автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности токарной многорезцовой обработки путем совершенствования инструментальных наладок

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

1.1. Многорезцовая обработка - эффективный путь повышения производительности обработки.

1.2. Методы проектирования многорезцовых наладок.

1.3. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

ТОКАРНОЙ МНОГОРЕЗЦОВОЙ ОБРАБОТКИ.

2.1. Группирование многорезцовых наладок.

2.2. Размерный анализ наладок и построение эквивалентной схемы системы СПИД.

2.3. Вывод уравнений относительных перемещений элементов системы СПИД.

2.4. Алгоритм автоматизированного построения математической модели процесса многорезцовой обработки.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ МНОГОРЕЗЦОВОЙ

ОБРАБОТКИ.

3.1. Математическая модель механизма образования погрешности многорезцовой обработки.

3.2. Определение жесткостей опорных точек и влияния температуры на их значения.

3.3. Проверка математической модели на адекватность.

3.4. Исследование влияния последовательного и параллельного вступления резцов в зону резания на точность.

3.5. Образование погрешности при обработке одной поверхности несколькими резцами.

3.6. Влияние геометрии резцов на погрешность многорезцовой обработки.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ НАЛАДКИ.

4.1. Классификация поверхностей и выбор резцов.

4.2. Выбор целевой функции.

4.3. Уравнения технических ограничений.

4.4. Определение оптимальных подач и скоростей резания резцов наладки.

4.5. Определение приоритета параметров наладки.

4.6. Выбор расположения резцов наладки, обеспечивающего заданную точность обработки.

4.7. Алгоритм оптимизации режимов резания.

4.8. Алгоритм корректировки конструктивных факторов наладки.

4?9. Автоматизация проектирования инструментальных наладок.

4.10. Пример выбора конструктивных факторов наладки

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 5. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

5.1. Проектирование наладки к многорезцовому станку модели, IA720.

5.2. Расчет экономической эффективности.

В соответствий с решениями ХХУ1 съезда КПСС перед машиностроителями нашей страны на одиннадцатую пятилетку поставлена важная задача - обеспечить все отрасли народного хозяйства высокоэффективными машинами и оборудованием.

В "Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на I98I-I985 годы" указывается, что производительность труда в машиностроении и металлообработке должна повыситься в 1,5 раза за счет применения прогрессивных технических решений и проектирования новых видов машин, механизмов и оборудования.

Наряду с ростом объема производства и повышением производительности труда в этой пятилетке предусматривается улучшение качества выпускаемой продукции с доведением его до уровня мировых образцов. Особое значение в связи с этим приобретает необходимость применения ЭВМ и современных методов управления и проектирования, как действенных средств ускорения темпов развития научно-технического прогресса в машиностроении.

Актуальность теш. Главной задачей совершенствования методов управления обработкой на металлорежущих станках является повышение эффективности их работы. Пути достижения этой цели -повышение точности, производительности и снижение стоимости операций. Взаимосвязанность этих параметров не позволяет изменять их совместно в желаемом направлении.

При проектировании многорезцовых наладок существуют постановки задачи, когда при заданных ограничениях на производительность и стоимость операций требуется достичь высокой точности обработки, а также при заданных ограничениях на точность требуется достичь наибольшей производительности обработки.

Достижению высокой производительности многорезцовой обработки препятствуют силы, возникающие при одновременной работе нескольких инструментов, которые вызывают больше упругие перемещения деталей системы СПИД. Сокращение погрешности, вызываемой упругими перемещениями, достигается нахождением такого сочетания конструктивных и технологических параметров наладки, при которых упругие перемещения деталей являются минимальными или постоянными по значению в течение всего процесса обработки. В работе решается задача выбора оптимальных режимов резания инструментов и их расположения в резцедержавках, основанного на стабилизации суммарных сил резания. Одновременная работа нескольких инструментов образует сложный взаимосвязанный механизм, исследование которого без методов математического моделирования представляется невозможным. Математическое моделирование механизма многорезцовой обработки позволяет исследовать влияние различных факторов, возникающих в процессе резания, на точность формообразования детали. Актуальность исследований в этой области повышает растущая доля многорезцовой обработки и повышение требований к точности обработки.

Цель работы. Повышение эффективности многорезцовой обработки за счет выбора наилучшего сочетания конструктивных факторов и технологических параметров инструментальной наладки, обеспечивающих заданную точность обработки.

Научная новизна. Установлен характер образования погрешностей обработки, обусловленных упругими перемещениями звеньев системы СПИД, а также раскрыт механизм взаимосвязи инструментов при многорезцовой обработке. Разработана математическая модель процесса многорезцовой обработки, основанная на установленных взаимосвязях. Разработана методика автоматизированного проектирования многорезцовой наладки, обеспечивающая максимальную производительность при заданной точности обработки.

Практическая ценность. Для проектирования многорезцовой наладки, обеспечивающей заданные условия обработки, разработаны алгоритмы, позволяющие:

- автоматизировать построение математической модели процесса многорезцовой обработки;

- оптимизировать режимы резания;

- рассчитывать погрешности многорезцовой обработки;

- исследовать влияние конструктивных факторов на точность обработки;

- выбирать конструктивные факторы инструментальной наладки.

Программы расчета составлены на алгоритмическом языке

ФОРТРАН для БЭСМ-6. Программы апробировались для деталей "коле-co-HI4-3.06.602 и "ступица М-29".

Работа изложена в 5 главах.

В первой главе. Проведен анализ существующих работ по проектированию инструментальных наладок и оптимизации их режимов работы. Рассмотрены преимущества многорезцовых наладок, области их применения и возможности с точки зрения повышения производительности обработки. Выявлены недостатки и задачи, которые требуется решить для повышения эффективности инструментальных наладок.

Во второй главе. По расположению инструментов многорезцовые наладки разделены на 4 группы. Определены различия и выявлены общие звенья в размерной цепи наладок. Приведена методика построения математической модели, представляющая собой совокупность координатных систем, соответствующих узлам станка, связанным между собой упругими связями. Разработаны алгоритмы построения математической модели, где исходными данными являются параметры детали и станка.

В третьей: главе. Для примера в качестве объекта для математического моделирования и исследования влияния конструктивных факторов на точность и производительность обработки выбрана деталь, имеющая несколько различных поверхностей, обработка которых возможна многорезцовым методом.

На основе анализа размерной цепи системы СПИД выделены детали, участвующие в цроцеесе формообразования, для которых строятся координатные системы. Разработана математическая модель механизма образования погрешности многорезцовой обработки выбранной детали. Приведены результаты экспериментальных исследований и расчета жесткостей в опорных точках системы СПИД и влияния температуры на их значения. Определена степень адекватности математической модели сопоставлением рассчитанных по модели результатов и действительных значений, полученных экспериментальным путем. Проведены исследования влияния количества резцов на точность и производительность обработки. Исследовано влияние геометрии резцов на точность при многорезцовой обработке, а также расположения инструментов в резцедержавке. Представлен механизм взаимосвязи инструментов. По установленным формам взаимосвязи - через резцедержавку и заготовку - определена качественная картина образующихся цри этом поверхностей.

В четвертой главе. Разработана методика автоматизированного проектирования инструментальной наладки, состоящая из трех этапов. На первом этапе строится математическая модель процесса обработки заданной детали. На втором этапе оптимизируются технологические параметры - подачи и скорость резания. Методом множественной корреляции экспериментальных данных цроведена ранжировка конструктивных факторов и технологических параметров нападки по степени влияния их на точность обработки.

На третьем этапе выбираются конструктивные факторы в порядке установленной степени влияния на точность обработки: количество, расположение, очередность работы, геометрия режущей части резцов. Разработаны алгоритмы автоматизированного проектирования инструментальной наладки.

В пятой главе. По разработанной методике спроектирована наладка для станка IA720. Произведен расчет экономической эффективности применения результатов работы. Приведены общие выводы и заключения, список литературы и приложения к работе.

Работа выполнена в Институте кибернетики УзНПО "Кибернетика" АН УзССР.

- 196 -ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны:

- математическая модель процесса токарной обработки, позволяющая определять погрешности диаметральных и линейных размеров, возникающих из-за упругих перемещений деталей и узлов станка,и ее геометрических неточностей с учетом изменения жесткостей опорных точек вследствие разогрева системы СПИД;

- методика автоматизированного построения математической модели процесса обработки для различных типов инструментальных наладок.

2. В результате проведенных исследований с помощью математической модели установлено влияние конструктивных факторов на формирование погрешности, в частности показано, что:

- очередность работы резцов изменяет направление ступенчатости поверхностей;

- геометрия режущей части определяет расположение резцов, установленных на одной резцедержавке,относительно поверхности обрабатываемой заготовки;

- расположение резцов в резцедержавках влияет на разворот оси шпинделя в различные моменты времени обработки.

3. Разработана методика автоматизированного проектирования инструментальных наладок, включающая в себя построение математической модели процесса обработки заданной заготовки, оптимизацию режимов резания и выбор конструктивных факторов.

4. Поэтапное проектирование по предложенной методике снижает трудоемкость работы, упрощает поиск оптимума и представляет возможность варьирования конструктивными факторами наладки, не нарушая оптимальности режимов резания.

5. Разработаны алгоритмы и программы на языке ФОРТРАН-ГУ для ЭВМ БЭСМ-6, позволяющие:

- построить математическую модель процесса обработки;

- определять оптимальные режимы резания;

- рассчитывать погрешности обработки;

- оценивать и корректировать конструктивные факторы многорезцовых наладок.

6. Использование предложенной методики позволяет сократить время проектирования с подготовкой исходных данных, вводом их в программу и обработкой результатов в среднем до 4 - 4,5 часов.

7. Экономический эффект от совершенствования инструментальной наладки для обработки детали "ступица" составил 1632 руб. в год на участке из 3-х станков IA720.

1. Адаптивное управление технологическими процессами. Соло-менцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Протопопов С.П. и др., М., "Машиностроение", 1980. 536 с.

2. Балакшин Б.С. "Основы технологии машиностроения", М., "Машиностроение", 1969, 560 с.

3. Базров Б.М. "Технологические основы проектирования самопод-настраивающихся станков", М., "Машиностроение", 1978, 212 с.

4. Базров Б.М. "Расчет точности машин на ЭВМ", М., "Машиностроение", 1984, 256 с.

5. Базров Б.М., Диков А.А., Схиртладзе К.Г., "Расчет погрешностей обработки при консольном однорезцовом растачивании", М., ГОСИНТИ, 1976, вып. 364.

6. Благонравов А.А. "Износостойкость", М., "Наука", 1975, 190 с.

7. Бобров В.Ф. "Влияние угла наклона главной режущей кроши инструмента на процесс резания металлов", М., МАШГИЗ, 1962, 152 с.

8. Брахман А.А., Гильман A.M., Матяева Л.К. "Об оптимизации режимов работы одношпиндельных многорезцовых токарных полуавтоматов", В кн.: Автоматизация технологического проектирования при помощи ЭВМ", М., "Машиностроение" 1966,с. 86-104.

9. Великанов К.М. "Определение экономической эффективности вариантов механической обработки деталей", Л., "Машиностроение", 1970, 240 с.

10. Владимиров Е.В. "Автоматизация с помощью ЭВМ расчета режимов резания", Минск, Ин-т техн.кибернетики, 1975, 95 с.

11. Ворощук А.Н. "Основы ЦВМ и программирование", М.,"Наука"1978, 459 с.

12. Великанов К.М., Новожилов В.И. "Экономичные режимы резания металлов", М., "Машиностроение'} 1972, 120 с.

13. Глушко В.В., Шумов В.д. "Автоматическое регулирование режимов резания на двухсуппортных токарных станках", "Станкии инструмент", 1973, № 6, с. 18-20.

14. Гильман A.M. и др. "Оптимизация режимов обработки на металлорежущих станках", М., "Машиностроение", 1972, 188 с.

15. Головинский В.В. "Статистические методы регулирования и контроля качества", М., "МашиностроениеJ' 1974, 264 с.

16. Горанский Г.К. "Расчет режимов резания при помощи ЭВМ", Минск, Госиздат БССР, 1963, 188 с.

17. Горанский Г.К. "Автоматизированные системы технологической подготовки производства в машиностроении", М., "Машиностроение", 1976, 240 с.

18. Грановский Г.й. "0 стойкости инструмента как исходном параметре дяя расчета режимов резания" "Вестник машиностроения", 1965, }Ь 8, с. 59-63.

19. Гуревич Д.М. "Вычислительная техника и резание металлов", -- "Стандарты и качество", 1966, IS 6, с 34-38.

20. Дерявин А.Л. "Метод расчетов режимов резания с помощью ЭВМ", "Стандарты и качество", 1966, $ 6, с 34-46.

21. Дроздов Н.Л. "К вопросу о вибрациях станка при токарной обработке", "Станки и инструмент", 1973, № 2, с. 61-63.

22. Ефимов Н.В. "Квадратичные формы и матрицы", М., "Наука", 1972, 159 с.

23. Зорев Н.Н. и др. "Развитие науки о резании металлов", М., "МашиностроениеV 1967, 412 с.

24. Игумнов Б.Н. "Расчет оптимальных режимов обработки для станков и автоматических линий", М., "МашиностроениеV 1974,197 с.

25. Исмаилов Б.М. "Повышение производительности токарной многорезцовой обработки при обеспечении заданной точности". Авторего. канд. дис., М., 1984.

26. Ншуткин В.И. "Технологическая надежность системы СПИД", М., "Машиностроение", 1974, 127 с.

27. Кацев П.Г. "Статистические методы исследования режущего инструмента", М., "Машиностроение", 1974, 235 с.

28. Кацев П.Г., Сиськов В.И. "Применение математической статистики к исследованию режущих инструментов" "Станки и инструмент", 1963, I, с. 13-18.

29. Корсаков B.C. "Основы технологии машиностроения", М., "Машиностроение", 1976, 288 с.

30. Клушин М.И. "Оптимизация режимов обработки на металлорежущих станках", М., "Машиностроение", 1972, 186 с.

31. Кнорозов Б.В. "Технология металлов", М., "Металлургия", 1978, 903 с.

32. Колев К.С. "Точность обработки и режимы резания", М., "Машиностроение", 1968, 132 с.

33. Камышный Н.И., Стародубов B.C. "Конструкции и наладка токарных автоматов и полуавтоматов", М., Высш. школа, 1983, 272 с.

34. Крейцберг А.Ф., Гутман Б.А. "Компоновка конструктивных элементов при синтезе конструкций в САПР штампов", В сб.: Теория и методы автоматизации проектирования, вып. 2, Минск, 1983, с 70-75.

35. Кузяев Б.А. " 0 расчете скорости резания, соответствующей максимальной норме выработки при немонотонной зависимости", "Известия вузов", "Машиностроение1968, ft 3, с 19-20.

36. Левицкий М.Я., Штомпель В.П. "Определение на ЭЦВМ режимоврезания цри точении", Киев, "Техника", 1966, IS II, с 72-75.

37. Макаров А.Д. "Оптимизация процессов резания", М., "Машиностроение", 1976, 279 с.

38. Маталин А.А., Рысцова B.C. "Точность, производительностьи экономичность механической обработки", JI., МАШГИЗ, 1963, 352 с.

39. Молодцов Н.С. "Определение оптимальной геометрии твердосплавных резцов при обработке стали Г13 методом Бокса-Уилсона", "Известия вузов", 1976, В 4, с 14-16.

40. Методика испытаний токарных станков средних размеров общего назначения на виброустойчивость при резании", М., ОНТИ ЭНИМС, 1961, 284 с.

41. Налимов В.В., Чернова Н.А. "Статистические методы планирования экстремальных экспериментов", М., "Наука", 1965, 340 с.

42. Наладка одношпиндельных токарных автоматов", Справочное пособие А.Я. Пожитков, Е.С.Сашро, И.Д.Волянский, М.В.Соловейчик, I., "Машиностроение", 1978, 312 с.

43. Новожилов В.И. "Вопросы определения оптимальных режимов рёзания", ЛДНТИ, 1967, 52 с.

44. Пазюк Е.И. "Обработка деталей на карусельных станках",М., -Л. МАШГИЗ, 1958, 100 с.

45. Подураев В.И. "Обработка резанием с вибрациями", М., "Машиностроение", 1970, 350 с.

46. Рыбальченко Ю.Л. "Повышение точности обработки на многошпиндельных, многоинструментных расточных станках". Авто-реф. канд. дис., М., 1983.

47. Сасов В.В. "Расчет на точность операции по обтачиванию нежестких валов на многорезцовых станках", В сб.: "Вопросы точности в машиностроении". Под ред. В.М. Кована, I960, с. 184-242.

48. Семенков О.й. "Проблемы автоматизации технической подготовки производства" В кн.: "Вычислительная техника в машиностроении" , Минск, Изд. ИТК АН БССР, 1972, с 3-II.

49. Соколовский А.П. "Расчеты точности обработки на металлорежущих станках", М., -Л., МАШГИЗ, 1952, 288 с.

50. Солодов М.Д. "Исследование погрешностей обработки при многорезцовом обтачивании жестких валов", Автореф. канд. дис. МВТУ, М., 1952.

51. Солонин И.С. "Математическая статистика в технологии машиностроения", М., "Машиностроение", 1972, 215 с.57. "Справочник молодого наладчика автоматических линий и специальных станков", С.Н. Власов, Б.ИДерпаков М.,"Высшая школа", 1972, 262 с.

52. Тиллес С.А. "Точность обработки на токарных и сверлильных станках", М., МАШГИЗ, 1949, 312 с.

53. Тарковский И.Я., Вайсбурд Р.А., Еремеев Г.А. "Автоматизация проектирования технологии горячей штамповки", М.,

54. Машиностроение", 1969, 240 с.

55. Тетин Г.И. "Многоинструментные наладки", М., МАШГИЗ, 1963, 544 с.

56. Чарнко Д.В. "Основы выбора технологического процесса механической обработки", М., МАШГИЗ, 1963, 320 с.