автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Обеспечение точности обработки цилиндрических заготовок из порошковых алюминиевых сплавов путем назначения рациональных циклов управления

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГГГГ~Ы\-;-:-

- Ц >':"•{ На правах рукописи

О | < ь.» I I .

Любомудров Сергей Александрович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ИЗ ПОРОШКОВЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПУТЕМ НАЗНАЧЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНЫХ ЦИКЛОВ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

/ Санкт-Петербург 1994 г.

г

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Санкт-Петербургского Государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор ^^ - Л.Н.Филимонов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор М.А.Шатерин

кандидат технических наук, профессор Ю.М.Зубарев

-Ведущая организация: НИИ Системотихники ХК "Ленинец"

Защита состоится 27 декабря 1994 года в 16 часов на заседании специализированного совета Д 063.38.16 в Санкт-Петербургском Государственном техническом университете по адресу 195251, Санкт-Петербург, Политехническая улица, дом 29, I учебный корпус, ауд. 41.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной^библиотеке университета.

Отзывы на автореферат диссертации в 2-х экземплярах, заверенные гербовой печатью учреадения, просим отправлять по вышеуказанному адресу. —

Автореферат разаслан 25 ноября 1994 года.

Учбный секретарь специализированного совете

к.т.н., доцэнт И.А.Сенчило

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы: Характерным признаком развития современного машиностроительного произ^од 'тва в условиях жесткой конкуренции яеля-ется усовершенствование изделий, повышение их качества, надежности, эксплуатационных свойств. Эти требования обеспечипаются применением новых конструкционных материалов и эффективных гибких технологий с высокой степенью автоматизации даже при обработке малых партий в условиях многономенклатурного производства. Одной йз конкретных задач такого рода является изготовление точением высокоточных цилиндрических деталей из новых алюминиевых сплавов, получаемых методом порошковой металлургии. Для ев решения необходимо в первую очередь определить обрабатываемость таких сплавов и технологические возможности обеспечения точности и качества обработанных поверхностей.

Традиционное . решение задачи повышения точности обработки и качества обработанной поверхности основывается на двух наиболее перспективнях направлениях. Первое связано с выбором режимов обработки и технологических условий, обеспечивающих требуемую точность и качество обработанной поверхности. Второе связано с применением в процессе обработки систем активного контроля и управления качеством продукции. Методы статистического регулирования обеспеспечивавт сохранение резервов технологической точности в условиях интенсификации режимов обработки в многономенклатурном мелкосерийном производстве. Однако, они требуют научного обоснования и разработки конкретных систем и практических рекомендаций.

Изыскание путей решения этих задач применительно к тонкому точению деталей из указаньнх сплавов является актуальной проблемой.

Цель работы: Повышение точности и производительности изготовления цилиндрических деталей из специального алюминиевого сплава САС-400 в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства .с сохранением заданного качества обработанных поверхностей.

Для достижения поставленой цели необходимо обеспечить решение следующих задач:

1. Определить Материал и геометрию режущего клина о0рс.ба'1ыв?ющего инструмента, и режимы резания, обеспечивающие требуемую точность и качество тонкого точения цилиндрических деталей из специального алюминиевого сплава,полученного методом порошковой мэталургии.

2. Выполнить теоретический анализ существующих методов статисти-тического регулирования размеров деталей в партии применительно к мелкосерийному многономенклатурному производству и разработать метод, обеспечивающий требуемую точность обработки малых партий деталей.

3. Разработать систему стабилизации размеров при тонком точении партии деталей из специального алюминиевого сплава на токарных станках.

4. Разработать практические рекомендации для операций тонкого точения цилиндрических деталей из алю'-тниевых сплавов в условиях многономенклатурного мелкосерийного производства.

Научная новизна: 1. Разработаны мет!од и система, автоматически поднастраиващая вершину режущего инструмента на расчетный размер перед обработкой очередной детали в партии и обеспечивающая точность в пределах ±3 мкм.

2. Разработан метод, определяющий в любой момент обработки алгоритм, позволяющий получить наибольшую точность и обеспечивающий обработку деталей по 3-му, 4-му квалитетту.

3. Определены: обрабатываемость специального алюминиевого сплава САС-400, рекомендуемый материал режущего инструмента, рациональная геометрия режущего клина и рехиш резания, обеспечивающие требуемые показатели точности и шероховатости обработанной поверности, и сформулированы практические рекомендации по точению алюминиевых сплавов, позволяющие достигать точность обработки ±3 мкм и шероховатость по параметру Ба < 0,2 мкм.

4. Разработана модель образования погрешностей обработки при точении САС-400, которая дабт возможность заранее рассчитать соотношение между их случайной и систематической составляющими.

Методика исследования: Теоретические исследования проведены с использованием основных положений технологии машиностроения и теории резания металлов, теории вероятностей и математической статисткйи.

* Экспериментальные исследования осуществляли на токарных станках повышенной точности, в частности, на станке 16Б16КА, с использованием современных измерительных систем, состыкованных с ЭВМ, позволяющих получать непрерывную информацию о ходе технологического процесса и моделировать различные варианты управляющего контроля.

Практическая ценность работы состоит в разработанном методе статистического регулирования в условиях многономенклатурного мелкосерийного производства, системе автоматической подналадки режущего инструмента, программах длч вычисления величины подналадки, дающих возмож-2

ность повысить точность обработки до необходимого уровня без снижения производительности, а также, в рекомендациях по выбору материала инст-• румента, формы режущего клина и режимов резания, обеспечивающих требуемые позатели точности и качества обработанных поверхностей цилиндрических деталей из сплава САС-400.

Разработанная система и ее элементы испытаны на кафедре "Технология машиностроения" и внедрены в НИИ Командных приборов.

Апробация работы: Основные положения работы были доложены и обсувдались на научно-технических семинарах: " Интенсификация машиностроительного производства на основе применения"прогрессивной техноло-логии "/ Ленинград, 1989 г. / , " Повышение эффективности технологических процессов машиностроительных производств "/ Барнаул, 1989 г. /, " Опыт внедрения прогрессивных средств и методов размерного контроля "/ Ленинград, 1990 г. /, " Прогрессивные технологические процессы механообработки и сборки "/ Санкт-Петербург, 1991 г. / , " Прогрессивные решения технологии машиностроения в механообрабатыва-щем и сборочном производстве "/ Санкт-Петербург, 1992 г. /, а также на научно технических семинарах кафедры "Технология машиностроения" в СПбГТУ в 1991-1993 годах.

Публикации: По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объём работы: Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 139 страницах машинописного текста. В работе имеется 45 рисунков, 35 таблиц, список литературы из 73 наименований и приложение. ■

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе работы выполнен анализ существующих методов обеспечения точности при чистовой обработке цилиндрические заготовок на токарных станках и имеющихся рекомендаций по выбору технологичесих условий обработки точением алюминиевых сплавов. Результаты анализа, а также, предварительных экспериментальных исследований сформулированы в вида следующих выводов:

1. Рекомендации по точению алюминиевых сплавов, получаемых методами порошковой металлургии путем спекания порошка алюминия, кремния и титана в известных публикациях практически отсутствуют.

2. При тонком точении известных сплавов на основэ алюминия рекомендуется применять инструменты И"? синтетических сверхтвердых материалов

3 •

на основа алмаза и кубического нитрида бора, однако, для определения эффективности их применения при точении порошковых сплавов необходимо провести специальные исследования.

3. Современные токарные станки, оснащенные системами активного контроля, в принципе позволяют обрабатывать детали с точностью до 4-го и 5-го квалитетов. Однако, отсутствует практический опыт применения систем активного контроля на етих станках в условиях многономенклатурного мелкосерийного производства.

4. Существующие методы статисти"<эского регулирования размеров деталей недостаточна эффективны в условиях многономенклатурного мелкосерийного производства, так как даже адаптивные методы требуют проведения ряда предварительных исследований и позволяют эффективно корректировать размер обработки, начиная с 6...8-й детали в партии. Отсутствует подробный анализ традиционных методов статистического регулирования с позиций достижения максимальной точности в зависимости от соотношения случайных и систематических составляющих погрешностей обработки.

5. Существующие адаптивные методы статистического регулироваьля эффективно работают только при наличии выраженной автокорреляции разброса размеров деталей в партии.

6. Отсутствуют модели образоьания погрешностей прд обработке порошковых алюминиевых сплавов инструментами из синтетических сверхтвёрдых материалов, которые позволили бы прогнозировать точность' обработки.

7. В литературе отсутствуют практические рекомендации по назначению режимов резания и других технологических условий при обработке сплава САС-400, обеспечивающих требуемые показатели точности и качества поверхностл.

По результам анализа состояния вопроса сформулированы задачи работы, изложенные выше.

Второй разделг посвящен исследованию обрабатываемости йочением алюминиевых сплавов, полученных методами порошковой металлургии.

Для определения обрабатываемости сплава САС-400 проведено экспериментальное исследование сил резания, усадки стружки, износи режущего инструмента и температурных дефомаций резца в процессе тонкого точения цилиндрических заготовок из специального алюминиевого сплава.

По результатам исследований установлено, что при тонком точении порошкового алюминиевого' сплава САС-400 при малых скоростях резания образуется суставчатая стружка, близкая к элементной, прирезцовая сторона гладкая со следамч пластической деформации и продольными борозд-4

ками, свободная сторона представляет собой выход элементов сдвига . связанных друг о другом. С увеличением скорости и соответственно ростом контактной температурь- стружка переходит в сливную примерно при скорости резания 400...600 м.'мин, а при скорости 800 м/мин наблюдается устойчивая сливная стружка. С увеличением подачи стружка принимает-прямую лентообразную форму. При переходе от резцов из твердого сплава к резцам из эльбора и искуственного алмаза прирезцовая сторона стружки становится более гладкой, что свидетельствует о меньшем коэффициенте трения стружки по передней поверхности резца.

Изменение внешнего вида стружки позволяет судить о том, что процесс резания носит вполне стабильный характер и аналогичен процессу резания других алюминиевых сплавов. Результаты исследования обрабатываемости свидетельствую? о предпочтительном применении при тонком точении сплава САС-400 инструмента, оснащенного пластинками из эльбора и искуственного алмаза.

Результаты экспериментов по определению рациональной геометрии режущего клина позволяют рекомендовать следующие углы заточки резцов из композита 01 и искуственного алмаза: у—10°;' а=8°; ф-=40°; <р=15°. Наиболее рационально применять резцы с фаской при вершине резца 0,4...0,6 мм, о доводкой рабочих поверхностей алмазной пастой, выдерживая шероховатость граней по параметру Ra=0,1 мкм.

Результаты заточки и доводки резцов на стандартном заточном оборудование показывают, что время заточки и доводки резцов из эльбора составляет 120 минут, что в три раза меньше времени, затрачиваемого на заточку и доводку резцов из искуственного. алмаза.

Для измерения размерного износа режущего инструмента применяется специальное приспособление, расположенное в задней бабке токарного станка, которое позволяет измерять износ, не вынимая резца из резцедержателя, с точностью до 1 мкм. Из проведенных экспериментальных исследований выяснилось, что размерный износ резца при обработке сплава САС-400 резцами из синтетических сверхтвердых материалов носит устойчивый линейный характер. Величина относительного износа составляет порядка 0,2 мкм/км и для резцов из синтетических сверхтвердых материалов слабо зависит от скоросм резания.

Исследования процесса резания показали, что размерный изкос инструмента влияет на шероховатость обработанной поверхности.. До достижения размерным износом определенной величины шероховатость поверхности почти не изменяется, а после достижения этой величины рэзкр возрастает. Характер размерно/с износа после этого не меняется, кс

5 ,

на згдной грани резца появляется четко различимая в микроскоп фаска. Момент резкого ухудшения шероховатости поверхности целесообразно считать границей периода стойкости инструмента.

Зависимости шероховатости поверхности от износа инструмента приведены на рисунке 1: 1 - шероховатость поверхности по параметру Ra в зависимости от износа инструмента при точении эльборовым инструментом, 2 - то so при точении инструментом из искуственного алмаза.

' Из этих графиков видно, что резко« ухудшение шероховатости происходит при размерно;.! износе 9 мкм, i скачок шероховатости при точении алмазным инструментом менее резкий, чем эльборовым инструментом.

При точении сплава САС-400 стойкость резцов из композита 01 -примерно 50 км пути резания, а стойкость резцов из искуственного алмаза - примерно 45 км пути резания.

При измерении сил резания выяснилось, что составляющие PY и Р силы резания при обработке резцом из искуственного алмаза в диапазоне скоростей резания от 200 до 800 м/мин меняются мало и равны при глубине резания 0,1 мм, подаче 0,01мм/об соответственно . 4 и 7 Н, а при обработке резцом из эльйора имеется четко выраженный минимум при скорости 400 м/мин.

Наиболее сильно влияет на точность обработки тепловое удлинение режущего инструмента в процессе точения. Для исследования характера тепловых деформаций инструмента и определения влияния 1 параметров обработки на их величину было разработано специальное измерительное устройство оригинальной конструкции, которое даёт возможность измерять темшратурное удлинение резца в процессе резания непрерывно в любой момент времени с точностью до 1 мкм. Примеры зависимостей температурного удлинения резца от времени обработки заготовки приведены на рис.2: 1 - при обработке эльборовым инструментом при скорости резания 400 м/мин и подаче 0,01 мм/об, 2'- то же при обработке инструментом из искуственного алмаза.

"Исследования показали, что максимальная тепловая деформация не является достаточно информативной оценкой тепловых деформаций, так^ как они развиваются во времени. Для прогнозирования температурных деформаций резца в любой момент времени необходимо знать закон изменения этих деформаций от длительности обработки. Традиционно для вычисления тепловых деформаций использовали экспоненциальную зависимость, однако,при точении САС-400 резцами из сверхтвердых синтетических материалов температурное равновесие за период стойкости резца не возникает и тепловая

деформация резца возрастает линейно с'течением времени ( см. рис.2 ).

и

Ь

Ra мкм

О

■10

30

м:;ц

Fue.2. Зависимости температурного удлшения резца от гременк обработки.

Наиболее точно кривую зависимости теплового удлинения реьцв при обработке СЛС-400 резцами из сверхтвердых синтетических материалов от времени обработки описывает следующая эмпирическая форлула:

£ - К( т + А )( 1 - е~са) (1 )

где: £ -температурное удлинение резца в момент времени % , в -основание натуральных логарифмов,

А и К -коэффициенты, зависящие от режимов резания, материал;! детали, геометрии режущего клина рег^э.

а-коэффициент, зависящий от материала резцп, формы и материала оправки.

Коэффициенты данного уравнения определены экспериментально и приведены в диссертации. Полученная та!шм образом формула позволяет рас-, читывать тепловую деформацию резца в любой момент времени обработки.

Третий раздел посвящен теоретическому анализу и разработке метода статистического регулирования погрешностей обработки при тонком точении деталей из сплава САС-400.

Если случайный разброс заготовок при обработке деталей в партии подчиняется нормальному закону распределения, и при этом между размерами' заготовок отсутствует четкая автокорреляционная связь, математическая модель образования погрешности для моделирования статистического управления описывается зависимостью: у

» Г(1) + (2)

где:-(1) -систематиче екая составляющая,

^-случайная величина распределенная по нормальному закону. Для исследования алгоритмов стабилизации размеров деталей в партии удобно пользоватся упрощенной моделью, когда Г(1)=А1, где: 1-номер детали в партии, А-коэффициент линейного тренда.

"При такой модели характеристикой систематической составляющей является тангенс угла наклона прямой или, в случае нелинейного тренда, тангенс угла наклона касательной. Характеристика случайной составляющей погрешности - это среднеквадратичное отклонение от систематической составляющей - о. Наиболее информативным является определение точности работы алгоритма стабилизации в зависимости от соотношения случайной и систематической составляющей А/о. Для определения точности работы каждого из исследуемых алгоритмов расчитывается величина, характеризующая разброс деталей в партии после применения алгоритма стабилиза-8

ции |2|+Зо , где: 2 - средняя величина отклонения деталей от настроенного размера, ор - среднеквадратичное отклонение от среднего, характеризующее разброс деталей в партии после стабилизации. Безразмерной оценкой точности работы алгоритма' является соотношение) величины |2|+3ст к исходному среднеквадратическому отклонению - с.

Из известных методов стабилизации наиболее часто и успешно используются: метод средних, метод скользящих средних, а также метода с прогнозом по методу наименьших квадратов с фиксированной или скользящей выборкой. Проверка этих методов с помощью машинного моделирования при различном количестве деталей в выборке показала, что наименьшее значение о имеют методы средних, причем, чем больше точек в выборке, тем меньше о. Хорошие результаты дал также, метод скользящих средних с количеством точек в выборке, равным 2. Наименьшее значение среднего дают методы с прогнозом по методу наименьших квадратов. При малых отношениях А/о лучшие результаты, обеспечивающие высокую точность, получаются при использовании методов средних и скользящих средних, а для больших значений отношения А/а лучше применять методы с прогнозом по методу наименьших квадратов со скользящей выборкой.

Таким образом анализ известных алгоритмов статистической стабилизации размеров показал, что не существует алгоритма, обеспечивающего минимальный разброс деталей в партии для всех соотношений случайной и систематической составляющих погрешности обработки. Однако, числен-' ными методами удалось определить алгоритмы, которые дают минимальный разброс размеров в конкретном диапазоне соотношений А/а, (см.табл.1).

Таблица 1

А/а Алгоритмы стабилизации |л|+Зо о"р

0 - 0,1 метод средних по пяти точкам 3,20

0,1 - 0,2 метод средних по трем точкам 3,65

0,2 - 0,5 метод скользящих средних по 2 точкам 4,20

0,5 - 1 МНК скользящий по пяти точкам 4,29

1 - 2 метод скользящих средних по 2 точкам 4,30

2-3 >ЛНК скользящий по пяти точкам 4,45

3-5 МНК скользящий по пяти точкам 4,62

5-10 МНК скользящий по четырем уочкам 5,20

10 - 20 МНК скользящий по трем точкам 6,55 |

более 20 _________________и МНК скользящий по трем точкам более 9 |

Используя данные этой таблицы, можно выбрать алгоритм оптимальный по точности для каждого конкретного соотношения А/о. В условиях многономенклатурного мелкосерийного производства необходимо заранее определить это соотношение в каждый момент времени обработки и по его величине выбрать последовательность применяемых алгоритмов стабилизации.

Для расчета систематической погреппйсти обработки при тонком точении предлагается зависимость:

Л «= -2£ +2и + 2Дуп (3)

где: ¿-систематическая погрешность,

^-величина температурного удлинения резца, и -размерный износ режущего инструмента, °

Дуп-деформация, вызванная упругим откатием инструмента и детали. Температурное удлинение расчитывается по формуле 1, размерный износ определяется по известной линейной зависимости для участка нормального износа. Величину случайной составляющей найдем из суммы независимых случайных погрешностей, вызванных погрешностью станка, погрешностью измерительной системы и погрешностью подналадочного устройства.

Таким образом, для каждой, партии заготовок, зная режимы резания и время обработки каждой заготовки, рассчитывается характер развития систематической составляющей, соотношение случайной и систематической составляющих, выраженное отношением А/о и далее выбирается на каждом участке обработки оптимальный алгоритм стабилизации.

Четвертый раздел посвящен экспериментальным исследованиям точности и качества обработанной поверхности при тонком точении цилиндрических деталей из сплава САС-400.

Для проверки точности расчетного метода производилась обработка партии из 30 заготовок цилиндрической формы из материала САС-400 при различных вариантах режимов резания. На рисунке 3 показаны точечные диаграммы отклонения размеров деталей в партии и расчетные зависимости систематической составляющей, рассчитанные по формуле 3. На рисунке За приведены результаты измерения заготовок после точения при скорости резания 400 м/мин, подаче 0,01 мм/об, глубине резания 0, 2 мм. На рис.36 при скорости резания 250 м/мин и подаче 0,02 мм/об. С помощью метода скользящей средней выделяли случайную составляющую погрешности и находили соотношение случайной и систематической составляющих,. Эксперименты показали,что расчетные данные, полученные с помощью пред-."си'.нш.ой модоли отли'пютсч от ок.":1>?ртг'Нтэлыр1х не более чом на 15 % .

* у/ * * * // * * * * *

V * —.— • * « * * . » * *

О 10 20 N

а)

Рис.3. Точечные диаграммы отклонения размеров деталей в партии« и расчетные зависимости отклонения размеров бт номера детали в партии

Для сравнения приведены результаты измерения отклонения размеров в партии после обработки о использованием трех различных методов стабилизации размеров ( см. табл. 2 ).

Таблица 2

Способ стабилизации III + Зо 1 1 р

V«400 м/мин S=0,01 мм/об V=250 м/мин S=0,02 мм/об

мкм •

По предыдущей детали МНК по трем точкам Предложенный метод 4,17 ■4,14 3,07 3,16 3,13 2,55

Первый метод коррекции размеров по результатам измерения предыдущей детали наиболее широко применяется в производстве.' Второй - это метод статистического регулирования с помощью прогноза по методу наименьших квадратов. Третий - это предложенный метод с предварительным расчетом погрешностей и выбором оптимального алгоритма в зависимости от соотношения случайной и систематической составляющих. Из таблицы 2 видно, что предложенный метод дает меньгагй разброс размеров деталей после обработки, чем существующие метода статистического регулирования размеров.

Результаты экспериментальных исследований влияния режимов резания на шероховатость поверхности деталей из материала САС-400 показали, что для получения шероховатости по параметру Ra не более 0,? )жм рекомендуется использовать рег>ец уз искуственного алмаза, диапэгон скоростей от ?00 до 800 м/мин пр.! подаче 0,01 мм/об, или резец из композита 01 в диапазона скоростей от 200 до 600 м/мин при подачах от 0,01 до 0,02 мм/об. Для обеспечения шероховатости по параметру .Ra не более 0.-1 мкм возможно увеличение подачи до 0,04 мм/об.

В указанных диапазонах, если нет других ограничений, необходимо терять те решили резания, которые по предварительным расчетам дают рм^ольшую точность обработки.

Пятый раздел посвещен разработке системы управления точностью ■•¡rtoTKii при тонком точении деталей из сплава САС-400.

Результаты экспериментов и исследований в заводских условии», показали, что тонкое точение является наиболее рациональным способом обработки специального алюминиевого сплава САС-400, так как обеспа чивает необходимые точность обработки и шероховатость поверхности, высокую производительность, отсутствие шаржирования поверхности, ни требует создания специального оборудования, и может быть осуществлено на существующих станках токарной группы с использованием систимп управления точностью обработки.

Система управления точностью состоит из: информационной, измени тельной и исполнительной подсистем. Информационная подсистема состснп из ПЭВМ БК-0010, на которой реализован алгоритм выбора рационально режимов резания и циклов управления, позволяющий решать задачи обеспечения точности обработки деталей из САС-400 в условиях много номенклатурного мелкосерийного производства. Информационная подсисте ма с помощью блока управления соединена с измерительной и исполнитель льной подсистемами. Измерительная подсистема представляет собой изме рительную скобу, оснащенную двумя встречно расположенными индуктивными датчиками модели 76503. Конструкция скобы дает возможность расиоло жить ее, как на специальной измерительной позиции, так и на сушюртй станка. Скоба имеет возможность переналадки, что позволяет проводить измерения диаметров заготовок в диапазоне от 20 до 140 мм с точности» до 0,4 мкм. В качестве исполнительной подсистемы разработан и испытан подналадчик о гидростатическим усилителем на основа гидроиластп и с. приводом от шагового двигателя, управляемого от ПЭВМ.

Подналадчик устанавливается на суппорте токарного станка в ка'ыо тве дополнительной инструментальной позиции, либо вместо резцодерката ля. Разработанная исполнительная подсистема позволяет корректировать положение рабочего органа с точностью до 0,2 мкм.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработанный на основе выполненых теоретических и аксперимен тальных исследований алгоритм назначения рациональных циклов статист ческого регулирования и режимов резания при тонком точении малых пар тий заготовок из специального алюминиевого сплава САС-400, обосначи вает точность обработки по, 4-му, 3-му квалггетпм.

Предлагаемая в работе система стабилизации размеров цилиндричес ких деталей, реализующая данный алгоритм, обеспечивает точность пбра-ботки партии деталей из САС-400 в пределах до 6 мкм.

2 Экспериментальная проверка разработанных рекомендаций по обработке САС-400 показала, что малые партии заготовок можно обрабатывать с точностью до 3-го квалитета и шероховатостью поверхности по параметру Ra не более 0,2 мкм.

3. При исследовании алгоритмов стабилизации размеров деталей в партии установлено, что отсутствует оптимальный для всех случаев алгоритм статистического регулирования размеров деталей в партии. Были определены оптимальные для различных случаев соотношения случайной и систематической составляющих погрешности обработки и предложен способ выбора этих алгоритмов при обработке малых партий заготовок.

4. Эксперименты показали, что предложенный метод с предварительным расчетом погрешностей и выбором оптимального по точности алгоритма в зависимости от соотношения случайной и систематической составляющих дает меньший разброс размеров деталей после обработки, чем существующие методы статистического регулирования размеров примерно на ЗОЖ .

Б. При тонком точении деталей из САС-400 доминирующими погрешностями являются: систематические погрешности от теплового удлинения и размерного износа инструмента и случайные погрешности, вызванные отклонениями в размерах заготовок и зазорами в направляющих станка.

6. Разработанная расчетная модель систематических погрешностей обработки позволяет рассчитывать соотношения случайной и систематической составляющих погрешности обработки с точностью до ±15%.

7. ПроведЗнные исследования обрабатываемости сплава САС-400, полученного методами порошковой металлургии, показали, что для тонкого точения деталей из этого сплава следует применять резцы из эльбора и искусственного алмаза с углами заточки: у =-10°, а = 8°, (р = 40°, ф =16?

8. Исследование процесса стружкообразования при тонком точении сплава САС-400 показывают, что характер процесса резания в целом аналогичен процессу резания обычных сплавов.

9. Размерный износ резцов из синтетических сверхтвёрдых материалов (эльбора и синтетического алмаза) носит устойчивый линейный характер, величина относительного износа составляет примерно 0,2 мкм/км.

10. Составляющие силы резания Ру и Р^ при обработке резцом из ис-.куственного алмаза в диапазоне скоростей резания от 200 до 800 м/мин изменяются мало и равны при глубине резания 0.1 мм и подаче 0,01 мм/об гоотг.отственно 4 Н и 7 Н, о при обработке резцом из эльбора имеется ч?чко выраженный мишшум при скорости резания 4СЮм/мин.

11. Результаты послелог,пни!! температурных удлинений резцов из тгтситглт спсрхтпйршг: и'.тсргп.кч» возводили получить эмпирические

зависимости для расчЭта теплового удлинения резца в процессе резания от длительности обработки.

12 Результаты испытаний сконструированной в результате работы исполнительной подсистемы с гидропластовым усилителем показали, что она может корректировать положение режущей кромки инструмента с точностью до 0,2 мкм.

13. Сконструированная и изготовленная в результате работы измерительная подсистема позволяет измерять цилиндрические заготовки из САС-400 диаметром от 40 мм до 150 мм с точностью до 0,4 мкм непосредственно на токарном станке.

14. Результаты работы показывают, что разработанный алгоритм стабилизации размеров деталей для малых партий заготовок может" быть успешно реализован на вычислительной машине ВК-0010 или любом другом персональном компьютере.

•

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1 .Анухин В.И., Любомудров С.А., Макарова Т.Д. Измерительное устройство для измерения положения режущей кромки резца: Информационный листок номер 806-87.-Л.: ЛМТцНТИ.-1987 г. 4 с.

2. Анухин В.И., Любомудров С.А., Макарова Т.А. Скоба для изыо-• рения диаметров при токарной обработке: Информационный листок номер 786-87.-Л.: ЛМТЦНТИ.-1987 Г. 4 с.

3. Анухин В.И., Любомудров O.A., Макарова Т.А. Скоба для измерения деталей при чистовой токарной обработке: Информационный листок номер 916-87.-Л.: ЛМТЦНТИ.-1987 г. 4 с.

4. Анухин В.И., Жуков Э.Л., Любомудров С.А., Травяников К.В. К вопросу о параметрической надежности технологических процессов мехи-нической обработки деталей машин. // Интенсификация машиностроительного производства на основе применения прогрессивной технологии. Л.: ДЦНТП, 1989 г.

5. Анухин В.И., Будницкий Б.Я., Любомудров С.А. Влияние надежности работы "-9ХН0логических систем на точность обработки деталей. // Повышение эффективности технологических процессов машиностроительных производств.- Барнаул: ВНТОМ, АПК, 1989 г. с. 132 - 134.

6". Анухин В.И., Любомудров С.А., Макарова Т.А. Размерный контроль и его роль в автоматизированных системах механической обработки. // Опыт внедрения прогрессивных средств и методов размерного контроля.-Л.: ЛДНТП, 1990 г. с. 22-26.

7. Анухин В.И., Любомудров С.А., Макарова Т.А. Алгоритмы диск-ротной стабилизации размеров деталей в партии при активном контроле. // Опыт внедрения прогрессивных средств и методов размерного контроля.

Л.: ЛДНТП, 1990 г. с. 16-19.

8. Анухин В.И., Жуков Э.Л., Любомудров С.А. К вопросу о параметрической надежности технологических процессов механической обработки деталей маши,.. // Повышение качества изготовления изделий в машиностроении: Межвузовский сборник научных трудов.-Л..:ЛЛИ, 1990 г.

9. Любомудров O.A. К вопросу о дискретной стабилизации размеров // Прогрессивные технологические процессы механообработки и сборки. Л.: ЛДНТП. 1991 Г. с. 22-24.

10. За.пяева A.B., Любомудров С.А. Применение альбора для обработки алюминиевых сплавов. // Прогрессивные решения технологии машиностроения в механообрабатываицем и сборочном производстве. - Санкт-Петербург, 1992 Г. С. 25-27.

11. Любомудров С.А., Будницкий Б.Н. Алгоритм для дискретной стабилизации диаметральных размеров деталей в партии при активном контроле. // Прогрессивная технология механической обработки. Санкт-Петербург: СПбИЭИ, 1992 Г., С. 73-76.

12. Любомудров С.А. Применение сверхтвбрдых синтетических материалов для точения специальных алюминиевых сплавов. // Материалы международной научно-технической конференции "TECtfOLOGI - 94", Санкт-Петербург, 1994 Г., с. 72-74.

Подписано к печати Бесплатно

ооьпм 1,0 печ, л. '1Краж 100 *кз. Ьакаа *

Ротапринт СПбПУ 195251, Оаыкт-НеторОург, уд. Политехническая, 29.

Ifi