автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности проектирования сборных зенкеров, оснащенных сменными многогранными пластинами, на основе системного моделирования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

На правах рукописи

МЕРЖОЕВА МАРЕМ САЛМАНОВНА

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СБОРНЫХ ЗЕНКЕРОВ, ОСНАЩЕННЫХ СМЕННЫМИ МНОГОГРАННЫМИ ПЛАСТИНАМИ, НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05 03 01 -Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ОРЕЛ 2004

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

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор С.Г. Емельянов

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор В.А. Гречишников

Кандидат технических наук В.И. Сотников

Ведущее предприятие: ТулГУ, г. Тула

Защита диссертации состоится 17 декабря 2004 года в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.182.06 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29, ауд. 212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета

Автореферат разослан " 17" ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд.техн. наук, доцент

Василенко Ю.В.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие машиностроения в новом тысячелетии должно осуществляться за счет комплексной механизации и автоматизации, использования прогрессивной технологии. В целях постоянного ускорения темпов и снижения затрат производства предусматривает развитие его в основном за счет использования станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, гибких автоматических линий. При этом режущий инструмент является важнейшим элементом, определяющим производительность и качество.

Создание системы автоматизированного проектирования металлорежущих инструментов является одним из этапов автоматизации процессов их жизненного цикла. За рубежом она известна под аббревиатурой CAD/CAM (computer-aided design/ computer-aided manufacturing).

Внедрение CAD/САМ обеспечивает:

- сокращение сроков разработки конструкций инструмента;

- сокращение материальных и энергетических затрат;

- повышение эксплуатационных качеств инструмента;

- повышение уровня интеграции в цепи "проектирование - производство-испытание - эксплуатация";

- объединение расчетных и управляемых программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ);

- возможность формирования базы данных (БД) металлорежущих инструментов.

Ряд западных фирм: "Heinleine", "Sandvik Coromant", "ISCAR", "Hertel", "Krupp Widia" и др., занимающихся проектированием и изготовлением сборных инструментов, ничего не сообщают о методах автоматизированного проектирования, объявив данную область как «ноу-хау». Отечественные производители в основном для расчета металлорежущих инструментов применяют различные приближенные графические, графоаналитические и аналитические методы, которые очень громоздки и имеют невысокую точность, а также требуют большого числа вычислений или локальных САПР, которые решают частные задачи этапов проектирования. Результаты, получаемые при использовании таких приближенных методов, не позволяют спроектировать инструмент с рациональными значениями его параметров и ограничивают его точность, в результате снижается конкурентоспособность инструмента. Повышение требований к качеству инструментов и широкое внедрение быстродействующих ЭВМ позволяют полностью автоматизировать процесс проектирования инструментов, чему в России в последнее время уделяется большое внимание. Вопросы автоматизированного проектирования инструмента рассмотрены в работах д-ров техн. наук СИ. Лашнева, В.А. Гречишникова, Б И. Ящерицина, А.Н. Борисова, И А. Ординарцева, П Р. Родина, С В.Лукиной, С.Г. Емельянова, канд. техн. наук Е.И. Яцун, С.Я. Хлудова, Е.В. Серовой, СИ. Климакова, С.А. Илюхина, М А. Максимова, СВ. Лобановой, В В. Куца, О С. Сорокиной, А.А. Горохова и др. Однако работы, посвященные автоматизированному проектированию и изготовлению сборных зенкеров с СМП (сменными многогранными пластинами), в литературе отсутствуют.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод об актуальности работы.

Данная работа выполнена с использованием основных положений геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами, посвящена автоматизации проектирования и изготовления

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

л

Предмет исследования. Графоаналитическая модель сборного зенкера, оснащенного СМП, обеспечивающая общий подход к проектированию, математическому синтезу объектов, моделированию работы инструмента с целью оценки его работоспособности

Объект исследования. Сборный зенкер с СМП для обработки отверстий деталей общемашиностроительного назначения.

Цель работы. Сокращение сроков проектирования, снижение трудоемкости технологической подготовки производства при создании конкурентоспособных сборных зенкеров, оснащенных СМП.

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 магматического и компьютерного программирования и средств компьютерной графики.

Автор защищает:

1. Результаты теоретических исследований построения геометрической модели формирования поверхностей сборными зенкерами, оснащенными СМП

2. Результаты компьютерного моделирования процесса работы сборного зенкера с СМП и полученные при этом оценочные параметры.

3. Результаты теоретических исследований анализа конструкций сборных зенкеров и синтеза конструктивных элементов.

4. Результаты реализации программного обеспечения проектирования и изготовления сборных зенкеров.

Научная новизна заключается в совокупности научно-обоснованных технических решений по обеспечению эффективности проектирования сборного зенкера с СМП, а именно: в разработке автоматизированного синтеза сборных зенкеров с СМП на основе геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами, включающего графоаналитическое описание технологической системы, расчет кинематических углов (передний, задний угол, угол наклона главной режущей кромки) вдоль режущей кромки, высоту и средний шаг неровностей обрабатываемой поверхности, расчет параметров технологической наладки обработки корпуса зенкера, расчет координат узлов точек эквидистанты движения инструмента второго порядка, подготовку управляющих программ для обработки корпуса зенкера на станке с ЧПУ.

Практическая ценность работы заключается в создании методологического и программного обеспечения, направленного на повышение эффективности проектирования сборных зенкеров с СМП, представленных в виде:

- алгоритмов и программ для математического синтеза конструкций сборных зенкеров с СМП с использованием трехмерной модели;

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

практических рекомендаций по проектированию и технологической подготовке производства сборных зенкеров с СМП, обеспечивающих

сокращение сроков проектирования и снижение трудоемкости технологической подготовки производства.

Результаты работы, представленные в виде методологического, программного обеспечения и практических рекомендаций по проектированию конкурентоспособного сборного зенкера с СМП, использованы на ОАО "Геомаш" (г. Щигры, Курской области),' ЗАО "Станкостроительный завод" (г. Курск), ЗАО "Курская подшипниковая компания" (г. Курск), а также в учебном процессе кафедры "Машиностроительные технологии и оборудование" КурскГТУ.

Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями проверки адекватности полученных математических моделей, результатами экспериментально-промышленных испытаний, использованием поверенных средств контроля, внедрением разработанных конструкций сборных зенкеров в производство.

Практическая реализация.

Реализация работы проведена на ОАО «Геомаш» г. Щигры, Курской области.

Апробация работы.

Основные положения работы были доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции «Вибрационные машины и технологии» (Курск, 2001), на Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии» (Липецк, 2002), на Международной научно-технической конференции «Технологические системы в машиностроении» (Тула, 2002), на Международной научно-технической конференции «Сертификация и управление качеством продукции» (Брянск, 2002), на 1-й Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2003), на 7-й Международной научно-технической конференции «Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве» (Харьков, 2003), на XXXI вузовской научно-технической конференции «Молодежь и XXI век» (Курск, 2003), на 2-й Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2004).

Публикации

По материалам проведенных исследований опубликовано 12 работ.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 126 наименований и приложений. Работа содержит 219 страниц машинописного текста, 94 рисунка и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе определено место сборных зенкеров, оснащенных СМП в общей геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами. Обоснована эффективность использования сборных зенкеров с СМП, приведены преимущества инструментов с СМП по сравнению с цельными и напайными. Проведен анализ существующих методов проектирования, где выявлено, что методу проектирования сборных инструментов уделено недостаточно внимания, в частности, отсут-

ь

ствует метод проектирования сборных зенкеров, оснащенных СМП. Рассмотрены некоторые конструкции сборных зенкеров с СМП, где выявлены достоинства и недостатки представленных конструкций, даны рекомендации, которые необходимо учитывать при конструировании инструмента для повышения его жесткости, точности исполнительных размеров. Также проведен анализ СМП, где даны рекомендации по подбору СМП, отмечены преимущества некоторых конструктивных исполнений СМП.

Определены цели, задачи и перечень теоретических вопросов, решаемых при автоматизированном проектировании и изготовлении сборных зенкеров с СМП.

Назначен статус каждого параметра и тем самым определен вид задачи формообразования, выявлены параметры модели сборного зенкера с СМП, позволяющие создать формулу инструмента, связывающую параметры номинальной поверхности зенкера, параметры движений инструмента.

Во второй главе разработана математическая модель проектирования сборного зенкера, оснащенного СМП.

Реализация поставленной цели осуществляется комплексным подходом, учитывающим проектирование, изготовление и эксплуатацию инструмента. С учетом параметров обрабатываемого отверстия (диаметра и длины) определены параметры образующей и выполнено ее дискретное представление. На основе выбора СМП соответствующей формы и геометрии, рассчитываются параметры ее дискретною представления: координаты точки угол профиля радиус кривизны длину дуги векторы нормали к передней и задней поверхности

Исходя из условий контакта ]-й точки с производящей поверхностью и гарантированных значений трех углов: переднего, главного угла в плане и угла наклона режущей кромки, в точке контакта, осуществляется ориентация СМП. Кроме того, при расчете положения пластины должна быть учтена конструктивная подача вдоль направляющей 5£ (рис.1).

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 (характеризующий суммарный вектор скорости).

Система поверхностей, описываемых режущими кромками, математически представлена следующим образом:

Рисунок 1. Конструктивная подача сборного зенкера с СМП

где - радиус-вектор, определяющий положение i - й точки отно-

сительно системы координат пластины

- координаты определяются в ходе дискретного представления пластины,

- параметр движения по направляющей,

- параметр движения по образующей,

МкГ>~ матрица перехода от системы координат к-й пластины к системе координат инструмента,

матрица перехода из системы координат инструмента в его исходной установке перед началом обработ-

ки к системе координат детали с учетом всех выполняемых ин-

струментом движений,

матрица перехода от системы координат детали - к системе коор-

динат исходного профиля детали

Для конкретного случая матрица Л/рр будет иметь следующие параметры установки

где время, мин,

подача по образующей, м/мин,

начальное значение угла поворота системы координат инструмента,

смещение начала координат инструмента относительно

системы координат детали ХрУр2р вдоль оси X, длина обрабатываемого отверстия, длина подвода, длина инструмента

Исходя из общей длины инструмента и ориентации пластин относительно производящей поверхности производится расчет матрицы в следующей последовательности

1 Определение точки вершины инструмента из набора 1|<- точек к- пластин исходя из минимального значения проекций вектора

2 Определение положения центра системы координат инструмента ХрУ^^р относительно системы координат производящей поверхности

3 Расчет матриц

Для выполнения дальнейших расчетов необходимо определить следующие производные

1 Производная по длине режущей кромки

где Кз. производная радиус-вектора к -й пластины по длине дуги,

= згас^ 0 01

ад - определяется при расчете дискретного представления пластины. 2. Производные параметров установки по параметрам движений аЛД/ФДгНЮ-М^х

где - производные матрицы Мрр по параметрам установки;

- производные параметров установки по параметрам движения.

3. Производная по времени определяется по следующей зависимости N

п=1

,, /.ч Йп0)

V,, (I) = —- производная параметра движения по времени, й

В нашем случае имеют место следующие производные параметров движения:

Уу = 2-я-п;

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 0> ширины ¿>¿¡($¿¡,1), длины/^(3^,1)) для СМП; а также высота и средний шаг неровностей

В соответствии с техническим заданием проектируемый зенкер имеет симметричное расположение пластин, и соответственно нагрузка распределяется на режущие пластины равномерно. Однако система автоматизированного проектирования зенкеров должна предусматривать не только увеличение числа пластин, но также различное их расположение относительно производящей поверхности. Так, например, могуг быть изменены не только подачи вдоль образующей направляющей 8|„ но и углы установки пластин ("/к» Фк> ^к)- В этом случае необходимо выполнить расчет баланса сил инструмента.

Основой для данного расчета может послужить расчет сил резания для токарного резца.

Так как для сборного зенкера режущая кромка представлена дискретно, суммарные силы резания для каждой пластины будут рассчитаны по формуле:

Для каждой точки дискретного представления режущей кромки необходимо учитывать значение вектора скорости

Коэффициент Крй учитывает геометрию лезвия в ьй точке, поэтому рассчитывается для каждой точки режущей кромки как произведение коэффициентов:

Крй=Кмр-К<рй-Куй-КЯй,

где Кмр - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала;

- коэффициент, учитывающий значение главного угла в плане для каждой ьй кромки;

У

коэффициент, учитывающий значение предыдущего угла для каждой 1-й точки режущей кромки; - коэффициент, учитывающий значение угла наклона главной режущей кромки в каждой ьй точке. Модификатор учитывает нахождение данной точки в припуске, а модификатор - ее принадлежность к главной режущей кромке.

Направление векторов составляющих силы резания определяется следующим

где (ЛЧ^ ■ М^- Л/рр )х2 - проекция вектора Л'зд, представленного в системе координат производящей поверхности ХрУр7.р на плоскость ХрОр2р.

Для участков главной режущей кромки, снимающих припуск, можно определить значения результирующих сил и крутящих моментов для каждой пластины и для всего инструмента в целом.

В третьей главе разработана математическая модель конструирования сборных зенкеров на основе графов инструмента, отражающих этапы проектирования сборных зенкеров, позволяющая рассчитать параметры наладки приспособления и станка с ЧПУ при обработке корпуса сборного зенкера.

При решении задачи деталь, СМП, корпус зенкера, станок и приспособление второго порядка рассматриваются как единая система. Перечисленные объекты математически представляются графом проектирования и изготовления сборного зенкера (рис.2).

Применяя блочно-иерархический принцип разбиения сложных технических систем к конструкции инструмента, его можно рассмотреть как совокупность определенных модулей, разукрупняя их до элементарных поверхностей. Математически взаимосвязь между модулями представлена графом, узлами которого служат системы координат, а дугами - матрицы переходов между ними. На начальном этапе конструкцию сборного зенкера рассматривают как сборочную единицу, где рассматривается взаимосвязь между корпусом зенкера, СМП, клиньями, винтами и штифтами. Граф конструкции сборного зенкера представлен на рис. 3. Далее корпус инструмента разбивается на рабочую и хвостовую часть, граф корпуса сборного зенкера показан на рис. 4. Представив рабочую и хвостовую часть как отдельные модули, далее каждый из модулей разбивают на отдельные элементы. Данное разбиение представлено графом рабочей (рис. 5) и хвостовой (рис. 6) части.

образом:

-составляющая совпадает по направлению с вектором -составляющая совпадает по направлению с вектором -составляющая РуЦ, параллельна проекции вектора Q|a на плоскость

направление принимается в зависимости от положения режущей кромки, исходя из условия

Рисунок 2.Граф проектирования и изготовления сборного зенкера с СМП

Рисунок 3. Граф конструкции сборного зенкера с СМП

( ХРх¥Рх2Рх]

Рисунок 4. Граф корпуса сборного зенкера с СМП

Путем задания конструктивных размеров каждого из элементов, а также параметров, которые определяют положение одного элемента относительно другого, для корпуса сборного зенкера в соответствии с расчетными схемами, рассчитываются матрицы установки:

- рабочей части относительно хвостовой

- гнезд под СМП относительно рабочей части

- лысок и боковых поверхностей рабочей и хвостовой части относительно рабочей и хвостовой части соответственно:

(М0р0р1 ,м0Лз ,мПхох3 ,МохохА Моги,2 ,м0хох1);

- стружечной канавки относительно рабочей части

- скоса стружечной канавки относительно рабочей части

- гнезд под клинья относительно СМП

- поверхностей оформляющих режущую часть относительно СМП

Рисунок 5. Граф рабочей части сборного зенкера с СМП

Установка гнезда под СМП, а также форма самого гнезда связаны с ориентацией пластины относительно производящей поверхности инструмента. Исходными данными для определения параметров гнезда под СМП служат следующие размеры пластины формы S по классификации ISO: диаметр вписанной окружности толщина пластины Sj;, задний угол Ct^ и размеры 1-6, задаваемые конструктором. Размеры 16 заносятся в массив

Рисунок 6 Граф хвостовой части сборного зенкера с СМП

Для ориентации гнезда под СМП необходимо определить матрицу перехода от СМП к корпусу инструмента номер пластины

Матрица установки СМП относительно рабочей части рассчитывается как произведение матриц.

мск0р=мск0 М0рих

Для сборного зенкера рассчитаны матрицы М^р и М^р установки СМП относительно корпуса, а затем матрицы установки СМП относи-

тельно рабочей части. Исходя из конструктивных размеров, рассчитываются опорные точки, по которым ведется построение гнезда в графическом редакторе (рис.7). В результате перехода из собственной системы координат гнезда в систему координат рабочей части осуществляется привязка ориентации гнезд относительно других конструктивных элементов корпуса в соответствии с заданным положением СМП.

А-А

Рисунок 7. Форма гнезда под СМП

Рисунок 9. Параметры установки скоса стружечной канавки

Для определения положения остальных элементов корпуса необходимо, кроме конструктивных размеров этих элементов, задать параметры их установки, с учетом которых производится расчет матриц-переходов К примеру, при конструировании скоса стружечной канавки конструктивно задаются размеры скоса 1|с, 1с, 85 (рис 8) с учетом соразмерности к диаметру рабочей части, по которым рассчитываются опорные точки, необходимые для построения скоса стружечной канавки Параметры определяют положение скоса стружечной канавки относительно рабочей части При ориентации скоса необходимо учитывать ее положение относительно СМП (рис 9)

Рисунок 10 Параметры клина

Рисунок 11 Параметры гнезда под клин

При проектировании клина необходимо задать конструктивные параметры самого клина (рис.10), определяющие параметры гнезда под клин (рис. 11). По опорным точкам, рассчитанным по параметрам клина, система создаст трехмерную модель

стие под винт в клине

Для обработки корпуса зенкера в единой системе рассматривается корпус инструмента, станок с ЧПУ и приспособление. Наладка станка производится путем произвольного распределения шести степеней свободы межу станком (вц^,—>&пк) и приспособлением (р1к,. >Ртк) в зависимости от их технологических возможностей. Для выполнения ]-й операции на станке 2-го порядка (система координат Х^У^ц) установлено приспособление 2-го порядка (система координат Ху Уу2у ), с заданной матрицей Л/цу. Положение к - го элемента корпуса (система координат Х^ Уо^р^ ), для обработки которого выполняется ]-я операция, относительно корпуса зенкера (система координат Х^У^о), определяется матрицей М^рк (рис. 2). Задачей наладки является отработка таких значений параметров наладки схц^, .^а,,^, при которых система координат элемента

корпуса совпадет с системой координат Хц'^ ^и^ зоны обработки станка, фиксируемой заданной матрицей перехода

Положение системы координат зоны обработки относительно станка предполагает наиболее упрощенное и эффективное выполнение ]-й операции обработки без дополнительных переналадок или усложнения кинематики выполняемых движений в соответствии с управляющей программой.

Наладка выполняется в два этапа: наладка станка и наладка приспособления. При наладке станка отрабатываются значения его параметров наладки, которые заложены в структуре матрицы 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 определяющей перевод корпуса в новое положение, обозначенное двумя штрихами.

Чтобы матрица стала единичной, необходимо решить следующее мат-

ричное уравнение относительно параметров наладки

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

В четвертой главе рассмотрен пример работы системы автоматизированного проектирования и изготовления инструмента, продемонстрированы возможности СЛЭ/СЛМ-системы. Приведен расчет сборного зенкера с СМП для обработки вала -шестерни.

Исходными данными для проектирования являются: обрабатываемый материал; материал СМП; диаметр и длина обрабатываемого отверстия; габаритные размеры

сутствии приспособления - уравнение

зенкера, параметры СМП, параметры установки СМП относительно производящей поверхности, режимы резания В соответствии с условиями тех задания приняты обрабатываемый материал - сталь 40Х, материал СМП - Т15К6, диаметр отверстия D= = 65 мм, длина обрабатываемого отверстия L=285 мм Используемая СМП стандартной формы S, со следующими параметрами Г)] — 45°, Г = 0,8, т = 2,465, (1 = 12,7,

Назначаем конструктивные параметры инструмента диаметр зенкера D=72 мм, длина зенкера L=300 мм, исполнение - праворежущее

Для оценки работы сборного зенкера задаются следующие режимы резания при зенкеровании отверстия из стали 40Х частота вращения - 226 об/мин, подача -0,85 мм/об

СМП ориентируется относительно производящей поверхности при обеспечении следующих значений

/

/

/

/ 1

/ --1-и—,-

37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 №точкн

I! -—-——-ь-

37 39 41 41 45 47 49 51 53 55 К« точки

1 1

у I / 1

У

/ 1

/

37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 X» точки

Рисунок 12 Графики изменения углов вдоль режущей кромки

В результате численного моделирования работы зенкера, в соответствии с заданными режимами резания, получены следующие графики изменения оценочньк параметров 1 Изменения углов вдоль режущей кромки переднего Ур^Д), заднего <^($¿,1),

угла наклона главной режущей кромки (рис 12) 2 Параметров срезаемых сло-

ев вдоль режущей кромки толщины <г(5,,Ц,ширины , 1),длины /(8^)(рис. 13) Высота и средний шаг неровностей

В результате расчета баланса сил, для участка режущей кромки контактирующей с припуском, определены значения результирующих сит и крутящих моментов Д1я каждой СМИ и всего инструмента в цетом

Рисунок 13 Графики изменения параметров срезаемых слоев

Управляя исходными данными, возможно получить рациональные значения оценочных параметров

Дальнейший этап связан с поэтапным конструированием клина и корпуса зенкера. Результаг проектирования клина показан на рис 14 Конструирование корпуса произво-

дится в следующей последовательности: конструирование рабочей части (рис. 15, а); конструирование хвостовой части (рис. 15, б); конструирование гнезд под СМП (рис. 15, в); конструирование лысок рабочей и хвостовой части и боковых поверхностей хвостовой части (рис. 15, г); конструирование стружечных канавок (рис. 14, д); конструирование скосов стружечных канавок (рис. 15, ж); конструирование гнезда под клин (рис. 15, з); конструирование поверхностей оформляющих режущую часть (рис.15, е). Причем результат каждого этапа конструирования возможно оценить по трехмерной модели. Конструкция сборного зенкера показана на рис. 15,и.

Рисунок 15. Результаты создания трехмерной модели сборного зенкера (см. также с. 21)

1 К»'

чу

И)

Рисунок 15. Продолжение

На последнем этапе, исходя из матриц установки, для каждого обрабатываемого элемента в автоматическом режиме рассчитываются параметры наладки станка с ЧПУ. Траекторию движения инструмента 2-го порядка определяют по конструктивным параметрам элементов, в соответствии с которыми составляются управляющие программы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В результате выполнения диссертационной работы решены задачи повышения эффективности проектирования сборного зенкера путем создания автоматизированных процессов при проектировании и изготовлении сборных зенкеров с СМП, сокращения сроков проектирования.

1. На основе геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами из общего кортежа параметров выявлены параметры модели сборного зенкера с СМП, позволяющие создать формулу инструмента, связывающую параметры номинальной поверхности, обрабатываемой поверхности зенкера и параметры движений инструмента.

и

2. На основе генерации инструмента создан граф проектирования и изготовления корпуса зенкера, включающий все элементы технологической системы: станок с ЧПУ, приспособление для ориентации корпуса при обработке элементов конструкции, в том числе гнезда под различные типы СМП для обеспечения заданных углов резания, инструмента второго порядка.

3. Для ориентации зенкера в приспособлении при обработке корпуса инструмента разработан граф наладки приспособления и станка с ЧПУ.

4. На основе графов конструкции инструмента, корпуса, рабочей и хвостовой части создана методика автоматизированного синтеза сборных зенкеров с СМП, позволяющая:

- использовать различные формы стандартных СМП из информационно-поисковой системы;

- получить рациональную конструкцию инструмента путём управления: распределением заданных значений кинематических углов вдоль режущей кромки; параметрами срезаемых слоев; высоты и среднего шага неровностей обрабатываемой поверхности; балансом сил;

- на основе анализа численного моделирования работы инструмента производить изменение в конструкции инструмента для достижения рациональной геометрии;

- варьировать конструктивными параметрами проектируемого инструмента в зависимости от параметров обрабатываемого отверстия (диаметр, длина);

- проектировать элементы корпуса различных размеров и исполнений;

- осуществлять обработку корпусов на различных моделях станков и различными инструментами.

5. Создано программное обеспечение проектирования сборных зенкеров с СМП и управляющие программы для его изготовления на станке с ЧПУ, исходя из конструктивных параметров элементов корпуса и расчета параметров наладки приспособления

6. Разработана CAD/CAM-система сборного зенкера с СМП, позволяющая повысить эффективность проектирования инструмента данного типа.

7. Экономическая эффективность в результате внедрения системы автоматизированного проектирования сборных зенкеров с СМП на ОАО «Гео-маш» составила около 112 тыс. рублей.

Практическая реализация работы на ОАО «Геомаш» подтвердила достоверность предложенных теоретических зависимостей.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Емельянов С.Г., Яцун Е.И., Мержоева М.С. Анализ методов проектирования и изготовления сборных зенкеров с учетом динамических характеристик // Вибрационные машины и технологии: Сб. науч. тр./ Курск, гос.техн. ун-т; Курск, гуманит.-техн. ин-т. Курск, 2001. С. 182-184.

2. Емельянов С.Г„ Яцун Е.И., Мержоева М.С. Учет влияния объективных и субъективных факторов при разработке математической модели проектирования и конструирования сборного зенкера с СМП // Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии: Сб. материалов Всероссийской

IS

науч.-техн. конф., посвященной 40-летию кафедры "Технологии машиностроения". Ч. 2/ Под ред. A.M. Козлова Липецк: ЛГТУ, 2002. С. 118-120.

3. Емельянов С Г, Яцун Е.И., Мержоева М.С. Постановка комплексного подхода к, вопросам проектирования сборных зенкеров // Технологические системы в машиностроении: Тр. междунар. науч.-техн. конф., посвященной памяти выдающихся ученых И.А. Коганова и СИ. Лашнева. 16-19октября 2002 г. Тула: ТулГУ,2002. С.221.

4. Влияние факторов, характеризующий процесс эксплуатации сборного режущего инструмента, на качество изделий / СТ. Емельянов, М.С. Мержоева, А.О. Гладышкин, А.Н. Кальченко // Тезисы докладов междунар. науч.-техн. конф. «Сертификация и управление качеством продукции» (21-23 мая 2002г. г.Брянск) / Под ред. О.А. Горленко, Ю.П. Симоненкова. Брянск: БГТУ, 2002.232 с.

5. Емельянов С.Г., Зубкова О.С., Мержоева М.С. Формула сборного зенкера в свете геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами.// Материалы 1 междунар. науч.-техн. конф. «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» / Курск, гос. техн. ун-т. Курск, 2003. С.92-94.

6. Повышение точности обработки сборными режущими инструментами с использованием выходных характеристик численного моделирования процесса резания / С.Г. Емельянов, А.О. Гладышкин, М.С. Мержоева, А.А. Фадеев // Материалы 1 междунар. науч.-техн. конф. «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации»/ Курск, гос. техн. ун-т. Курск, 2003.-С. 92-94.

7. Емельянов С.Г., Яцун Е.И., Мержоева М.С. Использование инструмента с механическим креплением сменных многогранных пластин для повышения качества обрабатываемых поверхностей // Тр. 7-й междунар. науч.-техн. конф. «Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве». Харьков,

2003. С. 148-149.

8. Емельянов С.Г., Мержоева М.С, Фадеев АА., Гладышкин А.О. Инновационные технологии и качество инструмента// Молодежь и XXI век.

9. Емельянов С.Г'., Куц В.В., Мержоева М.С Графоаналитический метод проектирования сборных зенкеров, оснащенных сменными многогранными пластинами // Автоматизация и современные технологии. 2003. № 11. С. 19-23.

10. Емельянов С.Г., Зубкова О.С, Мержоева М.С. Эффективность использования сборных зенкеров со сменными многогранными пластинами // Вестник машиностроения. 2003. № 12. С. 60-61.

11. Математическая модель проектирования элементов конструкции сборных зенкеров под установку сменных многогранных пластин в CAD/САМ системе / С.Г. Емельянов, О.С. Зубкова, М.С. Мержоева, Р.Л. Корнев // Материалы 2 междунар. науч.-техн. конф. «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» / Курск, гос. техн. ун-т. Курск,

2004. С. 154-156.

12. Мержоева М.С. Обеспечение заданной точности значений оценочных параметров модели сборного режущего инструмента, оснащенного сменными многогранными пластинами // Материалы 2 междунар. науч.-техн. конф. «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» / Курск, гос. техн. ун-т. Курск, 2004. С. 151-153.

№234 4 0

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

МЕРЖОЕВОЙ М.С.

Повышение эффективности проектирования сборных зенкеров, оснащенных сменными многогранными пластинами, на основе системного моделирования

ИД№06430от 1012 01 Подписано в печать 15 11 04 Формат 60x84 1/16 Печать офсетная Печ.л 1,25 Тираж 100 экз Заказ МО Курский государственный технический университет Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета 305040 Курск, ул 50 лет Октября, 94

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1. Обоснование эффективности и актуальности использования сборных зенкеров, оснащенных сменными многогранными пластинами.

1.2. Анализ конструкций сборных зенкеров со сменными многогранными пластинами

1.3. Анализ номенклатуры сменных многогранных пластин

1.4. Анализ методов проектирования сборных зенкеров.

1.5. Формула сборного зенкера с СМП.

1.6. Постановка задачи исследования.

1.7. Выводы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

СБОРНЫХ ЗЕНКЕРОВ.

2.1. Математические аспекты проектирования сборных зенкеров

2.1.1. Многопараметрические отображения аффинного пространства.

2.1.2. Образующая исходной поверхности.

2.1.3. Дискретное представление образующих.

2.1.4. Дискретное представление участка прямой.

2.1.5. Расчет дискретного представления режущей кромки

СМП сборного зенкера.

2.1.6. Расчет положения и ориентации СМП относительно производящей поверхности инструмента.

2.1.7. Расчет угла у д.

2.1.8. Расчет поверхностей, описываемых режущими кромками и их производных.

2.1.9. Расчет матрицы Mq^.

2.1.10. Параметры лезвия.

2.1.11. Размеры срезаемых слоев.

2.1.12. Размеры остаточных гребешков.

2.1.13. Расчет баланса сил.

2.2. Выводы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОНСТРУИРОВАНИЯ СБОРНЫХ ЗЕНКЕРОВ, ОСНАЩЕННЫХ

СМЕННЫМИ МНОГОГРАННЫМИ ПЛАСТИНАМИ.

3.1. Графы, как математическая модель проектирования сборных зенкеров с СМП.

3.1.1. Граф проектирования сборных зенкеров, оснащенных СМП.

3.1.2. Граф конструкции сборного зенкера с СМП.

3.1.3. Граф корпуса сборного зенкера с СМП.

3.1.4. Граф рабочей части сборного зенкера с СМП.

3.1.5. Граф хвостовой части сборного зенкера с СМП.

3.2. Конструирование корпуса сборного зенкера, оснащенного СМП.

3.2.1. Параметры рабочей части сборного зенкера с СМП.

3.2.2. Параметры хвостовой части сборного зенкера с СМП

3.2.3. Установка рабочей части относительно хвостовой части.

3.2.4. Установка гнезда под СМП.

3.2.5. Конструирование плоскостей оформляющих рабочую и хвостовую часть.

3.2.6. Установка лысок и боковых поверхностей рабочей и хвостовой части.

3.2.7. Установка лыски 1 хвостовой части.

3.2.8. Установка стружечной канавки.

3.2.9. Установка скоса стружечной канавки.

3.2.10. Конструирование клина для крепления СМП.

3.2.11. Установка гнезда под клин.

3.2.12. Установка поверхностей оформляющих режущую часть.

3.3. Наладка станков для обработки корпуса сборного зенкера

3.3.1. Наладка приспособления.

3.4. Выводы.

4. ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

И ИЗГОТОВЛЕНИЯ СБОРНОГО ЗЕНКЕРА.

4.1. Исходные данные для проектирования и изготовления.

4.2. Оценочные параметры модели.

4.3. Конструирование корпуса.

4.4. Параметры наладки приспособления.

4.5. Выводы.

Актуальность работы.

Развитие машиностроения в новом тысячелетии должно осуществляться за счет комплексной механизации и автоматизации, использования прогрессивной технологии. В целях постоянного ускорения темпов и снижения затрат производства предусматривает развитие его в основном за счет использования станков с ЧПУ, обрабатывающих центров, гибких автоматических линий. При этом режущий инструмент является важнейшим элементом, определяющим производительность и качество.

Создание системы автоматизированного проектирования металлорежущих инструментов является одним из этапов автоматизации процессов жизненного цикла. За рубежом она известна под аббревиатурой CAD/CAM (computer-aided design/ computer-aided manufacturing). Внедрение CAD/CAM обеспечивает:

- сокращение сроков разработки конструкций инструмента;

- сокращение материальных и энергетических затрат;

- повышение эксплуатационных качеств инструмента;

- повышение уровня интеграции в цепи "проектирование - производство-испытание - эксплуатация";

- объединение расчетных и управляемых программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ);

- возможность формирования базы данных (БД) металлорежущих инструментов.

Ряд западных фирм "Heinleine", "Sandvik Coromant", "ISCAR", "Hertel", "Krupp Widia" и др., занимающиеся проектированием и изготовлением сборных инструментов ничего не сообщают о методах автоматизированного проектирования, объявив данную область как «ноу-хау». Отечественные производители в основном для расчета металлорежущих инструментов применяют различные приближенные графические, графоаналитические и аналитические методы, которые очень громоздки и имеют невысокую точность, а также требуют большого числа вычислений или локальных САПР, которые решают частные задачи этапов проектирования. Результаты, получаемые при использовании таких приближенных методов, не позволяют спроектировать инструмент с оптимальными значениями его параметров и ограничивают его точность, в результате снижается конкурентоспособность инструмента. С повышением требований к качеству инструментов и широким внедрением быстродействующих ЭВМ позволяет полностью автоматизировать процесс проектирования инструментов, чему в России в последнее время уделяется большое внимание. Вопросы автоматизированного проектирования инструмента рассмотрены в работах д.т.н. С.И. Лаптева, В.А. Гречишникова, Б.И. Ящерицина, А.Н. Борисова, И.А. Ординарцева, П.Р. Родина, С.В.Лукиной, С.Г. Емельянова, к.т.н. Е.И. Яцун, С .Я. Хлудова, Е.В. Серовой, С.И. Клима-кова, С.А. Илюхина, М.А. Максимова, С.В. Лобановой, В.В. Куц, О.С Сорокиной, А.А. Горохова и др. Методика проектирования и изготовления сборных зенкеров с СМП (сменными многогранными пластинами) в литературе отсутствует.

Вышеизложенное, позволяет сделать вывод об актуальности работы.

В данной работе осуществлена разработка формализованной математической модели проектирования и изготовления сборных зенкеров, оснащенных СМП.

Предмет исследования. Графоаналитическая модель сборного зенкера, оснащенного СМП, обеспечивающая общий подход к проектированию, математическому синтезу объектов, моделированию работы инструмента с целью оценки его работоспособности.

Объект исследования. Сборный зенкер с СМП для обработки отверстий деталей общемашиностроительного назначения.

Цель работы. Сокращение сроков проектирования, снижение трудоемкости технологической подготовки производства при создании конкурентоспособных сборных зенкеров, оснащенных СМП.

Научная новизна работы заключается в совокупности научно-обоснованных технических решений по обеспечению эффективности проектирования сборного зенкера с СМП, а именно в: разработке автоматизированного синтеза сборных зенкеров с СМП на основе геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами, включающего графоаналитическое описание технологической системы, расчет кинематических углов (передний, задний угол, угол наклона главной режущей кромки) вдоль режущей кромки, высоту и средний шаг неровностей обрабатываемой поверхности, расчет параметров технологической наладки обработки корпуса зенкера, расчет координат узлов точек эквиди-станты движения инструмента второго порядка, подготовку управляющих программ для обработки корпуса зенкера на станке с ЧПУ.

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

Практическая ценность работы заключается в создании методологического и программного обеспечения, направленного на повышение эффективности проектирования сборных зенкеров с СМП, представленных в виде:

- алгоритмов и программ для математического синтеза конструкций сборных зенкеров с СМП с использованием трехмерной модели;

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

- практических рекомендаций по проектированию и технологической подготовке производства сборных зенкеров с СМП, обеспечивающих сокращение сроков проектирования и снижение трудоемкости технологической подготовки производства.

Результаты работы, представленные в виде методологического, программного обеспечения и практических рекомендаций по проектированию конкурентоспособного сборного зенкера с СМП использованы на ОАО "Геомаш" (г. ГЦигры, Курской области), ЗАО "Станкостроительный завод" (г. Курск), ЗАО "Курская подшипниковая компания" (г. Курск), используются в учебном процессе кафедры "МТиО" КурскГТУ.

Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями проверки адекватности полученных математических моделей, результатами экспериментально-промышленных испытаний, использование поверенных средств контроля, внедрением разработанных конструкций сборных зенкеров в производство.

Автор защищает:

1. Результаты теоретических исследований построения геометрической модели формирования поверхностей сборными зенкерами, оснащенных СМП.

2. Результаты теоретических исследований синтеза конструктивных элементов.

3. Результаты реализации математического программного обеспечения проектирования и изготовления сборных зенкеров.

4. Результаты компьютерного моделирования процесса работы сборного зенкера с СМП и полученные при этом оценочные параметры.

Апробация работы.

Основные положения работы были доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции «Вибрационные машины и технологии» (Курск, 2001), на Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии» (Липецк, 2002), на Международной научно-технической конференции «Технологические системы в машиностроении» (Тула, 2002), на Международной научно-технической конференции «Сертификация и управление качеством продукции» (Брянск, 2002), на 1-й Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2003), на 7-й Международной научно-технической конференции «Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве» (Харьков, 2003), на XXXI вузовской научно-технической конференции «Молодежь XXI века» (Курск, 2003), на 2-й Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2004).

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

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

В первой главе Приведено обоснование эффективности использования сборных зенкеров с СМП и преимущества инструментов с СМП по сравнению с цельными и напайными. Проведен анализ существующих методов проектирования, где выявлено, что методу проектированию сборных инструментов недостаточно уделено внимания, в частности отсутствует метод проектирования сборных зенкеров, оснащенных СМП. Рассмотрены некоторые конструкции сборных зенкеров с СМП, где выявлены достоинства и недостатки представленных конструкций, даны рекомендации которые необходимо учитывать при конструировании инструмента для повышения его жесткости, точности исполнительных размеров. Также проведен сравнительный анализ конструктивных особенностей и материалов СМП, где даны рекомендации по подбору СМП, отмечены преимущества некоторых конструктивных исполнений СМП.

Определено место сборных зенкеров, оснащенных сменными многогранными пластинами в общей геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами.

Назначен статус каждого параметра и тем самым определен вид задачи формообразования, выявлена логическая взаимосвязь конструкторско-технологических параметров при проектировании сборного зенкера с СМП, выведена формула инструмента.

Определены цели, задачи и перечень теоретических вопросов решаемых при автоматизированном проектировании и изготовлении сборных зенкеров с СМП.

Во второй главе разработана математическая модель проектирования сборного зенкера, оснащенного СМП. Реализация поставленной цели осуществляется комплексным подходом, учитывающим проектирование, изготовление и эксплуатацию инструмента. С учетом параметров обрабатываемого отверстия (диаметра и длины) определены параметры образующей и выполнено ее дискретное представление. Выбрав СМП соответствующей формы, рассчитываются параметры ее дискретного представления: координаты точки х, у, z; угол профиля; радиус кривизны; длину дуги; векторы нормали к передней и задней поверхности. Ориентация СМП осуществляется исходя из условий контакта j - ой точкой производящей поверхности и гарантированных значений переднего угла, главного угла в плане, угла наклона режущей кромки - в точке контакта. При расчете учитывается конструктивная подача по направляющей.

Решены задачи связанные с численным моделированием работы и оценки инструмента, в этих целях рассмотрены поверхности описываемые режущими кромками в процессе работы инструмента и значения производных этих поверхностей: производные по длине режущей кромки; производные по параметру движения (определение векторов движений); производные по времени (характеризующий суммарный вектор скорости). В результате моделирования процесса обработки осуществляется расчет оценочных параметров: изменение углов вдоль режущей кромки; срезаемых слоев (толщины, ширины, длины) для СМП, а также высоту и средний шаг неровностей.

В третьей главе разработана математическая модель конструирования сборных зенкеров, позволяющая рассчитать параметры наладки приспособления и станка с ЧПУ при обработке корпуса сборного зенкера.

При решении задачи деталь, СМП, корпус зенкера, станок и приспособление второго порядка рассматриваются как единая система. Перечисленные объекты математически представляются графом проектирования сборного зенкера.

Применяя блочно-иерархический принцип разбиения сложных технических систем к конструкции инструмента его можно рассмотреть как совокупность определенных модулей, разукрупняя их до элементарных поверхностей. Математически взаимосвязь между модулями представлена графом, узлами которого служат системы координат, а дугами - матрицы переходов между ними. На начальном этапе конструкцию сборного зенкера рассматривают как сборочную единицу, где рассматривается взаимосвязь между корпусом зенкера, СМП, клиньями, винтами и штифтами. Далее корпус инструмента разбивается на рабочую и хвостовую часть. Представив рабочую и хвостовую часть как отдельные модули, затем каждый из модулей разбивают на отдельные элементы. Данное разбиение представлено графом рабочей и хвостовой части.

Матрицы установки рассчитываются путем задания конструктивных размеров каждого из элементов, а также параметров, которые определяют положение одного элемента относительно другого. В соответствии с этим для корпуса сборного зенкера рассчитываются матрицы: установки рабочей части относительно хвостовой; установки гнезд под СМП относительно рабочей части; установки лысок и боковых поверхностей рабочей и хвостовой части относительно рабочей части и хвостовой части соответственно; установки гнезд под клинья относительно СМП; установки стружечной канавки относительно рабочей части; установки скоса стружечной канавки относительно рабочей части; установки поверхностей оформляющих рабочую часть относительно СМП. Отдельно рассматривается клин для крепления СМП, при этом рассчитывается матрица установки отверстия под винт в клине относительно клина.

Форма и размеры СМП и ее ориентация относительно производящей поверхности определяют форму и размеры гнезда под СМП и его ориентацию в корпусе инструмента. Задаваемые конструктором размеры клина для крепления СМП определяют конструктивные размеры гнезда под клин.

Для обработки корпуса инструмента рассматривается в единой системе координат корпус инструмента, станок и приспособление. В результате чего можно произвести расчет наладок и подготовить управляющую программу для станка с ЧПУ.

Параметры приспособления рассчитываются по матрицам установки элементов относительно корпуса инструмента.

В четвертой главе представлена система автоматизированного проектирования сборных зенкеров. Рассмотрен пример решения конкретной задачи проектирования сборных зенкеров, оснащенных СМП, иллюстраций возможности CAD/CAM системы и справедливость сформулированных в работе положений.

При проектировании корпуса сборного зенкера в качестве исходных данных являются обрабатываемый материал, материал СМП, диаметр и длина обрабатываемого отверстия, параметры используемой СМП, параметры установки СМП относительно производящей поверхности, режимы резания и размеры самого инструмента.

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

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

После достижения рациональных результатов поэтапно осуществляется проектирование корпуса инструмента.

в результате выполнения диссертационной работы решены задачи повышения эффективности проектирования сборного зенкера путем создания автоматизированных процессов при проектировании и изготовлении сборных зенкеров с СМП, сокращения сроков проектирования.1. На основе геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами из общего кортежа параметров выявлены параметры модели сборного зенкера с СМП, позволяющие создать формулу инструмента, связывающую параметры номинальной поверхности, обрабатываемой поверхности зенкера и параметры движений инструмента.2. На основе генерации инструмента создан граф проектирования и изготовления корпуса зенкера, включающий все элементы технологической системы: станок с ЧПУ, приспособление для ориентации корпуса при обработке элементов конструкции, в том числе гнезда под различные типы СМП для обеспечения заданных углов резания, инструмента второго порядка.3. Для ориентации зенкера в приспособлении при обработке корпуса инструмента разработан граф наладки приспособления и станка с ЧПУ.

4. На основе графов конструкции инструмента, корпуса, рабочей и хвостовой части создана методика автоматизированного синтеза сборных зенкеров с СМП позволяющая: • использовать различные формы стандартных СМП из информационно-поисковой системы; • получить рациональную конструкцию инструмента путём управления распределением заданных значений кинематических углов вдоль режущей кромки; параметрами срезаемых слоев; высоты и среднего шага неровностей обрабатываемой поверхности; балансом сил; • на основе анализа численного моделирования работы инструмента производить изменение в конструкции инструмента для достижения рациональной геометрии; • варьировать конструктивными параметрами проектируемого инструмента в зависимости от параметров обрабатываемого отверстия (диаметр, длина); • проектировать элементы корпуса различных размеров и исполнений; • осуществлять обработку корпусов на различных моделях станков и различными инструментами.5. Создано программное обеспечение проектирования сборных зенкеров с СМП и управляющие программы для его изготовления на станке с ЧПУ, исходя из конструктивных параметров элементов корпуса и расчета параметров наладки приспособления.6. Разработана CAD/CAM система сборного зенкера с СМП, позволяющая повысить эффективность проектирования инструмента данного тапа.7. Экономическая эффективность в результате внедрения системы автоматизированного проектирования сборных зенкеров с СМП на ОАО «Геомаш» составила около 112 тыс. рублей.Практическая реализация работы на ОАО «Геомаш» подтвердила достоверность предложенных теоретических зависимостей.Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Емельянов Г., Яцун Е.И., Мержоева М.С. т^нализ методов проектирования и изготовления сборных зенкеров с учетом динамических характеристик// «Вибрационные машины и технологии»: Сб. науч. тр./ Курск, гос.техн. ун-т; Курск, гуманит.- техн. ин-т. Курск.2001. с. 182-184.2. Емельянов Г., Яцун Е.И., Мержоева М.С. Учет влияния объективных и субъективных факторов при разработке математической модели проектирования и конструирования сборного зенкера с СМП.// «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии»: Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции, посвящ,енной 40 - летию кафедры "Технологии машиностроения". Часть 2/ Под ред. A.M. Козлова. - Липецк: ЛГТУ, 2002. с. 118-120.3. Емельянов Г., Яцун Е.И., Мержоева М.С. Постановка комплексного подхода к вопросам проектирования сборных зенкеров.// «Технологические системы в машиностроении»: Труды международной научно-технической конференции, посвященной памяти выдающихся ученых Коганова И.А. и Лашнева СИ. 16-19октября 2002 г. - Тула: ТулГУ,2002. 221.4. Емельянов Г., Мержоева М,С., Гладышкин А.О., Кальченко А, Н. Влияние факторов, характеризующий процесс эксплуатации сборного режущего инструмента, на качество изделий// Тез. Докл. международной научно-технической конференции «Сертификация и управление качеством продукции» (21-23 мая 2002 г. г.Брянск) / Под ред. О.А. Горленко, Ю.П. Симоненкова. - Брянск. БГТУ, 2002. - 232 с.5. Емельянов Г., Зубкова О.С, Мержоева М.С. Формула сборного зенкера в свете геометрической теории формирования поверхностей режущими инструментами.// Материалы 1 международной научно технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации»/ Курск, гос.техн.ун-т. Курск, 2003. с.92-94.6. Емельянов Г., Гладышкин А.О., Мержоева М.С, Фадеев А.А. Повышение точности обработки сборными режущими инструментами с использованием выходных характеристик численного моделирования процесса резания.// Материалы 1 международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации»/ Курск, гос.техн.ун-т Курск, 2003. с. 92-94.7. Емельянов Г., Яцун Е.И., Мержоева М.С. Использование инструмента с механическим креплением сменных многогранных пластин для повышения качества обрабатываемых поверхностей.// Труды 7-й международной научно-технической конференции «Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве»/ Часть 1./ Харьков, 2003. с. 148-149.8. Емельянов Г., Мержоева М.С, Фадеев А.А., Гладышкин А.О. Инновационные технологии и качество инструмента.// Труды XXXI вузовской научно-технической конференции «Молодежь XXI века»/ Курск,2003. с. 132-134.9. Емельянов Г., Куц В.В., Мержоева М.С. Графоаналитический метод проектирования сборных зенкеров, оснащенных сменными многогранными пластинами/ Автоматизация и современные технологии, 2003, №11, с. 19-23.10. Емельянов Г., Зубкова О.С, Мержоева М.С. Эффективность использования сборных зенкеров со сменными многогранными пластинами/ Вестник машиностроения, 2003, №12, с. 60-61.11. Емельянов Г., Зубкова О.С, Мержоева М.С, Корнев Р.Л. Математическая модель проектирования элементов конструкции сборных зенкеров под установку сменных многогранных пластин в CAD/CAM системе.// Материалы 2 международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы. информационные технологии и инновации»/ Курск, гос.техн.ун-т Курск, 2004. с. 154-156.12. Мержоева М.С. Обеспечение заданной точности значений оценочных параметров модели сборного режущего инструмента, оснащенного сменными многогранными пластинами.// Материалы 2 международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации»/ Курск, гос.техн.ун-т Кзфск, 2004. с. 151-154.

1. Колчин А.Ф., Овсянников М.В., Стрекалов А.Ф., Сумароков СВ. Управление жизненным циклом продукции. - М.: Анахарсис, 2002. - 304 с.

2. Н.А. Кудря, Э.Ф. Эйхманс. Современные направления совершенствования твердых сплавов для режущего инструмента // СТИН. - 1986. - №6. -с.15-16

3. СТ. Лакирев. Обработка отверстий. Справочник. - М.: Машиностроение, 1984.-206 с : ил.

4. В.Ю. Конюхов Использование автоматизации системы научных исследований при проектировании сборного режущего инструмента для ГПС // СТИН. - 1989. - №7. - с. 17-18.

5. Каталог фирмы "SECO"

6. А new tool for hole making // Production (USA) - 1994 - 106, № 11. - С 10. -Англ.

7. Neues Senk-imd Feinbearbeitmigswerkzeug // VDI - Zeitschrift - 1993. - 135, №5, S p e c - С 64.-Нем.

8. Core drills do Yearning jobs // Metalwork. Ilrod. - 1991. - 135, №12. - C. 36. -Анг.

9. Аршинов B.A., Алексеев Г.А. Резание металлов и режупщй инструмент. М.: Машиностроение, 1976. - 440 с : ил.

10. Проектирование и расчет металлорежущего инструмента на ЭВМ/ О.В. Таратынов Г.Г., Земсков Ю.П., Тарамыкин и др.; Под ред. О.В. Та-ратынова, Ю.П. Тарамыкина. - М.: Высш. шк., 1991. - 423 с : ил.

11. Зенкер: А.с. 554952 СССР/ В.И. Масарновский, Г.П. Острейко, Э.А. Пекарский - № 2308834 / 08; Заявлено 04.01.76; Опубл. 25.04.77. Бюл. № 15.-4 с.

12. Зенкер: А.с. 552151. СССР/ В.И. Масарновский, Г.П. Острейко, Э.А. Пекарский - № 2308835 / 08; Заявлено 04.01.76; Опубл. 30.03.77. Бюл. № 12. -2 с.

13. Зенкер: А.с. 973254. СССР / В.И. Масарновский, Г.П. Острейко, Э.А. Пекарский - № 3235252 / 25-08; Заявлено 14.01.81; Опубл. 15.11.82. Бюл. № 42. - 4с.

14. Железнов Г.С, Сингеев А. Зенкер с пластинами из минераллокерамики // Машиностроитель. -1978. - №4. - с. 43.

15. Попов Л.М., Матыгин А., Петухов В.В. Зенкер с неперетачиваемыми пластинами // Машиностроитель.- 1975. - №9. - с. 35.

16. Конический зенкер: А.с. 1668056 А 1. СССР / П.В. Бронфин, В.П. Казанцев - № 4486355 / 08; Заявлено 08.08.88; Опубл. 07.08.91. Бюл. № 29. - 2 с.

17. Металлорежущие инструменты: Альбом. Учебное пособие для машиностроительных техникумов/ А.А. Суворов, Г.С. Зайдлин, Г.М. Стискин. -М.: Машиностроение, 1979. - 64 с , ил.

18. Металлорежущие инструменты Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 328 с : ил.

19. Филиппов Г.В. Режущий инструмент. - Л: Машиностроение, 1981. - 392 с : ил.

20. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент: справочник / B.C. Самойлов, Э.Ф. Эйгманс, В.А. Фальковский и др. - М.: Машиностроение, 1988.-368 с.

21. Андреев В.И. Совершенствование режущего инструмента. - М.: Машиностроение , 1989. - 256 с.

22. Музыкант Я. А. Металлорежупщй инструмент: Номенклатурный каталог. В 4-х ч. - 4.1. Токарный инструмент. - М.: Машиностроение, 1995. - 416 с : ил.

23. Самойлов B.C. Сверла с механическим креплением твердосплавных сменных многогранных пластин // СТИН. - 1996. № - с. 31-32.

24. Музыкант Я. А., Вертхман Р., Пестов Д.А. Новые конструкции твердосплавных пластин фирмы ISCAR // СТИН. - 1998. - №12, - с. 30-32.

25. Васильев СВ. Международная выставка IMTS' 2000 // СТИН. - 2001. - №2. -с . 27-33.

26. Иванов В.В. Стружколомающая способность режупщх твердосплавных пластин при токарной обработке // СТИН. - 2000. - Х^Ю. - с. 29-31.

27. Сенюков В.А., Украженко К.А. Оптимальная форма сменных многогранных пластин для обработки точных отверстий // СТИН. - 2000, №12, с. 20-22.

28. Общемашиностроительные нормативы режимов резания с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин. Обработка на станках с ручным управлением. - М.: НИИмаш, 1979. - 41. с.

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

30. Кудря Н.А., Эйхманс Э.Ф. Современные направления совершенствования твердых сплавов для режущего инструмента // Станки и инструменты. -1986.-N6.-€.15-16.

31. Каталог фирмы KENNAMETAL HERTEL .

32. Каталог фирмы Sandvik" Каталог сверлильного инструмента Ry -8400: 1.

33. Каталог фирмы Sandvik Coromant " Сверлильный инструмент " HV - 1200:2-RVS

34. Каталог фирмы Hertel" Katalog 5020 D".

35. Каталог фирмы Sandvik" Coromant News ".

37. Каталог фирмы Hertel. Каталог 1900 - SV.

38. Каталог фирмы Sandvik. " Режущий и вспомогательный инструмент фирмы " Сандвик коромант". С - 2940: 004 - RVS.

39. La регсее du foret а plaquettes amovibles / MACHINE - OVTIL Produire - Janvier 1986 - 37 - 48.

40. Железнов Г.С., Сингеев A., Бакланов В.Г. Развертки, оснащенные режущими пластинами из композита 05 // Станки и инструменты. - 1991. -N4 . -C . 20-21.

41. А.А. Москвитин, А. Москвитин. Комбинированные фрезы со сменными многогранными пластинами для многоцикловых станков.

42. Семенченко И.И., Матюшин В.М., Сахоров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. Машгиз, 1962. - 952 с.

43. Прогрессивный режущий инструмент в машиностроении. А.Т. Дыков, Г.И. Ясинский. Л.: Машиностроение, 1972. - 244 с.

44. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания материалов. Под ред. Ю.В. Барановского, 1990. - 400 с : ил.

45. Высокопроизводительный режущий инструмент под ред. Н.С. Дегтярен- ко. М.: Машгиз, 1961. - 356 с : ил.

46. Основы проектирования режущего инструмента с применением ЭВМ./П.И. Ящерицин, Б.И. Синищ1н, Н.И.Жигалко, И.А. Басе. -Минск: Вышейшая школа, 1979. - 301 с.

47. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. - М.6 Высшая школа, 1985. - 304 с: ил.

48. Сборный твердосплавный инструмент / Г.Л. Хает, В.М. Гах, К.Г.Громаков и др.; Под общ. ред. Г.Л. Хаста. - М.: Машиностроение, 1989.-256 с : ил.

49. Гжиров Р.И., Серебреншдкий П.П, Программирование обработки на станках с ЧПУ. Справочник. - Л. Машиностроение: Ленинг. отд-е, 1990. - 588 с : ил.

50. Жедь В.П., Боровский Г.В., Музыкант Я.А., Ипполитов Г.М. Режущие инструменты оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами и их применение. Справочник/ - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с : ил.

51. Обработка металлов резанием. Справочник технолога. А.А. Панова, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др. Под общ. редающей А. А. Панова. - М.: Машиностроение, 1988. - 336 с : ил.

52. Справочник по технологии резание металлов Г. Шпур, Т. Штеферле; Пер. с нем. В.Ф. Колотенова и др.; Под ред. Ю. М. Соломенцова. - М.: Машиностроение, 1985. - 616 с: ил.

53. Справочник инструментальщика И.А. Ординарцев, Т.В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; под общей ред. И.А.Ординарцева - Л,: Машиностроение, 1987. - 846 с : ил.

54. Резников АН., Лиманов И.П., Пилинский В.И., Яшин Г.Г. Под общей ред. А.Н. Резникова. Режущий инструмент для автоматов и полуавтоматов. Куйбышевское книжное изд-во, 1961. - 156 с: ил.

55. Родин П.Р. Основы теории проектирования режущих инструментов. Машгиз, Киев, 1960. - 160 с.

56. Проектирование и производство режущего инструмента / М.И. Юликов, Б.Н. Горбунов, Н.В. Колесов. - М.; Машиностроение, 1987. - 296 с : ил.

57. Лашнев СИ., Юликов М.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. - М.: Машиностроение, 1975. - 392 с.

58. Лашнев СИ., Юликов М.И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. — М: Машиностроение, 1980. - 208 с.

59. Конюхов В.Ю. Использование автоматизированной системы научных исследований при проектировании сборного режущего инструмента для ГПС// Станки и инструмент. - N 7. - 1989. - с. 17 -18.

60. Султанов Т.Д., Гавриляка Д., Шендерова Г.Н. Выбор технологии изготовления режущих инструментов на основе автоматизированного проектирования // Станки и инструмент. - N 7. - 1989. - с. 8-9.

61. Мотошкин Э.Э., Щербаков В.Н. Разработка структуры базы данных по сборным токарным резцам // Станки и инструмент. - N 7. - 1989. - с. 19-20.

62. Лукина СВ. Повышение эффективности проектирования сборного режущего инструмента на базе установленных взаимосвязей технологических и экономических решений. - Автореферат дис. д т.н. - М: «Станкин», 1999 - 54 с.

63. Лашнев СИ., Борисов Л.И. Автоматизированное проектирование и изготовление сборных инструментов // Станки и инструмент. - 1991. - N8. - с. 20 - 22.

64. Лашнев СИ., Борисов Л.Н. Геометрическая модель формирования поверхностей режупщми инструментами // СТИН. - 1995. - N4. - с. 22 - 26.

65. Борисов А.Н., Емельянов Г. Графы, как математическая модель проектирования, изготовление и эксплуатация режущих инструментов / СТИН.

66. Борисов А.Н. Геометрическая теория автоматизированного проектирования металлорежущих инструментов. - Диссертация д.т.н. - Тула: 1993 -284 с.

67. Емельянов Г. Математическая модель проектирования и изготовления сборных резцов, оснащенных многогранными неперетачиваемыми пластинами. - Диссертация к.т.н. - Тула; 1990. - 259 с.

68. Лобанова В. Геометрическая теория обкаточных резцов с цилиндрической задней поверхностью. - Диссертация к.т.н. - Тула; 1995 г. - 168 с.

69. Яцун Е.И. Фасонные зенкеры с винтовыми зубьями и конической сердцевиной. - Диссертация к.т.н. - Тула; 1997 г. - 226 с.

70. Лашнев СИ., Борисов А.Н., Емельянов Г., Геометрическая теория формирования поверхностей режущими инструментами: Монография / Курск, гос.техн.ун-т. Курск, 1997. 391 с.

71. Емельянов Г. Разработка теории, методов и средств формирования поверхностей сборными металлорежущими инструментами на основе системного моделирования процесса их проектирования", - Диссертация Д.Т.Н. - МГТУ "СТАНКИН"; 2001г. - 410 с.

72. Сорокина О.С. Математическая модель проектирования и изготовления сборных осевых инструментов. - Диссертация к.т.н. - Тула; 2000 г., 221 с.

73. Куц В.В. Повышение эффективности расчета сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов на основе компьютерно-ориентированного моделирования. - Диссертация к.т.н.- МГТУ "СТАНКИН"; 2000 г., 185 с.

74. Горохов А.А. Методика проектирования и изготовления сборных дисковых фрез на основе математического моделирования - Диссертация к.т.н. - Тула; 2000 г., - 198 с.

75. Борискин И.О. Методология оптимизации обкаточного инструмента: Монография/ Тул.гос.ун-т. Тула, 2001. - 190 с.

76. Петухов Ю.Е. Формообразование численными методами. - М.: «Янус», 2004.-200 с.

77. Борисикн И.О., Хлудов Я. Конструирование и формообразование режущих поверхностей инструментов с нецелиндрической сердцевиной: Монография/ - Тула: ГУИПП "Тульский полиграфист", 2002. - 172 с.

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

79. Ушаков М.В. Автоматизация расчета и проектирования инструмента: Учеб. Пособие. - Тула: ТулГУ., 2002. - 131 с.

80. Гречишников В.А., Колесов Н.В., Петухов Ю.Е. Математическое модеди- рование в инструментальном производстве: МГТУ «Станкин»., 2003. -117с.

81. Гречишников В.А., Юнусов Ф.С, Чемборисов Н.А. Формирование информационно-поисковой системы инструментального обеспечения автоматизированного производства и проектирования САПР РИ. - М.: Изд-во «Машиностроение»; 2000. -223 с.

82. Емельянов Г., Сорокина О.С, Михайлова А. Анализ эффективности использования сборных осевых инструментов и методов их проектирования // Автоматизация и современные технология. - 1998. - №4. - с. 28-30.

83. Емельянов Г., Сорокина О.С, Широконосов Ю.Г. Математические аспекты конструирования и изготовления сборных осевых инструментов на основе графовых моделей // СТИН. - 1999. - №7. - с. 21-24.

84. Емельянов Г., Сорокина О.С, Графовая модель проектирования и изготовления сборного осевого инструмента, оснащенного сменными многогранными пластинами // Автоматизация и современные технологии. -1999.-№2.-с. 33-35.

85. Емельянов СГ., Сорокина О.С Укрупненный алгоритм проектирования сборного осевого инструмента. VI российская научно-техническая конференция: Тезисы докладов - Курск: КГТУ, 1998, - с. 73 - 75.

86. Г. Емельянов, Горохов А.А., Куц В.В. Моделирование производящей линии в CAD/CAM-системе трехсторонней сборной фрезы // «Информатика-машиностроение». - 1999. - №2. - с. 24.

87. Емельянов СТ., Горохов А.А., Графовый подход к проектированию, конструированию и изготовлению сборных дисковых фрез // «Автоматизация и современные технологии». - 1999. - №6. - с. 21-25.

88. Емельянов Г., Куц В.В. Графовые модели конструирования и изготовления сборных дисковых фрез // СТИН. - 1999 г. - № 5. - с. 20-22.

89. Емельянов Г., Куц В.В. Математические основы конструирования сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов на основе графовых моделей //Автоматизация и современные технологии. - 1997. -№10-с.

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

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

92. Зубкова О.С. Особенности разработки библиотеки модулей при проектировании корпусов сборных инструментов // Труды VI международной научно-технической конференции. Харьков. - 2002. - с. 117-119.

93. Шерстобитов Г.А., Каширина О.И. Рычина Л.Н. Автоматизированное профилирование винтовых канавок сверл // Станки и инструмент. - 1991. - № 8 . - с . 23-26.

94. Сеучек И. Математическое моделирование рабочей поверхности цилиндрической фрезы с винтовыми зубьями // СТИН. - 2002. -№9. - с. 15-17.

95. Справочник технолога машиностроителя. 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 , ил.

96. Емельянов Г., Мержоева М.С, Фадеев А.А., Гладышкин А.О. Инновационные технологии и качество инструмента // Труды XXXI вузовской научно-технической конференции «Молодежь XXI века»/ Курск, 2003. с. 132-134.

97. Емельянов Г., Куц В.В., Мержоева М.С. Графоаналитический метод проектирования сборных зенкеров, оснащенных сменными многогранными пластинами // Автоматизация и современные технологии. - 2003. -№11.-с. 19-23.

98. Емельянов Г., Зубкова О.С., Мержоева М.С. Эффективность использования сборных зенкеров со сменными многогранными пластинами // Вестник машиностроения. - 2003. - №12. - с. 60-61.