автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности сборных режущих инструментов методами сложного неоднородного моделирования и неразрушающей активной экспресс-диагностики

V ; а и ^

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО НАУКЕ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

"СТАНКИН"

На правах рукописи УДК 621.9.06-114-529.1

МАЛЫГИН ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

Кандидат технических наук, доцент

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СБОРНЫХ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ МЕТОДАМИ СЛОЖНОГО НЕОДНОРОДНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И НЕРАЗРУШАЮЩЕЙ АКТИВНОЙ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ

Специальность 05.03.01

Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструменты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва, 1995 г.

Ученый совет МГТУ "СТАНКИН"

101472, Москва, Вадкоиский пер., дом 3-а

Тплпфон_

Работа выполнена на кафедре "Инструментальная техника и компьютерное моделирование" МГТУ "СТАНКИН"

Научный консультант

доктор технических наук, профессор В.А. Гречишников

Официальные оппоненты:

В.Н.Подураев -. доктор технических наук, профессор

В.П. Жедь - доктор технических наук, профессор

A.C. Верещака - доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие - АО "Белфрез"

. , Защита диссертации состоится "Ш" QA^Ct v/l 3 1995г. в ff час 00 мин. на заседании специализированного совета ¿0 06i-4/>(3f по присуждению ученой степени доктора технических наук в МГТУ "СТАНКИН" по адресу: 101472, Москва, Вадковский пер.,

дом 3-а

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

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

Автореферат разослан " .1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Диссертация посвящена разработке комплекса расчетных методов и технических средств активной диагностики сборного инструмента. Стремление к созданию высокоэффективных режущих инструментов привело к параллельному существованию большого количества сборных режущих и вспомогательных инструментов одного назначения. Причиной этого является недостаточное развитие расчетных методов, а также тот факт, что существующие критерии надежности инструмента, основанные на методах математической статистики, по позволяют решать задачу выбора конструкции на стадии проектирования. Это предопределяет поиски новых путей решения, в частности использование концепций надежности сложных систем - диагностику и контроль, экспресс-испытания, с применением косвенных показателей, имеющих корреляцию с критериями эффективности. Таковыми могут являться : статические, динамические и тсплофизические характеристики, напряженно-деформированное состояние, эксплуатационная точность. Эти критерии предполагают описание нескольких процессов, то есть приходится решать задачу частями. Модель, которая решается таким образом, по классификации В.А.Венпикова и А.Н.Лсбедева, получила название "неоднородной", а в силу взаимодействия нескольких подсистем в рамках технологической системы - "сложной".

Решение этой задачи, а также разработка методов и технических средств экспресс-диагностики качества инструмента на стадии изготовления и эксплуатации, установление условий его рационального использования являются весьма актуальными.

Цель работы. Целью работы является разработка комплекса научно-технических решений, позволяющих обеспечить максимальную эффективность прогрессивного сборного инструмента, и включающего в себя: методики расчета и оптимизации конструкций па стадии проектирования; технические средства активной экспрссс-диагностики качества на стадии производства и эксплуатации инструмента; технические средства установления оптимального режима резания.

Научная новизна заключается: в корреляции пе-

риода безотказной работы с показателями : жесткостью, динамическими и теплофизическими характеристиками, напряженно-деформированным состоянием при резании различных обрабатываемых материалов; в обосновании выбора расчетных схем, математических моделей и граничных условий; в установлении наличия двух зон главных растягивающих напряжений на передней поверхности режущей пластины и зависимости их численных значений от способа закрепления, конструктивных отличий и

распределения составляющих силы резания; в установлении зависимости напряженного состояния от отклонения формы опорной поверхности режущей пластины для различных способов ее механического закрепления; в получении динамических характеристик модульного вспомогательного инструмента при обеспечении постоянства мощности нагружения во всем частотном диапазоне ; в получении спектральных характеристик сборного режущего инструмента в полосе частот до ЮОкГц при механической развязке стенда динамического нагружения; в установлении влияния положения, размеров режущих пластин, а также шероховатости опорной поверхности гнезда корпуса на статическую и динамическую податливость сборного режущего инструмента; в установленной зависимости стойкости сборного инструмента от статических и динамических характеристик как для вольфрамосодержащих так и для безвольфрамовых твердых сплавов; в установлении зависимости стойкости от элементов режима резания, жесткости и адмитанса узла крепления режущей пластины; в установлении зависимости стойкости и прочности твердых сплавов от их прпдвпрнтплыюй термообработки.

Основные положения, выносимые па защиту.

1.Методики расчета и математические модели анализа технического уровня сборного инструмента по статическим и динамическим характеристикам, напряженно-деформированному состоянию, эксплуатационной точности.

2.Экспериментальные методы и технические средства неразру-шающей активной экспресс-диагностики инструмента по статическим, динамическим и теплофизическим характеристикам.

3.Экспериментальный экспресс-метод и прибор для установления оптимального режима резания по градиенту термо-ЭДС.

4.Результаты исследования отдельных подсистем инструмента : сборных резцов, фрез, кольцевых сверл, модульного расточного инструмента

5.Конструкции внедренных в производство инструментов, разработанных па основе выполненных работ: торцовых фрез, резцов для тяжелых работ, резцов общего назначения, кольцевых сверл, модульного расточного инструмента.

Практическая полезность заключается: в методиках расчета и оптимизации конструкций сборных режущих и модульных вспомогательных инструментов; в испытательных стендах для неразрушающих экспресс-испытаний сборного инструмента; в приборе для экспресс-оценки оптимального режима резания по 'градиенту термо-ЭДС; в конструкциях сборного режущего и модульного вспомогательного инструмента.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены :

• в виде технической документации, методик расчета и оптимизации конструкций сборного инструмента в АО "Томский инструмент", АО "Белфрез" ( в рамках решения Государственной программы 47:4-1 ); ■

• в виде методик и рекомендаций по испытаниям сборного инструмента во ВНИИинструмент ( по проблеме 0.16.08. ГКНТ и Госплана СССР), Оргприминструмент, МСПО "Красный пролетарий";

• в виде испытательных стендов в АО "Белфрез", РУДН

• в виде разработанных на основании исследований конструкций инструмента в ПО "Севмашпредприятие", ПО "Север" (г. Северодвинск), АО "Сталепрокатный завод", АО "Северсталь" (г. Череповец), АО

• "Белфрез", АО "Томский инструмент", СП "Нордмекс".

• в виде учебных пособий и лабораторных стендов в учебном процессе СевмашВТУЗа

Годовой экономический эффект от внедрения по ценам до 1991 г. составил 356 тысяч рублей, общий годовой экономический эффект - 19 миллионов рублей.

Апробация работы. Основные результаты исследований представлялись в докладах на научно-технических конференциях и семинарах:

1. На Международной НТК. "Ультразвук в технологии машиностроения - 91", Архангельск, 1991.

2. На II Всесоюзной НТК. "Вибрация и вибродиагностика, проблемы стандартизации", Горький, 1988.

3. На Межобластной НТК. "Совершенствование конструкций и процессов изготовления режущего и измерительного инструментов и технологической оснастки", Киров, 1988.

4. На IV Московской НТК. "Триботехника - машиностроению", Москва, 1989.

5. На VIII, IX, X НТК НТО им. академика А.Н. Крылова, Северодвинск, 1985, 1987, 1989 гг,

6. На II и III конференциях научно-учебного центра физико-химических методов исследования. Москва, 1989, 1990 гг.

7. На научно-техническом совете ВНИИинструмент, НТК и семинарах в гг. Москва, Санкт-Петербург в 1981-92 гг.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы и монографии и в 86 печатных работах, 21 из которых являются авторскими свидетельствами на изобретения.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 7 глав, выводов и практических рекомендаций, изложена на ЗТ В страницах машинописного текста, содержит 117" рисунка(ов), 18 таблиц, приложения, список литературы из 18.-й наименований.

В первой главе на основе анализа основополагающих работ, посвященных исследованию связи физических процессов с работоспособностью режущего инструмента, A.A. Авакова, Г.С. Андреева, Б.П. Барми-на, А.И. Бетанели, В.Ф. Боброва, Д.Т. Васильева, А.М. Вульфа, Г.И. Грановского, В.А. Дроздова, М.Ю. Жаркова, В.А. Жилина, H.H. Зорева, А.И. Каширина, A.C. Кондратова, В.А. Кривоухова, Л.К. Кучмы, Т.Н. Лоладзе,

A.Д. Макарова, А.Я. Малкина, В.А. Остафьева, В.Н. Подураева, М.Ф. По-летика, А.Н. Резникова, С.С. Силина, А.П. Соколовского, Н.В, Талантова,

B.Л. Федорова, Г.Л. Хаета, А.Д. Шустикова, П.И, Ящерицына, а также работ других авторов, рассмотрены проблемы эффективного использования режущего инструмента. Отмечается, что, с учетом особенностей современного этапа развития машиностроительных производств, а именно, смещения акцента в сторону мелких и средних серий, перевод специфических производств, например судостроения, на принципы машиностроения, появления новых технологических процессов, высокопрочных и износостойких обрабатываемых материалов и другие условия предъявляют к сборному инструменту все более высокие требования.

Одна из серьезных проблем связана с существенной зависимостью эффективности сборного инструмента от способа и особенностей механического соединения элементов конструкции. Недостаточное развитие методов, позволяющих на стадии проектирования, изготовления и подготовки к эксплуатации прогнозировать поведение инструмента в сравнении с другими возможными конструкциями, привело к большому числу параллельно существующих сборных инструментов. Это в одинаковой мере относится как к сборному режущему, так и модульному вспомогательному инструменту. Применяющиеся в настоящее время оценки ресурса, стойкости, коэффициента вариации основанные на методах математической статистики, требуют больших затрат времени и средств и не позволяют решать указанные выше проблемы.

Исходя из результатов анализа в работе поставлены следующие основные задачи.

1. С использованием критериев из концепции надежности сложных систем, разработать комплекс научно-технических решений, позволяющих:

• осуществлять выбор и оптимизацию конструкций компьютерными методами на стадии проектирования;

• осуществлять неразрушающими экспресс-методами диагностику состояния сборного инструмента на стадии его производства и эксплуатации;

• осуществлять экспресс-методами выбор оптимального режима резания.

2. Получить и проанализировать результаты • расчетов и стендовых экспериментов в сопоставлении с результатами опытов с резанием для экспгрпмои-шлышх п серийных конструкций инструментом, пронести исследования по установлению влияния отдельных конструктивных и технологических параметров на выбранные критерии качества и технического уровня инструмента, провести исследования по установлению корреляции между критериями качества и показателями работоспособности инструмента.

3. На основе результатов исследования ;

• разработать рекомендации по проектированию сборного инструмента;

• осуществить на практике оптимизацию и внедрение на промышленных предприятиях конструкций сборного инструмента - сборных резцов, фрез, кольцевых сверл, модульного расточного инструмента;

• внедрить в производство испытательные стенды для оценки качества инструмента по статическим и динамическим характеристикам.

Вторая глава посвящена разработке комплекса расчетных методов исследования, включающего в себя разработку математических моделей и программного обеспечения расчетов отдельных характеристик инструмента. Трудность решения данной задачи заключается в сложности описания протекания физических процессов и их взаимовлияния. В связи с этим в основе подхода к ее решению лежит рассмотрение стойкостной модели как сложной и развивающейся по мере расширения представлений о природе износа, макро и 'микроразрушения. На данном этапе, с позиций скорейшего использования результатов исследования на практике, наиболее приемлемым является путь сложного неоднородного моделирования, предполагающего рассмотрение нескольких отдельных моделей со своими ограничениями и допущениями для решения частных задач.

Структурная модель объекта исследования. Первичная структуризация объекта исследования позволяет разделить его на подсистемы трех уровней:

• трйботехнический, определяющий процессы на контактных поверхностях "инструмент-деталь";

• реологический, определяющий изменение механических характеристик инструментального и обрабатываемого материалов в процессе резания;

I

• механический, определяющий взаимодействие элементов технологической системы при резании.

Структурная модель механической подсистемы с выделением элементов конструкций инструмента, как непосредственного объекта исследования, разработана на основе установленных В.Н. Подураевым связей входных и выходных параметров процесса резания, а также положений В.А. Кудинова об эквивалентной упругой системе станка, развитой применительно к режущему инструменту А.Д. Шустиковым. В основу модели положен принцип разделения инструмента на вспомогательный и собственно режущий, который в свою очередь разделен на конструктивные элементы, определяющие протекание физических процессов при резании. Такая связь позволяет более широко, чем это сделано до настоящего времени, исследовать взаимосвязь отдельных подсистем и их элементов, обоснованно устанавливать граничные и начальные условия.

Применительно к непосредственному объекту разрушения и износа - режущей пластине (РП) комплексная модель взаимосвязи физических процессов с условиями ее закрепления может быть представлена в виде схемы, изображенной на рис. 1, Качество инструмента при этом оценивается по напряженно-деформированному состоянию (НДС), динамическим и теплофизическим характеристикам, деформационной точности узла крепления РП. Характер и количественные значения этих критериев как видно из схемы будут определятся условиями контакта в стыке. Обоснование выбора допущений, начальных и граничных условий, а также проверка полученных результатов осуществляется на основе расчетов методом конечных элементов (МКЭ), так как во многих случаях определить НДС частей РП непосредственно контактирующих с обрабатываемым материалом пользуясь только методами технической теории упругости затруднительно. Представленная на рис. 2 комплексная расчетная схема позволяет учитывать условия раскрытия стыка, что является обязательным для решения контактной задачи, решать задачи связанные с условиями первоначального контакта РП при врезании, а' также при выходе ее из заготовки, в том числе в динамике.

Рис. 1 Комплексная расчет- Рис. 2 Комплексная расчетная схема для ная схема узла креп- определения МКЭ граничных

ления СНП. условий и НДС СНП

Исходя из поставленной цели для решения задачи выбора конструктивного решения на первом этапе принимались следующие допущения : РП является абсолютно жесткой; все деформации происходят за счет смещений в стыке. С учетом принятых допущений и зависимости реакции упругого основания от смещения в стыке

г(у) - ау" или г{у) = г0 + ау

где - а,г0 постоянные, определяемые из условия равновесия тела на плоскости

где: X ^ и 2 ^ " СУММЬ1 проекций сил на соответствующие оси; £ Мл - сумма моментов всех сил относительно точки А.

Изгибающий момент в сечении У при условии полного контакта РП с опорной поверхностью

Щу)=М1-Ргу + ^уЧЗг0+ау) + Щв> И)

о

где: - Л/, - изгибающий момент при вершине РП;

Р2 - тангенциальная составляющая силы резания; М(0) - изгибающий момент от силы закрепления РП

Величина напряжения определялась по известной зависимости

С цолью угочпомия расчетов ИДС РП необходимо учитывать ее деформацию. В большинстве случаев условия внецентренного нагружения

РП силой резания в районе вершины задают условия переменной жесткости в различных сечениях.

В этом случае решение дифференциального уравнения изгиба балки на упругом основании с использованием функций Крылова будет иметь вид :

ЯУ) = КОЩУ) + /'(О)П(У) + /"(0)К3(у) + Гшт<{у) + У(:У) (2) где - У, (у), У2(у), К, (у), У<(у) - функции Крылова: ДО), /'(0), /"(0), /"'(0) - константы;

У' - частное решение уравнения (2), которое определяется характером внешних нагрузок и в общем случае имеет вид

у'м = £ \мчу - «о + - 4> - ^г^.о- - с.) - У(У - *)]} (3)

где - М - изгибающий момент, приложенный в сечении с координатой;

О - сила закрепления РП, приложенная в точке с координатой с;

q - распределенная нагрузка на участке с, -с2;

4(34 = — ЕУ

Изгибающий момент в рассматриваемом сечении

м„Лу) = ¿•|-4Р7(0)1',(>') - 4Р7'(0)П(У)+ ^¡иу) + +¿-1 {М^У- <0 - - 4) + - О - у,(у - с2)]} (4)

В формулах (3) и (4) буква "Л" означает, что в эту часть входят только те слагаемые, которые располагаются левее рассматриваемого сечения ( в соответствии со схемой на рис. 1 )

Полученные зависимости полностью определяют НДС РП. Поперечная сила в рассматриваемом сечении определяется зависимостью

/"(У)

0(У) = ^ (5) Е]

Константы /(0) и /'(0) находятся из граничных условий, в качестве которых можно принять поперечную силу и изгибающий момент на правом конце РП.

/"(/) м . Л1)

Е] """ Е]

= М„„\ = 2„р„. (6)

Проверка работоспособности методики проверялась на примере оптимизации конструкций сборных инструментов по результатам сравнительных расчетов и производственных испытаний (подробнее в главе 6), В частности при оптимизации конструкций крупногабаритных кольцевых сверл диаметром до 300 мм сравнительные расчеты альтернативных вариантов узлов крепления СНП 03113-010304 (ГОСТ 1905180) винтом и СНП 13797 (ГОСТ 17163-82) прихватом сверху (рис.3) показали несомненное преимущество последнего, что и подтвердилось при производстваешшх испытаниях и внедрении на ПО "Севмашпредприятие" при обработке секции основного корпуса из спецстали.

Рис. 3 Сборное кольцевое сверло

¡6. 4 Конструкций И расчетная схема сборного резца с тангенциальной СНП.

Аналогичные результаты получены при разработке резцов с тангенциальным креплением СНП SNEA 150410.R с креплением'винтом с эксцентриковой головкой в сравнении с аналогичным решением Сестро-рецкого инструментального завода (рис. 4), а также резца для тяжелых работ с СНП 1.42015-002 фирмы "Hertel" (рис. 5), испытанных и внедренных на предприятиях г.Череповца и последнего также на ПО "Север" при обработке ступицы гребного винта.

Условие, при котором обеспечивается достижение эффекта для резца общего назначения следующее :

2-(/-^)2-[О-я] 42-йг.ц>{9-ф)-<1огт-К т

- ¿¡¡2 -у-—---(/)

3-d.fi 2- [1-42-

где <р = зо°)" У™ тРения;

ф = ^ ) - угол подъема резьбы;

/- коэффициент трения (с учетом вибрации / ~ 0,02); р -шаг резьбы; ¿2 - средний диаметр резьбы.

¿е ~ ¿огт~ • е (8)

Оптимальные соотношения конструктивных элементов, обеспечивающих наименьшие значения пикового напряжения в резце для тяжелых работ следующие :

Л =

{с1~йх)

где : А = /

2 • (соэ а' - соб а") _ (с/ - ¿о) • (бш а" - эт а') 2 -(соза' - соэсг") й = (1$ • соэ а 2

-1

(9)

(10)

;Я = 1-Г +

(И)

(12) 2

2Г/1

/- коэффициент тения;

а' и а" -максимльное и минимальное отклонение угла а оси штифта к опорной поверхности гнезда корпуса. (Линейные размеры в мм)

Такие же результаты получены и при разработке узлов крепления СНП фрез, конструкции которых защищены авторскими свидетельствами и патентами, приняты к производству АО "Томский инструмент" и другими предприятиями.

Эксплутациоппая точность, как критерий качества инструмента, в соответствии со схемой на рис. 6 оценивалась величиной смещения РП под нагрузкой. Для этого использовалась зависимость между реакцией упругого основания (УО) и смещением вершины РП

откуда

г(.у) = -лт/о - кде = гг - ПУ (13)

Л" К!

б(М, + Д/г - Л/,) + 2]Г ¡2, (За, - 1) - 2/у

<у(с2 -с,)(3сг +3с, -2/) К1г

К1г

, если г, > 0 или (14)

Л7 п

дг = --3- = т-1-—-Ц;-Г-?, если г. = 0 (15

К з[л/„ + Л/г - + £ бл + <Шсг2 - с,2)]

Для определения смещения вершины РП в плоскостях ХОУ находилось перемещение ее вдоль базирующих граней.

Д Ц= ФмУ + с°*У)-<-г* (16.

к

1-.1-йГй

И,

(17)-

в результате

ДХ = Д^пф-ДУсоэф (18)

ДУ = ДУсозф- А1/йп<? (19)

Сравнительные расчеты эксплуатационной точности д\я трех прин-цшштолыю различающихся по нипрнленшо силового замыкания и снобу закрепления СНП позволили разработать конструкции резцов с комбинированным закрепленном С11П (рис. 7). Причем, конструкции, приведенная на рис.7,б позволяет регулировать соотношение составляющих силы закрепления по осям.

щщпшг'

I

Рис. 6. Расчетная схема для оценки эксплутационной точности сборного инструмента.

Рис. 7. Резцы с комбинированным креплением СНП

Пластина

Опорная поберхносгт

б)

Условия обеспечения наивысшего эффекта при этом следующие :

(1т = </„

2 с-

иЛ'п + 'ш - 22/

/ъ Е1 (20)

I) + 1ш

(21)

Зг =

+ 1Р1Ш) - 32уш(/1 + 21ш)

6Ыр1ш

(22)

где : е- эксцентриситет осей крепежного элемента и отверстия СНП; 6\ - зазор между головкой крепежного элемента и отверстием СНП; Р3 - усилие закрепления СНП от действия прихвата; О - сила прижатия пластины к боковым граням гнезда корпса.

(Линейные размеры в мм)

Рассмотренные методы определения НДС позволяют оценивать конструкцию инструмента и по другим критериям, например статической жесткости, которая также может служить основой расчета динамических характеристик.

Подсистема модульного вспомогательного инструмента (МВИ) в силу удаленности от зоны резания может оцениваться по меньшому количеству критериев. Таковыми будут является, прежде всего, статическая жесткость, динамические характеристики и деформационная точность. На основе анализа для МВИ предложена укрупненная классификация по типам сопряжения :

• схемы с "элементарным" контактом по цилиндрическим, коническим и плоским поверхностям;

• схемы с контактом по торцу;

• схемы с "многоэлементным" контактом.

Как и ранее исходным принят расчет для балок на упругом основании с использованием функций Крылова. При этом в качестве упругого основания рассматривалась поверхность раздела контактирующих элементов сопряжения. Дополнительно принимались следующие допущения; начальный контакт полный; краевой эффект пренебрежительно мал, жесткостная характеристика стыков линейная.

Обобщенная модель МВИ для расчета статических характеристик представлена на рис.8 и включает в себя два модуля, соединенные наиболее сложным видом сопряжения с использованием торцевой и цилиндрической контактных поверхностей с силовым замыканием на оба вида поверхности. Силы нагружения, приведенные к нулевому сечению ( радиальная сила Р ), изгибающий момент М от силы Р, осевая сила Рх, крутящий момент Мк воспринимаются упругим основанием с. радиальной жесткостью К, осевой жесткостью Ко. угловой жесткостью торцевого стыка Сф, крутильной жесткостью стыка Сг. Усилия закрепления представлены обобщенным силовым фактором q, который может иметь вид как распределенной нагрузки д(х), так и сосредоточенной - О. Собственная жесткость элемента сопряжения ЕЛ(х). Задача расчетов заключается в определении упругой линии элемента узла сопряжения длиной {, в частности смещения 5, угла наклона упругой линии ф, угла поворота у вокруг оси ОХ.

Математическое описание модели может быть представлено дифференциальным уравнением ;

С учетом постоянства момента инерции сечения на участке контакта :

<1хг

(23)

(24)

Рис. 8. Расчетная схема для определения статических характеристик МВИ

Решение уравнения в свою очередь можно представить в виде суммы общего и частного решений

6М = [У,(л)5(0) + У2(х) 5'(0) + У3(х)5"(0) + УДдс)5"'(0)] + Г« (25)

где 5(л:) - радиальное смещения в сечении X;

5<Л>(0) - константы, вражающие собственно радиальное смещение, угол

поворота, помноженные на податливость —, момент М и ради-

Ы

альную силу Р,

Уп(х) - функции Крылова;

У "(х) - частное решение, определяемое для конкретной схемы.

Для получения окончательного решения необходимо также записать четыре граничных условия, по два на каждую границу рассматриваемого участка.

Для случая конического, либо фасонного профиля сопрягамых поверхностей предусматривалась условная замена участка сложной формы на кусочно-постоянную и требующую введения дополнительно (4Ы) уравнений связи в виде граничных условий по соседним участкам.

В силу изменения при нагружении инструмента величины реальной площади контакта задача решалась итерационно. В конструкциях, использующих принудительную деформацию элементов сопряжения ( типа цанги ) данный подход не использовался в силу существенных погрешностей. В этом случае предполагается, что характер распределения усилия закрепления линейный по всей длине соединения. Кроме того, кусочно-линейная апроксимация сложных фасонных сопрягаемых поверхностей позволяет использовать этот метод для решения задачи отклонений в углах конусности сопрягаемых поверхностей. В общем случае итерации необходимо проводить как по общему, так и по частному решению, определяемому из конкретной схемы узла сопряжения по возможным вариантам :

а) при равномерном радиальном натяге У\х) = \г.(х- х Жх) = 3^01}У,(х - /№•), [*,*'] е[0,/] (26)

где Н(х, х-) - функция Хевисайда, определенная на участке е [0,

приложения нагрузки.

б) на длине участка контакта I в точке X действует радиальная сила закрепления О.

Г\х)=°Н1*'х')\У,{Х-Х'ЖХ'), [*,*'] е [0./] (27)

о

В случае их комбинации производится алгебраическое суммирование уастных решений.

С точки зрения оценки конструкции по восприятию крутильных нагрузок все конструкции разделились на два типа :

» конструкции с использованием вспомогательных элементов для восприятия крутящего момента (шпонки, штифты, винты, сухари и др.), а также фасондые элементы поверхности;

• конструкции,*^ которых восприятие крутящего момента осуществляется за счет сил трения в стыке.

Расчет по предложенной методике и оценка полученных результатов с точки зрения статической жесткости АМРИ позволили разработать конструкцию узла сопряжения модулей по АС № 1775230, с дополнительным элементом в виде упругого кольца (рис. 9). Результаты экспериментальной проверки результатов расчета свидетельствуют о более высокой статической жесткости разработанной конструкции по сравнению с конструкцией фирмы WдЫкаир1ег.

Рис. 9. Конструкция и расчетная схема узла сопряжения модулей с упруго-деформированным кольцом.

Условие получения эффекта: ^(а + Да) - 18(сс)

2 «

(28)

ЗР

2-л-Е-У

г{агс18{р) - агсф0)) ~ 6 ■ 1п(1 + Р2) + з(/?2 - /?§)

где: Р- осевое усилие закрепления соединения;

а - угол внутреннего конического отверстия в кольце;

Да - разница в углах конуса модуля и кольца;

Е- модуль Юнга;

[30 = 2м-; (29)

£

а —а

13 = - -■■ ; (30)

о

атах, максимальный и минимальный радиусы внутреннего от-

верстия кольца;

2

О - наружный диаметр кольца.

Рассмотренная модель является также основой для определения динамических характеристик, при расчете которых с использованием переходных матриц разработана методика и программное обеспечение.

Комплексная расчетная модель для расчета динамических характеристик МВИ представлена на рис. 10. Окончательно выведенная формула, определяющая характеристики динамической системы МВИ в матричной форме выглядит так:

|_ У®1

*ПМ» Iх ОД (31)

где:^'], | - векторы параметров в произвольном и нулевом сечении соответственно;

[А,], [а4] - матрицы массово-инерционных, жесткостных и демпфирующих характеристик свободных участков соответственно присоединительного и базового модулей;

[А;\ [А'] - матрицы участков на упруто-диссинативном основании соответственно базового и присоединительного модулей;

^О,' | - матрицы сосредоточенных жесткостей и демпферов на границах рассматриваемых участков;

^р" | - матрицы коэффициентов усиления колебаний парциальных подсистем;

N - количество последовательно расположенных свободных

участков присоединительного модуля;

М - количество контактных участков, содержащих элементы

и присоединительного и базового модулей;

Ь - количество последовательно расположенных свободных

участков базового модуля.

Рис. 10. Расчетная схема для определения динамических характеристик МВИ.

Расчет динамических характеристик АМРИ позволил получить результаты, на основе оценки которых определены рекомендации и разра-

ботана конструкция (АС № 1704942) (рис. 11), существо которой определяется соотношениями:

f (аЛ е_288-JM,_х |z dv

Ч 2 J 4 ■ л ■ Е ■ cos(a, - a)(l - f%tg(a,) - («(а)) * {

Z = [23(D(z)¿*(г) - D'(z)d(z) + ds(z) - С'(г)) +

+(D'(z)di(z)-Di(z)d,{z))\'; (33)

(чЛ_28 _ )

"VTJ = д'-Е-со^-аХ!-/)(«(«,)-»«(«)) *{ ^

Z = [2i{ü(z)d\z) - U<(z)d(z) + J>(z) - D>(z))+

+(/>'(гу>(г) - W)]"'v (35)

Д(г)=0-г-г«[^-]; (36)

= (37)

где: N - натяг в торцовом соединении модулей;

Р - осевое усилие закрепления;

с!, О - максимальные внутренний и наружный диаметры конуса соответственно;

а - угол внутреннего конуса базового модуля;

ССх.а^ - углы наружного и внутреннего конусов присоединительного модуля;

а з - угол предварительного разжима конуса, определяемый из соотношения:

Л - высота уступа внутренней поверхности;

у/ - угол контакта шариков с внутренней поверхностью присоединительного модуля;

/[ - координата точки приложения усилия закрепления;

12 - координата расположения уступа по оси г;

/ - коэффициент трения.

На торцовой поверхности, прилегающей к разрезному коническому хвостовику, выполнена кольцевая проточка, глубина которой определяется по зависимости:

К - разница между значениями диаметров внутренней поверхности базового модуля в плоскости его торца и соответствующей ей наружной поверхности присоединительного модуля в плоскости его торца. Полученные расчетно-экспериментальные результаты исследования АМРИ свидетельствуют о более высоком динамическом качестве разработанной конструкции по сравнению с серийными.

Определение качества инструмента в рамках отдельных самостоятельных подсистем не может быть полной без учета условий, в которых она находится. В частности с развитием инструментальных материалов, увеличения доли хрупких СТМ, возрастает влияние свойств технологической системы станка. Оценка взаимодействия отдельных подсистем инструмента, а также оптимизация его массо-габаритных и геометрических показателей возможны прежде всего в рамках комплексной динамической модели. Анализ показывает, что наиболее сложным, включающим в себя практически все элементы прочих видов обработки является фрезерование, что может служить основой модели. При этом система инструмента (СИ) принята доминирующей,

Для описания поведения динамической системы разработана следующая методика :

1. Оценивается реакция системы на воздействие одиночного силового импульса. Смещение РИ относительно заготовки при этом описывается системой уравнений на основе интеграла Дюамеля.

П р'Ь"' *¿ I /

Ас =---, Г e*,T'(cos©x' -TisinwxOsin, —-hr(x-T')dT

V m

. A„ = --=!=== f-eí",'(ricostoT' + sincoT')sincoT'sin.p--ftí,(T-x')¿t (39) V m

A, = --===• fe*'*' sin сох'sin

V m

где x'- фиктивное время; x, = О и х3 = х - время входа и выхода зуба фрезы из заготовки; j¡J„,j\ - жесткость в направлении соответствующей оси; hs,hN,hY - коэффициент демпфирования в направлении оси; т - приведенная масса инструмента; со - круговая частота; X - угол наклона режущей кромки.

2. Определяется результирующее смещение путем сложения по принципу суперпозиций откликов системы от действия одиночных импульсов, с учетом запаздывания при работе по следу. Эта задача решалась численным методом в связи с трудностями аналитического сложения функций и вычисления интегралов.

3. Амплитуда колебаний определяется как разность максимальных и минимальных смещений инструмента относительно заготовки по соответствующим осям.

А = |А„,„ - A J (40)

Оптимальным, при этом, принимается такое значение рассматриваемого параметра при котором в рамках наложенных ограничений функция обеспечивает выполнение условий А AnllB.

! Более точное решение может быть получено в рамках' модели (рис. 12), включающей в себя описание всех возможных источников колебаний ; характеристики процесса резания (как источника автоколебаний) и возмущающего воздействия, обусловленного кинематикой процесса резания (как источника вынужденных колебаний), В этом случае упругая система (УС) станка представлена в виде эквивалентной двухмассовой системы по каждой из координат, описываемая передаточными функциями. Для приведения системы сил при резании к фиксированной системе XYZ в каждый момент времени производится перерасчет сил Fxni Fyni Fzn* а затем их суммирование. Особенностью данной модели является рассмотрение механизма определения действительного сечения среза S|.

Методика расчета относительных вибросмещений системы заготовки и системы инструмента основана на следующих положениях: связь парциальных систем осуществляется через зону резания; взаимодействие

А.

hr(x- x')dx'

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА]р(зАНИЯ VI

"фх

Уг

су

Фу

"Ф*

К; х(П

К- х(Г-тл)

К; хЦ)

Кх х(\-т2)

Кх х(Г-тп)

К« у(П

Ку у(1-т;)

К - у(Г)

Ки у^-т,)

' х([)

Ки уШ

Ку- у(^тп)

К,- гН)

К, г»-тп)

К - г(\)

К2 г((-т2)

К, 2(\)

К,- ги-т,)

Рис. 12. Структурная схема взаимодействия элементов технологической 'системы с учетом кинематической нестабильности процесса резания.

систем инструмента и заготовки заменены силами резания; силы резания, действуя на ЭУС инструмента и заготовки, деформируют их; относительные смещения изменяют настройку технологической системы на заданную толщину и ширину среза, а следовательно, и усилия резания; изменение толщины и ширины среза обуславливается также влиянием следа обработки от прохода предыдущего зуба; при одновременной работе нескольких зубьев их взаимное влияние передается через корпус, система "режущий элемент-корпус" считается абсолютно жесткой.

Предложенная модель описывается следующей системой дифференциальных и алгебраических уравнений ;

тхсХ 1 _ ¿хсЧ ~ КхсХ\ = ~ Z Рхк

к=1

N

тхфХ2 ~ ЛхфХ2 ~ КхфХ2 = ~11Рхк

к=1

mycYx - ÁycYx - KycYx = - Y, Pyk

k=1 N

mуф?\ - ЛуфУ\ - КуфVl =

к=1 N

mzcZ j - ÁzcZ¡ - KzcZx =~ZPzk

k=l

mzcpZ\ ~ ~ Kz4>z\ ~ ~ Z pzk

k=l

pxk = pxk (») • sin q>k (0 + prk (0 • eos <pk (t) pyk = prk (0 • sin 9k (0 - prk (0 • eos <pk(t) prk skT-ak(t)-bk{t)

l>rk = kz ' ртк (41)

P = к ■ P rzk Ko rTk

ak(í) = ak(t) + {X! - X2)! ■ eos <pk(t) + - Y2)( • sin <pk(t) -

- X2)t_tk ■ eos pk(r) + (ij - Y2)t_h • sin <pk{i)

bk{t) = bk{t) + {zx-z2)r(zx-z2\_tk

Решение системы уравнений осуществлялось численным методом.

На основании предложенной методики осуществлялась оптимизация числа режущих элементов многозубых инструментов. В частности, расчеты показали, что для разработанной торцовой фрезы (рис.13) Р= 160мм, у0 = = -10°,(3 = 75°) при обработке среднеуглеро-

дистых сталей с условиями фрезерования : ($,=0,1 мм/зуб\ г = Змм, V = 200м/мин-, В = 100л ) оптимальное число зубьев 2=11, однако с учетом ограничительных условий по размещению применяемых режущих пластин БЫЕА 1504Ю.И , ближайшее меньшее, обеспечивающее минимальную амплитуду колебаний х = 9 Результаты производственных испытаний на ПО "Север" показали значительное преимущество по сравнению аналогичными конструкциями.

Такая же задача решалась при разработке конструкции многорезцовой головки (рис.14) пневмомашинки для подрезки фасок труб под сварку при ремонте паровых котлов, Расчеты для геометрических параметров (у = 7° , а = 15° , Я = 45°) показали, что оптимальное число зубьев, обеспечивающих минимальную амплитуду г = 7. Испытания при обработке титановых труб показали, что процесс характеризовался образованием сливной стружки, стабильностью и практически "безвибрационностью".

Торцовая фреза

Рис. 13.

Многорезцовая головка

Рис. 14

Третья глава посвящена разработке экспериментальных методов экспресс-диагностики. Основой активных методов экспериментальной экспресс-диагностики также как и расчетных методов является связь между степенью дефектности инструмента и физическими параметрами процесса резания. Наиболее простым и доступным из них является оценка статической жесткости, определяемая по отношению величины нагружающей силы, приложенной к вершине инструмента, к величине деформации. Определение суммарной жесткости недостаточно для решения вопросов, связанных с оценкой влияния отдельных элементов, поэтому в ряде случаев необходимо составление баланса перемещений. Для определения полного пространственного перемещения РП или любого другого элемента конструкции инструмента отработана методика, схема реализации которой приведена на рис,15. Для увеличения точности измерений и удобства расположения датчиков смещений (показанных условно) на РП инструмента устанавливается равноосный измерительный крест, оси которого совпадают с осями ОХ и ОЪ неподвижной системы координат с началом в вершине РП при отсутствии нагружающей силы. В соответствии со схемой для линейных и угловых перемещений РП выбираются четыре крайнее точки измерительного креста.

Рис. 15. Стенд статического нагруже-иия сборного режущего инструмента.

Наличие двух пар точек, определяющих линейное перемещение по оси ОУ (У], У2 и Уз, У«|) и двух пар точек Ъ} и 24), определяющих угол поворота вокруг той же оси, позволяет использовать одну из пар для контроля линейных, а другую - для контроля угловых перемещений.

Аналагичная схема применялась для определения статических характеристик модульного вспомогательного инструмента (рис.16).

Более полную картину можно получить, моделируя процесс резания наложением на инструмент вынужденных колебаний. Так как ин

Рис. 16. Стенд статического нагружения МВИ.

струмент является частью замкнутой динамической системы станка, режим работы которой описывается колебаниями под действием периодически изменяющейся силы, то за входную координату при динамических испытаниях инструмента принимается сила, действующая на его вершину, а за выходную - параметр движения РП (смещение, скорость, ускорение) и фаза между ними. Полученные таким образом спектральные характеристики при изменении входного сигнала д\я удобства анализа по гармоническому закону характеризует инструмент как динамическую систему. Наибольшие трудности при этом вызывает определение параметров движения в связи с тем обстоятельствам, что собственные частоты элементов узла крепления РП достигают 80 кГц и более, а амплитуды вибросмещений 10"3 - 10"2 мкм. Кроме* того в известных испытательных стендах, работающих по методу качающейся частоты, величина мощности нагружения зависит от частоты, что не соответствует реальным условиям процесса резания. На основе проведенных исследований с целью решения указанных проблем разработаны принципиальные схемы стендов динамического нагружения.

Для диагностики модульного вспомогательного инструмента разработана автоматизированная информационно-измерительная система научных исследований ИИАСНИ ( рис. 17, а) на базе ПЭВМ "Искра -1256", позволяющая поддерживать постоянной мощность нагружения инструмента в частотном диапазоне до 20 кГц. Механическая система стенда включает в себя вибратор 1 с импедансной головкой 2 через волновод производящий нагружеиие инструмента 3. Ориентация направления колебаний задается соответственно моделируемым условиям реального процесса резания. Переменная составляющая имитирующей силы резания

задается генератором сигналов 4. Наличие блока компрессии и блока автоматической перестройки частоты генератора сигналов позволяет поддерживать мощность нагружения постоянной.

Рис. 17, Стенды динамического нагружения

Осуществляется это с помощью перемножителя сигналов 5, на один вход которого поступает сигнал с датчика силы импедансной головки, а на другой - через интегратор 6 сигнал с акселерометра импедансной головки. В результате с выхода перемножителя сигнал, пропорциональный произведению амплитудного значения силы Р и скорости нагружения X (величина мощности Ы), поступает на вход блока компрессии генератора сигналов. Параметры движения исследуемого элемента определяется или с помощью того же акселерометра импедансной головки или отдельного акселерометра 7, сигнал с которого через интегратор поступает на ПЭВМ 8, куда также с генератора сигналов поступает сигнал, пропорциональный частоте колебаний. Запись информации осуществляется на принтере 9

или на графопостроителе 10.

*

Для диагностики сборного режущего инструмента разработана конструкция стенда, позволяющая исключить применение специальных измерительных устройств и решить проблему определения спектральных характеристик в указанном выше диапазоне частот ( рис,17, б). Действие стенда основано на взаимообратимости прямого и обратного пьезоэффек-та. Суть метода заключается в том, что спектр колебаний определяется при изменении динамической податливости инструмента на различных частотах, что приводит к нарушению баланса полумостовой схемы, включающей в себя указанный вибратор 1 и равнозначный ему по электрической емкости и частотным свойствам пьезопреобразователь 2. Величина сигнала на средней точке полумостовой схемы зависит от импеданса инструмента. Полоса качания частоты задается с помощью генератора сигналов 3. Частотная запись уровня сигнала на средней точке осуществляется с помощью преобразователя 4 и графопостроителя 5.

Поставленная задача обеспечения наивысшей эффективности не может быть решена в полном объеме без правильного выбора опти-

мальпого режима резания, оценка которого в современных условиях производства должна реализовыватся только экспресс-методами на основе корреляции между выбранным параметром режима резания и каким-либо физическим фактором процесса резания. Сравнительные испытания по исследованию связи износа инструмента с физическими факторами показали, что лучшая корреляция существует между скоростью резания и градиентом термо-ЭДС. С целью решения данной проблемы разработан прибор ЭМДТ, принципиальная и эквивалентная схема которого приведены на рис.18. Результаты испытаний при фрезеровании концевой фрезой сталей : 20, 20X13, 40ХН2МА, 12Х18Н10Т свидетельствуют о соответствии минимума уровня градиента термо-ЭДС оптимальному по стойкости режиму резания для конкретного материала.

_ 2

и2 ,В

2 1 О

40 V, и/иш

1 - сталь 20. 2 - 20X13. 3 - 12Х18Н10Т 4 - (.0ХН2МА

Рис. 18. Способ и устройство для определения оптимального режима резания ;

1 - датчик; 2,3 - усилители канала; 4 - усилитель канала; 5 - интегрирующий детектор; 6 - выходное устройство; 7 - блок питания стабилизированный.

В четвертой главе выполнены теоретические исследования сборного режущего инструмента. При этом решалась задача оценки возможностей разработанных методик применительно к решению конкретных задач. В частности широко проведены исследования по оценке НДС СНП в зависимости от:

• различных условий закрепления СНП;

• отклонения от плоскости опорной поверхности СНП;

• граничных и начальных условий.

(Оценивалась также работоспособность методик расчета статической жесткости и динамических характеристик, деформационной точности узда крепления РП. Аналогичные исследования по разработанным методикам проведены для различных способов сочленения модулей вспомогательного инструмента. Полученные результаты сопоставлялись в дальнейшем с результатами экспериментальных исследований.

Пятая глава посвящена экспериментальному исследованию сборного режущего инструмента. Проводились как комплексные стендовые испытания сборных резцов и фрез, так и опыты с резание»? в лабораторных и производственных условиях. Целью данного этапа исследования являлось:

» проверка работоспособности методик и программного обеспечения расчетов;

• проверка работоспособности методов и технических средств стендовой экспресс-диагностики;

• установление корреляции между критериями работоспособности и физическими параметрами;

• определение и уточнение коэффициентов моделей;

• исследование влияния отдельных конструктивных и технологических параметров инструмента на его качество.

Для этого исследованиям подвергались специально изготовленные конструкции инструмента, в частности фреза, в едином корпусе которой были реализованы 6 наиболее распространенных способов крепления СНП (рис. 19), а также попарно подбирались конструкции серийных резцов и фрез, различающихся только по одному исследуемому отличительному признаку. Кроме того, в указанной выше экспериментальной фрезе обеспечивалась возможность последовательного изменения конструкции за счет комбинированного креилсиия СНП. Аналогично решался вопрос и с модульным расточным инструментом. Опыты с резанием проводились для различных инструментальных и обрабатываемых ма- у териалов. Для установления стойкостной зависимости от режимов резания с учетом жесткости и адмитанса узла крепления СНП был проведен дробный факторный эксперимент 24"1. Проводились также эксперименты

по установлению зависимости стойкости и механических свойств твердосплавных СНП от их предварительной термообработки.

Рис. 19. Конструкции узлов крепления СНП экспериментальной фрезы.

Результаты, полученные в лабораторных условиях проверялись при сравнительных стойкостных испытаниях в производственных условиях. Полученные результаты позволили за счет введения поправочных коэффициентов на конкретные параметры приводить различные конструкции инструмента к какой-либо одной конструкции, выбранной в качестве базового образца.

Анализ результатов полностью подтвердил пригодность разработанных расчетных методов и технических средств для оценки качества сборного инструмента.

В шестой главе изложены практические рекомендации по выбору конструкции, стендовым испытаниям, а также предпочтительным условиям использования сборного инструмента. Рекомендации по конструированию с использованием предложенных математических моделей включают в себя :

• выбор способа соединения элементов конструкций;

• выбор геометрических и массогабаритных характеристик по динамическим критериям;

• требования к элементам конструкции. '

В соответствии с рекомендациями по конструированию были разработаны и внедрены или переданы в виде технической документации для производства различные конструкции сборного инструмента на следующих предприятиях :

• АО "Томский инструмент" (резцы, торцовая фреза, дереворежущая насадная фреза);

• ' АО "Белфрез" (трехступенчатая фреза);

• МСПО "Красный пролетарий" (торцовые фрезы);

• АО "Северсталь" (резцы общего назначения, резцы для тяжелых работ);

• АО "Сталепрокатный завод" ( г. Череповец ) (фрезы, модульный свер-лильно-расточной инструмент);

• ПО "Севмашпредприятие" ( г. Северодвинск ) (кольцевое сверло);

• ПО "Север" ( г. Северодвинск ) (торцовая фреза, резец для тяжелых работ);

• СП "Нордмекс" (г. Северодвинск) (дереворежущие фрезы,резцы, торцовая фреза)

Разработанные стенды для оценки качества инструмента по статическим и динамическим характеристикам внедрены в АО "Белфрез", УДН.

Все разработанные и внедренные в производство технические решения защищены 19 авторскими свидетельствами и 3 положительными решениями на выдачу патента.

Разработанные рекомендации использовались ВНИИинструмент при разработке новых конструкций сборных резцов и фрез.

В седьмой главе выполнен анализ, полученных различными методами, результатов, оценены возможности методов и технических средств. Установлено, что с точностью, достаточной для решения поставленной задачи, расчетные методы удовлетворительно согласуются с результатами стендовых и производственных испытаний.

Выводы

1. Созданная комплексная динамическая модель с учетом кинематической нестабильности процесса резания и программное обеспечение расчетов позволяет осуществить выбор массогабаритных и геометрических характеристик режущего инструмента, число и расположение режущих элементов, оценить взаимодействие подсистем сборного инструмента с эквивалентной упругой системой станка.

2. Разработанный комплекс пераирушающих экшресс-мотодон и технических средств диагностики состояния режущего и вспомогательного инструмента вне станка позволяет определить комплекс показателей по статическим и динамическим характеристикам.

3. Предложенный способ и устройство для оценки качества инструмента по статическим характеристикам позволяет определить полное пространственное перемещение режущей пластины или модуля под нагрузкой.

•1. Разработан способ и на ото основе информационно измерительная гистомо научных исследований для определения динамических характеристик модульного вспомогательного инструмента с поддержанием постоянства мощности нагружения, обеспечивающий большую точность при стендовом моделировании реальных условий резания.

5. Созданный метод и испытательный стенд для определения спектральных характеристик в области высоких частот механических колебаний (до 100 кГц.), позволяет исключить применение специальных устройств для измерения сверхмалых виброперемещений ( 0,001-0,01 мкм) и повысить точность за счет осуществления механической развязки стенда.

6. Разработанный экспресс-метод и прибор позволяют оперативно определить оптимальный режим резания по градиенту термо-ЭДС.

7. Разработанная комплексная модель сборного режущего инструмента позволяет осуществить выбор способа механического закрепления режущей пластины по эксплуатационной точности и напряженно-деформированному состоянию с учетом ее переменной жесткости.

8. Разработанная комплексная модель модульного вспомогательного инструмента позволяет осуществить выбор способа сочленения модулей по статическим и динамическим характеристикам.

9. Выполненные расчетные и экспериментальные исследования позволили установить:

» работоспособность предложенных математических моделей и граничные условия при их решении;

• влияние отдельных конструктивных и технологических параметров на статические и динамические характеристики узла крепления СНП, что позволило приводить конструкции инструментов, отличающихся по своим параметрам, к единой за счет введения поправочных коэффициентов;

• зависимость работоспособности сборных резцев, фрез, кольцевых сверл от выбранных критериев качества для различных инструментальных материалов;

^зависимость напряженного состояния СНП от формы отклонения опорной поверхности от плоскостности для различных способов се закрепления;

• зависимость величины первой зоны растягивающих напряжений на передней поверхности от распределения составляющих силы резания, величины пика второй зоны и объема, охваченного достаточно большими напряжениями от геометрических размеров и способа закрепления СНП;

• методом электротепловой аналогии зависимость теплофизических характеристик инструмента от шероховатости и твердости упругого основания, количества стыков контактирующих элементов конструкции;

• в лабораторных условиях - зависимость механических и эксплуатационных характеристик различных марок твердого сплава от его предварительной термообработки.

10. Результаты исследования приняты к внедрению, использованы и учтены при разработке новых конструкций инструмента на предприятиях и НИИ:

•ВНИИинструмент - использованы рекомендации при разработке сборных резцов и фрез, в том числе оснащенных СТМ;

• АО "Томский инструмент" - приобретена техническая документация на четыре разработки для массового производства;

• АО "Белфрез" - принята к внедрению конструкция трехсторонней дисковой фрезы;

• ПО "Севмашпредприятие" - конструкция сборного кольцевого сверла;

• ПО "Север" - торцовая фреза и резец для тяжелых работ;

• АО "Северсталь" и АО "Сталепрокатный завод" (г.Череповец)- конструкции сборных резцов, кольцевого сверла, модульного расточного инструмента;

• МСПО "Красный пролетарий" - опытными партиями две конструкции торцевых фрез;

• СП "Нордмекс" - сборные дереворежущие фрезы (сложнопрофильные и с увеличенным числом режущих элементов).

Созданные стенды для определения качества сборного инструмента по статическим и динамическим характеристикам внедрены в АО "Белфрез", УДН им. П.Лумумбы, Севмашвтузе (г. Северодвинск).

В учебном процессе Севмашвтуза при выполнении лабораторных работ и практических занятий, а также курсовых и дипломных проектов внедрены и используются разработанные методики и программное обеспечение расчетов, а также лабораторные испытательные стенды и приборы.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах :

1. Малыгин В.И. Методы и технические средства комплексной диагностики инструмента и оптимального режима резания. М.:МГТУ "Стаикип", 1994, 48с.

2. Малыгин и.И. Виброакусгические методы и технические средства оценки качества инструмента. Сборник докладов международной НТК "Ультразвук в машиностроении • 91" Архангельск, 1991, с.294-298.

3. Малыгин В.И. Диагностические методы обеспечения надежности составного инструмента для ГЛП.//Проблемы машиностроения и надежности машин, 1<Ш, № 1, с.110-116.

4. Малыгин В.И. Активная экспресс-диагностика инструмента и оптимальности режима резания.//Известия вузов. Машиностроение. 1993, № 2, с.84-89.

5. Малыгин В.И. Пути решения инструментального обеспечения надежности технологических поцессов.//Известия вузов. Машиностроение. 1993, № 1, с.130-137.

6. Шустиков А.Д., Малыгин В.И. Зависимость работоспособности сборного режущего инструмента от его спектральных характерисик.//Тезисы докладов II Всесоюзной НТК "Вибрация и вибродиагностика проблемы стандартизации" Горький, 1980, с. 135-136.

7. Малыгин В.И., Светлаков Г.Б. Ультразвуковые пьезоэлектрические стенды для оценки качества инструмента. Тезисы докладов II Всесоюзной НТК "Вибрация и вибродиагностика проблемы стандартизации" Горький, 1988, с.296-297.

8. Малыгин В.И., Ситкова Л.В., Мюллер О.Д. Динамическая модель сборных фрез.//Тезисы докладов II Всесоюзной НТК "Вибрация и вибродиагностика проблемы стандартизации" Горький, 1988, с.94-95.

9. Малыгин В.И., Ищенко В.В., Ходырев В.В. Зависимость вибраций в приводах станков в зависимости от качества напряжения питающей сети.//Тезисы докладов II Всесоюзной НТК "Вибрация и вибродиагностика проблемы стандартизации" Горький, 1988, с.296-297.

10. Малыгин В.И., Лобанов Н.В. Метод конечных элементов в расчетах напряженно-деформированного состояния напайного инструмента.//Известия вузов. Машиностроение, 1990, № 6, с.66-68.

11. Малыгин В.И., Перфильев П.В. Расчетный метод оценки качества сборного инструмента по напряженному состояпию.//Вестиик машиностроения 1992, №1011, с.44-46.

12. Малыгин В.И., Светлаков Г.Б. Косвенный метод контроля текущего износа инструмента по градиенту термо-ЭДС.//Тсхнология судостроения, 1991, № 1, с.39-40.

13. Малыгин В.И., Светлаков Г.Б. Методы и технические средства диагностики состояния режущего инструмента вне станка. //Технология судостроения, 1991, № 1, с.33-35.

14. Малыгин В.И., Варгасов Н.Р., Мюллер О.Д., Перфильев П.В. Резервы повышения эффективности сборного режущего инструмента и пути их использования. //Технология судостроения, 1991, N3 1, с.30-32.

15. Клемуигин Ф.М., Малыгин В.И. Применение триботехнических инвариантов для расчета интенсивности изнашивания инструмента.//Тезисы докладов к межобластной НТК, Киров, 1988, с.16-17.

16. Малыгин В.И., Ситкова Л.В. Оптимизация конструкций сборных фрез.//Тезисы докладов к межобластной НТК, Кирол,1988, с.20-21.

17. Малыгин В.И. Работоспособность инструмента с тангенциальным расположением режущих пластин.//Тезисы докладов к межобластной НТК, Киров, 1988, с.24-25.

18. Малыгин В.И., Шусгиков Л.Д. Связь работоспособности сборного режущего инструмента с его спектральными характеристиками. //Тезисы докладов к межобластной НТК, Киров, 1988, с.22-23.

19. Малыгин В.И., Светлаков Г.Б. Ультразвуковые стенды для входного контроля качества режущего инструмента.//Тезисы докладов к межобластной НТК, Киров, 1988, с. 18-19.

20. Малыгин В.И., Маркевич Ю.Б., Пумбурис X. Методика измерения температуры методом частичной радиации при торцовом фрезеровании.//В кн.: Исследование процессов обработки материалов и динамика технологического оборудования. М.:УДН, 1982, с.103-110.

21. Соловьев В.В., Вольвачев Ю.Ф., Малыгин В.И. Результаты производственных испытания резцов с механическим креплением многогранных пластик.//В кн.: Исследование динамики технологического оборудования и инструмента. М.:УДН, 1982, с.53-54.

22. Федоров В.Л., Малыгин В.И., Захируллах Хан Исследование работоспособности инструментальных материалов в условиях прерывистого резании.//В кн.: Вопросы статических и динамических характерного к металлорежущего оборудования и инструмента. М.:УДН, 1983, с.40-42.

23. Вольвачев Ю.Ф., Малыгин В.И., Матвейкин В.В., Соловьев В.В. Влияние нагрева на жесткость узла крепления режущей пластины сборного резца.//В кн.: Вопросы статических и динамических характеристик металлорежущего оборудования и инструмента. М.:УДН, 1983, с.42-45.

24. Малыгин В.И., Шустиков А.Д., Матвейкин В.В., Вольвачев Ю.Ф. Методика исследования статических характеристик сборных фрез.//В кн.: Вопросы повышения качества металлорежущего оборудования и инструмента. М.:УДН, 1984, с.33-37

25. Малыгин В.И. Способ определения частотных характеристик пьезоэлектрических преобразователей.//!) кн.: Вопросы повышения качества металлорежущего оборудования и инструмента. М.:УДН, 1984, с. 113-115.

26. Малыгин В.И., Пантюхии Ю.В., Расторгуев В.В. Результаты исследования качества стандартных сборных торцовых фрез по их статическим и динамическим характеристикам.// В кн.: Исследования технологии и конструкций деталей машин, оборудования и инструмента. М.:УДН, 1905, с. 36-39.

27. Малыгин В.И., Паитюхин Ю.В., Светлаков Г.Б. Исследование влияния отдельных конструктивных и технологических параметров на динамическую податливость сборных режущих инструментов.//В кн.: Исследования технологии и конструкций деталей машин, оборудования и инструмента. М.:УДН, 1985, с. 1922.

28. Огородников Г.М., Гайда А.В., Вольвачев Ю.Ф., Малыгин В.И. Динамические характеристики режущего инструмента с паяным и клеевым соединени-ем.//Вестник машиностроения. 1986, Ms 6, с. 43-45.

29. Малыгин В.И. Вопросы качества конструкций сборного инструмента.//Тезисы докладов VIII НТК им. А.Н.Крылова. Северодвинск, 1985, с.15-16.

30. Малыгин В.И., Перфильев П.В. Расчет прочности сборного инструмента.//Тезисы докладов IX НТК им. А.Н.Крылова. Северодвинск, 1985, с.2.

31. Малыгин В.И., Худяков М.П. Динамическая модель модульного расточного инструмента.//Тезисы докладов IX НТК им. Л.Н.Крылова. Северодвинск, 1985, с.3-4.

32. Малыгин В.И., Мюллер О.Д., Варгасов Н.Р. Температурная зависимость механических характеристик инструментальных материалов в САПР инструмента.//Тезисы докладов И конференции научно-учебного центра физико-химических методов исследования. М.:УДН, 1989, с.231.

33. Малыгин В.И., Худяков М.П. Моделирование динамических процессов в САПР вспомогательного инструмента.//Тезисы докладов II конференции научно-учебного центра физико-химических методов исследования. М.:УДН, 1989, с. 232.

Ill, Милыгип И.И., Перфильев П.Ц. Моделировании пипрнжепио-деформированного состояния режущей пластины в САПР сборного режущего инструмента.//Тезисы докладов II конференции научно-учебного центра физико-химических методой исследования. М.:УДН, 1909, с.233.

35. Малыгин В.И., Евстигнеев С.Е. Структурное построение САПР инструмента гибкого автоматизированного производства.//Тезисы докладов II конференции научно-учебного центра физико-химических методов исследования. М.:УДН, 1989, с.234.

36. Малыгин В.И., Варгасов Н.Р., Мюллер О.Д. Реологическая стойкоещая модель сборного режущего инструмента.//Тезисы докладов III конференции научно-учебного центра. "Применение физико-химических методов исследования в науке и технике", М.: 1990, ч.1, с.208

37. Малыгин В.И., Варгасов Н.Р. Новые инструментальные материалы. Л.: ЛКИ, 1989, 67 с.

38. Чугринов A.A., Малыгин В.И. Проектирование металлорежущего инструмента с применением ЭВМ ч.1. Л.:ЛКИ, 1989, 36 с.

39. Малыгин В.И., Чугринов A.A. Проектирование металлорежущего инструмента с применением ЭВМ ч.2. Л.:ЛКИ, 1990, 40 с.

40. Клемушин Ф.М., Малыгин В.И., Блескина В.В., Алферова В.А. Применение триботехнических инвариантов для расчета интенсивности изнашивания режущего инструмента.//Тезисы докладов IV НТК "Триботехника-машиностроению". М.: 1989, с.109-110.

41. Малыгин В.И., Лобанов Н.В. Расчет напряжений в напайном инструмен-те.//Тезисы докладов X НТК "Технологии производства- научную основу", Северодвинск, 1989, с.2-3.

42. Малыгин В.И., Мюллер О.Д., Варгасов Н.Р. Теплофизическая модель сборного инструмента.//Тезисы докладов X НТК "Технологии производства-паучную основу", Северодвинск, 1989, с.4-5.

43. Малыгин В.И., Чугринов A.A. Исследование обрабатываемости материа-лов.//Тезисы докладов X НТК "Технологии производства- научную основу", Северодвинск, 1989, с.6.

44. Малыгин В.И., Клемушин Ф.М., Блескина В.В., Алферова В.А Расчет интенсивности изнашивания сборного инструмента//Тезисы докладов X НТК "Технологии производства- научную основу", Северодвинск, 1989, с.7.

45. Малыгин В.И., Худяков М.П. Методика расчета динамических характеристик модульного вспомогательного инструмента.//Тезисы докладов X НТК "Технологии производства- научную основу", Северодвинск, 1989, с.14.

46. Малыгин В.И., Кунчукина C.B. Исследование влияния термообработки штампов из инструментальных легированных сталей на качество поверхности при лазерном упрочнении. //Научно-технический сборник. Архангельск, 1990, с.49-58.

47. Малыгин В.И., Шорохова C.B. Исследование влияния макрогеометрии опорной поверхности режущей пластины на ее напряженное состояние.//Научно-технический сборник. Архангельск, 1990, с.59-63.

48. Малыгин В.И., Ануфриева АР. Исследование влияния характеристик стыка на термосопротивление сборного инструмента. //Научно-технический сборник. Архангельск, 1990, с.64-70.

49. Малыгин В.И., Погожев A.B. К вопросу создания триботехнической стойкости ной модели инструмента.//Научно-технический сборник. Архангельск, ЦНТИ, 1991, с.24-31.

50. Чецкий В.И., Малыгин В.И., Худяков М.П., Колмакова И.С. Диагностика динамических показателей модульного расточного инструмента с использованием аиалового моделирования. //Информационно-технический весшик. Севмаш, Северодвинск, 1994, № 1!, с. 18-21.

51. Малыгин В.И., Перфильев П.В., Худяков М.П. Зависимость работоспособности сборных фрез от их конструктивных особенностей. //В кн.: Опыт применения

прогрессивной технологии механообработки и сборки в машиностроении. Л.:ЛДНТП, 1990, с.62-66.

52. Малыгин В.И., Ефремов А.И., Соколенко В.И., Пичугин Д.Ф., Перфильев П.В. Сборное кольцевое сверло для обработки отверстий в корпусных конструкци-ях.//В кн.: Опыт применения прогрессивной технологии механообработки и сборки в машиностроении. Л.:ЛДНТП, 1990, с.66-70.

ЛИ. Малыгин П.И. Оксирсес-мстид установления оптимального режима резания по градиенту термо-ЭДСУ/В кн.: Пути повышения эффективности обработки материалов резанием в машиностроении. Д.: ЛДНТП, 1991, с.27-28.

54. Малыгин U.M., Uapi'ucou IM'., Мюллер О.Д., Перфильев П.В., Худикон М.П., Лобанов Н.В. Физические аспекты повышения эффективности составного инструмента для ГАП. ЦНИИ "Румб" ДР №3372, Деп. 4.06.91, 12с.

55. Малыгин В.И., Варгасов Н.Р., Мюллер О.Д., Перфильев П.В., Худяков М.П., Лобанов Н.В. Физические аспекты повышения эффективности составного инструмента д\я ГАП. Сборник рефератов ДР. ВИМИ, № 8, с.21.

56. Малыгин В.И., Шустиков А.Д., Пантюхин Ю.В., Федоров В.Л. Исследование связи между конструкцией узла крепления режущей пластины и стойкостью сборных торцовых фрез с учетом влияния свойств твердых сплавов.//В кн.: Вопросы повышения жесткости и точности технологического оборудования и режущего инструмента. М-: УДН, 1986, с.8-13.

57. Малыгин В.И., Матвейкин В.В., Гуита Манаведра, Копылов В.В. Математическая модель сборной торцоиой фрезы.//В кн.; Вопросы повышения жесткости и точности технологического оборудования и режущего инструмента. М.: УДН, 1986, с. 16-20.

58. Малыгин В.И., Худяков М.П. Расчетная модель агрегатно-модульного расточного инструмента , В кн.: "Материалы научно-технической конференции, посвященной 25-летию кафедпы технологии машиностроения". М.:УДН, 1988, с. 114-120.

59. Малыгин В.И., Перфильев П.В. Выбор способа механического крепления режущих пластин кольцевых сверл, В кн.: "Материалы научно-технической конференции, посвященной 25-летию кафедпы технологии машиностроения". М.:УДН, 1988, с.121-126.

60. Малыгин В.И., Ефремов Л.И., Соколенко В.И. Кольцевые сверла с механическим креплением режущих элементом.//Информационный листок. № 892311, М.:ВИМИ, 1989, 4с.

61. Малыгин В.И., Перфильев П.В. Сборные проходные резцы со сгружколо-мом.//Информациопный листок о научно-техническом достижении. №219-90, Архангельск: ЦНТИ, 1990, 2с.

62. Малыгин В.И., Перфильев П.В. Торцовая фреза.//Ииформациоппый листок о научно-техническом достижении. №212-90, Архангельск: ЦНТИ, 1990, 2с.

63. Малыгин В.И., Перфильев П.В. Сборные фрезы специального наз-начения.//Ипформациоппый листок о научно-техническом достижении. №21590, Архангельск: ЦНТИ, 1990, Зс.

64. Малыгин В.И., Худяков М.П. Атрегатно-модульный расточной инструменту/Информационный листок о научно-техническом достижении. №310-90, Архангельск: ЦНТИ, 1990, 4с.

65. Малыгин В.И., Базанов В.Н. Прибор для установления оптимальной скорости реэанияУ/Информационный листок №322-90. Архангельск, ЦНТИ, 1990, 4с.

66. A.C. №1146142 "Торцовая динамометрическая фреза" Авторы : Малыгин В.И., Шустиков А.Д., Матвейкин В.В. Опубл. БИ №11, 23.03.85

67. A.C. №1361841 "Стенд для контроля качества сборного инструмента и система управления двумя сервоцйлиндрами". Авторы : Малхин А.Я., Шустиков АД., Федоров В.Л., Малыгин С.И. и другие Опубл. БИ №6, 17.05.82

68. A.C. №1161260 "Стенд для неразрушающего контроля качества сборного режущего инструмента". Авторы : Малыгин В.И., Шустиков А.Д., Матыейкин В.В., Светлаков Г.Б. Опубл БИ №22, 15.06.85

69. A.C. №1256890 "Фреза для исследовании переходных пронсссои". Авторы: Малыгин В.И., Копылои B.D., Шустиков Л.Д., Матиейкин В.В. Опубл. СИ №34,

15.09.86

70. A.C. №1053983 "Торцовая ступенчатая фреза" Авторы : Малыгин В.И., Матвей-кин В.В.,Шустиков А.Д., Филин М.М. Опубл. БИ №42, 15.11.83

71. A.C. №1342603 "Стенд для неразрушающего контроля качества сборного режущего инструмента". Авторы : Светлаков Г.Б., Малыгин В.И. Опубл. БИ №37,

07.10.87

72. АС. №1168354 "Торцовая фреза". Авторы Малыгин В.И., Матвейкиа В.В., Шустиков А.Д. Опубл. БИ №27, 23.07.85

73. A.C. №967693 "Способ резки труб на заготовки и устройство для его осуществления". Авторы : Позняк Г.Г., Малыгин В.И., Пестряков С.Н. Опубл. №39, 23.10.82

74. A.C. №1340915 "Способ контроля качесша сборного инструмента". Авторы ! Малыгин В.И., Светлаков Г.Б. Опубл. БИ №36, 30.09.87

75. A.C. №1284715 "Способ определения пространственного перемещения режущей пластины инструмента под нагрузкой и устройство для его осуществления" Авторы : Малыгин В.И., Светлаков Г.Б. Опубл. БИ №3, 23.01.87

76. A.C. №1509200 "Способ определения динамической податливости режущего инструмента". Авторы : Светлаков Г.Б., Малыгин В.И. Опубл. БИ №35, 23.09.89

77. A.C. №1223054 "Устройство мя измерения градиента термо-ЭДС инструмента в зоне резания". Авторы : Светлаков Г.Б., Кудинов В.А., Малыгин В.И. Опубл. БИ №13, 07.04.86

78. A.C. №1563290 "Динамометрическая фреза". Авторы : Копылов В.В.,Малыгин В.И. Опубл. БИ №12, 30.03.90

79. A.C. №1750853 "Режущий инструмент". Авторы : Малыгин В.И., Перфильев П.В. Опубл. БИ №28, 30.07.92

80. A.C. №1714461 "Устройство пибродивгностики режущего инструмента". Авторы: Светлаков Г.Б., Малыгин В.И. Опубл. БИ №7, 23.02.92

81. A.C. №1738496 "Сборная фреза" Авторы : Малыгин В.И., Перфильев П.В. Опубл. БИ №21, 07.06.92

82. A.C. №1775230 "Наборный инструмент" Авторы : Малыгин В.И., Худяков М.П. Опубл. БИ №42, 15.11.92

83. A.C. №1810274 "Способ упрочпеиия режущего инструмента" Авторы : Варгасов Н.Р., Малыгин В.И. Опубл. БИ №15, 23.04.93

84. A.C. №1704942 "Наборный инструмент" Авторы : Малыгин В.И., Худяков М.П. Опубл. БИ №2, 15.01.92

85. №1563849 "Наборный режущий инструмент" Авторы : Малыгин В.И., Худяков М.П. Опубл. БИ №18, 15.05.90

Автор выражает благодарность за помощь при выполнении отдельных этапов работы и оформлении диссертации своим ученикам : Худякову М.П., Перфильеву П.В., Лобанову Н.В., Кремлевой Л.В., Колмаковой И.С., a также научному консультанту Гречишникову В.А. и своим первым учителям Позняку Г.Г., Шустикову А.Д., Федорову В.Л., Кудинову В.А.