Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Одним из актуальных направлений в современной металлообработке является создание и применение нового вида станочного оборудования - многоцелевых обрабатывающих центров и технологических комплексов с полифункциональными возможностями, которые обеспечивают реализацию высоких технологий для ресурсо- и энергосбережения. Такое оборудование характеризуется увеличением состава выполняемых на станке технологических функций, увеличением технических средств инструментального оснащения и энергоемкости механообработки. При этом происходит интеграция различных процессов, реализуемых на одном станке как функционально связанных переходов, выполняемых в рамках одной комплексной технологической операции. Создание таких сложных полифункциональных комплексов представляет собой процесс комплексирования, которое предусматривает необходимость решения ряда научных задач. В результате комплексирования представляется возможным создание многофункциональных технологических комплексов, осуществляющих автономную работу по изготовлению деталей, и, в данном случае, по изготовлению деталей тел вращения, в гибком автоматизированном производстве. Такие многофункциональные комплексы призваны обеспечить: компактность технологических переделов, получаемую за счет меньшего числа станков и производственных площадей, используемых при решении одной и той же технологической задачи; сокращение производственного цикла изготовления детали за счет замены технологического маршрута прохождения заготовки нескольких станков, одним многоцелевым станком.
Значительным резервом дальнейшего повышения эффективности изготовления деталей тел вращения на многоцелевых станках и станках с ЧПУ является выполнение на них резьбонакатных операций, с использованием в наладках высокоэффективных программно и адаптивно управляемых резьбонакатных головок с расширенными технологическими возможностями.
Получение резьбы накатыванием, вместо традиционных многопроходных циклов резьбонарезания, обеспечивает не только уменьшение штучного времени, но также и повышение параметров качества резьбы. Накатывание является высокопроизводительным способом обработки, который обеспечивает достижение высокой геометрической точности резьбы, увеличение прочности резьбовых соединений, улучшение физико-механических свойств материала изделия, что, в ряде случаев, позволяет исключить необходимость выполнения последующих термообработки и шлифования.
Таким образом, тема диссертации является актуальной, в ней рассматриваются технологические задачи разработки, исследования и применения на многоцелевых станках и станках с ЧПУ программно и адаптивно управляемых резьбонакатных головок, обеспечивающих расширение технологических возможностей этих станков и значительное повышение эффективности изготовления деталей тел вращения.
Работа выполнялась в «РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина» и в МГТУ «СТАНКИН» в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы № 02.532.12.9002.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности изготовления деталей тел вращения на многоцелевых станках и станках с ЧПУ на основе расширения технологических возможностей станков путем интеграции в их инструментальные наладки программно-управляемых резьбонакатных головок с расширенными технологическими возможностями и резьбонакатных головок с адаптивным управлением.
Методы исследования. Результаты представленной диссертационной работы получены на основе теоретических и экспериментальных исследований. Поставленные в работе задачи решались с использованием фундаментальных положений технологии машиностроения, теории размерных цепей, теории баз, теории резания и упруго-пластического деформирования конструкционных
материалов, с использованием системного анализа, методов математического моделирования, теории матриц, дифференциального и интегрального исчислений.
Научной новизной работы является решение крупной научно- технической проблемы, имеющей важное научное и народнохозяйственное значение - раскрытие технологических связей процесса тангенциального резьбонакатывания, позволивших разработать новые технологии, программируемые, адаптивно управляемые циклы накатывания резьб, в том числе неограниченной длины, и конструкции накатных головок, применение которых на многоцелевых станках, станках с ЧПУ и в наладках многоинструментальных станков значительно повышает эффективность изготовления деталей. Составляющими научной новизны являются:
-
технологические связи, определяющие закономерности кинематики тангенциального накатывания резьб, устанавливающие численные значения, характер и направления осевых перемещений накатывающих роликов, как функцию параметров установки накатной головки и изделия, шагов резьбы, диаметров роликов, их геометрии и условий реализации процесса;
-
программируемые, технологически гибкие циклы накатывания резьбовых поверхностей на многоцелевых станках и станках с ЧПУ, позволяющие автоматически выполнять накатывание резьб неограниченной длины;
-
методика адаптивного управления процессом накатывания резьбы роликами, определяющая выбор регулируемых параметров и закономерность их изменения для компенсации самопроизвольных перемещений роликов, что позволило разработать высокоэффективные самоподнастраивающиеся резьбонакатные головки с адаптивным управлением;
-
методика расчета геометрии и радиусов накатывающих роликов, определяемых интегральными уравнениями из условия равенства нулю суммарных осевых перемещений роликов с учетом закономерностей прироста радиуса изделия и изменения величин центроид, упругих деформаций роликов и особенностей их обкатки относительно изделия;
-
методика обоснования параметров геометрической точности деталей тангенциальной резьбонакатной головки с учетом требований точности обработки, основанная на выявлении и расчете пространственных размерных связей, формируемых между функционально связанными деталями накатной головки;
-
закономерности формирования силовых параметров, напряжений и упругих деформаций, возникающих в процессе накатывания резьбы, что позволяет управлять точностью на этапах проектирования процесса и инструмента и на этапе динамической настройки технологической системы;
-
зависимости, определяющие влияние погрешности установки корпуса накатной головки на отклонения рабочих поверхностей роликов, что позволяет обосновать требования геометрической точности базовых поверхностей головки с учетом точности накатываемой резьбы.
Практическая ценность работы заключается:
-
в разработанном и практически реализованном для многоцелевых станков и станков с ЧПУ программном обеспечении для задания технологически гибких циклов тангенциального накатывания резьб неограниченной длины;
-
в руководящих материалах и расчетных модулях для проектирования конструкций, обоснования геометрии и расчета с помощью ЭВМ точности профиля накатывающих роликов, корпусов и других элементов накатных головок;
-
в рекомендациях по проектированию процесса тангенциального накатывания и расчету режимов; в рекомендациях по определению возникающей в технологической системе нагрузки (поперечных и радиальных сил) и обоснованию требований к точности заготовок;
-
в разработанных конструкциях резьбонакатных головок типов ТНГС, ТРГ, ТРГВ-0, принятых для централизованного изготовления и широко применяемых на различных машиностроительных предприятиях;
-
в предложенных способах адаптивного управления при накатывании резьб и конструкциях адаптивных резьбонакатных головок;
-
в разработанных государственных и отраслевых стандартах, определяющих технические требования на резьбообразующий инструмент и на приспособления для его крепления на станках.
Реализация результатов работы определяется разработкой технологий, общемашиностроительных нормативов режимов обработки, норм расхода и износа тангенциальных резьбонакатных головок, руководящих материалов и базовых конструкций гаммы тангенциальных резьбонакатных головок типов ТНГС-1, ТНГС-2, ТРГ-1, ТРГ-2, ТРГ-3, ТРГВ-0, а также головок с адаптивным управлением, которые нашли широкое внедрение в технологических процессах механической обработки на машиностроительных заводах России и в странах СНГ (АвтоВАЗ; г. Тольятти, автозавод «ЗИЛ», г. Москва; ПО «Завод имени А.А. Масленникова», г. Самара; ОАО «Станкоагрегат», г. Москва; Тепловозостроительный завод, г. Луганск; ПО «Рязсельмаш», г. Рязань; НИИТ Криогенмаш, г. Москва, а также завод «Фрезер», г. Москва и завод ВНИИИНСТРУМЕНТ, г. Москва, освоившие серийный выпуск накатных головок, и др.). Результаты работы внедрены также в учебный процесс технических вузов.
Апробация работы - по результатам исследования опубликовано 69 научных работ, 17 из которых опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и получено 20 патентов и авторских свидетельств на изобретения.
Основные положения диссертации докладывались на международных, общероссийских, региональных и межвузовских научно-технических конференциях: на XIV-ой конференции по математическому моделированию и информатике «СТАНКИН» - ИММ РАН, 2011 г.; на XXXVII конференции «Гагаринские чтения» в РГТУ имени К.Э. Циолковского «МАТИ», 2011 г; на конференции «Автомобиле- и тракторостроение в России» в МГТУ «МАМИ», 2010 г.; на научном симпозиуме «Неделя горняка - 2011, 2012» МГГУ; на конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2010» РГТУ имени К.Э. Циолковского «МАТИ»; на конференции «Прогрессивные технологические процессы точной и высококачественной обработки деталей» в Саратовском университете, 1978 г.; на конференции «Прогрессивные методы изготовления резьбовых деталей», в Пензенском ДНТП, 1976 г.; на научно-технических семинарах в Московском ДНТП «Повышение производительности и эффективности обработки материалов резанием» и др., 1974, 1975, 1976 г.г.; на конференциях во ВНИИИНСТРУМЕНТ в 1975, 1976, 1978 г.г.; на научных конференциях в «РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы, включающего 114 наименований, и 3-х приложений. Работа изложена на 290 страницах машинописного текста и содержит 58 рисунков и 26 таблиц.
