автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности проектирования гиперболических фрез компьютерным моделированием процесса репрофилирования рельсов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

На правах рукописи

1Р(

ЧЕВЫЧЕЛОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ФРЕЗ КОМПЬЮТЕРНЫМ МОДЕЛИРОВАНИЕМ ПРОЦЕССА РЕПРОФИЛИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВ

Специальность 05.03.0] - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОРЕЛ 2005

Работа выполнена на кафедре "Машиностроительные технологии и оборудование" Курского государственного технического университета

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор

С.Г. Емельянов

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Кандидат технических наук, доцент

Л.М. Червяков А.В. Олейник

Ведущая организация.

ТулГУ, г. Тула

Защита диссертации состоится 7 октября 2005 года в И часов на заседании диссертационного совета Д 212.182.06 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, г. Орел, На угорское шоссе, 29, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета

Автореферат разослан "5 " сентября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук

Василенко Ю.В.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рельсы в железнодорожном пути являются наиболее ответственным и дорогостоящим элементом, от состояния которого в первую очередь зависит надежное, бесперебойное и безопасное движение поездов. Новые рельсы, уложенные в путь с соблюдением всех требований технологии производства путевых работ, в процессе эксплуатации постепенно теряют свои служебные свойства. На поверхности катания головки рельсов образуется дефектный слой металла с измененной структурой и микротвердостью. Из-за больших контактных напряжений происходит пластическое оттеснение (смятие) металла от центра к нерабочей грани рельса, неравномерный износ и формируется поперечный профиль головки отличный от стандартного, на поверхности катания появляется и начинает интенсивно развиваться продольная волнистость. При этом рельсовая сталь в подошве и шейке рельса за весь срок службы остается практически не поврежденной.

Проблемой продления срока службы рельсов на возможно больший срок с обеспечением безопасности движения поездов, активно занимаются специалисты Северной Америки и Европы. В нашей стране этому вопросу посвящены работы ЯП. Мелентьева, А.Г. Суслова, В.А. Аксенова, В. Л. Порошина и др.

Одним из приоритетных направлений в развитии ресурсосберегающих технологий на железных дорогах Министерства транспорта является повторное использование отремонтированных железнодорожных рельсов. В настоящее время широко внедряется перспективный способ восстановления профиля рабочей поверхности головки рельсов фрезерованием, который позволяет не только повысить срок службы рельсов, но и обеспечить надежную и безопасную работу пута

Стоимость отремонтированного рельса при фрезеровании в стационарных условиях, включая затраты на оборудование, персонал, инструмент и расходные материалы в несколько раз меньше стоимости новых рельсов. Причем по оценкам отечественных и зарубежных специалистов совершенствование режущего инструмента позволит значительно снизить общие затраты на обработку рельсов и тем самым повысить эффективность процесса репрофилирования.

При этом фрезерование применяется и для обработки головки рельсов на действующих путях фрезерно-шлифовальным поездом.

Повышения эффективности проектирования и изготовления режущего инструмента, можно достичь созданием систем автоматизированной конструкторско-технологической подготовки производства. Это позволит обеспечить совершенствование их конструкций, методик проектирования, технологий изготовления, достичь высокой эффективности принимаемых решений; реализовать разработанные методики в виде системы автоматизированного проектирования, врт^т^вдиваишг яи -изготовления

(САО, САМ, САЕ, РЭМ системы) рй^^^Щ^Бсфрез

для

а«¿У!

репрофилирования головки рельсов на базе персональных компьютеров и станков с ЧПУ.

Вопросы автоматизированного проектирования инструмента рассмотрены в работах д.т.н. С.И. Лаптева, В.А. Гречишникова, Б.И. Ящерицина, А.Н. Борисова, И.А. Ордшарцева, П.Р. Родина, C.B. Лукиной, С.Г. Емельянова, к.т.н. Е.И. Яцун, С.Я. Хлудова, Е В. Серовой, С.И. Юшмахова, С.А. Илюхина, М.А. Максимова, C.B. Лобановой, В.В. Куц, О.С. Сорокиной, А. А. Горохова и др.

Таким образом, создание высокоэффективной системы проектирования и изготовления фасонных сборных фрез для повышения эффективности процесса репрофилирования головки рельсов является на сегодняшний день актуальной задачей.

В данной работе на базе разработанной геометрической модели формирования профиля головки рельсов создана система авто матизиров анного проектирования, конструирования и изготовления гиперболических фрез, оснащенных сменными многогранными пластинами (СМИ), для репрофилирования рельсов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках ведомственной научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» проект «Повышение конкурентоспособности сборных фрез для восстановления профиля поверхности катания головки рельсов на основе системного моделирования процесса их проектирования» выполняемой в 2005 г.

Предмет исследования. Геометрическая модель формирования профиля головки рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными С МП.

Объект исследования. Гиперболическая фреза, оснащенная С МП, доя репрофилирования головки рельсов.

Цель работы. Повышение эффективности конструкторско-технологической подготовки производства гиперболических фрез для репрофилирования рельсов на основе системного моделирования процессов их проектирования, изготовления и работы.

Методы исследования. Построение геометрической модели основано на базе фундаментальных положений теории проектирования режущих инструментов, с использованием аппарата аналитической и дифференциальной геометрии, векторно-матричного анализа, интерактивного поиска технических решений, методах математического и компьютерного программирования и средств компьютерной графики.

Автор защищает:

1. результаты.. теоретических исследований формирования выпуклы* ' йдйерхностей, образующая которых представляет

< мИ ' i

собой кривую второго порядка, сборными фрезами с прямолинейной образующей производящей поверхности;

2 геометрическую модель, методики и алгоритмы формирования профиля головки рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными С МП;

3. результата работы программного обеспечения по проектированию, конструированию и изготовлению гиперболических фрез, оснащенных С МП, для репрофилирования головки рельсов;

4 результаты компьютерного моделирования процесса работы гиперболических фрез, оснащенных С МП, для репрофилирования головки рельсов.

Научная новизна работы заключается в:

- разработав способов, методик и алгоритмов формирования выпуклых поверхностей, образующая которых представляет собой кривую второго порядка, фасонными сборными фрезами с прямолинейной образующей производящей поверхности, расположенной под углом X к оси фрезы;

- развитии геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами для процесса репрофилирования рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными С МП, которая учитывает трансформацию прсйфиля образующей номинальной поверхности при установке фрезы на станке под углом £ относительно направления подачи;

- выявлении вида функциональной зависимости размеров производящей поверхности фрезы (ширины В, максимального диаметра Апах) и угла наклона главной режущей кромки С МП Я, от параметре» установки фрезы на станке (угла поворота относительно направления подачи

и угла поворота относительно оси симметрии рельса у/) и ее радиуса Щ.

Практическая ценность работы заключается в создании методик и программного обеспечения процесса проектирования, конструирования и изготовления гиперболических фрез, оснащенных СМП, представленных в вида:

- алгоритмов и программ для математического синтеза конструкций гиперболических фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования головки рельсов с использованием трехмерной модели;

- алгоритмов и программ для численного моделирования работы и оценке результатов проектирования данных фрез по характеру изменения кинематических углов, параметров срезаемых слоев, высоты и среднего шага неровностей обрабатываемой поверхности;

- практических рекомендаций по проектированию и технологической подготовке производства гиперболических фрез, оснащенных СМП, для обработки поверхностей деталей с выпуклым профилем, обеспечивающих сокращение сроков проектирования и снижение

трудоемкости конструкторско-технологической подготовки производства.

Результаты работы, представленные в виде методик, программного обеспечения и практических рекомендаций по проектированию гиперболических фрез, оснащенных СМИ, для обработки поверхностей деталей с выпуклым профилем использованы на ОАО "Геомаш" (г. Щигры, Курской области), ЗАО "Станкостроительный завод" (г. Курск), используются в учебном процессе кафедры "Машиностроительные технологии и оборудование" Курского государственного технического университета.

Достоверность полученных теоретических положений подтверждается компьютерным моделированием процессов проектирования, конструирования и изготовления фасонных фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования головки рельсов, а также моделированием процесса обработки рельсов.

Апробация работы.

Основные положения работы были доложены и обсуждены на, Международной научно-технической конференции «Технологические системы в машиностроении» (Тула, 2002), на 1-й Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2003), на 2-й Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2004), на 3-ей Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 200S).

Публикации. По материалам проведенных исследований опубликовано 12 работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 90 наименований и приложений. Работа содержит 189 страниц машинописного текста, 91 рисунок и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведена характеристика современных рельсов, используемых на железных дорогах, химический состав и механические свойства материала, профили головки рельсов, получаемые после

механической обработки. Проведен анализ влияния механической обработки на прочностные характеристики старогодных рельсов, а также мирового опыта механической обработки рельсов на действующих путях и в стационарных условиях, используемого оборудования и режущего инструмента.

Рассмотрены конструкции фрез и СМП применяемых в России для репрофилирования старогодных рельсов, где выявлены их достоинства и недостатки.

Определены задачи и перечень теоретических вопросов решаемых при автоматизированном проектировании и изготовлении фасонных сборных фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования головки рельсов.

Во второй главе разработана геометрическая модель формирования профиля головки рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными СМП, для репрофилирования головки рельсов.

Реализация поставленной цепи осуществляется комплексным подходом, учитывающим проектирование, изготовление и эксплуатацию инструмента. При этом разработаны теоретически обоснованные методики проектирования фасонных фрез, оснащенных СМП, с прямолинейной образующей производящей поверхности дня обработки выпуклых поверхностей, образующая которых представляет собой кривую второго порядка. Данную задачу можно решить при помощи определенной ориентации СМП на корпусе фрезы. Задавая СМП с прямолинейной режущей кромкой угол А, получим образующую поверхности детали, представляющую собой кривую второго порядка с радиусом кривизны р^, который зависит от радиуса инструмента и угла X.

Геометрическим обоснованием данного способа обработки является известный в математике однополостной гиперболоид, который имеет два семейства прямолинейных образующих.

Если заданы ограничения на радиус инструмента Д, > и угол наклона режущей кромки СМП Л, <Лтя, то условие применения данного способа выглядит следующим образом:

При 1=1 Омм, Лшах =30° (рекомендуемое значение) и КтЬ=10лм«, радиус кривизны профиля равен ра « ЪОмм.

(1)

где: ра- радиус кривизны профиля поверхности детали, мм; / - длина режущей кромки СМП, мм; Дтт- минимальный радиус инструмента, мм;

максимальный угол наклона главной режущей кромки СМП,

град.

Поэтому профиль поверхности детали с меньшим радиусом кривизны необходимо вначале трансформировать. Для этого производящую поверхность фрезы ориентируют под углом С относительно направления подачи, тогда

IV

»2 /2-зт2/и.

2-

2

Кат

<Рл<

(2)

12 -соз2^ +

Так как профиль рельса представляет собой совокупность участков дуг окружностей, то, при ориентации производящей поверхности фрезы под углом у относительно оси симметрии рельса, его профиль с высокой точностью можно описать участками гиперболической кривой, которые получаются при вращении С МП с прямолинейной режущей кромкой, расположенными на корпусе под соответствующими углами Хк к оси инструмента.

Для этого инструменту необходимо задать угол поворота относительно

Мп

направления подачи ^

\XqYQZQ-

-»лгдг.)

(рис. 1), угол поворота

относительно оси симметрии рельса у/ —>Хг¥2г2^ и радиус Я0

(в точке хя~0) —»АГЯУ$2Х Затем необходимо найти

трансформированный профиль рельса (рис. 1, позиция 1.), который будет определяться перпендикулярами Я, (в секущей плоскости У303г3), восстановленными из точек оси производящей поверхности инструмента Х5 (от начальной точки профиля Я до конечной точки профиля К) на формируемую поверхность рельса Г40^4.

Матрица перехода М^ примет вид:

(3)

Расположение инструмента под углом у относительно оси симметрии рельса необходимо для формирования симметричного профиля относительно оси Г»

Расположение под утлом С, к направлению подачи необходимо для управления конструктивными параметрами инструмента при его проектировании.

Рис. 1 Схема трансформации исходного профита головки рельса

На рис 2 представлена блок-схема трансформации профиля головки рельса. При этом на вход кроме параметров у/, и Я0 необходимо подать для Р участков профиля рельса их радиусы Яр и углы определяющие

величину дуги относительно оси головки, а также количество точек дискретного представления на каждом участке А.

На выходе получаем массив координат точек трансформированного профиля »гр1,Утр1,гтр1-

На рис. 3. представлена блок-схема определения угла Хк. На вход подаются параметры С МП необходимые дня определения длины

прямолинейного участка режущей кромки /, точность интерполяции 3 и массив координат трансформированного профиля

На выходе получаем массив координат точек установки производящей лиши СМП и угол наклона главной режущей кромки \хк'Ук>2к>^к \к=\^К' а

также количество СМП в зубе К.

Таким образом, рассчитав для каждой СМП свой угол Л^, получаем набор производящих линий, формирующих необходимый профиль на поверхности детали.

СМП в каждом зубе развернуты относительно друг друга с обеспечением равенства задних углов в середине каждой СМП.

При формировании симметричного профиля рельса необходимо использовать две профильные фрезы, каждая из которых обрабатывает один из симметричных участков (рис. 4). Для формирования асимметричного (ремонтного) профиля правых и левых рельсов без разворота необходимо использовать также две профильные фрезы, каждая из которых полностью обрабатывает необходимый асимметричный профиль. При этом в каждом комплекте фрезы различаются знаком угла Я.

Для повышения эффективности процесса репрофилирования старогодных рельсов разработана методика расчета профиля фрезы для предварительной обработки головки рельса из условия постоянства радиальной составляющей силы резания при чистовом фрезеровании. Анализ результатов показал, что для предварительной обработки также можно использовать гиперболические фрезы.

С целью повышения равномерности процесса репрофилирования СМП в каждом ноже располагаются таким образом, чтобы процесс резания происходил непрерывно, а ножи равномерно смещены относительно друг друга на величину торцового шага (т.

Для решения задач, связанных с численным моделированием работы, рассмотрены поверхности, описываемые режущими кромками в процессе движения инструмента, и значения производных этих поверхностей: производные по длине режущей кромки; производные по параметру движения (определение векторов движений); производные по времени (характеризующие суммарный вектор скорости).

и

I Начало: ]

р р=1 * ему/

£

= гИ=0'

Ур{ = Яр<х»$р1, Ур0 гр0 1|

¿р = В<,+хр0с-1гС+ур1>,ар=Ир II

/«" „ „2 , _ .2

^р/иу/ =Мц1-\хрш Урт 0 1), А'до*-М¥ -МрьМ= -Мр^ I

= ХрЬн)> + У.^дОси»! ^Гр/ ~ Т > >Гр/ = -^Хрт - *Р1с)2 + 0>, - >>)2>

Рис. 2. Блок-схема трансформации профиля головки рельса

** = *г>Ук = Уг> 2» =г,Л4 =Л

- к=*к+1

Л

~хк-\»

*2 = хк_х+п

У1"Уы1> дс2 = ЛС[ +п

к = к +1

|*=1,л:

** =хг,ук=уг,гк=2,Лк=Х

Рис. 3. Блок-схема определения угла ^

В результате моделирования процесса обработки осуществляется расчет оценочных параметров: изменение кинематических углов вдоль режущей кромки (переднего заднего угла наклона

главной режущей кромки срезаемых слоев (толщины

ширины 6^(0, длины А>*)) для СМП; а также высота и средний шаг неровностей (8в,Яа).

Рис. 4 Схема установки фрез доя формирования симметричного профиля рельса (угол £=0).

В третьей главе разработана геометрическая модель конструкции гиперболических фрез для репрофилирования головки рельсов, позволившая рассчитать параметры наладки приспособления и станка с ЧПУ при обработке корпуса фрезы.

Определив положение и ориентацию СМП, решается задача координации элементов конструкции фрезы. При этом элементы крепления кр-й пластины на корпусе связываются с устанавливаемой СМП, а последняя с корпусом инструмента. Это позволяет при изменении положения СМП, скоординировать данные элементы относительно корпуса, а вместе с ними и конструктивные элементы необходимые дан их установки.

Выделяем в конструкции фрезы, такие основные части: корпус (ХлУАгА\ СМП {Хс^ ), блокировочный винт (Х^Т^г^) (рис. 5).

Таким образом, положение крепежных винтов кр-й СМП относительно корпуса определяется матрицей перехода:

Обработка элементов конструкции корпуса фрезы, требует расчета параметров наладки, реализация которых на станке и приспособлении 2-го порядка переведет корпус в такое положение, когда станет возможным выполнение параметризованной программы обработки пазов, отверстий и т.д. на корпусе. Для этого необходимо определить положение каждого отдельного элемента конструкции относительно корпуса.

Рис. 5. Конструкция гиперболической фрезы для репрофилирования рельсов

Корпус фрезы представляет собой тело вращения и имеет сложную форму. Для обработки его с заданным профилем необходимо, обозначив основные параметры, свести их в единый массив.

При обработке корпуса фрезы в единой системе рассматривается корпус инструмента, станок с ЧПУ и приспособление. Наладка станка производится путем произвольного распределения шести степеней свободы между станком (аг1/к>.) и приспособлением (Д*,...,^) в зависимости от их технологических возможностей.

Для выполнения /-Й операции на станке 2-го порядка (система координатору^,,) установлено приспособление (ХгГггс заданной матрицей перехода Мш. Задачей наладки является отработка таких значений параметров наладки Л*> - ,А»ь при которых система

координат Х^У^Х^ к-го элемента конструкции совпадает с системой координат зоны обработки станка, фиксируемой заданной 4

матрицей перехода М^. Положение системы координат зоны обработки ^

относительно станка предполагает наиболее простое и эффективное /

выполнение операции обработки без дополнительных переналадок или усложнения кинематики выполняемых движений, где заранее определена управляющая программа обработки. Наладка выполняется в два этапа -наладка станка и наладка приспособления. При наладке станка отрабатываются значения его параметров наладки, которые заложены в структуре матрицы Мш,(а1к,...,аяк), определяющей перевод приспособления с закрепленным в нем корпусом в новое положение, обозначенное штрихом. При наладке приспособления отрабатываются значения его параметров наладки, которые заложены в структуре матрицы Мл^и}\к>->Ртк)> определяющей перевод корпуса в новое положение,

обозначенное двумя штрихами Для того, чтобы матрица А/^^ стала единичной, необходимо решить относительно параметров наладки а1к,...,ал, Р\к>—Фп* следующее матричное уравнение:

^иУ =М}\уМтМ1т.(.а1к,...,ал)МтМАА.{/)1к.....Д*). (4)

Такая схема позволяет произвести расчет наладок и подготовить управляющую программу для станка с ЧПУ.

В четвертой главе рассмотрен пример решения конкретной задачи, позволяющий наглядно продемонстрировать возможности системы и справедливость сформулированных в работе положений.

Определены уравнения зависимости параметров фрезы (размеров и формы производящей поверхности, угла наклона главной режущей кромки Ль, главного угла в плане щ и количества С МП в зубе К)егг параметров ев установки на станке относительно головки рельса (угла поворота относительно направления подачи фрезы С и угла поворота относительно оси симметрии рельса у) и ей радиуса Щ в точке =0.

В интервале значений параметров 25 <11$ <100, 25 < £ < 45, 25 < у/ < 45 по методу наименьших квадратов получены следующие уравнения для ширины производящей поверхности фрезы В:

В = 329 + 0,0197-В* - 0,1 -0,012 у2, (5)

максимального диаметра фрезы

Птйх =150 + 0,025-0,001-С2-0,017 V, (6)

и усредненного угла наклона режущей кромки С МП Х^

Лф = 9,45 + 0,0004 Я^+0,0\5-С2+ 0,00038• у/2. (7)

Проверка значимости полученных уравнений по критерию Фишера подтвердила их адекватность экспериментальным данным.

В результате численного моделирования процесса резания получены графики изменения углов, параметры срезаемых слоев вдоль режущей кромки, а также высота и средний шаг неровностей.

Исходя из матриц установки для каждого элемента, в автоматизированном режиме рассчитаны параметры наладки дня станка второго порядка.

После достижения рациональных результатов поэтапно осуществляется проектирование корпуса инструмента.

Результаты процесса проектирования и моделирования работы гиперболической фрезы для репрофилирования симметричного участка профиля головки рельсов типов Р65 и Р75 сведены в табл. 1. На рис. 6. представлена трехмерная модель гиперболической фрезы.

Параметры спроектированной гиперболической фрезы

Таблица 1

В=232 мм, Аиах =170 мм, К=25 шг, С-35°, у =37°, «о =50мм

Форма производящей поверхности

График изменения углов Рк Л Л/с вдоль

производящей поверхности фрезы

График погрешности

формирования _профиля_

о.ое

0,04 0,02 0 -0,02 -0,04 -0,06 -0,0« -0,1

&К,1

7 Ад Нтлп

' ЩРу « »

График влияния допуска угла установки фрезы Сна погрешность формирования _профиля_

График влияния допуска угла установки фрезы у/ на погрешность формирования _профиля_

-0.18

График влияния допуска радиуса фрезы Л0 на погрешность формирования профиля

УУ*1 \

График влияния допуска главного угла в плане <р на погрешность формирования _профиля_

0,08 0,06

0,04 0,02 о

-0,02 -0,04

-о,ое -0,08

ТАК,~>ч" -

I? «I

Т1Г

1 даИ'Шям» ¿^к'лт^вл^:

■К,-***: -гг ЛАП'/ .^мгл

.....

к."' ч^-л:

> 1в ' *

%

-0,2

-0,1 -0,12

График погрешности формирования профиля с учетом погрешностей размеров: 0> = ф»+О,2,

од.

До=/го+о,1, у = у + 0,2

График изменения толщины срезаемых слоев вдоль профиля _фрезы_

0,07 0,08 0,Св 0,04 0.03

о,ог 0,01

-0,06 сек -0,12 см -0,18 се -0,24 ск -0.26 сек

МСМГ1

10

20

25

30

График изменения ширины срезаемых слоев вдоль профиля _фрезы_

График изменения площади срезаемых слоев вдоль профиля Фрез"_

|—0,06 сек

1-0,12 сек г-0,18 сек -и—0,24 (Ж б—0,26 сек

График изменения длины срезаемых слоев вдоль профиля _фрезы_

ш

ы

10

20

График изменения

усредненного переднего угла у вдоль режущих кромок СМП

График изменения усредненного заднего угла а вдоль режущих кромок СМП

Рис 6 Модель гиперболической фрезы для обработки симметричного участка профиля головки рельсов типов Р65 и Р75

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Применение гиперболических фрез для репрофилирования рельсов позволяет:

- использовать для их оснащения СМП только одного типа - с прямолинейной режущей кромкой;

- повысить плавность обработки за счет соответствующего расположения СМП под углами Яд и обеспечения непрерывности процесса резания.

2. Разработаны способы обработки гиперболическими фрезами, оснащенными СМП, выпуклых поверхностей, образующая которых представляет собой кривую второго порядка, при которых формообразование происходит вогнутыми производящими линиями, образующимися при вращении СМП с прямолинейной режущей кромкой, расположенных на корпусе инструмента под углом Л к его оси (заявка К® 2005101565 от 24.01.2005, заявка № 2005101566 от 24.01.2005).

3. Разработаны способы предварительной и окончательной обработки головки рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными СМП с прямолинейной режущей кромкой, расположенными под углом у относительно оси симметрии рельса и под углом С к направлению подачи, а также инструмент для реализации способов (заявка №2005104073/11(005341) от 15.02.2005, заявка №2005104093/11(005362) от 15.02.2005).

4. На базе разработанных методик и алгоритмов создана геометрическая модель формирования профиля головки рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными СМП, которая учитывает трансформацию профиля образующей номинальной поверхности при установке фрезы на станке под углом 4" относительно направления подачи.

5. Разработана геометрическая модель конструкции гиперболических фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования рельсов, которая включает расчет пространственной установки СМП на корпусе инструмента с обеспечением заданных численных значений углов вдоль режущей кромки СМП (заднего угла а, переднего угла у и угла наклона режущей кромки А).

6. Выполнено исследование влияния начальных данных для проектирования на выходные параметры фрезы, полученные при этом зависимости позволяют на предварительном этапе оценить габаритные размеры производящей поверхности фрезы и угла наклона главной режущей кромки % от параметров установки фрезы на станке относительно головки рельса (угла поворота относительно направления подачи фрезы £ и угла поворота относительно оси симметрии рельса у/) и её радиуса Но в точке ху =0. Установлено, что при изменении угла у/ до 45° рост угла £ ведет к уменьшению ширины производящей поверхности фрезы В, максимального диаметра фрезы Д^щ и при изменении угла у/ в интервале 45° -5-90"

рост угла Ç ведет к увеличению этих параметров. Установлено, что рост радиуса Ло ведет к увеличению ширины В и диаметра фрезы D^^ и практически не влияет на угол Хк.

7. Выполнено исследование влияния параметров фрезы и углов ей установки на станке относительно головки рельса с учетом предельных отклонений размеров на точность формирования профиля. Установлено, что дня снижения погрешности радиуса профиля головки рельса предельные отклонения главного угла в плане д>, радиуса фрезы Rq, угла установки фрезы относительно оси симметрии рельса ц/ необходимо задавать со знаком «+», а угла установки фрезы относительно направления подачи Ç со знаком «-».

8. На основе разработанной математической модели создана система автоматизированной конструкторско-технологической подготовки производства, позволяющая повысить эффективность процесса проектирования и изготовления гиперболических фрез, оснащенных СМИ за счет:

- сокращения сроков разработки и внесения изменений в конструкцию инструмента в 4 раза;

- сокращения расхода материала на изготовление корпусов фрез в 1,15 раза. По результатам НИР «Разработка автоматизированной системы проектирования и изготовления гиперболических фрез для обработки выпуклых поверхностей корпусных деталей станков», выполненной в 2005 году на ЗАО «Станкостроительный завод» город Курск, ожидаемый годовой экономический эффект составляет 76 тысяч рублей.

Основное содержание диссертация отражено в следующих работах:

1. Емельянов, С.Г. Исследование методов восстановления геометрического профиля рабочей поверхности головки железнодорожных рельсов посредством механической обработки [Текст] / С.Г. Емельянов, А.О. Гладышкин, С.А. Чевычелов // Технологические системы в машиностроении. Сборник материалов Международной научно-технической конференции Тула: ТулГУ, 2002.

2. Емельянов, С.Г. Анализ технологий восстановления геометрического профиля колес железнодорожного транспорта посредством механической обработки [Текст] / С.Г. Емельянов, А.О. Гладышкин, С.А. Чевычелов, А.Н. Быков // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов 1-й Международной научно -технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2003. с. 91-94.

3. Емельянов, С.Г. Место CALS - технологий в проектировании режущего инструмента [Текст] / С.Г. Емельянов, Е.И. Яцун, А.О. Гладышкин, A.A. Фадеев, С.А Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации.

Сборник материалов П Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2004 - с. 76-80.

4. Чевычелов, С.А. Динамическая модель процесса фрезерования [Текст] / С.А. Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов П Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2004 -с. 113-118.

5. Емельянов, С.Г. Графовая модель проектирования, изготовления и эксплуатации сборных фасонных фрез для репрофилирования старогодных рельсов [Текст] / С.Г. Емельянов, С.А Чевычелов // Известия Курского государственного технического университета. Курск: КурскГТУ, 2004. №2 (13)-с. 17-21.

6. Емельянов, С.Г. Повышение качества обработанной поверхности путем выбора рациональной схемы формообразования [Текст] / С.Г. Емельянов, С.А. Чевычелов // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2004. №3. с. 86-89.

7. Емельянов, С.Г. Повышение качественных характеристик динамических параметров процесса фрезерования рельсов [Текст] / С.Г. Емельянов, С.А, Чевычелов // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2004. №4. с. 97-100.

8. Чевычелов, С.А. Влияние схемы формообразования на шероховатость получаемой поверхности [Текст] / С.А. Чевычелов // Автоматизация и современные технологии. 2004. №12. С. 6-8.

9. Емельянов, С.Г. Использование гиперболических фрез, оснащенных сменными многогранными пластинами, для обработки выпуклых поверхностей [Текст] / С.Г. Емельянов, С.А. Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов Ш Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2005 - С. 12-15.

10. Емельянов, С.Г. Фрезерование гиперболическими фрезами выпуклых радиусных поверхностей [Текст] / С.Г. Емельянов, С.А Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов III Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2005 - с.

11. Емельянов, С.Г. Использование гиперболических фрез для предварительной обработки рельсов [Текст]/ С.Г. Емельянов, С.А. Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов Ш Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2005 - С. 15-19.

12. Емельянов, С.Г. Расчет положения и ориентации С МП на корпусе гиперболической фрезы для репрофилирования рельсов [Текст] / С.Г. Емельянов, С.А. Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов Ш Международной научно-технической конференции. Курск- КурскГТУ, 2005 -С. 20-24.

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЧЕВЫЧЕЛОВ С. А.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ФРЕЗ КОМПЬЮТЕРНЫМ МОДЕЛИРОВАНИЕМ ПРОЦЕССА РЕПРОФИЛИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВ

ИД №06430 от 10.12.01.

Подписано в печать_. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная.

Печ.л. 1_. Тираж 100 экз. Заказу

Курский государственный технический университет. Издательско -полиграфический центр Курского государственного технического университета. 305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

IM 5 7 6 7

РНБ Русский фонд

2006-4 19567

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1. Характеристика современных рельсов.

1.2. Влияние механической обработки на прочностные характеристики старогодных рельсов.

1.3. Способы механической обработки рельсов.

1.3.1. Обработка поверхности катания головки на действующем пути

1.3.2. Ремонт рельсов в стационарных условиях.

1.4. Анализ конструкции фрез для обработки головки рельсов.

1.5. Постановка задачи исследования.

1.6. Выводы и результаты.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФАСОННЫХ ФРЕЗ, ОСНАЩЕННЫХ СМП ДЛЯ РЕПРОФИЛИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВ

2.1. Графы, как математическая модель проектирования и изготовления фасонных фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования рельсов.

2.1.1. Многопараметрическое отображение аффинного пространства.

2.1.2. Граф расчета фасонных фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования рельсов.

2.2. Образующая исходной поверхности.

2.3 Влияние схемы формообразования на шероховатость получаемой поверхности.

2.4. Теоретические основы формирования поверхностей второго порядка имеющих выпуклый профиль.

2.4.1 Фрезерование поверхностей, имеющих выпуклый профиль с малым радиусом кривизны.

2.4.2. Методика проектирования гиперболических фрез, для репрофилирования рельсов.

3.4.3. Методика назначения припуска под обработку профильной фрезой.

2.4. Методика проектирования фрезы для предварительной обработки головки рельса.

2.5. Формула режущего инструмента.

2.6. Дискретное представление образующей.

2.6.1. Расчет координат опорных точек участков профиля головки рельса.

2.6.2 Расчет параметров дискретного представления образующей производящей поверхности фрезы.

2.7. Поверхность, описываемая режущими кромками.

2.8. Оснащение фрезы СМП.

2.8.1. Расчет дискретного представления режущих кромок СМП.

2.8.2. Расчет ориентации производящей линии фрезы относительно производящей поверхности.

2.8.3. Расчет положения и ориентации СМП относительно производящей линии фрезы.

2.8.4. Расчет параметров лезвий СМП.

2.8.5. Распределение СМП по производящей поверхности фрезы.

2.9. Расчета матрицы перехода М5(?(/) для процесса фрезерования головки рельсов.^

2.10. Расчет величин скоростей исполняемых движений.

2.11. Оценка режущих свойств фрезы.

2.11.1. Размеры срезаемых слоев.

2.11.2. Расчет остаточных слоев.

2.12. Выводы и результаты.

3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ФРЕЗ ДЛЯ

РЕПРОФИЛИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВ.

3.1. Граф конструкции гиперболической фрезы для репрофилирования рельсов.

3.1.1. Граф конструкции корпуса гиперболической фрезы для репрофилирования рельсов.

3.2. Определение параметров корпуса гиперболической фрезы для токарной обработки.

3.3. Расчет матрицы установки паза под СМП.

3.4. Расчет матрицы установки отверстия под винт крепления СМП

3.5. Расчет матрицы установки паза МС А

3.6. Расчет положения стружечной канавки.

3.7. Расчет матриц установки технологических пазов.

3.8. Расчет установки хвостовиков.

3.8. Расчет установки шпоночных пазов.

3.10. Математическая модель изготовления гиперболической фрезы для репрофилирования рельсов.

3.11. Наладка приспособления.

3.12 Выводы и результаты.

4. ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ ФРЕЗ ДЛЯ

РЕПРОФИЛИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВ.

4.1. Исходные данные для проектирования.

4.2. Анализ влияния исходных данных на выходные параметры фрезы

4.3. Оценочные параметры модели.

4.4. Анализ стойкости инструмента.

4.5. Конструирование корпуса фрезы.

4.6. Расчет параметров наладки приспособления при обработке элементов рабочей части корпуса фрезы на станке 2-го порядка.

4.7. Выводы и результаты.

Актуальность работы

Рельсы в железнодорожном пути являются наиболее ответственным и дорогостоящим элементом, от состояния которого в первую очередь зависит надежное, бесперебойное и безопасное движение поездов. Новые рельсы, уложенные в путь с соблюдением всех требований технологии производства путевых работ, в процессе эксплуатации постепенно теряют свои служебные свойства. На поверхности катания головки рельсов образуется дефектный слой металла с измененной структурой и микротвердостью. Из-за больших контактных напряжений происходит пластическое оттеснение (смятие) металла от центра к нерабочей грани рельса, неравномерный износ и формируется поперечный профиль головки отличный от стандартного, на поверхности катания появляется и начинает интенсивно развиваться продольная волнистость. При этом рельсовая сталь в подошве и шейке рельса за весь срок службы остается практически не поврежденной.

Проблемой продления срока службы рельсов на возможно больший срок с обеспечением безопасности движения поездов, активно занимаются специалисты Северной Америки и Европы. В нашей стране этой проблеме посвящены работы Л.П. Мелентьева, А.Г. Суслова, В.А. Аксенова, В.Л. Порошина и др.

Одним из приоритетных направлений в развитии ресурсосберегающих технологий на железных дорогах Министерства транспорта является повторное использование отремонтированных железнодорожных рельсов. В настоящее время широко внедряется перспективный способ восстановления профиля рабочей поверхности головки рельсов фрезерованием, который позволяет не только повысить срок службы рельсов, но и обеспечить надежную и безопасную работу пути.

Стоимость отремонтированного рельса при фрезеровании в стационарных условиях включая затраты на оборудование, персонал, инструмент и расходные материалы в несколько раз меньше стоимости новых рельсов. Причем по оценкам отечественных и зарубежных специалистов совершенствование режущего инструмента позволит значительно снизить общие затраты на обработку рельсов и тем самым повысить эффективность процесса репрофилирования.

При этом фрезерование применяется и для обработки рабочей поверхности головки на действующих путях фрезерно-шлифовальным поездом.

Повышения эффективности проектирования и изготовления режущего инструмента, можно достичь созданием систем автоматизированной конструкторско-технологической подготовки производства. Это позволит обеспечить совершенствование их конструкций, методик проектирования, технологий изготовления, достичь высокой эффективности принимаемых решений; реализовать разработанные методики в виде системы автоматизированного проектирования, конструирования и изготовления (CAD, САМ, CAE, PDM системы) фасонных сборных фрез для репрофилирования головки рельсов на базе персональных компьютеров и станков с ЧПУ.

Вопросы ' автоматизированного проектирования инструмента рассмотрены в работах д.т.н. С.И. Лашнева, В.А. Гречишникова, Б.И. Ящерицина, А.Н. Борисова, И.А. Ординарцева, П.Р. Родина, C.B. Лукиной, С.Г. Емельянова, к.т.н. Е.И. Яцун, С.Я. Хлудова, Е.В. Серовой, С.И. Климакова, С.А. Илюхина, М.А. Максимова, C.B. Лобацовой, В.В. Куц, О.С. Сорокиной, A.A. Горохова и др.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что создание высокоэффективной системы проектирования и изготовления фасонных сборных фрез для повышения эффективности процесса репрофилирования головки рельсов является на сегодняшний день актуальной задачей.

В данной работе на базе разработанной геометрической модели формирования профиля головки рельсов создана система автоматизированного проектирования, конструирования и изготовления гиперболических фрез, оснащенных сменными многогранными пластинами (СМП), для репрофилирования рельсов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках ведомственной научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» проект «Повышение конкурентоспособности сборных фрез для восстановления профиля поверхности катания головки рельсов на основе системного моделирования процесса их проектирования» выполняемой в 2005 г.

Предмет исследования

Геометрическая модель формирования профиля головки рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными СМП.

Объект исследования

Гиперболическая фреза, оснащенная СМП, для репрофилирования головки рельсов.

Цель работы

Повышение эффективности конструкторско-технологической подготовки производства гиперболических фрез для репрофилирования рельсов на основе системного моделирования процессов их проектирования, изготовления и работы.

Научная новизна работы заключается в:

- разработке способов, методик и алгоритмов формирования выпуклых поверхностей, образующая которых представляет собой кривую второго 8 порядка, фасонными сборными фрезами с прямолинейной образующей производящей поверхности, расположенной под углом Л к оси фрезы;

- развитии геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами для процесса репрофилирования рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными СМП, которая учитывает трансформацию профиля образующей номинальной поверхности при установке фрезы на станке под углом относительно направления подачи;

- выявлении вида функциональной зависимости размеров производящей поверхности фрезы (ширины В, максимального диаметра Dmax) и угла наклона главной режущей кромки СМП Л, от параметров установки фрезы на станке (угла поворота относительно направления подачи £ и угла поворота относительно оси симметрии рельса цг ) и ее радиуса Щ.

Методы исследования

Построение математической модели основано на базе фундаментальных положений теории проектирования режущих инструментов, с использованием аппарата дифференциальной геометрии и векторно-матричного анализа, интерактивного поиска технических решений, методах математического и компьютерного программирования и средств компьютерной графики.

Практическая ценность работы заключается в создании методик и программного обеспечения процесса проектирования, конструирования и изготовления гиперболических фрез, оснащенных СМП, представленных в виде:

- алгоритмов и программ для математического синтеза конструкций гиперболических фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования головки рельсов с использованием трехмерной модели;

- алгоритмов и программ для численного моделирования работы и оценке результатов проектирования данных фрез по характеру изменения кинематических углов, параметров срезаемых слоев, высоты и среднего шага неровностей обрабатываемой поверхности;

- практических рекомендаций по проектированию и технологической подготовке производства гиперболических фрез, оснащенных СМП, для обработки поверхностей деталей с выпуклым профилем, обеспечивающих сокращение сроков проектирования и снижение трудоемкости конструкторско-технологической подготовки производства.

Результаты работы, представленные в виде методик, программного обеспечения и практических рекомендаций по проектированию гиперболических фрез, оснащенных СМП, для обработки поверхностей деталей с выпуклым профилем использованы на ОАО "Геомаш" (г. Щигры, Курской области), ЗАО "Станкостроительный завод" (г. Курск), используются в учебном процессе кафедры "Машиностроительные технологии и оборудование" Курского государственного технического университета.

Достоверность полученных теоретических положений подтверждается компьютерным моделированием процессов проектирования, конструирования и изготовления фасонных фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования головки рельсов, а так же моделированием процесса обработки рельсов.

Автор защищает:

1. результаты теоретических исследований формирования выпуклых поверхностей, образующая которых представляет собой кривую второго порядка, сборными фрезами с прямолинейной образующей производящей поверхности;

2. геометрическую модель, методики и алгоритмы формирования профиля головки рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными СМП;

3. результаты работы программного обеспечения по проектированию, конструированию и изготовлению гиперболических фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования головки рельсов;

4. результаты компьютерного моделирования процесса работы гиперболических фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования головки рельсов.

Апробация работы

Основные положения работы были доложены и обсуждены на, международной научно-технической конференции «Технологические системы в машиностроении» (Тула, 2002), на 1-й международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2003), на 2-й международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2004), на 3-ей международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2005).

Структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня использованной литературы, приложений.

Во введении обоснована актуальность темы работы. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведена характеристика современных рельсов, используемых на железных дорогах, химический состав и механические свойства материала, профили головки рельсов, получаемые после механической обработки. Проведен анализ влияния механической обработки на прочностные характеристики старогодных рельсов, а так же мирового опыта механической обработки рельсов на действующих путях и в стационарных условиях, используемого оборудования и режущего инструмента.

Рассмотрены конструкции фрез и СМП применяемых в России для репрофилирования старогодных рельсов, где выявлены их достоинства и недостатки.

Определены задачи и перечень теоретических вопросов решаемых при автоматизированном проектировании и изготовлении гиперболических фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования головки рельсов.

Во второй главе разработаны теоретически обоснованные методики проектирования фасонных фрез, оснащенных СМП, с прямолинейной образующей производящей поверхности для * обработки выпуклых поверхностей, образующая которых представляет собой кривую второго порядка. Разработана геометрическая модель формирования профиля головки рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными СМП. Решены задачи связанные с численным моделированием работы и оценки этих фрез. В результате моделирования процесса обработки осуществляется расчет оценочных параметров: изменение углов вдоль режущей кромки; срезаемых слоев (толщины, ширины, длины) для СМП, а также высота и средний шаг неровностей.

В третьей главе разработана геометрическая модель конструкции гиперболических фрез для репрофилирования головки рельсов, позволившая рассчитать параметры наладки приспособления и станка с ЧПУ при обработке корпуса фрезы.

В четвертой главе рассмотрен пример решения конкретной задачи, позволяющий наглядно продемонстрировать возможности системы и справедливость сформулированных в работе положений.

Определены уравнения зависимости параметров фрезы (размеров и формы производящей поверхности, угла наклона главной режущей кромки Л^, главного угла в плане щ и количества СМП в зубе А") от параметров её установки на станке относительно головки рельса (угла поворота относительно направления подачи фрезы и угла поворота относительно оси симметрии рельса ц/) и её радиуса в точке х$ = 0.

В результате численного моделирования процесса резания получены графики изменения углов, параметры срезаемых слоев вдоль режущей кроки, а также высота и средний шаг неровностей.

Исходя из матриц установки для каждого элемента, в автоматизированном режиме рассчитаны параметры наладки для станка второго порядка.

После достижения рациональных результатов поэтапно осуществляется проектирование корпуса инструмента.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Применение гиперболических фрез для репрофилирования рельсов позволяет:

- использовать для их оснащения СМП только одного типа — с прямолинейной режущей кромкой;

- повысить плавность обработки за счет соответствующего расположения СМП под углами Я^ и обеспечения непрерывности процесса резания.

2. Разработаны способы обработки гиперболическими фрезами, оснащенными СМП, выпуклых поверхностей, образующая которых представляет собой кривую второго порядка, при которых формообразование происходит вогнутыми производящими линиями, образующимися при вращении СМП с прямолинейной режущей кромкой, расположенных на корпусе инструмента под углом Я к его оси (заявка № 2005101565 от 24.01.2005, заявка № 2005101566 от 24.01.2005).

3. Разработаны способы предварительной и окончательной обработки головки рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными СМП с прямолинейной режущей кромкой, расположенными под углом у относительно оси симметрии рельса и под углом £ к направлению подачи, а также инструмент для реализации способов (заявка №2005104073/11(005341) от 15.02.2005, заявка №2005104093/11(005362) от 15.02.2005).

4. На базе разработанных методик и алгоритмов создана геометрическая модель формирования профиля головки рельсов гиперболическими фрезами, оснащенными СМП, которая учитывает трансформацию профиля образующей номинальной поверхности при установке фрезы на станке под углом С, относительно направления подачи.

5. Разработана геометрическая модель конструкции гиперболических фрез, оснащенных СМП, для репрофилирования рельсов, которая включает расчет пространственной установки СМП на корпусе инструмента с обеспечением заданных численных значений углов вдоль режущей кромки СМП (заднего а, переднего угла у и угла наклона режущей кромки Л ).

6. Выполнено исследование влияния начальных данных для проектирования на выходные параметры фрезы, полученные при этом зависимости позволяют на предварительном этапе оценить габаритные размеры производящей поверхности фрезы и угла наклона главной режущей кромки Л^ от параметров установки фрезы на станке относительно головки рельса (угла поворота относительно направления подачи фрезы £ и угла поворота относительно оси симметрии рельса и её радиуса в точке = 0.

Установлено, что при изменение угла у/ до 45° рост угла £ ведёт к уменьшению ширины производящей поверхности фрезы В, максимального диаметра фрезы £)тах и Лпри изменение угла у/ в интервале 45° -5-90° рост угла ведет к увеличению этих параметров. Установлено, что рост радиуса Ло ведет к увеличению ширины В и диаметра фрезы DmaXУ и практически не влияет на угол Л%.

7. Выполнено исследование влияния параметров фрезы и углов её установки на станке относительно головки рельса с учетом предельных отклонений размеров на точность формирования профиля. Установлено, что для снижения погрешности радиуса профиля головки рельса предельные отклонения главного угла в плане ф, радиуса фрезы Яо, угла установки фрезы относительно оси симметрии рельса у/ необходимо задавать со знаком «+», а угла установки фрезы относительно направления подачи £ со знаком «-».

8. На основе разработанной математической модели создана система автоматизированной конструкторско-технологической подготовки производства, позволяющая повысить эффективность процесса проектирования и изготовления гиперболических фрез, оснащенных СМП за счет:

- сокращения сроков разработки и внесения изменений в конструкцию инструмента в 4 раза; - сокращения расхода материала на изготовление корпусов фрез в 1,15 раза.

По результатам НИР «Разработка автоматизированной системы проектирования и изготовления гиперболических фрез для обработки выпуклых поверхностей корпусных деталей станков», выполненной в 2005 году на ЗАО «Станкостроительный завод» город Курск, годовой экономический эффект составил около 76 тысяч рублей.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Емельянов, С.Г. Исследование методов восстановления геометрического профиля рабочей поверхности головки железнодорожных рельсов посредством механической обработки [текст] / С.Г. Емельянов, А.О. Гладышкин, С.А. Чевычелов // Технологические системы в машиностроении. Сборник материалов Международной научно-технической конференции Тула: ТулГУ, 2002.

2j. Емельянов, С.Г. Анализ технологий восстановления геометрического профиля колес железнодорожного транспорта посредством механической обработки [текст] / С.Г. Емельянов, А.О. Гладышкин, С.А. Чевычелов, А.Н. Быков // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов I Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2003. с. 91-94.

3. Емельянов, С.Г. Место CALS - технологий в проектировании ^ режущего инструмента [текст] / С.Г. Емельянов, Е.И. Яцун, А.О. Гладышкин, A.A. Фадеев, С.А. Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов II Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2004 — с. 76-80.

4. Чевычелов, С.А. Динамическая модель процесса фрезерования [текст] / С.А. Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов II

Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2004 - с. 113-118.

5. Емельянов, С.Г. Графовая модель проектирования, изготовления и эксплуатации сборных фасонных фрез для репрофилирования старогодных рельсов [текст] / С.Г. Емельянов, С.А. Чевычелов // Известия Курского государственного технического университета. Курск: КурскГТУ, 2004. №2 (13) -с. 17-21.

6. Емельянов, С.Г. Повышение качества обработанной поверхности путем выбора рациональной схемы формообразования [текст] / С.Г. Емельянов, С.А. Чевычелов // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2004. №3. с. 86-89.

7. Емельянов, С.Г. Повышение качественных характеристик динамических параметров процесса фрезерования рельсов [текст] / С.Г. Емельянов, С.А. Чевычелов // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2004. №4. с. 97-100.

8. Чевычелов, С.А. Влияние схемы формообразования на шероховатость получаемой поверхности [текст] / С.А. Чевычелов // Автоматизация и современные технологии. 2004. №12. С. 6-8.

9. Емельянов, С.Г. Использование гиперболических фрез, оснащенных сменными многогранными пластинами, для обработки выпуклых поверхностей [текст] / С.Г. Емельянов, С.А. Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов III Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2005 -С. 12-15.

10. Емельянов, С.Г. Фрезерование гиперболическими фрезами выпуклых радиусных поверхностей [текст] / С.Г. Емельянов, С.А. Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов III Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2005 - С. 24-27.

11. Емельянов, С.Г. Использование гиперболических фрез для предварительной обработки рельсов [текст] / С.Г. Емельянов, С.А. Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов III Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2005 - С. 15-19.

12. Емельянов, С.Г. Расчет положения и ориентации СМП на корпусе гиперболической фрезы для репрофилирования рельсов [текст] / С.Г. Емельянов, С.А. Чевычелов // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации. Сборник материалов III Международной научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ, 2005 -С. 20-24.

1. Суслов, А.Г. Новый подход к повышению долговечности и качества поверхности катания железнодорожных рельсов и колес Текст./ А.Г. Суслов //Тяжелое машиностроение. 2000.-№11. С. 21-23.

2. Мелентьев, JI. П. Содержание и ремонт рельсов Текст. / Л.П. Мелентьев, В. П. Порошин, С. И. Фадеев. М: Транспорт, 1984, 231 с.

3. Шлифование рельсов на железных дорогах Северной Америки * Текст./ Т. Judge. Railway Age, 2002, № 11, p. 33 34, 36 - 37.// Железные дороги мира, 2004.№3.

4. Захаров, JI.A. Новые технологии для текущего ремонта поверхностей катания железнодорожных рельсов Текст. / J1.A. Захаров, В.А. Маслюков // Обработка металлов. 2001. № 1 (12). С. 19-21.

5. Машина для фрезерования рельсов Текст. // Железные дороги мира, 2000.-№8.

6. Ульяновский завод тяжелых и уникальных станков надежный партнер ОАО "РЖД" Текст. // Евразия Вести. 2004.- №4.

7. Механическая обработка рельсов и деталей железнодорожного подвижного состава после ремонта Текст. // ИТО. Инструмент. Технология. Оборудование. 2003.- №2. С. 41.

8. Федин,*В.М. Ресурсосберегающие технологии термической обработки на предприятиях железнодорожной отрасли Текст. / В.М. Федин, А.И. Борц, А.И. Николин, С.К. Земан, М.Л. Смиркин И Вестник ВНИИЖТ. 2003. №4.

9. Технические указания по репрофилированию старогодных рельсов (ЦПсв-03/26) Текст.: Утв.: 25.09.2001/ МПС РФ. Департамент пути и сооружений. М.: 2002. 43 с.

10. Артамонов, Е.В. Разработка конструкций сменных многогранных пластин повышенной прочности с применением метода конечных элементов Текст. / Е.В. Артамонов, М.Х. Утешов, Т.Е. Помигалова // Инструмент Сибири. 2000. №1. С. 9-10.

11. Лашнев, С.И. Геометрическая теория формирования поверхностей режущими инструментами Текст.: Монография/

12. С.И. Лашнев, А.Н. Борисов, С.Г. Емельянов. Курск; Курск, гос. техн. ун-т., 1997. 391 с.

13. Борисов, А.Н. Графы как математическая модель проектирования, изготовления и эксплуатации режущих инструментов Текст.: А.Н. Борисов, С.Г. Емельянов// СТИН. 1997. №4. С. 15-18.

14. Емельянов, С.Г. Математическая модель проектирования и изготовления сборных резцов, оснащенных многогранными неперетачиваемыми пластинами Текст.: дис. .'.канд. техн. наук: Емельянов Сергей Геннадьевич. Тула, 1990. 259 с.

15. Семенихин, П.Г. Выбор рациональной шероховатости поверхности деталей машин Текст.: / П.Г. Семенихин. М.: Машгиз, 1964. 104 с.

16. Данилов, В.А. Формообразующая обработка сложных поверхностей резанием Текст.: В.А. Данилов. Минск: Наука и техника, 1995.

17. Ушаков, М.В. Влияние конструктивной подачи на процесс фрезерования цилиндрическими фрезами Текст.: Монография / М.В. Ушаков. Тула; Тул. гос. ун-т. 2003. 140 с.

18. Справочник технолога машиностроителя Текст.: В 2-х т. Т. 2 /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 496 с.

19. Куц, В.В. Повышение эффективности расчета сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов на основе компьютерно-ориентированного моделирования. Текст.: дис. .канд. техн. наук: Куц Вадим Васильевич. М.: МГТУ "СТАНКИН". 2000. 185 с.

20. Елисеева, И.И. Общая теория статистики Текст.: учебник / И.И. Елисеева, М.М. Юзбашев; 5-е издание, перераб. и доп. М.: Финансы и статистика, 2004. 656 с.

21. Новиков, А. И. Эконометрика Текст.: М.: ИНФРА-М, 2003. 256 с.

22. Титов, В. Покрытия для режущего инструмента. Состояние вопроса и перспективы Текст. / В. Титов // НМ-Обородование.-2004. №1. С. 26-30.

23. Локтев, Д.А. Основные виды износостойких покрытий Текст. / Д.А. Локтев // Стружка. №2 (5). С. 22 32.

24. Локтев, Д.А. Интеграция технологии нанесения покрытий в производственный процесс малого и среднего предприятия Текст. / Д.А. Локтев // Стружка. №1 (4). С. 16 20.

25. Абдурашитов, А.Ю. Профильное шлифование рельсов Текст.: А.Ю. Абдурашитов, Л.Г. Крысанов, В.Б. Каменский. М.: Транспорт, 2001. 79 с.

26. Фрезерование рельсов инструментом САНДВИК-МКТС Текст. // Обработка металлов. 2001. №1(12). С. 35.

27. Каюмов, Р.И. Исследование влияния крепления роликов привода подач рельсофрезерного станка на равномерность движения рельса Текст. / Р.И. Каюмов, A.B. Шестернинов // Тезисы докладов XXXV научно-технической конференции. Ульяновск: УлГТУ. 2001. С. 37.

28. Суслов, А.Г. Новые технологии обработки поверхностей катания железнодорожных рельсов Текст. / А.Г. Суслов, Л.А.Захаров, *В.А.Маслюков // Технология 2001. Материалымеждународной дистанционной научно-технической конференции. Орел: ОрелГТУ. 2001.

29. Оптимизация взаимодействия колеса и рельса Текст. / R.E. Tuzik. Railway Age, 2000, № 7, р. 42 43, 45. К. Matoba. Railway Track & Structures, 2000, № 7, p. 31 - 33. // Железные ■дороги мира. 2003. №1.

30. Исследование характера износа рельсов в кривой Текст. / R. Heyder. Eisenbahningenieur, 2001, № 4, S. 40 — 46. // Железные дороги мира. 2001. №12.

31. Исследования режимов шлифования рельсов на железной дороге Norfolk Southern Текст. / К. Sawley, R. Bowman. Railway Track & Structures, 2000, N 3, p. 15 19. // Железные дороги мира. 2001. №4.

32. Аршанский, М.М. Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлорежущих станках Текст.: М.М. Аршанский, В.П. Щербаков. М. Машиностроение, 1988. 136 с.

33. Кудевицкий, Я.В. Фасонные фрезы Текст.: Я.В. Кудевицкий. JL: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978. 176 с.

34. Горохов, A.A. Методика проектирования и изготовления сборных дисковых фрез на основе математическогомоделирования Текст.: дис. .канд. техн. наук: Горохов Александр Анатольевич. Тула, 2000. 198 с.

35. Колчин, А.Ф. Управление жизненным циклом продукции Текст. / А.Ф. Колчин, М.В. Овсянников [и др.] М.: Анахарсис, 2002. 304 с.

36. Судов, Е.В. Концепция развития САЬ8-технологий в промышленности России Текст./ Е.В. Судов [и др.] М.: НИЦ САЬ8-технологий "Приклад, логистика" 2002. 129 с.

37. Борисов, А.Н. Геометрическая теория автоматизированного проектирования металлорежущих инструментов Текст.: дис. .док. техн. Наук. Тула. 1993. 284 с.

38. Лашнев, С.И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ Текст. / С.И. Лашнев, М.И. Юликов. М.: Машиностроение. 1980. 208 с.

39. Лашнев, С.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ Текст. / С.И. Лашнев, М.И. Юликов. М.: Машиностроение. 1975. 392 с.

40. Корчак, С.Н. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и инструментов Текст. / С.Н. Корчак [и др.]. М.: Машиностроение. 1988. 352 с.

41. Юликов, М.И. Проектирование и производство режущего инструмента Текст. / М.И. Юликов [и др.]. М.: Машиностроение 1987. 296 с.

42. Подпоркин, В.Г. Фрезерование труднообрабатываемых материалов Текст.: 2-е изд., перераб. и доп. / В.Г. Подпоркин, Л.Н. Бердников Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1983. 136 с.

43. Андреев, В.Н. Совершенствование режущего инструмента Текст. / В.Н. Андреев. М.: Машиностроение. 1993. 240 с.

44. Емельянов, С.Г. Математическая модель проектирования и ■изготовления сборных резцов, оснащенных многогранныминеперетачиваемыми пластинами Текст.: дис. .канд. техн. наук: Емельянов Сергей Геннадьевич. Тула, 1990.

45. Емельянов, С.Г. Моделирование производящей линии в CAD/CAM- системе трехсторонней фрезы Текст. / С.Г. Емельянов, A.A. Горохов, В.В. Куц // М.: «Информатика-машиностроение». 1999. №2 (24).

46. Емельянов, С.Г. Графовый подход к проектированию, конструированию и изготовлению сборных дисковых фрез Текст. / С.Г. Емельянов, A.A. Горохов // М.: «Автоматизация и современные технологии». 1999. №6.

47. Музыкант, Я.А. Новое поколение фрез, оснащенных твердосплавными пластинами Текст. / Я.А. Музыкант, В.П. Балков. // Инструмент Сибири. 2000. №2. С. 2-6.

48. Жарков, И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом Текст. / И.Г. Жарков. // Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние. 1986. 184 с.

49. Илюхин, С.Ю. Теория моделирования формообразования поверхностей деталей машин с использованием каркасно-кинематического метода Текст.: Монография / С.Ю. Илюхин Тула: ГУИПП "Тульский полиграфист". 2002. 176 с.

50. Ушаков, М.В. Автоматизация расчета и проектирования инструмента Текст.: Учеб. пособие. / М.В. Ушаков. Тула: ТулГУ. 2002. 131 с.

51. Гречишников, В.А. Математическое моделирование в инструментальном производстве Текст. / В.А. Гречишников, Н.В. Колесов, Ю.Е. Петухов. ^М.: МГТУ «Станкин». 2003. 117с.

52. Гречишников, В.А. Формирование информационно-поисковой системы инструментального обеспечения автоматизированного производства и проектирования САПР РИ Текст. / В.А. Гречишников, Ф.С. Юнусов, H.A. Чемборисов. М.: Машиностроение. 2000. 223 с.

53. Емельянов, С.Г. Графовые модели конструирования и изготовления сборных дисковых фрез Текст. / С.Г. Емельянов, В.В. Куц // СТИН. 1999. № 5. С. 20-22.

54. Емельянов, С.Г. Использование параметризованных программ обработки гнезд под сменные многогранные пластины в САЕ)\САМ системах сборного металлорежущего инструмента Текст. / С.Г. Емельянов, В.В. Куц, Ю.Г.

55. Широконосое // Материалы и упрочняющие технологии -98. Тезисы доклада У1-ой российской научно-технической конференции. Курск: КурскГТУ. 1998 . С. 70.

56. Емельянов, С.Г. Моделирование процесса обработки шейки коленчатого вала сборной дисковой фрезой, оснащенной сменными многогранными пластинами Текст. / С.Г. Емельянов, В.В. Куц И Техника машиностроения. 1999. № 2. С. 28-31.

57. Емельянов С.Г. Корректировка положений сменных многогранных пластин при проектировании сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов Текст. / С.Г. Емельянов, В.В. Куц // СТИН. 2000. №2. С. 26-28.

58. Емельянов, С.Г. Расчет параметров теоретической шероховатости при проектировании сборных дисковых фрез

59. Текст. / С.Г. Емельянов, В.В. Куц // Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. Тезисы докладов Международной конференции «Технология 2000». Орел: ОрелГТУ. 2000. С. 138-142.

60. Перепелица, Б.А. Отображение аффинного пространства в теории формообразования поверхностей резанием Текст. / Б.А. Перепелица. Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. Ун-те. 1981. 152 с.

61. Филиппов, Г.В. Режущий инструмент Текст. / Г.В. Филиппов Л.: Машиностроение. 1981. 392 с.

62. Семенченко, И.И. Проектирование металлорежущих инструментов Текст. / И.И. Семенченко В.М. Матюшин Г.Н. Сахоров. М.: Машгиз. 1962. 952 с.

63. Дыков, А.Т. Прогрессивный режущий инструмент в машиностроении Текст. / А.Т. Дыков, Г.И. Ясинский. Л.: Машиностроение. 1972. 244 с.

64. Ящерицин, П.И. Основы проектирования режущего инструмента с применением ЭВМ Текст. / П.И. Ящерицин, Б.И. Синицин, Н.И. Жигалко, И.А. Басс. Минск: Вышейшая школа. 1979. 301 с.

65. Грановский, Г.И. Резание металлов Текст. / Г.И. Грановский, В.Г. Грановский. М.: Высшая школа. 1985. 304 с. Хает, Г.Л. Сборный твердосплавный инструмент [Текст] / Г.Л. Хает, В.М. Гах, К.Г. Громаков [и др.]. М.: Машиностроение. 1989. 256 с.

66. Родин, П.Р. Основы теории проектирования режущих инструментов Текст. / П.Р. Родин. Киев: Машгиз. 1960. 160 с.

67. Гречишников, В.А. Инструментальное обеспечение интегрированных машиностроительных автоматизированных производств Текст. / В.А. Гречишников // Станки и инструмент. N 7. 1989. С. 6-7.

68. Конюхов, В.Ю. Использование автоматизированной системы научных исследований при проектировании сборного режущего инструмента для ГПС Текст. / В.Ю. Конюхов // Станки и инструмент. N7. 1989. С. 17 18.

69. Лашнев, С.И. Автоматизированное проектирование и изготовление сборных инструментов Текст. / С.И. Лашнев, Л.Н. Борисов // Станки и инструмент. 1991. N8. С. 20 22.

70. Лашнев, С.И. Геометрическая модель формирования поверхностей режущими инструментами Текст. / С.И. Лашнев, Л.Н. Борисов // СТИН. 1995. N4. С. 22 26.

71. Гречишников, В.А. Инструментальное обеспечение автоматизированного производства Текст. / В.А. Гречишников, Ю.М. Соломенцев [и др]. М.: Высш.шк. 2001. 271 с.

72. Саяпин, С.Н. Новый способ обработки поверхностей второго порядка Текст. / С.Н. Саяпин // СТИН. 2002. N1. С. 30 32.

73. Музыкант, Я.А. Новое поколение фрез, оснащенных твердосплавными режущими пластинами Текст. / Я. А. Музыкант, В.П. Балков // Инструмент Сибири. 2000. №2 (5). С. 2-8.

74. Королева, Е.М. Векторно-базовый анализ силового поля при фрезеровании Текст. / Е.М. Королева // Вестник машиностроения. 2003. №1. С. 42 — 49.

75. Панкин, A.B. Обработка металлов резанием Текст. / A.B. Панкин. М.: Машиностроение. 1961. 520 с.