автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Автоматизированное нарезание резьб резцами на нежестких заготовках при использовании станков с ЧПУ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Г. ^

V

УДК 621.99

- 2 т т

На правах рукописи

ГАМОВ СТАНИСЛАВ ГЕОРГИЕВИЧ

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ НАРЕЗАНИЕ РЕЗЬБ РЕЗЦАМИ НА НЕЖЕСТКИХ ЗАГОТОВКАХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СТАНКОВ С ЧПУ

Специальность 05.02.08 - "Технология машиностроения"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации На соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула -1998

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения^' Тульского государственного университета. 1

Научный руководитель - академик Академии Естествознания РФ,

Заслуженный деятель науки и техники РФ, д.т.н., профессор А. С. Ямников.

Официальные оппоненты - член-корр. Академии проблем качества РФ

, д.т.н., профессор В.Б, Протасьев, - кд.н., В. А. Масленников. Ведущее предприятие - Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения".

Защита диссертации состоится " 9 " июня 1998 г, в 14 часов во 2 учебном корпусе, ауд. 104 на заседании специализированного совета К 063.47.01 Тульского государственного университета (300600, г. Тула, пр. Ленина, 92).

С диссертацией можно ознакомиться б библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан" 8 "моя 1998 г. '

Ученый секретарь специализированного совета, к.т.н., доцент ' Е.И.Федин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вопросу повышения производительности труда и качества выпускаемой продукции человечество уделяло большое внимание всегда. Массовый выпуск машин стал возможен в связи с развитием высокопроизводительных методов производства, а дальнейшее повышение точности, мощности, быстроходности, рабочих давлений, износостойкости и других- показателей работы машин было достигнуто в результате разработки новых технологических методов и процессов.

В настоящее время в условиях рыночной экономики в борьбу за . внутренний и внешний рынок включаются не только страны,' но и отдельные предприятия. В этих условиях выпускаемая продукция по своим показателям должна отвечать требованиям лучших мировых образцов.

Повышение качества выпускаемых изделий одновременно вынуждает повышать точность изготовления деталей или, хотя бы, их базовых и рабочих поверхностей, определяющих уровень функциональных характеристик изделия.

В специальных отраслях машиностроения для объединения секций составных корпусов широко применяют резьбовые замковые соединения, в которых резьба нарезается непосредственно на стенках корпуса. Последние для снижения массы изделий делают толщиной от 2 до 5 мм при диаметрах от 40 до 350 мм и изготавливают из высокопрочных термообработанных сталей. Вследствие наличия специфических конструкторских требований (соосность резьб с базовыми поверхностями корпусов, жесткая регламентация величины сбега резьбь( « зарезьбовой канавки ), для их формообразования не удается применять реэьбонакатывание или нарезание самозакрывающимися головками. Поэтому до Настоящего времени в промышленности применялся исключительно способ многопроходного резьбото-чения одним резцом, профиль которого соответствует профилю впадины резьбы. Оснащение резцов твердосплавными пластинками и автоматизация челночного цикла резьбонарезания на отечественных специализированных резьботокарных полуавтоматах тИпа ТР или на современных стан-

ках с ЧПУ позволяет свести машинное время к вели чикс, сопоставимой со временем обработки на других операциях технологического процесса. Однако с учетом дополнительного времени, затрачиваемого, главным образом, на неоднократные промеры резьбы предельными гладкими и резьбовыми калибрами, штучное время резьбонарезания увеличивается и составляет от 5 до 20 мин на одну резьбу диаметром 120 мм при шаге 2 мм. Это связано с нестабильностью получаемых размеров резьбы, вызываемой низкой стойкостью резца и увеличением отжимов при его затуплении, а также с малым допуском на средний диаметр резьбы. На резьбонарезных операциях заняты рабочие от 3-го до 5-го разряда, что ставит нарезание резьбы в ряд "узких мест" производства.

Связь работы с научцьшл программами. Необходимость разработки * надежных высокопроизводительных операций резьбонарезания является важной научной задачей. Ее большое народнохозяйственное значение подтверждается внесением научно-исследовательских работ в координационные планы Министерства машиностроения СССР (программа "Безлюдная технология"), в планы организации п/я А-1795 (тема ТТ5-861-81 "Создание комплексно-механизированных производств на базе повышения технологичности и организации поточной обработки деталей и сборки изделий с широким применением современного высокопроизводительного оборудования, технологического оснащения и средств механизации с учетом увеличения объектов производства без увеличения численности работающих") и в тематику важнейших НИР Тульского политехнического института, утвержденную МВ и ССО РСФСР (госбюджетные темы №№ 75-78, 21-76, хоздоговорные темы №№ 81-065/2, 81-074/2, 82-141/2 и др.), д в последствии - Тульского государственного университета - грант РФФИ Лз 96-15-98-241.

С учетом вышесказанного, цель работы формулируется следующим образом:

"Обоснование технологических н кояетрукго^гкр« рсмглшГ., ьыэбшь ющих производительна нарезан» ргзьбь:, в тпгл чкелз и увордое, з азтомг.-

гг??'„с:;е?1 нг: из ет.т-л-'.х с "'НУ ллл Iэр хпгсггкжя«*! гг:::--

;т::п пра™";::::;/'

Для достилсгння псстаздепион пелп нуяско решить следу,-огшгг ?ида«ш:

1. Разработать методику автоматизированной опгнмгпашш схем ссз-:ант припуска при нарезании рег&бы одним или двумя реишш когодсм ЛССЛеДСВатСЛЫНЛЧ проходов.

2. Еыгт.нть специфику игтрстопш упорных резьб на нежестких деталях и обосновать рен'епия, повышающие оОт.ектипюсгь контроля параметров резьбы,

3. Вылгить пцдм систематических погрешностей; факторы на тп ••лнлкчцкг, и оценить порлдск зпг; погрешностей.

4. Обсс;:а::атт> и разработать гсокструкторско - технологичеехте ря-»¡•"лил, позволяющие полностью тато;.ттизирозать резьбонарезной цикл ^рп н».кслмздьном лепоп^зоглнш! регсушнх сяойстз инструмента.

В ДЧССерГЩПЯ Г'ЛЛОСЛТСЛ на "ЗШПТу СЯедуГОМИГО

з; к

1'. Положение о том. что для нелсестлич заготовок деталей с резьбовыми замкошмн соединениями невозможно применение »иогерезиегмп резьбонарезных готаок, а оптимальным является совмещение нарезания резьбы н обработки гладких поверхностей замкового соединения з одной операции.

2. Методика и программное обеспечение для автоматизированного проектирования оптимальной схемы срезания припуска из впадины резьбы, позволяющие минимизировать количество рабочих ходов при обеспечении гарантированной прочности резцов и максимальной стойкости инструментальной наладки.

3. Положение о том,, что при равных допусках на диаметральные размеры у гладких и резьбовых поверхностей, фактический допуск на собственно средний диаметр резьб!.! ("производственный допуск") уменьшаете на сумму величин диаметральных компенсаций погрешнотей шага и углов профиля. С учетом более интенсивного изнашивании резьбовых резцов

резьбонарезные проходы становятся лимитирую шим и как но производительности, так и по точности.

4. Прибор для объективного контроля собственно среднего и приведенного среднего диаметра внутренней резьбы, а такх;е систему многопа; раметрического контроля размеров резьбового замкового соединения, позволяющую объективно оценивать точность деталей и максимально не-пользовать режущие свойства инструмента.

5. Экспериментальные зависимости-для определения составляют»; силы резания при многопроходном резьбонарезании.

6. Экспериментально определенные, жесткостные характеристик! технологической системы.

7. Положение о том, что доминирующей систематической погрешно стыо при нарезании резьб на станках с ЧПУ являются конусность по ср.уа нему диаметру, вызываемая переменной жесткостью заготовки по ее длин:

8. Взаимозаменяемые модульные резцовые головки..

9. Способ точц-лй настройки инструментальной наладки на сташ:е, том числе и резьбовых резцов.

10. Способ снятия заусенцев с резьбовой поверхности в аптоматич; ском цикле.

11. Результаты внедрения разработок с действующем производства.

Научная новизна состоит в том, что установлены эмпирически? сия;

вые зависимости при нарезании усиленных упорных резьб на заготовках ! высокопрочных сплавов; доказано, что доминирующими снстшатичесы ми погрешностями многопроходного нарезания р^зьб на станка;; с ЧП являются изменили величины упругих деформаций токкосгспньгх загот( вок, связанные с переменностью их жесткости по длине; а также обоснов ны и разработаны специфические технологические приемы, инструме; тальная и измерительная оснастка для практической реализации результ тов работы.

Дсет^восгь результатов подгоерауа'ется корректным г'спользозг-кием современного математического аппарата, пролеркой эмпирических зависимостей на адекватность по статистическим критериям Ирзипа, Стыояента, Кохреиа и Фишера-, а также внедрением с производство.

Ценность дл-л пауки заключается з том, что полученные результат;,! расширяют и дополняют теорию проектирования технологических процессов применительно к автоматизированному производству детален с резьбовыми замковыми соединениями.

Ирлктилеекл:! неикссть. Методика автоматизированной оптимизация схемы срезания припуска позволяег минимизировать потребное количество рабочих ходов (то есть поднять производительность обработки.) при рантиропанном обеспечении прочности резцов а максимальной стойкости инструментальной наладки. Разработанный комплекс технологических приемов и конструкторских решении позволяет я автоматическом режиме получать качественные нзделт.

?£ал;паипя результатов рзйош заключается в пролеазнии лабера-торно-производственных испытаний новых технологических приемов и оснастки, л та:ске во внедрении ьл ОАО ЛИ "Тул-шлшзаэод". Производительность обработки увеличилась п 5 раз.

Лмрс&ция тботы. Основные положения м результаты йаботы были доложены на ежегодных научно-технических юшфереитт ТулГУ с 1990 по 1997 гг., а так.-с з 1933 г. к Москве, МВТУ им. Баумана па Всесоюзной уоиф-ртчцпи "Современные проблемы •юигннострсенн.'Г, а 1983 г. з Туле на. Всесоюзной конференции •'Коиструхаи.зио- ихиолопи^ские методы повышения изд'гтностл и V: стпндарт1п:,щ;л", в КГОг. (Гума-Ч.) ип I отраслевой кои.|;ф.Ч1ЦШ! тех1;ол,тлз-мятчмггст1?о::тел\г<, п 1$">7 г. т» Туле па Ю'Пнк'Гия'Й мсекду^аролис-п кои-Ьгрспцим "Прогр'/есмеиме ч^го'гч проек-тирот.шм течколсписстгох процессов, сгантгов п ц''стру>:'чпсж"\

.г г.п:я .По теме дкссгрчкдн« ролучеггм два пвтогсчих с?пдг-т.'Лбсг-з, сп) ¿>я1и;слепо Л егмил и сдуяпы 4 докладл на ме.-елудародиглх н псесою'-л!ы\ конференциях /с публикацией тезисов/.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В неркой главе дается обзор типовых конструкций резьбовых замковых соединений, технических требований к их изготовлению, а также технологичности изделий по операциям формообразования резьбовых поверхностей. Констатируется, что данная работа является продолжением цикла работ, выполненных на кафедре технологии машиностроения ТулГУ в период с 1970 по 1987 гг. ( Скрипаль А.И., Федин Е.И., Мягков Ю.В., Красилышков В.М-, Пастухов В.В., Ямнихов A.C., Киселев В.Н., Кузнецов В.П.). Обосновывается, что применять многорезцовые головки, работающие по схеме протягивания, для данного типа деталей невозможно из-за малой жесткости последних. Делается общий вывод в пользу применения станков с ЧПУ. формулируются Цель и задачи исследования.

Вгорал глава работы посвящена оптимизации схем срезания припуска при многопроходном нарезании резьбы. В.отличие от метрической резьбы на жестких деталях из обычных конструкционных сталей, для которых глубины врезания на каждом рабочем ходе даются в известной справочной литературе, для'упорных резьб на заготовках ю высокопрочных сплавов подача врезания на рабочий ход должна определяться с учетом гарантии прочности режущей пластины, минимизации числа.рабочих ходов и обеспечении приемлемой стойкости резьбонарезной наладки.

Повысить стойкость резьбовых резцов можно за счет следующих ме-'роприятнй:

а) вырезания -впадины по рациональной схеме за счет изменения величины подачи перед каждым следующим проходом;

б) увеличения радиуса закругления вершины (или длины вершинного лезвия площадки);.

в) подбора рационального для данных условий материала режущей пластинки.

При вырезании резьбового профиля возможны равнопроходные, равносиловые, равнопрочные и равноплощадшле схемы резания. На прак-

тике же почти повсеместно применяется равнопроходная схема, хотя из Есех возможных схем ока является наименее выгодной.

Оптимизация схемы резания сводится, по сути дела, к минимизации количества проходов при удовлетворительной стойкости инструментов. Если вырезание профиля производится одиночным резцом, то всякая оптимизация, то есть сокращение количества проходов, приводит к увеличению толщины срезаемого слоя. Ограничением же здесь является прочность резца - его вершинного режущего лезвия. При нарезании .мелких упорных резьб это ограничение является наиболее существенным. Так, например, для резьбы СП УП 122x1,5 ширина впадины На внутреннем диаметре (то есть номинальная ширина площадки резца) f=(0,2 ... 0,24) Р=0,3 ... 0,36. Для того, чтобы гарантировать получение прямолинейного профиля резьбы в заданных чертежом пределах, ширину площадки уменьшают до f=(0,1...0,13)P, что для шага 1,5 мм составит (0,15 ... 0,195) мм. При столь малой величине площадки резко ослабляется прочность вершины резца, затрудняется возможность обеспечения надлежащих боковых задних углов также в районе вершины.

Стойкость резцов и прочность вершинного лезвия несколько повышается, если последнее очерчено по дуге окружности. Номинальный радиус закругления вершинного лезвия резьбового резца для упорной резьбы

0,5Р - 0,5hftiîP - tity) _

рассчитывается по формуле: г0=—-j-— Jj——,где Р - шаг резьоы,

-+--

ссзр со-зу

мм; h - высота рабочего профиля, мм; ji, у - углы профиля резьбы.

Так, для упорной резьбы, имеющей Р=1,5 мм; у=3°; f)=45°; rc=0,l 3<i мм. Для определения фактического значения радиуса скругления резца после

2 К

его зпточ.чи лолъзукггел зависимостью вида —• Возможности

0 2К 2

гадиуен apnpjrcsmei тс:: гее, как и ширины плошздкн строго ' ct,"as/:r:«ftî р:пм?р?.мн профиля резьбы.. Сягдусг к тому добашпь, что 1ПГ0Т0.:ленис резцов с зокруглсшгой вершиной при >хстком выдерживании

10 • "

величины радиуса является весьма трудной технологической задачей. И в том, и в другом случаях, то есть при изготовлении резцов с закругленной и плоской вершинами, необходимо выяснить предельно допустимую по прочности вершинного лезвия величину радиальной подачи.

В наиболее тяжелых условиях рабочий профиль резца и его вершинное лезвие находятся в конце вырезания впадины. Поэтому величина радиальной подачи при работе по равнопроходной схеме должна выбираться с учетом этих наиболее тяжелых условий работы. Но тогда на протяжении всего, пути вырезания впадины резец оказывается недогруженным. Поскольку прочность (твердосплавного) резца является наиболее существенным ограничивающим фактором при вырезании профиля резьбы единичным резцом, то оптимизацию радиальной подачи следует осуществлять по равнопрочиостной схеме резания'. Равнопрочностная схема резания характеризуется тем, что за критерий оптимизации принимается постоянство запаса прочности вершины режущего клина.

Так как вопросы прочности режущего клина в теории освещены неоднозначно и не дают верных решений для определения разрушающей нагрузки, то во всех проводимых исследованиях нами использовался метод "ломающих подач". Зависимость "ломающей" подачи от параметров про» г 1380-Го'85

фнля резьбы и режимов резания выражается формулой ап = —оЗ— 135'где

Ьо' НВ' .

Ьо - высота профиля резьбы, мм; г0 - радиус скругления резца, мм; НВ -твердость обрабатываемого материала.

Подставляя в последнюю формулу данные для конкретной детали, получаем предельно Допустимую подачу на резец для каждого прохода. Попытки автоматизировать процесс нарезания резьбы за счет применения станков, работающих по автоматическому циклу, оказались безуспешными. . '

При предлагаемом методе формирования'резьбы основная масса припуска из впадины резьбы удаляется черновым резцом, который значи-

гзльно шире и прочнее чистового (калибрующего). Причем черновой резец получается из отработавшего свой период стойкости аистового путем снятия припуска с першгшюй режущей кромки и имеющий поэтому укороченный профиль с утолщенной вершиной. Подача резцов на врезание после каждого прохода может осуществляться по биссектрисе угла профиля нарезаемой резьбы, в шахматной порядке в виде "зигзага", з радиальном направлении или вдоль одной из сторон профиля. Все эти схемы легко реализуются на станках с ЧПУ.

Проектирование исходной схемы срезания припуска целесообразно проводить в соотзетстшш с рекомендациями работ В.Ф.Боброва н А.В.Моисеева. Поскольку они рекомендуют учитывать лишь соотношение подач срезания, то подачу на калибрующий резец следует назначать по

формуле а. - С. ——-. Величина не врезания на чистовых реззх оп-

ííj ИВ

р::д;ллгтся следующим образом: «,=п.(-ш'>л-' .Или, если обозначить подачу на калибрующий резец с индексом i=l, а расчет зести от последнего прохода к первому чистовой 'группы, то a¡=«i-m'-', iim=avmU2~l, где a¡ - подача резания на i-ом резе; m - коэффициент, обеспечивающий приблизительно постоянную стойкость на каждом проходе (в нашем случае - на каждом ре. зе); по данным А.В.Моисеева, для группы сталей СШЗ и 12ХНЗА m ~ 1,03; для группы сталей ПШ и ЭИ654 m = 1,1; к - минимально необходимое количество резоз.

Величина врезания или подача на последнем разе черновой группы

r <Ш

определяется по формуле: а, = С.-^2-г-г-,-т, где гп? - радп-

1 (И2 -Нк) ' НЕ'

ус схругления чернового резца; Н» - суммарная величина припуска, снимаемого на чистовых прохода.';.

Величины ГпР и Нк з спою очередь можно рассчитывать по формулам, приводимым ниже:

rKctgPiIsm^ + (rK-HK)tg^coSto

Ab(cos(3 + cosy)

"i' s p + 7 . B-y • 4

cos1—L +

2 2

Hk= ak(m°+m|T-m2+...+m[)'5K-1) , где ДЬ - величина, компенсирующая погрешность установки чернового резца; Гк - радиус скругления чистового резца .Величина врезания на черновых проходах определится по аналогии с величиной врезания на чистовых резах по формуле : otn= агти . Или, если вести расчет от последнего к первому резу черновой группы, то an = .Од т'1, а,о,5к = ocr-m11'51"1 .Тогда суммарная величина припуска, снимаемого на черновых проходах, определится по формуле' Нк = Ur(.m(i+ml+m2+...+m°'5K-,j.Суммарные же величины припусков, снимаемых на черновых и чистовых проходах, должны удовлетворять условию Нг -Нк + Н„р, подставляя в которое в указанные зависимости , получим .. 0,85

Н^НЙ1-«

(m° +га' +m2+...+m°'3li~!

■I С

И

^Г ' /я i 2 О 5--I 1

-"„-i-----;п-f-m+m+...+Ш''

0.85

о С г

i :____ v 'к

Hi°'7HB'

0,85

mU5V

m°+ml+m2-h..+m0'5K~1)

нв

1,33

x (m(l + in' + m2+...+m(i,5E 1 j.

Обозначив в последней формуле сумму членов геометрической прогрессии символом Alt • , будем иметь

. Теперь это выражение можно пе-

«. о 1 1 о sk-i ■ 1 ~ гак А A,. =m +т +т +...+т ' -

I _

т

реписать в виде:

Нг= А..

а! +С,

В + у . В-у . л л Р-7 р'+-у вигг—1- + (а| Ак + г,' - '-сох '

рТу П^У

соз1—+ зт1-—-

2 2

Найдя из данного уравнения величину Ак, можно определить минимально необходимое количество резов'для вырезания резьбового профиля при условии обеспечения одинаковой стойкости у обоих резцов.

Зная Ьк и Ьпр, можно определить потребное количество резцов, необходимых для получения полного профиля резьбы. Для комбинированной профильной схемы резания имеются эмпирические зависимости по нахождению величины радиальной подачи на каждом отдельном резе. Так, если обозначить подачу на последнем резе с индексом ¡=1, а расчет вести от ноС г0*5

следнего к первому резу, то имеем а: = —--, где Сл - коэффициент,

н.о,7нз1,35

зависящий от материала режущего элемента; г - радиус скругления вершин резца; НВ - твердость обрабатываемого материала; а! - радиальная подача врезания на 1 - ом резе; !- высота профиля резьбы на конкретном резе; а, - си ти .В показанной формуле присутствует не длина вершинного лезвия резца, а радиус ее скругления. Поэтому при аппроксимации трапецеидального профиля резьбовых резцов в радиусную имеем; для калибрующего .

Ьк8Н1—~

резца гк =-■=—-, дал чернового резца

К • Р + У Ь48!П

(»ВУ + 12Р)соз(5^1)

~> п •

~~п--■ ' асчет подач на срезание ведется, начиная с ка-

либрующего - в обратной последовательности его работы до тех пор, пока

¡Еа,к| не станет максимально приближенной к величине ¡0,ЗЩг| Затем в аналогичной последовательности ведзтея расчет подач на врезание и для чернового резца. Расчет ведем до тех пор, пока не выполнится неравенство Уашр ( Н:Р - £оц*), где - сумма радиальных подач на черновых про-' ходах.

Для-обеспечешв; работы резцов по биссектрисе угла профиля резьб с асимметричным профилем резцам необходимо одновременно с радиальным врезанием задавать и осевые смещения. Поскольку расчет подач производится в последовательности, обратной их работе, то для расчета осевых смещений резцов после каждого прохода необходимо произвести перекодировку номеров резэз с индекса ; на ] в соответствии с последовательностью их работы. Тогда доя черновцч проходов значения осевых

0 - у

смещений резцов будут определиться по зависимости Ъ^ = •!£(*-—-)

.При назначении осевых смещений чистовому ргзцу исходят из предположений , что отсчет радиальных подач на врезание будет осуществляться также, как и дл;:' чернового: от единой исходной нулевой линии. Поэтому,

учитывая перепад да'.,; резцов, имеем - ,

причем С = £а,к -г, гдг с -.ьеличиив радиального недовода чгрноього резца, обеспечивающая определенные зазоры бл п 8П между боковыми сторонами профилей чернового п чистового резцов в конечных положениях,

смотренных методик по расчету подач и коднчегт«а пролодэз была разра-

ботана единая комплексная методика аьтомагазированного прогхтнроаа-

ния резьбонарезных операций, включающая в себя как оптимизацию по функционально - размерной стойкости резьбовых резцов так и по минимизации количества их проходов. Для реализации рассмотренного алгоритма была составлена программа машинного решения на "1ВМ-486".

Для расширения технологических возможностей станков с ЧПУ в части реализации прогрессивных способов нарезания резьбы были разработаны алгоритмы и программы автоматизированного проектирования генераторно-профильных и чисто профильных схем срезания припуска.

Третья глава посвящена исследованию специфики метрологии резьбовых замковых соединений и систематических погрешностей многопроходного резьбонарезания применительно к станкам с ЧПУ. Анализируются ГОСТы на точность резьбы, в том числе и те, у которых срок действия закончился. Поэтому действующие чертежи деталей опираются на отраслевые нормали или просто на решение конструктора использовать учебники, справочники или устаревшие стандарты. Отмечается, что последнее обстоятельство приводит к существенному уменьшению так называемого "производственного допуска" или допуска на собственно средний диаметр за вычетом диаметральной компенсации погрешностей шага и угла профи-' ля. Все резьбовые замковые соединения должны обеспечивать заданную точность взаимного положения сопрягаемых секций, прочность и герметичность при проверке избыточным давлением. В упомянутых соединениях используют, в основном, специальные упорные и усиленные упорные резьбы, не обладающие центрирующими свойствами. Для улучшения условий центрирования при сборке и эксплуатации изделий соосно резьбе конструкторы задают один или два цилиндрических пояска. Требуется также выполнить привалочные торцы плоскими и перпендикулярными относительно обще!'! оси резьбы и цилиндрических поясков.

Весьма специфическими являются точностные требования к диаметральным размерам цилиндрических и, особенно, резьбовых поясков. Иногда допуск на овальность превышает допуск на диаметр соответствующей 'поверхности, что противоречит общепринятым метрологическим канонам.

Это противоречие характерно как для изделий, спроектированных в тульских НИИ и КБ, так и для других изделий, имеющих малую толщину стенок при больших габаритах. Точность же резьбовой поверхности характеризуют понятием "допуск приведенного среднего диаметра резьбы". Как известно, полный допуск среднего диаметра резьбы представляет сумму трех слагаемых допуска: собственно среднего диаметра и диаметральных компенсаций погрешностей шага и угла профиля Та = Т(]2С05СТВ + Гр +а, где ГР - диаметральная компенсация погреш-

2-ДР„

ностен шага, определяемая зависимостью г,, =-—, где ДРп - накоп-

р + №

ленная погрешность шага; fa -диаметральная компенсация погрешностей углов . профиля, определяемая зависимостью

_^сохр-сову( АР 1 Ду

-- -—5—+ —¡.Подставляя в данную формулу значения

Б1п(Р + а) ^соэ р сои* у)

погрешностей углов в минутах, а рабочей высоты профиля в мм, можно получать 1ц в мкм, если умножать правую часть на нормирующий мнохш-

, n-nl, cosp-cosy тель: fa=0,291h—

sin(P + a)

+ -- j. На нащ взгляд, целесообразнее

Veos Р cos у

использовать исправленные формулы для указанных' резьб в виде f«(4s°,3a}=0,276P(Sp+1,5025у), fa{45o,3°}=0,146P(5p+0,56y). который согласуется с аналогичным выражением для. упорных резьС fa!45°3°>=0.46P(6p-fl,755y).

Правильно оценить технологичность нарезаемых резьб можно лиш: при соответствующей простановке их степеней (классов) точности. 1Гак п; старому ставдарту на метрическую резьбу Ml06x2 кл.2 допуск состаьдл. 0,2мм. Формально 2кл. соответствует 6-я степень точности резьбы, но учетом не только шага, по и диаметра, данную резьбу следует ечтпкть то* нее 4-й степени. Если аналогично проанализировать допуск 0,222 мм :¡ средний диаметр резьбы СпУп 116,5x2 кл2а, то данную резьбу, с учете

больших величии диаметральной компенсации погрешностей шага и угла профиля, следует относить к степени точности не ниже 4-й.

Указанное противоречие, то есть недоучет в старых, еще действующих на упорную резьбу, стандартах величины диаметра нарезаемой резьбы, приводит к серьезным осложнениям в производстве. С одной стороны

х

считается, что при изготовлении резьб 2 или 2а класса точности проблем не существует, а фактически даже на токарных резьбонарезных полуавтоматах типа ТР (СССР) или Кри-Дан (Франция) работу зачастую ведут по методу пробных проходов с промерами резьбы во время цикла резьбоиаре-зания. ■

Часто при нарезании резьб на нежестких тонкостенных деталях появляется овальность вследствие неконцетричного перерезания слоев металла. Эта озальность затрудняет контроль деталей предельными калибрами. Известно, что допускается ввинчивание непроходного калибра в резьбу на определенное число шагов. При этом подразумевается свободное ввинчл-пание калибра до заклинивания. Такое ввинчивание возможно на жестких деталях. На нежестких и проходной, и непроходной калибры ввинчивают в деталь с крутящим моментом, достаточным для преодоления сил трения, возникающих при исправлении-овальности круглым жестким калибром. Такая работа утомляет контролеров и рабочих и приводит к быстрому износу предельных калибров.

При резьбонарезанни на участке входа резца в деталь упругие деформации технологической системы в плоскости действия сил Рх и Ру оп-

Р -Р Р -Б +0

. ДХ1Ш 4 X П.ГХ А X В* X Яр.ЕХ

ределятся по зависимостям: Д..„ =----+---—;

■IX п Зх ир.п

, где Аир, Дувр - деформации техно-

/ р _р р _р' _ о

__, * увр 4 упвх утр уп.ЕХ хп

Дугр - ±1 — + -

V Jyп Зуп.я

логической системы по осям X и У под действие».! сил Рир и Ругр соответственно (знак плюс в формуле соответствует нарезанию наружной резьбы, а минус - внутренней); Рхп, Рхлр, Р>п - силы трения я узлах поперечной и про-

дольной подач по направлению осей X и У; 'лп, ]>--,:, ¿.ср, jyii.ii - жесткости поперечной карегки по осям X и У, механизмов продольной и поперечно! подач вдоль соответствующих осей; Qijp.ii, С^л; - величина усилия силовогс замыкания в механизмах продольной и поперечной подач.

Итак, смещение резца по оси X относительно исходного положеши при Рх Уи< 0 или | Рх „ уст I > I Рхп.. уст I, определятся к а]

р „р +о

Л „X 1 "Р- уст т Упр

лх уст +-:---.

Зх пр

Если 1 Рхуст I <! Рхп>ст} ' ИЛИ Рхуег>0,Т(

, ^Х УСТ-Н.уСГ Рх пр "^^Пп ,, с-

д х уст - — -:— + —2—:--——На выходе резца из резьбы, ка:

3 X п .Зх пр п

и при установившемся резани», возможны два способа определения осевс го смещения резца с учетом того, что.Рх ЬЬ!х<0: при 1 Рх на I > I Рх и 1-еК |

Рх ВЫл"~^Х Пр.ЕЫХ Qll

Зх пр. II

. , х ВНХ * Пр.ЕЫХ т *<[1р | т I | „

Л х вых = т +-------> ПРН I I X I < I Гх п.!

Зх

А _ *'х рых~Рх II ь'мЧ Рх па ' Рх tip.8i.ix г '<'::,-

'Чьых- ■ -+ .--

■>Х П JX Пр.П

■ г

Смещение резца по перпендикуляру к плоскости подачи А, Сме^

^ ( М2 .2 <1

ние резце, вдоль оси у определяется г.О\ зависимости = ¿гг -Осевое смещение резца под действием тангенциальной сид;л олрэдгл.тсл А?Р

по цюрмуле Д„ = —^—.

к с} •

Для определен!!!: суммарной систематический дшклл'леексгл иогр.ч

поет рез^бонарсзания сопоставим ксе состсБялзядог телеете. Очг:шцч

I

чго погрешшнлн собственно срсцыхо диаметра резеОы. репные удпосш: му значению оп.лша резца г. рпдадлыю;: иаираплспш!, ярш.счии- к ишо диамгфа относительно настроечного в период уетапопиелиегоел рее

нпя. Величина систематической динамической погрешности собственно среднего диаметра резьбы ДсЬсл^ЗчДу+Дг^Оуст.

Далее исследуется механизм возникновения систематических погрешностей при многопроходном резьботочении. Выявлено, что на входе и выходе резьбы вследствие отжима резца неуравновешенной осевой силой возникают местные увеличения шага резьбы (так называемая "растя:кка шага"), с которой мо>:сно бороться дополнительным радиальным врезанием резца в тело заготовки.

. Эмпирически установлены зависимости окружной и радиальной со- . ставляющих сил резания от материала заготовки, радиуса вершины и углов профиля резца, а также его заглубления и величины врезания.

Определены ясестаостные характеристики элементов технологической системы. Оказалось, что жесткость станков с ЧПУ на порядок выше, чем жесткость универсальных станков, а соотношение осевой и радиальной сил при врезании и выходе резца с осевой и радиальной гкесткостыо сводит на нет явление "растллкп шага".

Суммарная жесткость системы но оси X составила 90 н/мкм, жесткость го-лоакн по оси Z теО н/мкм. Без учета заготовки радиальная жесткость системы по оси У составила 60 н/мкм.

Наиболее слабым местом технологической системы оказалась нежесткая тонкостенная заготовка, переменная жесткость которой приводит к конусности резьбы. Систематическую конусность можно компенсировать коррекцией программы.

В четгсрте!! гла^г описываются внедренные технические и конструкторские решения, позволяющие эффективно нарезать резьбу и обрабатывать за одну установку сопряженные с ней гладкие поверхности замкового соединения.

В частности, разработана и внедрена система модульных быстросменных резцовых головок, не уступающих по эксплуатационным характеристикам головкам фирмы "Hertel", но превосходят»* последние по технологичности изготовления.

•Описан способ настройки с помощью датча*.:?. ''llencssîiîtu* относительного положения чериоъого н калибрующего »кл;йозыл регдоь н вообще насгройки всех резцов иа'размер обработки.

Показано, что с помощью разработанной миогопараиетрическсГ; контрольной системы можно не только гарантированно об:слсчки> шпус: годной продукции, но п максимально использовать режушие свойетса инструмента.

Разработан способ снятия заусенцев, который устраняет машинно-ручные переходы б цикле резьбонаргзазшя и позволяет полностью пгтомя-тнзнровать операцию.

11а примере внедрения обработки резьбового замкового соединения узла "корпус-крышка" показана эффективность замены обработки нп обычных станках на совмещенную обработку поверхностей с по.'гощыо-станка с ЧПУ. ГТротиод'Лсяьцость обработки поднялись с птгз раз. За последние 10 лет еорСкпгя кс-г. поверхностей рсзьОодих замковых. <••> единении пергигд-гне ... сташсн с ЧПУ. i-omr-iccirо о-Зрабашгагмыл

типов деталей составило 15 игишсиоссашк.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ.ВЫВСЩЫ H РЕЗУЛЬТАТЫ,

В работе решена важная научная задача: теоретически и экспериментально обоснованы технологические, метрологические и конструкторск:*. решения, позволяющие зффгктизно нарезать упорные резьбы е автомат;:-' ческом цикле на высокопрочных нежестких заготовках при использовании токарных станков с ЧПУ.

Показано, что выдержать точностные требования к резьбе ц сопряженным поверхности^ особенно по стан; тому полог.сшао, можно только при обработке комплекта тговерхьсетеп резьбового замкового соединения за одну установку. Наиболее перспективным решением этого вопроса может быть применение дня обработка резьбовых соединений станков с ЧПУ. '

2. Разработанная методика автоматизированной оптимизации схем резания припуска позволяет минимизировать число проходов при макеи-ишьпои стойкости инструментальной наладки.

3. Показано, что в системе стандартов допуски на мелкие упорные >езьбы большого диаметра значительно снижают долю допуска на собственно средний диаметр резьбы, чем ставят перед производственниками (резвычайио жесткие требования по точности операции резьбонарезания/

4. Разработанное устройство контроля внутренней резьбы позволяет ¡бъективно оценивать на нежестких деталях значения собственно и приве-1С-ННОГО среднего диаметра резьбы.

5. Найденные эмпирические силовые зависимости в совокупности с ' кесз костными данными технологической системы показывают, что при шрезании резьбы на станках с ЧПУ отсутствует типичная для другого юорудования "растяжка" шага на входе и выходе резца в заготовку. Наиболее существенной погрешностью является конусность по среднему диаметру резьбы, вызванная изменением жесткости заготовки по длине резьбы. Данная систематическая погрешность может быть скомпенсирована за :чзт коррекции управляющей программы станка с ЧПУ. (

6. Разработанные конструкторские решения (прибор для контроля шутренних резьб, модульные резцовые головки, многопараметрическая :истема контроля резьбы и управления процессом подналадки) в совокуп-юсти с новыми технологическими приемами (оптимальная подналадка инструментальной наладки, механизированное снятие заусенцев, коррекция 5 оправляющей программы для компенсации переменной жесткости зато-, говки) позволяют эффективно использовать станки с ЧПУ для обработки юпряженных поверхностен резьбовых замковых соединений.

7.Внедрение комплекса технических решений при производстве 15 тименованнй деталей позволило увеличить производительность обработ-ш более чем в 5 раз.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1.Гамов С.Г., Ямников A.C. Обработка тонкостенных деталей с резьбовыми поверхностями в условиях малолюдной технологии. Н Современные проблемы технологии машиностроения. М.: МВТУ им. Баумана, 1986. С. 109.

2. Гамов С.Г., Губернская И.А., Красильников ВМ. Нарезание резьб двумя резцами на станках с ЧПУ методом последовательных проходов. II Исследования в области технологии механической обработки и сборки. Тула: ТПИ, 1987. С 16-26.

3. Ямников A.C., Гамов С.Г. Технологические методы повышения качества нарезания упорных резьб на токарных станках с ЧПУ И Междунар. конф. Конструктивно-технол. методы повышения надежности и их стандартизация. Тула, 1988, часть 2. С.50.

4. A.c. 1563872 СССР AI. Способ нарезания резьбы. / ВМКрасильников, С.Г.Гамов, А.С.Ямннков и Др.; 15.05.90. Бюл. №18.

5. Ямников A.C., Гамов С.Г. Механическая обработка корпусных деталей с резьбовыми поверхностями на токарных станках с ЧЦУ в условиях малолюдной технологии. II Сб. тезисов докладов I отраслевой конференции технологов-машиностроителей. Тула - М.: ЦНИИНТИКПК, 1990. С. 51 -53.

6. A.c. 1670336 СССР AI. Устройство для контроля внутренней резьбы. / В.М.Красилыщков, С.Г.Гамов, А.С.Ямциков идр.; J5.08.9J. Бюд. №30.

7. Ямников A.C., Красильников ВМ, Гамов С.Г. Гибкий автоматизированный модуль по обработке резьбы. // Резание и инструмент. Вып. №46. Харьков: Техника, 1991. С. 56 - 39;

8. Гамов С.Г., Красильников В.М., Ямников A.C. Оптимизация схемы срезания припуска при нарезаний резьбы на токарном станке с ЧГГУ двум« резцами // Технология механической обработки и сборки . Тула: ТулГУ 1996. С, 65 - 70.

9. Гамов С.Г., Ямников A.C. Технология и метрология нарезания резьб ш нежестих заготовках из высокопрочных сплавов при использованш

станков с ЧПУ. // Совершенствование конструкций инструмента и метрологические аспекты производства. Тула: ТулГУ, 1996. С. 38 - 41. 10. Красильников В.М., Птицин В.В., Гамов С.Г. Перспективные направления по фиксированию износа и поломки режущего инструмента //Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков и инструментов. Россия, Тула, 26 - 28 мая 1997. Сб. трудов межд. юбилейной НТК. Тула: ТулГУ, 1997. С. 129.

Подписано в печать £. о$~. д£ . Формат бумага 60x84 1116. Бумага типографская А4 2 Офсетная печать. Усл. печ. л. ff 6 . Усл. кр.-отг. /, 3 . Уч. изд. л. Тираж $0 экз. Заказ 3/? ..

Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92. Редакционно- издательский центр Тульского государственного университет. '300500, г. Тула, ул. Болдина, 151

У