Введение к работе
Актуальность темы. Перед отечественным машиностроением тоит задача разработки принципиально новых эффективных техноло-ий, высокопроизводительного оборудования и инструмента, конку-ентоспособных на мировом рынке и позволяющих выпускать изделия минимальными затратами и высокого качества. Качество поверх-юстного слоя деталей, определяющее многие эксплуатационные пока-атели машин и механизмов, окончательно формируется на финишных перациях, 80 % которых в настоящее время производится абразив-[ым инструментом.
Объем шлифовальных работ постоянно возрастает, составляя в реднем 25-30 %, а в отдельных отраслях до 70 % всех станочных ра-іот. Среди других видов механической обработки шлифование являет-я одним из самых точных и производительных.
Повышение точности заготовок, создание инструментов с ис-юльзованием суперабразивов на сверхпрочных керамических, синте-ических и металлических связках, разработка высокоавтоматизиро-анного оборудования создают новые возможности применения и раз-ития абразивной обработки.
Несмотря на огромное количество работ, в которых рассматри-аются теоретические проблемы процесса шлифования, направленные а создание новых способов и технологий, следует констатировать их астный характер, вытекающий из рассмотрения определенных спосо-ов шлифования, классов обрабатываемых поверхностей, применяе-юго оборудования, математического аппарата, основанного на мето-ах классической интегродифференциальной геометрии. До сих пор не ешена в полной мере проблема технологического обеспечения ка-ества поверхностного слоя деталей с простыми и пространственно-ложными поверхностями (ПСП) при шлифовании на универсальных и [ногокоординатных станках с ЧПУ.
Дальнейшее развитие теоретических основ абразивной обработки озможно на основе обобщения опыта, накопленного в теории и прак-ике формообразования абразивными и лезвийными инструментами, зменения закономерностей съема припуска и кинематических соот-ошений скоростей.
Тема диссертационной работы соответствует "Критическим тех-ологиям федерального уровня", утвержденным председателем Прави-ельственной комиссии по научно-технической политике 21 июля 1996 . по направлению "Прецизионные и мехатронные технологии". Дис-ертационная работа выполнялась в рамках проекта "Повышение эф-іективности абразивной обработки поверхностей сложной формы на азе математического моделирования процессов их формообразования обобщенных пространствах", вошедшего в единый заказ - наряд КВО РФ в 1994-1997 г.г., и направления НИР ОрелГТУ по разработке
и совершенствованию технологий, инструментов и оборудования дл: абразивной обработки.
Цель работы: разработка новых способов, технологий и инстру ментов для абразивной обработки с бегущим контактом с заготовкой і методики их проектирования, обеспечивающих повышение эффектив ности съема припуска и качества деталей на шлифовальных универ сальных и многокоординатных станках с ЧПУ.
Автор защищает:
-
Концепцию создания новых технологий и инструментов с бе гущим контактом (БК) с заготовкой для абразивной обработки на баз модульного принципа моделирования ПСП в обобщенных про странствах.
-
Модульную геометрическую модель (МГМ) ПСП и абразивно го инструмента и методику ее расчета.
-
Обобщенную классификацию модулей ПСП на основе сопри касающихся членов геометрического ряда и методику расчета их пара метров.
-
Классификацию абразивных инструментов для обработки раз личных модулей ПСП с БК и методику их проектирования.
5. Разработанные на основе моделирования технологически
процессы круглого, плоского шлифования с БК абразивного инстр>
мента с заготовкой, внутреннего шлифования инструментами с акси
ально-смещенным режущим слоем (АРС), круглого продольного і
плоского шлифования с непрерывно-переменными поперечными пода
чами (НПП) и шлифования на соизмеримых скоростях круга и загс
товки.
-
Абразивные инструменты и устройства для их установки и за крепления, устройства и способы правки, балансировки, способы устройства для получения режущей поверхности с БК и АРС, подач СОЖ, контроля температуры, затупления и качества поверхностног слоя, необходимые для реализации и исследования разработанных те> нологий.
-
Теоретические и экспериментальные результаты по анализу исследованию разработанных технологий, позволяющие многократн повысить точность, качество изделий, производительность обработт» стойкость абразивных инструментов, подтвержденные внедрением н ряде промышленных предприятий различных отраслей промышлеи ности.
Новизна технических и технологических решений подтвержден 36 авторскими свидетельствами и патентами.
Методы исследования. Исследования выполнены на методологи ческой основе системного подхода к вопросам создания новых технс логий абразивной обработки, логической модели формирования пс верхностей режущими инструментами, геометрии Римана и метода тензорного анализа, дифференциальной геометрии, теории отображу
іий, технологии машиностроения, теории шлифования материалов, еории колебаний, дифференциального и интегрального исчислений.
Экспериментальные исследования проводились в условиях ряда іредприятий г.г. Орла, Ливен, Москвы, Магнитогорска, Владимира и ;р. и лабораторий Орелі ТУ, ТулГУ, МГАПИ и др. Качество поверх-юсти оценивалось как по геометрическим характеристикам, так и с ірименением современных методов физического металловедения.
Обоснованность и достоверность полученных научных результа-ов и выводов обеспечивается теоретическим обоснованием,- базирую-цимся на современных методах исследования, использовании соответ-твующих разделов тензорного анализа, римановой и дифференциаль-юй геометрии, теории колебаний, дифференциального и интегрально-о исчислений, большому объему экспериментальных исследований, ірименению современных методов статистического планирования и ібработки данных, промышленным внедрением на предприятиях стра-[ы, а также всесторонней апробацией.
Научная новизна. Разработана теория формообразования ПСП бразивным инструментом с использованием БК, включающая:
-
Концепцию математического моделирования процессов фор-юобразования ПСП, охватывающих поверхности, не допускающие деижение "самих по себе", которые представлены как совокупность [ространств Римана двух измерений, что позволяет получить более лубокие обобщения и степень формализации логических связей, чем в юделях, построенных на методах классической интегродифференци-льной геометрии.
-
МГМ построения технологичных ПСП и абразивных инстру-іентов, допускающая как точечный так и линейный взаимный кон-акт, что делает возможным повышение производительности процес-ов шлифования и расширяет класс аналитически представимых по-ерхностей, в основу классификации которых положена величина тенора кривизны.
-
Классификацию модулей ПСП, являющуюся основой для их налитического описания, проектирования абразивных инструментов і траекторий построчной обработки на многокоординатных станках с ШУ.
-
Классификацию и методику проектирования абразивных ин-трументов и кинематики формообразования, обеспечивающих БК с аготовкой, на основе соприкасающегося параболоида для обработки іазличньїх типов модулей ПСП на многокоординатных станках с ЧПУ і элементарных поверхностей - на универсальных станках.
-
Технологические процессы шлифования поверхностей с БК, ^РС, НПП и соизмеримыми скоростями круга и заготовки на основе іезультатов моделирования процессов формообразования модулей ІСП.
Практическая ценность. Разработаны новые технологически* процессы шлифования различных модулей ПСП и элементарных по верхностей с БК, кругами с АРС, НПП и соизмеримыми скоростями обеспечивающих многократное увеличение точности обработки, стой кости абразивного инструмента, качества поверхностного слоя. Созда на гамма конструкций абразивных инструментов для реализации эти; технологий на универсальных и станках с ЧПУ. Разработаны способь и технологическое оснащение для правки, балансировки, крепления подачи СОЖ, формирования режущей поверхности, контроля состоя ния абразивных инструментов и качества поверхностного слоя и изме рения контактной температуры.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной ра боты внедрены на ряде машиностроительных предприятий. В част ности, на Орловском сталепрокатном заводе (ОСПA3) (технологии инструменты и оснастка для шлифования с БК, устройства для правкі и балансировки кругов); АО "ОСПАЗ-Инструмент" (технология с БК і устройства для шлифования плоских резьбонакатных плашек, очисткі абразивной поверхности и подачи СОЖ), АО "Диск" г. Ливны ( техно логия и инструменты с АРС для шлифования направляющих втулої штамповой оснастки); на Магнитогорском металлургическом комби 'нате (технология шлифования валков листопрокатных станов с приме нением управляемых балансирующих устройств); НПО "Техника" г Владимир (оптимизация шлифования накладных направляющих стан ков типа "Обрабатывающий центр"; в Ливенском АО "ПМ" и АС "Завод им. Медведева (шлифование с непрерывно-переменными пода чами); Московском заводе "Компрессор" (повышение долговечності деталей шатунно-поршневой группы за счет оптимизации условиі шлифования), АО "Радуга" (технология, инструменты и методика и проектирования, математическое обеспечение САПР ТП объемных ра бочих поверхностей оборудования для влажно-тепловой обработки).
Изданные три учебных пособия используются в учебном процесс
при подготовке инженеров по специальности 1201 и 1202 в Орел Г
ТУ и др. вузах РФ.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывалис и обсуждались на выездном заседании Головного Совета " Машине строение" (Орел, 1995); научно-технических конференциях и семина pax международных: 8-ой по шлифованию, абразивным инструмента! и материалам "Intergrind-91" (Ленинград, 1991); "Прогрессивные ии формационные и технологические процессы в машино - и приборе строении" (Орел, 1993); "Современные технологические и информац» онные процессы в машиностроении" (Орел, 1993); "Технология маїш ностроения-93" (С.-Петербург, 1993); "Технология-94" (С.-Петербурі 1994); "Инженерно-физические проблемы авиационной и космическо техники" (Егорьевск, 1995); "Качество и долговечность зубчатых пер< дач и редукторов" (Харьков-Севастополь, 1995); "Технология-96
дач и редукторов" (Харьков-Севастополь, 1995); "Технология-96" (Новгород, 1996); "Молодая наука - новому тысячелетию" ( Набережные челны, 1996); "Новые технологии в машиностроении" (Харьков-Рыбачье, 1996); "Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения" (Тула, 1996); "Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков и инструментов" (Тула, 1997); всесоюзных: "Современные методы и средства уравновешивания машин и приборов" (Воронеж, 1989); 1-ой по математическому и машинному моделированию" (Воронеж, 1991); "Информационные технологии и системы. Технологические задачи механики сплошных сред" (Воронеж, 1992); республиканских: "Научные достижения и опыт отраслей машиностроения народному хозяйству" (Харьков, 1990); "Автоматизация процессов механообработки и сборки в машино- и приборостроении" (Киев, 1991); "Теплофизика технологических процессов" (Рыбинск, 1992); межрегиональных: "Современные методы повышения качества и надежности продукции на предприятиях машиностроения" (Орел, 1990); "Проблемы совершенствования и внедрения новой технологии на предприятиях машиностроительной промышленности" (Орел, 1990); "Повышение надежности и долговечности выпускаемой продукции технологическими методами в машиностроении" (Орел, 1991); " Разработка и внедрение новых ресурсосберегающих технологий в области машиностроения" (Орел, 1991); "Прогрессивная технология механической обработки и сборки в машиностроении" (Орел, 1992); региональных: "Перспективные направления развития машиностроения Забайкалья" (Чита, 1991); "Автоматизация исследования, проектирования и испытаний сложных технических систем и математического моделирования" (Калуга, 1991); конференциях и семинарах: "Пути повышения эффективности обработки материалов резанием в машиностроении" (Ленинград, 1991); "Технологическое и конструкторское обеспечение высокоэффективного производства в автомобилестроении" (Ленинград, 1991); "Прогрессивные технологические процессы обрабатывающем и сборочном производстве" (С.-Петербург, 1992); "Современные достижения в механообрабатывающем и сборочном производстве" (С.-Петербург, 1993); НТК в ОрелГТУ в 1978-1997 гг., Ученом Совете ОрелГТУ в 1996 г., заседаниях кафедры ТМСИ в 1980-97 гг. Отдельные разработки экспонировались на ВДНХ.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано свыше 150 печатных работ, в том числе 36 авторских свидетельств и патентов, 2 монографии и 3 учебных пособия с грифом ГКВО РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 304 страницах машинописного текста, содержит 165 рисунков и фотографий, 12 таблиц и список литературы из 439 наименований на 48 с. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов и приложений на 57 с.
