Введение к работе
Актуальность работы. В современном машиностроении все более широкое применение находят металлорежущие станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Высокая разрешающая способность систем ЧПУ и широкие технологические возможности таких станков позволяют изготавливать на них изделия сложной формы, потребность в которых возрастает в различных отраслях машиностроения. Повышение эффективности использования станков с ЧПУ при изготовлении изделий сложной формы достигается пу-. тем совершенствования технологических процессов обработки. Последнее обстоятельство требует новых исследований, связанных с вопросами изучения и проектирования процессов контурной обработки сложных поверхностей. Основной целью этих исследований является обеспечение максимально возможной точности и качества формообраэуемой поверхности. Известно, что кинематические возможности современных станков с ЧПУ позволяют осуществлять процесс формообразования сложной поверхности заданной геометрии по различным геометро-кинематическим схемам. Как-дая из этих схем предусматривает определенное сочетание формообразующих движений инструмента и заготовки по соответствущим управляемым координатам станка. При формообразовании сложных поверхностей на станках с ЧПУ можно использовать стандартный универсальный инструмент с цилиндрической производящей поверхность»), например концевые фрезы. Однако при этом, необходимо обратить внимание на нестационарность режимов работы приводов подач, обеспечивающих формообразующие движения, которая вызвана существенной переменностью технологических нагрузок и программным управлением. Следствием нестационарных режимов работы приводов могут явиться такие нежелательные динамические эффекты в приводах как перекладки зазоров и фазовые переходы, которые существенно снижают качество технологического процесса. В связи с вышеизложенным, при проектировании технологических процессов обработки * сложных поверхностей стоит задача сравнительного анализа различных схем формообразования на основе кинематических и особенно динамических критериев контурной обработки заданной поверхности. Кроме того, остается нерешенной проблема выборе оптимального программного управления, обеспечивающего снижение влияния динамических факторов, приводящих к нестационарным явлениям в технологической системе. Анализ литературы показал, что исследования дин%мики процессов контурной обработки в такой постановке не проводились. Вследствие сказанного тему
диссертации, посвященной теоретичаскому и экспериментальному исследованию перечисленных проблем следует считать актуальной. Работа проводилась в соответствии с программой госкомитета по науке и технике СССР по созданию новых прогрессивных технологий по разделу фундаментальных исследований.
Целью работы является:
Исследование кинематики процесса формообразования сложных поверхностей, в частности, получения эвольвентных зубчатых колес на фрезерном станке с ЧПУ, и разработка на основе этих исследований различных вариантов геометро-кинеиатических схем профилирования, а также методик расчета параметров относительных движений инструмента и заготовки.
Разработка обобщенной математической модели процесса формообразования поверхностей на основе теории огибаюдих.
Исследование законов изменения технологических нагрузок на приводах подач станка с Ч11У.
Исследование динамики процесса контурного фрезерования эвольвентных зубчатых колес по различным геометро-кинематическим схемам формообразования.
Анализ условий возникновения эффектов перекладок зазоров и фазовых переходов в приводах подач фрезерного станка с ЧПУ и получение рекомендаций по выбору рациональной схемы формообразования для конкретного станка.
Экспериментальная проверка различных вариантов геометро-кинематических схем формообразования эвольвентных зубчатых колес на станках с ЧПУ.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты:
Исследована кинематика процесса формообразования эвольвентных зубчатых колес на станках с ЧПУ, разработаны новые геометро-кинематические схемы профилирования зубчатых венцов.
Предложена методика оценки погрешностей профилирования эвольвентных зубчатых венцов на станках с ЧПУ, с учетом.геометрических и кинематических ошибок приводов подач.
Предложена обобщенная математическая модель процесса формообразования сложных поверхностей произвольной геометрии инструментом с цилиндрической производящей поверхностью на станках с ЧПУ.
- Исследованы законы изменения технологических нагрузок на приводах
подач при контурном фрезеровании эвольвентных зубчатых колес.
?.
- Исследована динамика процессов, происходящих в приводах подач стан
ка с ЧПУ с учетом особенностей контурной обработки сложных поверхнос
тей, определены условия перекладок зазоров (фазовых переходов) в
приводах и получены рекомендации по выбору рациональной схемы формо
образования эвольвентных зубчатых колес.
К защите представляются следующие основные положения:
Теоретические исследования различных геометро-кинеыатических схем профилирования эвольвентных зубчатых колес на станках с ЧПУ;
Методика расчета геометрических параметров используемого универсального инструмента;
Методика расчета технологических нагрузок на приводах подач при формообразовании сложных поверхностей на станках с ЧПУ;
Рекомендации по выбору рациональных схем формообразования сложных поверхностей и оптимальных программных движений инструмента при приемлемых динамических условиях;
Алгоритм расчета геометрэ-кинематических параметров формообразующих движений инструмента и заготовки, необходимых при разработке управляючих программ технологического процесса фрезерования эвольвентных зубчатых колес;
Реализация разработанных методик и алгоритмов в виде вычислительных программ на языке ФОРТРАН;
Экспериментальная оценка точностных параметров приводов подач фрезерного станка с ЧПУ модели Д5-320ІШ1.
.Практическая ценность. Разработанные в диссертации новые геоые-трокинематнческие- схемы профилирования и алгоритмы расчетов параметров формообразующих двоений инструмента и заготовки могут служить теоретической основой при разработке технологии изготовления зубчатых, колес на станках с ЧЛУ.
Полученные в работе рекомендации дают возможность выбора рациональной схемы формообразования поверхности заданной геометрии, а также проектирования качественных технологических процессов обработки.
Реализация в промышленности. Основные результаты работы реализованы в виде комплекса программ длі проектирования технологического процесса нарезания зубчатых колес на станках с ЧПУ. Бн'дргниз рззультчтоп диссертации в новых разработках подтверждается соо гв'?тств.;тгтим доч.умяч гом.
Досгоп'*!!тіпст'і рчлультат.'п лг;т" юла'см основывается из использо-
вании известных методов теоретической механики, теории механизмов и машин, теории зубчатых зацеплений и технологии машиностроения. Эффективность предложенных геометро-кинэматических схем и правомерность - проведенных расчетов подтверждается результатами экспериментального нарезания эвольвентных зубчатых колес на станках с ЧПУ моделей ДО-320ІШ4 (фрезерный модуль) и І7І6ПФЗРМ2 (токарный модуль).
Апробация работы и публикации. Результаты диссертации докладывались на семинаре С.-Петербургского Дома научно-технической пропаганды, на заседании С.-Петербургского филиала Всесоюзного семинара по теории механизмов и машин имени проф. 11.С. Коэьмина, в Дома ученых имени Н.Горького АН России (июнь 1992г), а также на научном семинаре кафедры Ш СПбГГУ (ноябрь 1992г.). По теме диссертации опубликованы 5 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 61 наименований и приложения. Основной материал изложен на 130 страницах машинописного текста, в работу включено 44 рисунков и 10 таблиц.