Теоретическое обоснование способов повышения производительности процесса многопроходного нарезания витков червяков.
-
Анализ факторов, влияющих на качество поверхностного слоя витков червяков при многопроходном нарезании резцами.
-
Выявление особенностей многопроходного нарезания червяков резцом на станках с ЧПУ и исследование влияния кинематики станка на точность шага и профиля путем теоретико-экспериментальных исследований процессов их формирования.
-
Разработка конструкторско-технологического обеспечения для реализации эффективной технологии многопроходного нарезания витков червяков на станках с ЧПУ.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории резания, теории машин и механизмов, технологии машиностроения. Экспериментальные исследования проводились в лабораториях ТулГУ, а также на ЗАО «Тулаэлектропривод» (Тульская обл. п. Плеханово), с использованием промышленного оборудования и средств технологического, и метрологического обеспечения на червяках, изготавливаемых серийно.
Достоверность результатов обеспечена обоснованным использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задачи, использованием аттестованного измерительного оборудования с соблюдением процедуры проведения эксперимента, и подтверждается согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, а также практическим использованием результатов в промышленности.
Автор защищает:
-
Способ определения окружной силы резания с помощью встроенного в станок индикатора нагрузки двигателя – лодметра и зависимости для её определения с учетом технологических режимов обработки.
-
Обоснование закона изменения подачи врезания, обеспечивающего максимальную производительность процесса.
-
Упрощенную методику расчета подачи врезания, которая являет собой рациональный баланс между простотой математического аппарата и оптимизацией процесса многопроходного нарезания витков червяков.
-
Комплекс конструкторско-технологических решений обеспечивающих необходимое качество и точность витков червяков, учитывающих особенности обработки винтовых поверхностей в целом, и витков червяков в частности, на оборудовании с ЧПУ.
-
Внедренные результаты экспериментальных и опытно-промышленных исследований, подтверждающие обоснованность теоретических выкладок.
Научная новизна выполненной работы:
раскрыты несоответствия в общепринятой методике программирования с помощью стандартного цикла многопроходного нарезания резьбы и возможности реализации рациональной схемы резания при многопроходном нарезании витков червяков;
обоснован закон изменения подачи врезания от прохода к проходу, позволяющий почти в 2 раза сократить количество рабочих проходов резца и обеспечить максимальную производительность процесса;
изучены связи кинематических погрешностей шага винтовой линии, реализуемой станком, с динамикой переходных процессов разгона и торможения суппорта станка, эти связи учтены при разработке специализированной САМ-системы;
разработана специализированная САМ-система для автоматизации составления управляющих программ для многопроходного нарезания витков червяков, обеспечивающая реализацию обоснованной схемы резания.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
Способ измерения сил резания с помощью встроенного в станок с ЧПУ индикатора нагрузки двигателя – лодметра, позволяет при минимальном количестве специального оборудования с достаточной для практического применения точностью определять окружную силу резания.
Комплекс рекомендаций по назначению режимов обработки учитывает особенности применения станков с ЧПУ и обеспечивает не только необходимые параметры точности и качества витков червяков, но и повышение производительности процесса.
Технологическая оснастка расширяет возможности оборудования и учитывает особенности его конструкции и применения.
Результаты работы внедрены на предприятии ЗАО «Тулаэлектропривод», о чем свидетельствует акт внедрения. Теоретические положения диссертации были реализованы в НИОКР выполняемой в рамках Контрактов 8768р/13991 от 2.12.2010 г. и №10021р/16818 от 09.12.2011 г с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Материалы диссертации используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на IX Всероссийской НТК «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов», Тула, 2010 г.; МНТК «АПИР-14» и «АПИР-15» Тула, 2009; 2010 г.г.; III ВНТК «Будущее машиностроения России», Москва, 2010 г.; Всероссийской НПК «Инновационные наукоемкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты», Тула, 2010 г.; V интернет-НТК «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении» (МКТМ-2010), Тюмень, 2010 г.; Международной интернет-конференции по металлургии и металлообработке, Тула, 2011 г.; а также на ежегодных НТК преподавателей и аспирантов ТулГУ 2009 - 2011 г.г.
По теме диссертации опубликованы 23 работы, в том числе 5 в изданиях, включенных в перечень ВАК, из них без соавторов - 17; патентов - 1.
Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения и пяти глав, заключения, списка использованных источников из 73 наименований, 2 приложений общим объемом 214 с., включая 79 иллюстраций, 28 табл.
Похожие диссертации на Особенности технологии нарезания червяков резцом на станках с ЧПУ
