Введение к работе
Актуальность темы. Проблемы обеспечения высокого качества продукции при постоянном повышении производительности труда и не требующие значительных капиталовложений весьма важны для современного машиностроения и приборостроения. Успешное решение этих проблем в значительной степени может быть доституто за счет применения в технологических процессах средств управляющего контроля, которые являются неотъемлемой частью систем управлення металлорежущими станками.
На всех машиностроительных и приборостроительных предприятиях имеется развитое инструментальное производство, которое обеспечивает основное производство режущим и контрольно-измерительным инструментами. Из всего многоббразия режущего и контрольного инструментов значительной трудоемкостью в изготовлении и измерении геометрических параметров обладают резьбообразующнй и контрольный инструменты. В настоящее время, у нас в стране и за рубежом, финишные операции резьбошлифовяния н измерения параметров резьбы наименее автоматизированы. К резьбообразуюшим инструментам относятся метчики, резьбонарезные резцы, плашки, резьбовые фрезы, резьбонарезные головки и резьбовые контрольные калибры.
Наибольшей точностью ло геометрическим параметрам обладают метчики и резьбовые калибры, имеющие допуски на средний диаметр от 35 до 4 мкм. Точность этих инструментов обеспечивается наружным резьбошлифованием.
Метрологическими особенностями метчиков являются наличие резьбовой прерывистой поверхности, высокой твердости инструмента, наличием острых режущих кромок, прямой и обратной конусообразное, величины затылования, большого разнообразия конструктивного исполнения, что приводит к значительным трудностям в создании высокопроизводительных измерительных средств. Что касается резьбовых калибров, то необходимо отметить, что главной их особенностью являются незначительные допуски на параметры резьбы.
Контроль основных параметров резьбообразующего и контрольного инструментов осуществляется в настоящее время вручную универсальными средствами измерения, имеющих недостаточную точность и низкую производительность, наличием' значительных контактных деформаций, а также большого числа доминирующих погрешностей.
Технология производства этого инструмента характеризуется значительными затратами труда на выполнение многочисленных точных измерений, достигающих до 70% от общего времени на изготовление. Для обеспечения заданной точности инструментальщик в процессе шлифования осуществляет вручную многократные {от 3 до 5 раз) промежуточные измерения, особенно после правки круга и при настройке станка.
Актуальность темы диссертационной работы подтверждается разработкой более совершенных метода и средств измерения послеоперационного контроля, алгоритмов и программ обработки результатов измерения для получения
достоверных результатов и создание управляющих приборов контроля в процессе резъбошлифования, позволяющие компенсировать значительное число первичных погрешностей обработки, исключить зависимость суммарной погрешности обработки от квалификации рабочего и повысить производительность резьбошлифования в 1,5...2 раза.
Цель работы. Повышение точности и производительности обработки и измерения параметров наружных резьб режущего и контрольного инструментов с мегрической резьбой.
Научные задачи. Для достижения, поставленных целен были сформулированы следующие задачи:
провести анализ существующих методик определения контактных деформаций, возникающих при выполнении измерений универсальными средствами, имеющих значительное измерительное усилие (до 10,0 Н) и его перепад (до 2,0 Н) при незначительном диаметре проволочек (от 0,201 до 1,008 мм), провести экспериментальную их проверку;
разработать более совершенные метод и средства измерения среднего диаметра наружных резьб для повышения их точности и производительности;
провести нормирование составляющих суммарной погрешности средств измерения параметров наружных резьб при наличии отклонений формы и расположения;
создать и проверить экспериментально алгоритмы и программы для повышения достоверности результатов измерения параметров наружных резьб;
разработать новые типы структур многоцелевых преобразователей и других элементов для построения управляющих приборов контроля при резь-бо шлифовании.
Методы исследования. В работе использовались основные положения теории методов измерения, теории погрешностей средств измерения, теории упругости, дифференциальной и аналитической геометрии, теории трения, смазки и износа, основ технологии машиностроения, материаловедения, основ проектирования приборов и систем, основ взаимозаменяемости, основ точности металлорежущих станков и инструментов, государственных стандартов Российской Федерации в области режущего инструмента и теории точности. Экспериментальные исследования проводились на поверенных и аттестованных измерительных приборах и оборудовании.
Научная новизна работы заключается в следующем:
выполнен анализ методик определения контактной деформации, возникающей при измерении параметров наружных резьб и проведена их экспериментальная проверка, в расчетные формулы которых внесены поправочные коэффициенты для повышения точности расчета, разработаны алгоритм it программа определения первичной методической погрешности;
разработан прямой метод измерения среднего диаметра наружных резьб, заключающийся в использовании наконечников с. рабочей частью равной половине шага, и средства измерения с суммарной погрешностью в I...2 мкм и обеспечивающие повышение производительности в 1,5...2 раза;
разработаны алгоритм и программа для определения среднего диаметра резьбы с учетом отклонений формы и расположения ее поверхностей;
проведено нормирование составляющих суммарной погрешности средств измерения среднего диаметра наружных резьб;
впервые разработана концепция проектирования управляющих приборов к резьбошлифовальным станкам, которая базируется на усовершенствованном методе измерения среднего диаметра резьб;
- сформулированы принципы построения первичных преобразователей к
резьбошлифовальным и другим станкам инструментального производства,
позволяющие свести к минимуму разность статической и динамической сум
марной погрешности измерения.
Практическая ценность работы определяется тем, что она является научной основой для проектирования средств повышенной точности прямых измерений среднего диаметра наружных цилиндрических резьб и позволяет автоматизировать технологический процесс рёзьбошлифования, повысить точность обрабатываемых изделий и производительность обработки.
Достоверность результатов работы обосновывается тем, что теоретические исследования были экспериментально проверены в лабораторных и производственных условиях при использовании аттестованной метрологической аппаратуры, в использовании проверенной на практике теории упругости, теории точности, теории методов измерения, теории погрешностей средств измерения.
Основные положения, выносимые на защиту:
усовершенствованный метод и средства измерения для послеоперационного измерения среднего диаметра наружной резьбы;
алгоритм и программа определения среднего диаметра резьбы с учетом отклонений формы и расположения ее поверхностен;
алгоритм и программа определения контактной деформации, возникающей при измерении параметров наружных резьб;
концепция проектирования управляющих приборов контроля к резьбошлифовальным станкам;
- средства для автоматизированного измерения среднего диаметра на
ружных резьб при резьбошлифованни.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в среде научной общественности России на научно-технических к международных конференциях: «Научно-технические проблемы приборостроения и машиностроения» (г.Томск, 2004г.), «Динамика систем, механизмов и машин» (г.Омск, 1999г., 2004г.), «Автоматизированная подготовка машиностроительного производства, технология н надежность машин, приборов и оборудования» (г.Вологда, 2005г.), «АК — Транс нефть» (г.Тюмень, 2005г.), «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук» (г.Омск, 2006г.), «Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической н авиационной техники» (г.Омск, 2006г.), на кафедре «Метрология н приборостроение» Омского государственного технического университета, где получили положительную оценку, а также докладывались и обсуждались в
Омском машиностроительном конструкторском бюро (г.Омск, май 2006г.) среди ведущих специалистов предприятия и ОмГТУ и получили одобрение.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 научных работ, оформлена заявка на патент по принципу построения первичного преобразователя к управляющим приборам контроля для шлифовальных станков (в том числе и для резьбо шлифовальных).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 102 наименования, и S приложений, включающих результаты экспериментальных исследований и акты внедрения в учебный процесс и машиностроительное производство. Основной текст изложен на 135 машинописных страницах, включая 2S страниц иллюстраций (13 таблиц, 46 рисунков и фотографий). В конце глав имеются выводы, а в конце работы — заключение,
