автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности агрегатно-модульных расточных инструментов методами математического моделирования

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

"СТАНКИН"

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНЫХ РАСТОЧНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.03.01 Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

РГ8 ОЦ

На правах рукописи

УДК 621.952-229.2(088 8)

ХУДЯКОВ МИХАИЛ ПАВЛОВИЧ

Москва. 1998 г.

Работа выполнена в Московском Государственном Технологическом Университете «СТАНКИН» И Севмашвтузе - филиале Санкт-Петербургского Государственного Морского Технического Университета

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники Р.Ф3 доктор технических наук, профессор В.А. Гречишников

Научный консультант - член-корреспондент АИН РФ,

доктор технических наук, профессор В.И. Мачыгин

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие - АО "Северодвинский завод дорожных машин"

Защита диссертации состоится 24 апреля 1998г. в 14 час 00 мин. на заседании специализированного совета К 063.42.05 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в МГТУ «СТАНКИН» по адресу: 101472, Москва, Вадковский пер., д. За

Просим Вас и заинтересованных лиц Вашего учреждения принять участие в заседании Ученого Совета, посвященном защите диссертации или прислать свои отзывы, заверенные печатью, в двух экземплярах.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ «СТАНКИН» за 10 дней до защиты.

Автореферат разослан 20 марта 1998 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

доктор технических наук, профессор В.С. Хомяков

кандидат технических наук А.Р. Маслов

• к.т.н., доцент

оляков Ю.П./

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Современный уровень развития технологий, стремление к созданию высокоэффективных инструментов, обеспечивающих требуемое качество выполнения операций резанием, привели' ьГ созданию"большого количества конструкций агрегатно-модульного расточного инструмента одного назначения. отличающегося лишь способом сочленения элементов конструкции. Причиной такого положения является недостаточное развитие расчетных методов, позволяющих прогнозировать и давать сравнительную оценку поведения инструмента для конкретных условий обработки на стадии проектирования.

Представленная работа посвящена повышению эффективности агрегатно-

модульного расточного инструмента на основе использования методов математического моделирования при проектировании инструмента. Работа направлена на разработку научно обоснованных методов расчета и конструирования агрегатно-модульных расточных инструментов, совершенствование методик оценки инструмента на этапе проектирования.

Решение этих задач, позволяющее обеспечить наивысшую эффективность инструмента, представляется весьма актуальным.

Цель работы - разработка и апробирование научно-технических решений: методики расчета агрегатно-модульного расточного инструмента, базирующейся на математической модели инструмента; методики и технических средств оценки технического уровня инструмента, позволяющих обеспечить максимальную эффективность агрегатно-модульного расточного инструмента.

Методы исследования. Повышение эффективности агрегатно-модульных конструкций расточного инструмента обеспечивается учетом особенностей их статических и динамических характеристик, обусловленных влиянием конструктивных элементов узлов взаимного соединения модулей агрегатно-модульного расточного инструмента, при проектировании инструмента.

В основе теоретической части в работе использовались методы сопротивления материалов, теории обработки материалов резанием, теории колебаний и динамики станков.

Экспериментальный раздел работы выполнялся на специально разработанных стендах с использованием натурных моделей и серийно выц\скаемых конструкций агрегатно-модульного расточного инструмента, а также на металлорежущем оборудовании в лаборатории кафедры «Технология металлов» Севмашвтуза и в производственных условиях на Северодвинском ПО чСевмашпредприятие». Проведение экспериментов и регистрация результатов исследования производились с использованием серийно выпускаемых комплектов виброизмерительной аппаратуры

фирмы «Брюль и Кьер» и ПЭВМ типа IBM PC.

Научная новизна заключается в обосновании и разработке комплексной расчетной схемы и описывающей ее математической модели, позволяющей оценивать агрегатно-модульный расточной инструмент по статическим и динамическим критериям качества.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Обобщенная расчетная схема и математическая модель агрегатно-модульного расточного инструмента.

2. Экспериментальные методы и технические средства исследования агрегатно-модульных расточных инструментов.

3. Результаты расчетно-экспериментального исследования агрегатно-модульных расточных инструментов (в том числе - зависимости коэффициентов жесткости и демпфирования, используемых в модели, от конструктивно-технологических особенностей инструмента), а также - сравнительные испытания различных конструкций агрегатно-модульного расточного инструмента в статике, динамике и в опытах с резанием.

4. Рекомендации по проектированию и использованию агрегатно-модульного расточного инструмента, а также разработанные на их основе конструкции инструмента и результаты их сравнительных исследований.

Практическая полезность. Разработанная математическая модель агрегатно-модульного расточного инструмента позволяет производить оценку качества инструмента и направленно влиять на его статические и динамические характеристики на стадии проектирования. Полученные результаты позволяют оптимизировать параметры инструмента на стадии проектирования, без опытов с резанием определять рациональные области его применения.

Реализация результатов работы. Результаты работы в виде рекомендаций и методик по проектированию инструментов нашли применение в научно-исследовательских работах, выполняемых в АО «Томский инструмент», АО «Северодвинский завод дорожных машин», а также в учебном процессе в Севмашвтузе.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы в целом обсуждались на заседаниях кафедр «Технология машиностроения» Севмашвтуза в 1987-1991 гг., ТСМ СПбГМТУ в 1991-1994 гг., ИСАП МГТУ «Станкин» в 1994-1995 гг.; а также - на научно-технических конференциях заводов-втузов в г. Рубцовске в 1987 г., Всероссийской по модульным методам проектирования в г.Керчь в 19В9г., УДО им.'Патриса Лумумбы в 19881989 гг., НТК им. А. Н. Крылова в 1987 г.

Публикации. По результатам ис-педований опубликовано 9 печатных работ, три из них являются авторскими свидетельствами.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения; изложена на2!3страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков. таблиц, 4 приложений; список литературы включает в себя ■153 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ состояния вопроса и обзор работ специалистов в области резания материалов. динамики станков, проектирования " режущего и" "вспомогательного"" инструментаг'""Результаты" анализа показывают, что помимо режимных параметров процесса резания, технологических способов его реализации, геометрических характеристик режущего инструмента, жесткости технологической системы целом, на качественные характеристики процесса обработки оказывает существенное влияние качество вспомогательного, в частности. - агрегатно-модульного инструмента Эффективность использования агрегатно-модульного расточного инструмента определяется не только условиями, в которых осуществляется процесс резания, по и конструктивными особенностями агрегатно-модульного расточного инструмента, в частности - способом взаимного соединения модулей Модульный характер агрегатно-модульных расточных инструментов, вариантность их структуры и состава предопределяют особенности их применения В частносттт, вспомогательные инструменты различных конфигураций, типоразмеров и назначения, в зависимости от конкретных технологических переходов, реализуемых инструментом, формируются из ограниченного набора унифицированных элементов - модулей, содержащих типовые узлы их взаимного соединения. Это осложняет задачу проектирования эффективных инструментов подобного типа, оценку ттх качества. Поэтому особый интерес представляют методики оценки качества агрегатно-модульного расточного инструмента на стадии проектирования (без применения опытов с резанием), основанные на анализе его статических и динамических характеристик

Исходя их результатов анализа в работе поставлены следующие основные задачи,

разработать методику расчета агрегатно-модульного расточного инструмента, позволяющую оценивать модульный инструмент по статическим и динамическим характеристикам.

- разработать стенды для определения статических и динамических характеристик агрегатно-модульных расточных инструментов и для проверки на их основе адекватности математической модели;

- проверить результаты, полученные в стендовых испытаниях серийно выпускаемых и экспериментальных конструкций агрегатно-модульного расточного инструмента опытами с резанием:

- на основании результатов исследования разработать и внедрить рекомендации по проектированию и использованию агрегатно-модульных конструкций расточного инструмента.

Вторая глава посвящена разработке методики исследования, включающей:

- формирование математической модели инструмента,

- проведение лабораторных стендовых испытаний,

- проверку полученных результатов опытами с резанием.

Формирование математической модели производилось с учетом результатов анализа литературных источников, а также предварительно проведенных экспериментальных исследований.

Произведенный анализ серийно выпускаемых конструкций агрегатно-модульного расточного инструмента позволил определить общий классификационный признак (способ базирования и силового замыкания в узлах соединения модулей) и распределить конструкции агрегатно-модульного расточного инструмента по этому признаку по группам.

Модульность структуры агрегатно-модульного расточного инструмента делает целесообразным применение модульности и при формировании математической модели, описывающей инструмент. Конструктивным элементам агрегатно-модульного расточного инструмента, - модулям и узлам их сопряжения, - ставятся в соответствие элементы математической модели -матрицы описания расчетной схемы.

Такое решение позволяет распространить результаты исследования минимальной структурно-функциональной единицы (совокупности двух модулей и узла их соединения) на любое структурно-компоновочное решение инструмента, использующее данную структурно-функциональную единицу. Формирование модели агрегатно-модульного расточного инструмента более сложной структуры производилось на основании предварительного определения матриц описания отдельных модулей. Пошаговое относительно частот нагружения решение уравнения модели, проводимое с использованием ЭВМ позволяет получить частотные характеристики исследуемого инструмента Математическое описание модели имеет следующий вид:

ПМ, •

/ =1

'п>ТК1-И-[414 -пяч -ОД

] =1

ПГ

к=1

где: , Щ - определенные ранее векторы параметров в

произвольном и нулевом сечении соответственно;

[л?] , [Д,] - определенные ранее матрицы массово-инерционных, жесткостных и демпфирующих характеристик свободных участков соответственно присоединительного и базового модулей;

| , ^2] " определенные ранее матрицы участков на упруго-

-диссипативном основании соответственно базового и присоединительного модулей;

J , ^ - определенные ранее матрицы сосредоточенных жесткостей и демпферов на границах рассматриваемых участков;

матрицы коэффициентов успения колебаний парциальных

И

подсистем;

N - количество последовательно расположенных свободных участков присоединительного модуля;

М - количество контактных участков, содержащих элементы и базового и

приа^едпннтельного модулей:----------------------------------- — --------------------------------------

- количество последовательно расположенных свободных участков базового модуля.

Расчеты с использованием разработанной модели проводились по следующей схеме На первом этапе производился расчет статических и динамических характеристик отдельных модулей с целыо определения матриц описания отдельных модулей. Для этого каждый модуль рассматривался в статике и в процессе его колебаний относительно неподвижного основания. Для верификации результатов проводилось параллельное их определение с помощью МКЭ.

Экспериментальная оценка модели проводилась на стендах статического и динамического нагружения в диапазоне нагрузок 0+5 кН в статическом режиме; 0+380 Н и 0+2,5 кГц в динамическом режиме.

Установка статического нагружения представляла собой узел закрепления образцов, домкрат с динамометром для контроля усилия нагружения, хомутов с платиками, на которые опирались наконечники стандартных индикаторов часового типа, по которым производился отсчет перемещений. Перемещения пересчшывались по геометрическим зависимостям, в результате получались I исгере;исные графики статических жесткое гей Статические испытания предусматривали получение картины пространственного перемещения модулей под нагрузкой, а также - коэффициентов жесткости и демпфирования, входящих в мафицы описания инструмента. Полагалось пропорциональное скоростям эквиваленпюе демпфирование по формам колебаний. Для получения эквивалентных коэффициентов демпфирования предварительно с помощью МКЭ на основании результатов статических испытании и расчетов производилось определение собственных частот и форм колебаний. По каждой первой гармонике собственных часто! по соответствующим формам колебаний производилась оценка параметра рассеивания энергии по отношениям площадей петель гистерезиса к величинам потенциальных энергий деформации.

Динамические эксперименты проводились методом "качания частоты" при динамическом нагружении с постоянным уровнем энергии возбуждения колебании на стенде (рис 1)

Колебания возбуждались генератором сигналов 9 типа ГЗ-117 посредством вибратора 6 типа Е5Е-211. соединенного удлинителем 5 через импеданснуго головку 8 и рычаг 12 с инструментом 4. Интегрированный сигнал с импедансной головки использовался для канала обратной связи с генератором. Регистрация результатов производилась с помощью акселерометров 11 и контрольно-измерительных приборов фирмы «Брюль и Кьер», составляющих стандартный комплект виброизмерительной аппаратуры (на схеме - блоки регистрации характеристик агрегатно-модульного расточного инструмента).

Рис. 1. Стенд динамического нагружения агрегатно-модульного расточного инструмента.

Для проверки соответствия результатов расчетов и стендовых испытаний реальным явлениям были проведены опыты с резанием. В опытах использовались серийно выпускаемые и опытные конструкции инструмента, в том числе защищенные авторскими свидетельствами, при проектировании которых были учтены результаты исследований. Опыты с резанием проводились на токарно-винторезном станке 2 модели 16Б16КА (рис. 2).

Производилось растачивание колец из стали 20, стали 45, бронзы БрА5Ж9Мц2, титанового спецсплава ЗВ, нержавеющей стали 14X17Н2, с варьированием подачи 5, скорости V, глубины резания (, а также геометрии режущего инструмента и структуры агрегатно-модульного расточного инструмента 1. Характеристики вибраций записывались с акселерометров 4 посредством переключателя каналов 7 на магнитофон 8, а затем обрабатывались на анализаторе спектра (на схеме не указан).

В третьей главе приведены результаты расчетно-экспериментальных исследований агрегатно-модульных расточных инструментов.

В результате статических испытаний были получены графики зависимости коэффициентов жесткости и демпфирования от изменения конструктивно-технологических параметров узлов соединения модулей (рис. 3-9).

б)

3 4

Гис.2. Схема испытаний агрегатно-модульного расточного инструмента (а) и измерений его спектральных характеристик (б) с опытах с резанием. Обработка графиков позволила получить регрессионные зависимости для статических жесткостей в рабочем диапазоне нагрузок для контактных участков

модулей по горцам и образующим.

<7-10? Н/.и

Рис. 3. Зависимость коэффициентов Рис.4. Зависимость коэффициентов

нормальной контактной жесткости контактной сдвиговой месткости С,

к. Н м~, и демпфирования ф от Н.м, и демпфирования от величины

относительного зазора и среднего номинального контактного давления

параметра шероховатости На, .\iic\i, ц, ///.\г, средних параметра

контактных поверхностей для шероховатости Иа, мкм, и твердости

цилиндрического стыка.

поверхностей Н11С для плоского стыка.

о

cf 10 ! С'' /(Ra)

Нм рад . \ \

сЯтоХ ^¿ЗЯ^ ; /х" ~—--1

о ■ с'Ч(Ф~7 ( 1 - О \ 1 1

6

4 ' / -=1

35 40 45 HRC

0 1 2 3 Ra, мкм

7,5 7

6,5 J 6 5,5

q 10 ь,Н/м-

Рис. 5. Зависимость коэффициентов контактной угловой жесткости Сф, Нм'рад, и демпфирования ц/<р от величины номинального контактного давления с/, Им2, среднего параметра шероховатости На, мкм, и среднего значения твердости контактных поверхностей ННС для ппоского торцового стыка.

v-J(q) ч> ю:

с'-М.

H 13

-/(НПО

C'-fiHRC) у . :

\ / \i

.....- r '-/(liai \

35 40 45 HRC

о i : 3 Ra. мкм

10

0 1

q 10* Нм-

10

8 i

\ \ Ф Ч<Ф , i

\\ 1 ^ k4<4)

ky=f(Ra)

V / 1 i i i

8.4

8,1

10 30 50 70 A-IO-1

I

Ra

Рис. 6. Зависимость коэффициентов контактной крутильной жесткости Су, Нм рад, и демпфирования от величины номинального контактного давления q, Н/лг, средних параметра шероховатости Ra, мкм, и твердости контактных поверхностей HRC для /ноского торцового стыка.

о 0,5 1 1,5 ч \о6, Н/'м2 Рис.7. Зависимость коэффициентов контактной крутильной жесткости к у, Им/рад, и демпфирования ф у от величины номинального контактного давления с/, Н/м~, среднего параметра шероховатости На, мкм, и относительного зазора Л для цилиндрического стыка.

Учитывая сложное влияние многих конструктивно-технологических факторов агрегатно-модульного расточного инструмента на характеристики демпфирования в узлах соединения модулей, было решено определять их жепериментально

Ныли определены уравнения для характеристик жесткости типовых контактных участков модулей, которые использовались в дальнейшем для

проведения расчетов по разработанной модели'

■ для коэффициента нормальной контактной жесткости к цилиндрического стыка. Н/м*

\п{к) = 22,8 - 0,032 ■ 1гц. Д) - 0.12 • 1п(На);

I ле. Л = - относительный зазор в сопряжении' 1.1

(/ - номинальный диаметр присоединительной части, м; I - зазор в посадке, м;

Ка- т1араметр шероховатости контактирующих поверхностей, мкм.

• для коэффициента контактной сдвиговой жесткости С плоского стыка, Н/м:

1п(С-1,47-Ю-9 -ц2-5) = \7,93-0.1 • 1п(Ла) + 0,058• 1п(НЯС); где: с]-номинальное давление в сопряжении, Н/м2;

//ЛС-характеристика твердости сопрягаемых поверхностей; Ка- параметр шероховатости контактирующих поверхностей, мкм;

■ для у гловой жесткости С"'' плоского торцового стыка, Н-м/рад:

1п(С^ - 3.3 • 103 ■ НаС) = 3,66 + 0,69 ■ 1п(7/) - 0,14 ■ 1п{На + 0,5); |де </-номинальное давление в сопряжении, Н/м",

//ЯС-харакгеристика твердости сопрягаемых поверхностей; Ка - параметр шероховатости контактирующих поверхностей, мкм,

■ для крутильной жесткости С' по торцовым стыковым поверхностям, Н-м/рад:

С;' = -1.54 ■ I О3 + 4 ■ 10~:о ■ <у3-5 - 228,6 ■ Ка + 12.1 {НИС - 42):; где. £/-номинальное давление в сопряжении, Н/м2;

НИС-характеристика твердости сопрягаемых поверхностей; Ка - параметр шероховатости контактирующих поверхностей, мкм.

• для кр\ I ильной жесткости кг по образующим (цилиндрическим) контактным поверхностям модулей, Нм/рад.

1п(/гг )= 4,7 +1,1 • 1п(<7) - 0,15 • 1п(/?п)- 0,35 • !п(д);

А = — - относительный зазор в сопряжении с/

с1 - номинальный диаметр присоединительной части, м; г - зазор в посадке, м;

Ка- параметр шероховатости контактирующих поверхностей, мкм.

Проверка подстановкой полученных с помощью регрессионных уравнений значений в статическую модель, а также перекрестная проверка с использованием метода конечных элементов (МКЭ) при помощи программного пакета МАОЕБ-ЗО, позволили сделать вывод о соответствии статической интерпретации разработанной математической модели экспериментальным данным

Эгог факт позволяет использовать результаты статических исследований для дальнейшей подстановки в динамическую модель, а также - как самостоятельную часть при выработке практических рекомендаций по проектированию и применению агрегатно-модульного расточного инструмента (по статическим критериям).

Ф, /ф

1,15

1,1

¡,05

0,95

0,9

0,85

ф =5,2 10' рад

0=2 кН

_________________

О 5 | / 1 л1

О ■■(> кИ \\\ С//

<2=8 кН \ \

0 15 30 с!, мм

с/Ю

0 0,2 0,4

Рис. 8. Зависимость относительного угла изгиба <р, >'<р инструмента с ториоао-цилиндрическим соединением модулей от соотношения номинального диаметра цилиндрического участка соединения модулей сI и наружного диаметра модулей О при различных усилиях осевой затяжки соединения.

Ф, Ар 0,95

0,9

0,85

0,8

0,75

0,7

0,65

0,6

0 20 40 1, мм Рис.9. Зависимость относительного угла изгиба ц>, /<р инструмента с торцосо-цилиндрическим соединением модулей от длины цилиндрического участка контакта при различных соотношениях номинального диаметра цилиндрического участка соединения модулей с1 и внешнего диаметра модулей £>.

В процессе статических и динамических экспериментов, а также в опытах с резанием были исследованы серийно выпускаемые конструкции и натурные образцы агрегатно-модульного расточного инструмента (табл. 1).

Сравнительные рё^льта™Готр;Гж^о^ (по

методике и по методу конечных элементов (МКЭ) и экспериментальных исследований приведены в таблицах 2-5.

Табл. 1. Характеристики исследованных инструментов.

Код | Изгото-образца вптель Способ базирования Способ закрепления Б (1 Ь* ц 12 Ь

1 \Vohl-Иа^ег Торцово-цилиндри-ческое (рис. 1, г) Винтом с конусом 63 32 200 100 50 50

о Образец Торцово-шпиндри-ческое (рис. 1, г) Осевое резьбовое 63 40 200 100 40 100

п ВНИИ-инструмент Цилиндрическое (рис. 1, а) Радиально винтами 63 32 200 100 65 100

4 Образец Коническое Морзе (рис. 1, б) Осевым винтом 63 31,267 200 100 75 100

5 \Vohl-Ьаир(ег Типа "ласточкин хвост" (рис. 1, е) Радиальным винтом 63 20-32 150 100 20 50

6 Образец Торцово-коничес-кое (рис 1, д) Осевой тягой 63 31,267 ,200 100 40 100

7 Образец Цельный - 63 - 200 - - -

8 Образец Коническое (В45) (рис. 1, в) Осевым винтом 63 31,267 200 100 40 100

Табл. 2. Угол взаимного закручивания модулей агрегатно-модульного

расточного инструмента друг относительно друга (Мкр=10* Им).

Код Угол закручивания модулей, у, град

Образца Расчет по методике Расчет МКО Эксперимент

1 4.8x10"; 9,9x10"2 7,5x10-2

2 10,3х10'2 12,3x10"2 5,3x10"2

3 8,0x10"2 8,4x10'2 7,6x10'2

4 9,7x10"2 8.1x10"2 16,7х10"2

5 8.4x10'2 11.2x10"2 3,4x10"2

6 5,5х 10"2 8,0x10"2 4,9x10"2

7 0,96x10"2 ю-2 2,0х10"2

8 8,2x10"2 8,1х10"2 18,8x10"2

Табл. 3. Радиальное смещение на резонансной частоте (при Р=180 Н)

Код Смещение Частота Смещение Частота Смещение Частота

образца по оси Ъ, м резонанса по оси Ъ, м резонанса по оси Ъ, м резонанса

Расчет (методика) Расчет (МКЭ) эксперимент

1 4,32x10"6 1200 4,14x10'6 1219 3,6x10"6 1100

2 4,21 х 10"6 1200 4,1 х 10"6 1240 3,6x10"6 1100

3 4,25х10"6 1030 4,34x10"6 1026 5,4x10"6 1000

4 4,14x10"6 1060 3,96x10"6 1080 3,6x10'6 1050

5 4,05x10'6 1010 4,25x10"6 987 5,4x10"6 1000

б 3,89х10'6 1200 3,67x10"6 1364 3,6x10"6 1100

7 3,71 х10'6 1100 3,60x10"6 1114 3,6x10"6 1050

8 3,96x10'6 1250 3,73х10"6 1316 3,6x10"6 1200

Табл. 4. Внбросмещение в радиальном направлении и угол изгиба модулей

(в динамике при амплитуде нагрузки Р=103 Н)

Код образца Смещение Ъ, м Угол изгиба ср, град Смещение Ъ, м Угол изгиба (р, град Смещение Ъ, м Угол изгиба <р, град

Расчет по методике Расчет МКЭ экспе римент

1 7,53x10"5 10,00x10"5 8,00x10"5 6,5x10-5 8,2x10"5 8,40х10'5

2 7,34х10"5 8,10x10"5 5,20x10"5 6,0x10"5 5,5х10'5 5,90x10"5

3 10,6x10"5 16,80x10"5 11,0x10"5 8,9x10'5 12,4x10"5 15,9х10'5

4 7,61 хЮ"5 8,44x10"5 4,90x10"5 5,9x10'5 5,70x10-5 6,0x10"5

5 7,62x10-' 8,38х10"5 14,0x10'5 12,0х10"5 3x10"* 14,8х10"5

6 4,07x10"5 8,38х10'5 6,2x10'5 11,2x10"5 4,3x10"5 5,5х10"5

7 2,06x10"5 - 1,73х10'5 - 2x10"5 -

8 8,20x10"5 8,92x10'5 5,20x10"5 8,0x10'5 6,2x10"5 9,00x10-5

Табл. 5. Внброскорость и виброускорение агрегатно-модульного расточного

Код образца Виброскорость, м/с Виброускорение, м/с2 Виброскорость, м/с Виброускорение, м/с2 Виброскорость, м/с Виброускорение, м/с2

Способ Расчет по методике Расчет МКЭ экспе римент

1 ■ ■3,24x10"2 243,86 3,15х10'2 241,13 2,44x10'2 165,85

2 3,15x10"2 237,65 3,17x10'2 247,11 2,44x10"2 165,85

3 2,73x10"2 176,72 2,78x10"2 179,07 3,37x10'2 211,68

4 2,7410"2 182,36 2,67x10° 181,04 2,36x10"2 155,58

5 2,55x10"2 161,96 2,62x10'2 162,28 3,37x10"2 211,68

6 2,91 хЮ'2 219,58 3,12x10'2 267,66 2,44x10"2 165,85

7 2,51 хЮ"2 170,91 2,5x10'2 175,13 2,36x10"2 155,58

8 3,09x10"2 242,55 3,06x10"2 253,26 2,72x10'2 204,83

Из результатов видно, что конструкции с опорой на торец по величине статических и динамических смещений в среднем на 15%-35% более жесткие, чем с конусными или цилиндрическими поверхностями без торцев.

Торцово-шпиндричёские' "соединения-" являются" более" жесткими "по угловым смещениям и по радиальным смещениям в области низких уровней нагрузок (до 1 кН) за счет более высоких давлений затяжки соединений в торцовых стыках, но они проигрывают торцово-конически.м соединениям по жесткости при более высоких нагру зках. В зоне высоких нагрузок (М>300 Н-.м) они имеют "регрессивную" характеристику жесткости

Коническо-торцовые соединения в этом случае более надежны за счет перераспределения нагрузки между торцем и конусом.

Опыты с резанием позволили получить результаты, свидетельствующие о их корреляции с расчетно-эксперимен тальными оценками, произведенными на основании разработанной математической модели и методики стендовых испытаний агрегатно-модульного расточного инструмента (табл. 6). По уровням вибраций при обработке высокопрочных сталей и сплавов на режимах, характеризуемых значительными нагрузками, торцово-цилиндрические конструкции проигрывают конструкциям, использующим конические элементы в узлах соединения модулей. Аналогичный вывод был сделан при косвенной визуальной оценке качества обработанной поверхности.

В то же время, конструкции агрегатно-моду лыюго расточного инструмента с торцово-цилиндрической схемой закрепления модулей имели более высокие характеристики при обработке низкопрочных материалов на чистовых и полу чистовых режимах, что соответствует результатам статических и динамических расчетов и стендовых испытаний инструментов и образцов.

Табл. 6. Результаты расчетпо-экспернментальных исследований

инструмента (3 модуля 063x300, Р=200 Н).

Код| Статичес- об- ¡кий прогиб раз- (расчет) х ца Ю"5, м Статический прогиб ^эксперимент) х 10"5, м Цинамичес кий прогиб (расчет) х10"5, м Собственная частота (расчет). Гц Собственная частота (эксперимент), Гц Виброскорость, м/с (опыты с резанием)

2 3,1 2,86 4,1 580 630 0,04

3 ! 4.55 4,2 13 | 470 .460 0.045

6 ! 2.4 2.5 3.8 | 690 647 0,03

8 ( 3.3 3,5 5,6 | 530 568 0,035

13 четвертой главе произведен анализ результатов исследования и приведены практические рекомендации по проектированию и использованию агрегатно-модульного расточного инструмента.

Рекомендации по использованию агрегатно-модульного расточного инструмента включают в себя правила предпочтения отдельных

конструктивных решений в зависимости от особенностей использования инструмента и критериев качества, принимаемых за доминирующие.

В соответствии с рекомендациями по проектированию были разработаны конструкции агрегатно-модульного расточного инструмента (табл. 7), защищенные авторскими свидетельствами. Их исследование в соответствии с разработанной методикой подтвердило справедливость разработанных рекомендаций рекомендаций (табл. 8-11).

Табл. 7. Характеристики нсследованных инструментов.

Код образца Способ базирования Способ закрепления О О ь* Ь \г 1з

9 Биконическое с упругим кольцом (рис. 1, д) Осевым винтом 63 31,267 200 100 (65) 75 100

10 Коническо-цилиндрическое (90°) (рис. 1, в) Осевое резьбовое 63 - 200 100 20 100

Табл. 8. Угол закручивания модулей агрегатно-модульного расточного

инструмента друг относительно друга (Мкр=102 Нм)

Код образца Угол закручивания, у, град

Расчет по методике Расчет МКЭ Эксперимент

9 9,2x10"2 10,0x10'2 13,6х10'2

10 6,5x10"2 8,0x10"2 9,2x10'2

Табл. 9. Радиальное смещение на резонансной частоте (при Р=10 Н)

Код образца Смещение (ось Т), м Частота резонанса Смещение (ось Z), м Частота резонанса Смещение (ось Z), м Частота резонанса

Способ | Расчет по методике Расчет МКЭ эксперимент

9 2,32x10"7 1050 2,16x10'7 1100 2x10"7 1050

10 | 2,40x10"7 1120 2,24x10'7 1207 2х10'7 1050

ТабЛ. 10. Радиальное смещение и угол изгиба модулей (в динамике при

амплитуде нагрузки Р=103 Н)

Код Смещение Угол из- Смещение Угол Смещение Угол

Образца по оси Ъ, гиба (р, по оси Ъ, изгиба ср, по оси Z, изгиба (р,

м град м град м град

Способ Расчет по методике Расчет МКЭ эксперимент

9 4.32x10"5 6,00x10"5 4,20x10"5 5,4x10'5 5,8x10"5 5,6х10"5

10 6,40x10"5 6,3x10"5 5,00x10'5 5,8x10'5 5,2x10"5 5,8х10"5

Табл. 11. Результаты расчетно-экспернментальных исследований

инструмента (3 модуля 063x300, Р=200 Н).

1 Код ! Скии-| об-" 1 ческнй ! раз- ; прогиб | ца ¡(расчет) ■ 1 ()"\ м Статический прогиб (эксперимент) х 10"5. м Динамический прогиб. (расчет) х 10°. м Собствен-нГая'частога (расчет). Гц Собственная частота (эксперимент), Гц Виброскорость, (опыты с резанием) м/с

И | 3,1 з,з 4,8 | 566 524 0,0325

1 10 3.0 2.6 4.6 ! 630 660 0.035

Рекомендации внедрены в качестве составной части методики конструирования инструмента в АО «Томский инструмент» и используются в АО "Северодвинский завод дорожных машин".

ВЫВОДЫ.

1 Результаты проведенных исследований показывают, что имеется существенная разница в характеристиках, определяющих качество инструмента (статическая и динамическая жесткость, виброустойчивость), для различных типов агрегатно-модульного расточного инструмента. Эта разница обусловлена, в основном, конструктивным исполнением узлов соединения модулей агрегатно-модульного расточного инструмента На основе проведенного анализа выполнена классификация конструкций агрегатно-модульного растимого инструмента по характеру взаимного базирования и закрепления модулей, которая позволяет выделить их существенные признаки.

2 Разработана обобщенная математическая модель агрегатно-модульного растчного инструмента, позволяющая оценить конструкцию инструмента по статическим и динамическим характеристикам и проследить их зависимость от коне тру кгивных особенностей инструмента (соотношения геометрических параметров и типа узлов соединения модулей). Выполненные расчетные и .жепериментальные исследования подтвердили работоспособность предложенной математической модели

3. Разработанные способ и устройство для оценки качества инструмента по статическим характеристикам позволяют определить полное пространственное перемещение модулей агрегатно-модульного расточного инструмента под нагру зкой

4. Установлены аналитические зависимости коэффициентов жесткости и демпфирования для типовых (плоских торцовых и цилиндрических), испольтуемых в модели. контактных поверхностей от твердости, шероховатости, относительного зазора, натяга, соотношения диаметральных и осевых размеров в соединениях, угла конуса. Установлены также оптимальные пределы изменения размеров узлов соединения модулей и условий их сборки. Это позволяет использовать их при проектировании инструмента в качестве

варьируемых параметров и гранитных условий для параметрической оптимизации агрегатно-модульного расточного инструмента.

5. Разработан способ и измерительный стенд для определения динамических характеристик агрегатно-модульного расточного инструмента при постоянстве мощности нагружения, что более адекватно отражает реальные условия нагр\ жения инструмента.

6. В процессе исследований выявлено, что изменение размеров модулей и их соотношений при неизменных габаритных размерах агрегатно-модульного расточного инструмента влияет на статические и динамические характеристики инструмента. Разница в уровнях вибросмещений на резонансных частотах для различных агрегатно-модульного расточного инструмента достигает 80%. Разработанная модель учитывает отмеченные изменения. Это создает предпосылки для структурной оптимизации агрегатно-модульного расточного инструмента по критерию динамической жесткости.

7. Анализ качественных и количественных характеристик агрегатно-модульного расточного инструмента, полученных в производственных испытаниях, показал четкую корреляцию спектральных характеристик при резании с расчетными и стендовыми результатами. Установлено, в частности, что инструмент, обладающий более высокими жесткостью и демпфированием (по результатам расчетов и стендовых испытаний), обеспечивает меньший уровень колебаний и в процессе резания. Это подтверждает целесообразность использования результатов расчетных и стендовых исследований для оценки качества агрегатно-модульного расточного инструмента в производственной практике.

8. Установлено, что наилучшими характеристиками обладают конструкции с торцово-цилиндрическими и торцово-коническими контактными поверхностями соединения модулей, для которых могут быть созданы достаточные натяги (особенно - по торцам). Конструкции с торцово-коническими контактными поверхностями обладают, к тому же, наилучшей стабильностью характеристик во всем диапазоне рабочих нагрузок, вплоть до максимальных из исследованных.

9. Разработаны практические рекомендации по проектированию и использованию агрегатно-модульного расточного инструмента, применение которых повышает уровень обоснованности технических решений при разработке и эксплуатации инструмента. На основе рекомендаций разработаны три конструкции агрегатно-модульного расточного инструмента, защищенные авторскими свидетельствами. Результаты расчетно-экспериментального исследования отмеченных конструкций подтвердили значимость разработанных рекомендаций для решения задачи создания агрегатно-модульных расточных инструментов с улучшенными показателями.

10. Результаты исследования (методика оценки качества и рекомендации по проектированию агрегатно-модульного расточного инструмента) приняты к

внедрению в АО "Томский инструмент" и АО "Северодвинский завод дорожных машин".

11. Подученные результаты, в целом, показывают, что решение задачи повышения- эффективности- агрегатно-модульного- расточного - инструмента

может быть достигнуто при использовании разработанной математической модели, позволяющей осуществить выбор оптимального конструктивного решения и параметров агрегатно-модульного расточного инструмента на стадии проектирования, а также - определить наиболее приемлемые области его использования

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Гречишников В.А.. Колмакова И С . Малыгин В.И., Худяков М.П. Расчетные методы оптимизации конструкции агрегатно-модульного вспомогательного инструмента./ Вестник машиностроения, №7 - 1996, с. 13-18.

2. Малыгин В. И., Худяков М. П. Динамическая модель модульного расточного инструмента./ Тезисы докладов 9 НТК АОП им. А. Н. Крылова Архангельск, ЦНТИ, 1987, с. 3-4.

3. Малыгин В. И., Худяков М. П. Расчетная модель агрегатно-модульного расточного инструмента./ Материалы НТК . М.: Изд. УДН, 1988, с. 114-120.

4. Малыгин В. И., Худяков М. П. Моделирование динамических процессов в

САП!1 сборного вспомогательного инстр\ мента / Тезисы докладов 2 конференции НТЦ физ -хим. методов исследования -М.: Изд. УДН, 1989, с. 231

5 Малыгин В. И., Худяков М. П Методика расчета динамических характеристик модульного вспомогательного инструмента / Тезисы докладов 10 областной НТК. Северодвинск. 1989, с 2-3.

6 Малыгин В И.. Худяков М П Физические аспекты повышения )ффектнвностн составного инструмента для ГАП7 Сб рефератов ВИМИ. Вып. 8-1991.

7. Наборный режущий инструмент/ АС № 1563849, 15.01.90.

8. Наборный режущий инструмент/АС № 1704942, 15.09.91.

9. Наборный инструмент/АС №4915872, 15.07.92.

Автор выражает искреннюю благодарность за организационную и техническую помощь при выполнении отдельных этапов работы и оформлении диссертации Горину С В . Ашурову А.Е., Максимову Д В., Фукалову М.В., Фукалову A.B., а также и в особенности - своему научному консультанту и учителю Малыгину В И . научному руководителю Гречишникову В.А

А ^ . Ц и - /Г I А /ч у У

и I * J J ^ | ОМ / Л/

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ~~

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СТАНКШГ

На правах рукописи

ХУДЯКОВ МИХАИЛ ПАВЛОВИЧ

УДК 621.952-229.2(088.8)

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНЫХ РАСТОЧНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.03.01 Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -' заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор В.А. Гречишников

Научный консультант -член-корреспондент АИН РФ, доктор технических наук, профессор В.И. Малыгин

Москва, 1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ Стр.

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................. 3

Глава 1. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНОГО ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.................................................. 7

1.1. Структуризация элементов инструментальных комплексов.........,............................................................. 12

1.2. Анализ конструкций модульного вспомогательного инструмента..................................................................... 24

1.3. Обоснование выбора критериев, определяющих качество агрегатно-модульного вспомогательного инструмента.................................................................. 49

1.4. Выводы по результатам анализа. Постановка

задачи исследования....................................................... 53

Глава 2.РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ..................... 55

2.1. Разработка расчетных методов исследования модульного вспомогательного инструмента.................. 59

2.2. Разработка экспериментальных методов исследования модульного вспомогательного инструмента...................................................................... 101

2.3. Выводы по главе......................................................... 130

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ........................................ 131

3.1. Результаты определения упруго-диссипативных коэффициентов модели................................................... 131

3.2. Результаты экспериментальных исследований агрегатно-модульного расточного инструмента............ 139

3.3. Результаты расчетных исследований модели агрегатно-модульного расточного инструмента............ 158

3.4. Результаты опытов с резанием................................... 165

3.5. Выводы по главе......................................................... 170

Глава 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ......... 172

4.1. Анализ результатов исследования агрегатно-модульного расточного инструмента............................. 172

4.2. Разработка практических рекомендаций................... 186

4.3. Практическая проверка результатов исследования

и разработанных рекомендаций...................................... 187

4.4. Выводы по главе......................................................... 198

ВЫВОДЫ........................................................................................... 199

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................ 202

Приложение 1. Акты внедрения результатов исследования................. 212

ВВЕДЕНИЕ.

Повышение технического уровня и качества продукции, а также эффективности производства изделий машиностроения во многом определяется опережающим развитием металлообработки. В свою очередь эффективность процессов обработки металлов резанием в значительной степени зависит от качества инструмента, как одного из основных компонентов технологической системы.

В современной металлообрабатывающей промышленности наиболее полно поставленным требованиям отвечает сборный инструмент. В частности, перспективным является использование инструментальных систем, создаваемых на основе агрегатно-модульных принципов. В настоящее время во многих отраслях металлообрабатывающей промышленности применяется агрегатно-модульный расточной инструмент. Достоинством такого инструмента, при условии хорошей организации инструментального хозяйства [49,65], является уменьшение затрат за счет: сокращения доли индивидуальных заказов; гибкости использования инструментальной системы; автоматизации подготовки и использования инструментов, сокращения их номенклатуры в 3-И- раза и количества - до 25% [48]. Однако, широкому использованию агрегатно-модульного расточного инструмента препятствуют ряд обстоятельств, среди которых определенное место занимает малая исследованность вопросов создания такого инструмента, имеющего существенные отличительные особенности по сравнению с традиционным. Это привело к созданию большого количества параллельно существующих и продолжающих появляться конструкций инструмента одного назначения. Существование большого количества конструкций агрегатно-модульного расточного инструмента без достаточного научного обоснования используемых технических решений приводит к необоснованному увеличению

номенклатуры инструмента и повышенной вероятности применения конструкций с невысоким качеством.

В связи с этим, актуальной является задача исследования вопросов, связанных с определением оптимальных конструктивно-технологических характеристик инструмента на стадии проектирования.

Работы в этом направлении в течение длительного времени выполняются в Московском Государственном Технологическом Университете "Станкин", ВНИИинструмент, Севмашвтузе (Северодвинском филиале Санкт-Петербургского Государственного Морского Технического Университета), других научных и производственных организациях страны и за рубежом [23, 39, 57, 64].

Целью работы является разработка научно-технических решений: методики расчета агрегатно-модульного расточного инструмента, базирующейся на математической модели инструмента; методики и технических средств оценки технического уровня инструмента, позволяющих обеспечить максимальную эффективность агрегатно-модульного расточного инструмента.

Для достижения поставленной цели выполнен анализ существующих конструкций инструмента и определены критерии его качества; разработана математическая модель агрегатно-модульного расточного инструмента; исследованы расчетными и экспериментальными методами выпускаемые . серийно и специально изготовленные конструкции инструмента; разработаны практические рекомендации по проектированию и использованию агрегатно-модульного расточного инструмента; на основании рекомендаций созданы и исследованы конструкции расточного инструмента, защищенные авторскими свидетельствами.

Теоретические и экспериментальные исследования в работе выполня- | лись на базе основных положений теории упругости, теории механических \

колебаний и динамики упругих систем дАгрегатно-модульный расточной инструмент рассматривался как колебательная механическая система с распределенными параметрами. Параметры системы определялись расчет-но-экспериментальным методом с использованием стендов статического и динамического нагружения. Исследовались серийно выпускаемые промышленностью и разработанные автором конструкции агрегатно-модульного расточного инструмента.

На основании выполненного анализа посвященных данной тематике работ и типовых конструкций узлов соединения модулей разработана обобщенная математическая модель агрегатно-модульного расточного инструмента.

В результате проведенных исследований установлено, что повышение эксплуатационных характеристик агрегатно-модульного расточного инструмента может быть достигнуто за счет использования узлов соединения модулей оптимальной конструкции с заданными упруго-диссипативными характеристиками. Это позволило разработать рекомендации по проекта- ; рованию и на их основе создать новые конструкции агрегатно-модульного | расточного инструмента, обладающие высокими функциональными харак- ) теристиками. Новизна разработок подтверждена авторскими свидетельствами №1349887, №163849, №1775230. |

Разработанная математическая модель агрегатно-модульного расточ- ; ного инструмента и инженерная методика проектирования используются в ; АО "Томский инструмент" и АО "Северодвинский завод дорожных ма- I

I

шин"; отдельные элементы методики применяются в учебном процессе в | Севмашвтузе.

Расчетный экономический эффект от использования результатов диссертационной работы в народном хозяйстве составил в ценах 1991 года 13,750 млн. рублей.

Основные положения и результаты работы в целом докладывались и обсуждались на:

-заседаниях кафедр "Технология металлов" Севмашвтуза в 19871991 г.г., ТСМ СПГМТУ в 1991-1994 г.г., ИСАП МГТУ "Станкин" в 19941995 г г.;

- НТК заводов втузов в г. Рубцовске в 1987 г., Всероссийской по модульным методам проектирования в г. Керчь в 1989 г., УДН им. Патриса Лумумбы в 1988-1989 г.г., НТК им. А.Н. Крылова в 1987 г.

Результаты исследований опубликованы в 9 работах автора.

На защиту выносятся:

1. Обобщенная расчетная схема и математическая модель агрегатно-модульного расточного инструмента.

2. Экспериментальные методы и технические средства исследования аг-регатно-модульного расточного инструмента.

3. Результаты расчетно-экспериментального исследования агрегатно-модульного расточного инструмента (в том числе - зависимости коэффициентов жесткости и демпфирования, используемых в модели, от конструктивно-технологических особенностей инструмента), а также - сравнительные испытания различных конструкций агрегатно-модульного расточного инструмента в статике, динамике и в опытах с резанием.

4. Рекомендации по проектированию и использованию агрегатно-модульного расточного инструмента.

5. Разработанные на основе рекомендаций конструкции агрегатно-модульного расточного инструмента и результаты их сравнительных исследований.

Работа выполнена в Московском Государственном Технологическом Университете "Станкин" и Севмашвтузе (филиале Санкт-Петербургского Государственного Морского Технического Университета).

Глава 1.

АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНОГО ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Исследованию вопросов, связанных с проектированием вспомогательного инструмента для расточной обработки, в частности, - модульных систем инструмента, посвящен ряд работ отечественных и зарубежных авторов. В них рассматриваются различные аспекты проблематики создания высокоэффективных инструментов.

Из анализа публикаций, связанных с агрегатно-модульным вспомогательным инструментом, можно сделать вывод, что агрегатно-модульный расточной инструмент - это часть системы инструментообеспечения и для него свойственны общие закономерности и принципы проектирования любых видов инструмента. И в этом направлении как в нашей стране, так и за рубежом наработан значительный опыт проектирования и создания высокоэффективных инструментов. Среди таких трудов, определяющих общие принципы проектирования инструмента, а также затрагивающих различные аспекты создания высокоэффективных инструментов, можно упомянуть работы Д.И. Семенченко [112], А.Я. Малкина [70],

A.Д. Шустикова [137], М.М. Абакумова [1], а также М.И. Юликова [147],

B.И. Брука [21]. Среди работ, посвященных исследованию связи физических процессов с работоспособностью режущего инструмента,

В.Ф. Боброва [18], A.M. Вульфа [30], В.А. Остафьева [98], В.Л. Филиппова [126], Г.Л. Хаета [131]. Системный подход к созданию высокоэффективных инструментов требует рассмотрения их взаимосвязи с другими элементами технологической системы и процессом резания. Среди работ, посвященных исследованию динамической системы станка, не-

обходимо отметить работы В.А. Кудинова [56], А.И. Левина [62], В.В. Каминской [46]. Исследованию динамики процесса резания посвящены, в частности, работы JI.K. Кучмы [61], А.И. Каширина [47], Б.П. Бармина [13], А.П. Соколовского [115], А.Я. Малкина [71], В.Н. Подураева [101, 102], И.Г. Жаркова [39], А.Д. Шустикова [139], В.А. Кудинова [57], М.Е. Эльясберга [141], В.И. Локтева [67]. В ряду работ, посвященных исследованию динамики инструмента, можно назвать работы Д.Т. Васильева [22], A.C. Кондратова [50], А.Д. Шустикова [137], В.А. Остафьева [98], Т.Н. Лоладзе [68], А.Л. Федорова [122], Ю.Г. Кабалдина [44]. Исследованию инструмента во взаимосвязи с другими элементами технологической системы и процессом резания посвящены, в частности, работы A.C. Кондратова [49], И.Г. Жаркова [38], В.Л. Федорова [126], В.И. Малыгина [80].

Несмотря на то, что для агрегатно-модульного расточного инструмента свойственна общность подходов (в плане его исследования, проектирования, изготовления и эксплуатации) с инструментальным обеспечением в целом, для него характерны особенности, определяемые отмеченной выше спецификой занимаемого им места в технологической системе. Среди работ, посвященных общим вопросам проектирования вспомогательного инструмента, как самостоятельной части системы инструментообеспечения, можно отметить работу М.М. Абакумова [1].

Среди работ, посвященных различным аспектам проектирования собственно агрегатно-модульного расточного инструмента как частного случая вспомогательной инструментальной оснастки, можно отметить работы

A.Р. Маслова [84], Ю.И. Кузнецова [58, 60], И.Л. Фадюши-на [121],

B.Г. Королева [52], В.Л. Федорова [123], Г.М. Лехциера [65]. В упомянутых работах агрегатно-модульный расточной инструмент рассматривается как отдельная специфическая область всей гаммы вспомогательного инстру-

мента, обладающая рядом существенных особенностей как в плане эксплуатации, так и с конструктивной точки зрения. Отмечается, в частности, что агрегатно-модульные расточные инструменты представляют собой инструментальные системы, использование которых наиболее эффективно в составе участков, объединяющих несколько многоцелевых станков, имеющих общий комплекс инструментального обеспечения. Аналогичный вывод следует из работы Т. Фурукавы [129], согласно которой при наличии четырех и более станков, использующих общий комплект агрегатно-модульного расточного инструмента, его эксплуатация становится экономически более выгодной, чем оснащение каждого станка индивидуальным комплектом вспомогательного расточного инструмента. Однако, очевидно, что такое использование инструмента предъявляет повышенные требования как к организационным аспектам его эксплуатации, так и к комплексу его функциональных характеристик.

Подчеркивается, что и с точки зрения функциональных характеристик агрегатно-модульные расточные инструменты отличаются от традиционных конструкций вспомогательного инструмента. Для модульного инструмента существует определенная область наиболее целесообразного использования, а именно - автоматизированная обработка на многоцелевых станках, при комплексной обработке сложных изделий единичного и мелкосерийного выпуска различными типами режущего инструмента [147], когда вопросы сокращения затрат времени на переналадку инструмента, и экономических затрат на инструментальное обеспечение при сохранении высокого качества обработки имеют решающее значение; в условиях четкой организации работы технологической подсистемы инструментообеспече-ния. Вопросам использования агрегатно-модульного расточного инструмента в организационно-техническом аспекте посвящены работы следующих авторов: В.А. Гречишникова, В.Ю. Конюхова [34];

М.А. Эстерзона [94, 144], Д.В. Радзиевского [145, 146]; Ю.И. Кузнецова [58, 59], Ю.Л. Фру-мина [128]; А.Р. Маслова [84], В.И. Брука [21], В.И. Островского [99]. В работах С.Р. Аслибекяна, Р.К. Мещерякова [11]; В. Л. Федорова, Э.Н. Дымовой [123]; А.И. Тимченко [119], В.А. Михайлова [90].

В работах [6, 43, 92, 93, 109] подчеркивается, что по функциональным характеристикам агрегатно-модульные расточные инструменты практически не уступают традиционным конструкциям вспомогательного инструмента, а по таким параметрам, как динамическая жесткость, виброустойчивость даже превосходят их. Отмечается также, что в значительной мере качество модульного инструмента определяется структурой и составом инструмента, в частности (при прочих равных условиях) - количеством и размерами составляющих инструмент модулей, а также конструктивным исполнением узлов их взаимного соединения.

Наряду с общими вопросами проектирования агрегатно-модульного расточного инструмента, ряд публикаций посвящены частным вопросам изучения этой области.

Результаты исследования характеристик жесткости модульного вспомогательного инструмента экспериментальными методами приводятся в работах [6, 11, 15, 43, 53, 89, 92, 96, 149], расчетные методики оценки статической жесткости изложены в работах [32, 58], расчетам точностных параметров модульного инструмента посвящены работы [52, 60]. Несмотря на содержащиеся в отмеченных работах, в целом, существенные результаты, необходимо отметить недостаточно формализованный подход к оценке агрегатно-модульного расточного инструмента как механической подсистемы, что создает трудности при оценке качества инструмента в процессе его проектирования и использования. Косвенным подтверждением этого обстоятельства может служить фак