автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Формирование конических винтовых поверхностей деталей дисковым инструментом с использованием математического моделирования

Введение

ГЛАВА Ь АНАЛИЗ МЕТОДОВ ФОРМООБРАЮВАНИЯ

СЛОЖНЫХ ВИНТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

11 Классификация вишовых поверхностей.,.

12 Методы формообразования сложных поверхностей.

13 Метода! определения профиля образующей исходной инструменталыюй поверхности.

1.4 Цели и задачи работы.

ГЛАВА 2, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИЮВАНИЕ ПЮЦБССА ОБРАБОТКИ СЛОЖНОЙ ВИНТОЮЙ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ ИНСТРУМЕНТОМ ДИСКОВОГО ТИПА

2.1 Формирование системы исходных данных.

2.2 Решение задачи выбора инструмента дискового типа для обработки винтовых поверхностей.

23 Описание гдюфияя инструмеаха.

2.4 Оп{юделение начальных параметров установки инструмента относительно заготовки.

2.5 Имитация процесса обработки сложной поверхносга детали дисковым инструментом.

2.6 Расчетсемейсхва сечений винтовой поверхности.,,.

2.1 Нахождение огибающей семейства 1фивых.

2.8 Вьюоды по главе.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ

31 Моделирование техшлогаческого процесса.

32 Учет погрешностей, вшшопщх на точность обработки.

33 Микрогеометрия обработанной поверхности.

3.4 Толщина срезаемого слоя.

35 Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

ТЕОгеТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Вывода по главе.

ОСНОВНЫЕ ВЬЮОДЫ.

По мере развития науки и техники конструктивно совершенствуются машины и приборы, повышакягся требования к долговечности и надежности деталей. В связи с этим повышаются требования, предъявляемые к точности изготовления и качеству поверхностей деталей. Повышение точности и качества обработки поверхности деталей, применение новых материалов, усложнение формы и соответственно увеличение трудоемкости шготовпения ставят задачу поиска оттпшальяых способов и па]тметр№ размерной обработки. Размерная обработка как мепюд обработки материалов в основном осуществляется тцхщессами резания на станках и составляет около 40% трудоемкости всех видов технологических тхроцессов, испоякзуемых в машшюстроении. Поэтову значительное снижение трудоемкости изготовления деталей можно получшъ щя более рациональном ведении размфной обработки.

Производительность процесса обработки, стойкость режущего инструмента и эффективность его использования, точность размеров и геометрических форм детали зависит от способа формообразования, схем и величины подачи, базирования гзри установке и т.д. При проектировании инструмента, для опшмизащщ его конструкции в ряде случае приходится иссяедшать вопросы, связанные с точокосшо обработки детали принимаемым инструментом. К ним относятся оценка погрешностей, возникакшщх при аппроксимации теоретически требуемого профиля инструмента технологически удобными линиялш вследствие погрешностей изготовления инструмента, появляющихся от неточности установки инструмента относительно заготовки, от упругих деформаций Технологической системы резания. 11|юектировать инструмент необходимо не только с учетом особенностей требуемых параметров детали (вид поверхности, точность изготовления) и технолсяпви ее изготовления, но и учтывтъ связи с различными компонентами технологической системы. В этом случае необходимо использовать решение обратной задачи.

Все большее распространение получают обрабатываюпще системы, управляемые с подо1Щ>ю ЭВМ и предназначенные для обработки изделий сложной конфшуращш. Для таких систем необходимы управляю1Щ1е программы, осношнные на моделировании процессов размерной обработки. Освоение и эффективное использование способов формообразования сложноюрофилышх поверхностей зависит от решения ряда теоретических вогфосов и технологических задач, в том числе и моделирования процесса обработки. Моделирование тфоцесса размерной обработки позволяет определять наиболее благогфиятные иЛаметры формообразования, а также составлять управляющие программы для станков с числовым программным управлением, обеспечиваюпще требуемые перемещения исполнительных механишов станка по необходшшм траекториям с оптимальными параметрами.

Предлагаемая работа содержит комплекс математических моделей дискового режущего инструмента, конической винтовой поверхности, о и ^ У о технологической операции, анализ погрешностей обработки, выполненный на основе моделирдаания технологической операции обработки конической винтовой поверхности дисковым инструментом.

В рдмках тематики диссертации были сделаны сообщения на 6 Всероссийских и 1 международной научно-технических конференцияхЛ написаны две статьи в межвузошжом сборнике '*Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева".

Результаты рабош были заслушаны и одобрены на заседаниях кафедры "Технояогая мапшностроения, произюдство, менеджмент и бизнес" Камского политехнического инсштута (г. Набережные Челны), кафедфы 6

Технология производства двигателей" Казанского государственного технического университета им. А.Н, Туполева,

Работа выполнялась с 1996 по 1999 гг. под руководством доктора технических наук, профессора Юнусова Файзрахман Салаховича на кафедре "Технология производства двигателей" Казанского государственного университета им. А.Н. Туполева.

Помощь при вьшолнении рабош оказывали зав. кафедрой "ТЫ, П, М и Б" КЛОйПИ» КТ.Н. Абьйов Анатолий Петрович и доцент кафедфы, к.т.н. Чемборисов Шйль Анварович. Авюр щ)иносит им сшю глубокую благодарность.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе модификации метода совмещенных сечений разработаны мазематические модели описания режущего инструмента и конической винтовой поверхности, что позволяет установить траекторию движения формообразующего инструмента относительно заготовки и повысить точность изготовления конических винтовых поверхностей изделий.

2. Получены расчетные формулы, отшсьшющие связь меяоду системами координат детали и формообразгующего инструмента, что позволило установить взаимное пространственное положение детали и инструмента в любой момент времени и управлять процессом формообразошния конических винтовых поверхностей.

3. Получена математическая модель кинематики процесса формообразования конических винтовых поверхностей, разработанная на основе аналишческого описания профиля дискового инструмента и изделия, что позволяет теоретически рассчшать параметры винтовой поверхности и сопоставить их с требованиями чертежа.

4. РазрЛоган метод расчета профиля конической винтовой поверхшсти, что позюляет на основе варьирования шраметрами установки формообразующего инструмента относительно заготовки с учетом влияния погрешностей получать профиль конической винтовой поверхности в пределах допуска, соответствующего условиям чертежа изделия.

1. Абьвов АЛ., Касьянов СВ., Савин И.А., Чемборисов H.A. Разработка высокоэффекгавных технологий, методов и средств автоматизированного процесса их проекгарования. Отчет по г/б НИР, №01.95.0005716. Шб. Челны: КамПИ, 1995.

2. Аллик P.A., Бородянский В.И., Бурин А.Г. и до. САПР изделий и тезшологическйх процессов в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1986.-319с.

3. Ацурьев В.И. Сгфавочник конструктора машиностроителя: в 3-х т. - М.: Машиностроение, 1978.

4. Бабук В.В., Шкред В.А., Кривко Г.П., Медведев А.И. Проектирование технологических процессов механической обработки в машиностроении. -Мн.: Вьпн. Школа, 1987. 255с.

5. Балакшин Б.С. Теория и практика технологии машиностроения: В 2-х кн. -М.: Машиностроение, 1982.

6. Баранчиков В.И. и др. Прогрессивные режущие инструменты и |Лжимы резания металлов. ML: Машиностроение, 1990.

7. Баранчиков В.И. и др. Справочник конструктора инструментальщика. -М.: МЛпиностроение, 1994. - 560с.

8. Борисов А.М. Автоматизация решения вопросов формообразования винтовых поверхностей дискошми инструментами. Диссертационнаяработа ш соискание ученой степени кандидата технических наук, ~ Тула, 1982.

9. Воронов В,Н., Кузнецов В.Й. Новые конструкции винтового инструмента и оснасши для фсрмообразования резьб. В кн.: «Новые высокоэффективные конструкции режущего инструмента и оснастки для механической обработки деталей. С.*П., 1992,

10. И. Гаврилов Ю.В. Аналитическое исследование формообразование винтовых канавок дисковыми инструментами. Диссертационная работа на соискание ученой степени качдридата технических наук. Челябинск, 1975.

11. Гречипшиков В.А, Некоторые вотфосы профилирования инструмента для обработки винтовых поверхностей. Диссертационная работа на соискание ученой степени кащщдата технических наук. -М.: Мосстанкин, 1964,

12. Гречишников В.А. Щюфнлирование инструмента для обработки винтовых поверхностей деталей по методу совмещенных сечений. М.: Мосстанкин, 1979.

13. Гречишников В-А., Кирсанов Г.Н. Проектирование дисковых инструкЛнтов для обработки винтовых поверхностей . / Машиностроение, ШО, 1978.

14. Гречишников В.А. Повышение эффективности проектирования и эксплуатащш инструмента для механообработки на основе системного моделирования. Диссертационная работа на соискание ученой степени доктора технических шук. М,: Мосстанкин, 1989.

15. Иноземцев Г.Г. ПЛюектирование мегаллореяупдах инструментов: Учеб. Пособие для втузов по специальности « Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты». М.: Машиностроение, 1984. -272с.

16. Касьянов СВ., Савин И.А., Чемборисов Н.А. Расчет количественных параметров операций механической обработки. Способ получения винтовых поверхностей общего вида. Отчет по г/б НИР, КЛ0!0005665.-Наб.Челны: КамПИ, 1994.

17. Кирсанов Т.Н. Профилирование инструментов с винтовой исходной инструменгалыйой поверхностью для слработки винтовых поверхностей. // Вестник машиностроителя, Ш7,1977.

18. Ккфсанов Т.Н. ПЛюектирование инструментов. Кинематические методы. ~ М.: Мосстанкин, 1978. 69с.

19. Кирсанов Т.Н., Ласточкин С.С. Расчет профиля дискового инструмента для обработки винтовых поверхностей. // Станки и инструменты, Ке5, 1980.

20. Колесов Н.В. Опыт эксплуатации двухзаходных червячных фрез. // Станки и инструменты, К27, 1988.

21. Колесов Н.В,, Андреевский Д.В., Григорьев СВ. Графоаналитическая модель сложных винтовых поверхностей. // СШН, К«6,1997.

22. Кондратьев СБ. Технология изготовления винтовых пар Учения. — М.: Мапшностроение, 1972.

23. Краснова Н.В. К вощюсу формирования математической модели л|фученных повфхностей деталей аэродинамического профиля. // Технология производства и прочность деталей летательных аппаратов и двигателей: Шжвузовский сбфник научных трудов. Казань: КАИ, 1980.

24. Краснова Н.В. Кинематика формообразования криволинейных поверхностей методом соЕряженно-профильной обработки. // Международная научно техническая конференция «ЬЬханика машиностроения 95»: Тез. Докладов. ~ Наб. Челны, КамПИ, 1995.

25. Лагутин С.А., Савдлер А,И. Радиально-осевое •шшловтт червячных фрез. // Станки и инструмешы, К«5,1989,

26. Лазебник И.С. Минимизация погрешности профиля зуба червячной зуборезной фрезы. // Стшш и инструменты, К24,1990.

27. Лаптев C.R, Юяиков М.И. Расчет и конструирование металлорежущего инструмента с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1975.

28. Лаптев СИ,, Юликов М.И. ГЛектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. ~ М : Машиностроение, 1978.

29. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость реяЛего инструмента. М.: Машиностроение, Ш2. - 320с.

30. Лшкшнн B.C. Теория винтовых поверхностей в проекгаровании режущих инструментов. М,: Машиностроение, 1968. — 371с.

31. Металин А.А. Технология машиностроения: Учебник для мацшиостроетелышх вузов по специальности «Технологиямашиностроения, металлорежущие станки и инструменты». Л.: Машиностроение, 1985. - 496с.

32. Нефф Г.И. Способ нарезания спиральных канавок: Патент СССР Кй1741981, Июбрегения стран мира К919Б1992.

33. Овумян Г.Г., Клауч Д.Н., Монин В.А. Способ обработки винтовой поверхности.: Патент СССР №1703293, Изобретения стран мЛа№19927,

34. Основы тфоектирования режущих инструментов с применением ЭВМ / П.И. Ящерицьш, Б.И. Сишщын, НИ. Жигалко, И.А. Басе. Мн.: Вьпп. Школа, 1979.-309с.

35. Палей М.М. Технологая прошводства металлорежущих инструментов: Учеб. Пособие. -М.: Машиностроение, 1982. 256с.

36. Палей М.М. Технология и автоматизация инструментального гфоизводства. М.: Мапшностроение, 1995.

37. Петров СМ., Ионов М.П, Компьютерная модель имитатщи обработки виктоюй поверхности детали. / Сборник тезисов докладов Всеросийской молодежной научной конференции «XXIV Гагфинские чтения». М.: МАТИ-РГТУ им. К.Э. Щелковского, 1998.

38. Радзевич СП. Рациональное ориентирование сложной поверхности детали на столе многокоординатного станка с ЧПУ.

39. Размерное и безразмерное формообразование поверхностей деталей. / А.Г. Братухин, Р,М. Халимулин, Ф,С. Юнусов и др. М.: Машиностроение, 1996.-272с.

40. Родин П.Р. Основы формообразования поверхностей резанием. Киев: <Лышая школа», 1977.

41. Руководство по 1дрсовому проектированию меташкфезкущих инструментов: Учеб. Пособие для вузов по специальности «Технология машиностроения, металлорежупще станки и инструменты» / Под ред.Г.Н. Кирсанова. М.: Машиностроение, 1986. - 288с.

42. Селин А,Ф. Систематизация режущих инорументов и видов обработки по штодам формообразования. // Станки и инструменты Ке9,1990.

43. Сеучек И. Новый вид заточки сверл по винтовой поверхности. // СТИН, №8,1996.

44. Справочник технолога машиностроителя. В З-х т. / Под ред. А.Г. КосиловоЙ и Р.К. Мещерякова. л М. Машиностроение, 1986.

45. Стдгавочник по обработки металлов резанием. / Ф.Н. Абрамов, В.В. КовалЛко, В.Е. Любимов и др. К.: Техника, 1983. - 239с.

46. Технология машиностроения (специальная часть): Учебник для машиностроительных специальностей вузов / А.А. Гусев, Е.Р. Ковальчук, И.М. Колесов и др. М.: Мапшностроение, 1986. - 480с.

47. Люсофский словарь / Под ред. И,Т, Фролова. М.: Политиздат, 1987. -590с.

48. Чембо|Шсов НА, Компьютерное моделирование винтовых поверхностей общего вида. // Всероссийская научно-техническая конференция «Шучный потшциал вузов программе «Конвфсия»: Тез. Докладов. -Казаны КГГУ им. А.Н. Туполева, 1993.

49. Чемборисов H.A. Особенности щюфилирования дискового инструмента для обработки деталей с коническими винтовыми поверхностями. // Международная научно-техническая конференция «Механика машиностроения -95»: Тез. докладов, Наб, Челны: КамПИ, 1995.

50. Чемборисов Н.А„ Юнусов Ф.С. Повьсшение эффекгавносш инструмента для обработки сложных повертностей на базе математического моделирования. Казань - Наб. Челны: КГТУ - КамПИ, 1998. -179с.

51. Чемборисов НА-, Абьвов А.Н, Петров СМ. Моделтфование обработки сложной виншвой поверхности. / Материалы V междагародной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века». Донецк, 1998.

52. Чемборисов H.A., Юнусов Ф.С, Петров СМ., Хусаинов P.M. Математическое моделирование процессов формообразования сложньпс поверхностей деталей рещщим инструментом. Отчет по г/б НИР №1-9-98Ф, 1998.

53. Чемборисов H.A., Петров СМ. Моделирование микрогеометрии обработшшой поверхности. / Тез. докладов Всероссийской научнойкшфереш0ш «Тепловые двигатели в XXI веке: фундаменгшльные проблемы теории и технологии". Казань, 1999.

54. Чемборисов Н.А. Виртуальные исследования процесса формообразования сложной поверхноега детали режущим инструментом: Сбрник трудов Уральского отделения РАН Екатеринбург, 1999.

55. Чумыкйна НП. Использование ЭВМ при п{юектировании дисковых инструментов для обработки кшических поверхностей. // Станки и инструменты, Хйб, 1983.

56. Шевелева Г.И., Вожов А.Э., Медведев В.И. Компьютерная система для моделирования хдхщессов формообразования и зацепления конических колес.

57. Шерстобитов Г.А., Каширина О.И., Рычина Л.Н. Автоматиз1Лванное прфил1фование винтовых канавок сверл. // Станки и инструменты, Ка8, 1991.

58. Щегольков НН. ЙтЛационное профилирование дискового инструмента дая обработки винтшых поверхностей с использованием метода общих нормалей. // Станки и инструменты, №6,1991.

59. Щегольков Н.Н Компьютерный расчет нормального профиля винтовых стружечных канавш концевых фрез. // СШН, К92, 1995.

60. Щуров И.А. Расчет профиля дискового инструмента для обработки винтовой поверхности, // СТИН, №1,1996.

61. ЦЦуров И.А. Применение дийретной модели для автоматизированного расчета метчиков, // СТИН, №1,1997.

62. Юликов М.И., Колесов Н.В. Расчет на ЭВМ установочных параметров абразивного круга при пшифовйнии червячных фрез, // Обработка материалов резанием. Межведомственный (Межвузовский) сборник научных трудов.-М., 1976,

63. Юнусов Ф. С Формообразование сложнопрофильных поверхностей шлифованием. М.: Машиностроение, 1987.

64. Юнусов Ф.С, Абызов А.П., Чемборисов Н.А., Петров СМ. Формирование сложной поверхности деталей.: Тез. докладов научно-технической конференпий. Альметьевск, 1996.

65. Ю1Лсов Ф.С, Чемборисов Н.А., Петров СМ. Ковшвютерная модель прюцесса обработки винтовой поверхности детали дисковым инструментом. // Вестник КГТУ им, А.Н. Тупалева, №4,1996.

66. Юнусов Ф.С, Чемборисов Н.А., Петров СМ. Математическая и компьютерная модель обработки винтовой поверхности. / Вестник КГТУ им. АЛ. Туполева, Ш, 1999.

67. Юнусов Ф. С Формообразование сложнопрофильных поверхностей шлифованием. М.: Мапшностроение, 1987. - 248с.

68. Шевелева Г.И. Теория формообразования и контакта105