автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение качества обрабатываемой поверхности при электрохимической обработке за счет повышения жесткости технологической системы станка

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Повышение качества обработки.

1.2. Анализ существующего оборудования для ЭХО.

1.3. Выводы. Цель и задачи исследования

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СТАНКА (ТСС) НА КАЧЕСТВО ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ЭХО.

2.1. Расчетная модель формирования качество обрабатываемой поверхности при ЭХО

2.1.1. Описание модели

2.1.2. Влияние отдельных составляющих на погрешность обработки при ЭХО

2.2. Влияние формы электрода-инструмента на качество обрабатываемой поверхности.

2.3. Влияние жесткости ТСС на точность обрабатываемой поверхности при ЭХО

2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЖЕСТКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЫ СТАНКА (ТСС).

3.1. Модель жесткости ТСС

3.1.1. Описание модели.

3.1.2. Влияние отдельных составляющих на общую жесткость ТСС.

3.2. Анализ решений модели для различных типов исполнительных механизмов приводов Э-И.

3.3. Методы повышения жесткости РВМ как исполнительного механизма привода Э-И ТСС

3.3.1. Влияние геометрической формы контактируемых поверхностей РВМ.

3.3.2. Влияние параметров материала

3.3.3. Влияние точности изготовления

3.3.4. Влияние силовых параметров

3.3.5. Влияние предварительного натяга

3.4. Повышения жесткости ИМ конструктивными и технологическими способами

3.5. Выводы по главе

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖЕСТКОСТИ ИМ И КАЧЕСТВА ОБРАБАТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ЭХО. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИМ ЭХС С ЗАДАННОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ. ПРИМЕРЫ ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ В ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

4.1. Экспериментальные исследования жесткости ИМ приводов станков для ЭХО

4.1.1. Объект испытаний. Методика исследований и оборудование

4.1.2. Анализ экспериментальных исследований

4.1.3. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов

4.2. Экспериментальные исследования точности и шероховатости поверхностей обработанных деталей методом ЭХО на станке ЭТМ-200К

4.2.1. Объект испытаний. Методика исследований и оборудование

4.2.2. Анализ экспериментальных исследований

4.3. Алгоритм методики расчета и проектирования

4.4. Описание разработанных конструкций ИМ, внедренных в промышленность

Одним из наиболее радикальных путей, в направлении повышения эффективности машиностроительного производства, является переход к широкому использованию точных заготовок для больших габаритных деталей.

Этот путь, может быть реализован только при условии расширения выпуска штампового инструмента и пресс-форм с одновременным повышением их качества и площади обработки.

Увеличение выпуска штампов и пресс-форм на основе применения традиционных методов обработки требует значительного расширения площадей в инструментальном производстве, увеличения численности высокоточного копировально-фрезерного оборудования и станков с ЧПУ, повышает потребность во вторичном инструменте, фрезерном и абразивном. Неизменно сохраняется производительность, на прежнем уровне остается трудоемкость ручной доводки, точность и размерная стойкость штампов.

Наиболее перспективным в этих условиях является метод электрохимической обработки (ЭХО), характеризуемый высокой производительностью, потенциально высокой точностью, отсутствием износа инструмента, способный обеспечивать увеличение числа реставраций и сопутствующее повышение качества рабочей поверхности штампового инструмента.

Несмотря на большие потенциальные возможности, метод ЭХО до настоящего времени имеет ограниченное применение. Причинами являются относительно невысокая реализуемая точность при обработке больших габаритных деталей, несовершенство и недостаточность численности парка оборудования.

В исследованиях в области технологии ЭХО обоснованы основные принципы повышения точности. Одним из наиболее прогрессивных приемов являются импульсно-циклические схемы, потенциально уравнивающие метод ЭХО по точности с традиционными методами обработки. Однако реализация этих схем наталкивается на функциональное несовершенство существующего оборудования, которое первоначально создавалось с применением принципов конструирования металлорежущих станков, без достаточного учета требований и перспективных изменений метода ЭХО. Новые исследования в области ЭХО обуславливаются основным отличием технологической системы электрохимического станка от металлорежущего, заключающимся в наличии жидкостного звена - межэлектродного зазора (МЭЗ), имеющего ряд особенностей. При увеличении габаритов обработки в МЭЗ возникают застойные явления, избежать их можно путем увеличения давления подачи электролита, в результате этого возрастают нагрузки на технологическую систему станка, что ведет к понижению точности обработки больших габаритных деталей на существующем оборудовании. В данной работе исследуются вопросы качества обработки габаритных деталей на ЭХС с помощью разработанных моделей. Предложена перспективная схема станка, обладающая повышенной жесткостью, что позволяет оптимизировать процесс обработки для больших габаритных деталей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В проведенных теоретических исследованиях установлено, что повышение точности геометрических параметров обрабатываемых поверхностей при ЭХО является комплексным фактором, зависящим от многих параметров, и, прежде всего, от характеристик ТСС.

2. Разработана модель качества обрабатываемой поверхности при ЭХО, связывающая вид и основные параметры ТСС с точностью обрабатываемой поверхности.

3. Установлено, что одной из причин низкой точности обработки больших габаритных деталей при ЭХО является низкая жесткость ТСС.

4. Анализ структурных схем различных приводов и ИМ технологических перемещений позволил предложить перспективную схему привода Э-И, жесткость которой в 1,4 раза выше, чем у существующих. Доказана необходимость использования РВМ в составе привода подачи ЭХС.

5. Исследования ИМ технологических перемещений на базе РВМ показали, что повышение жесткости возможно путем выбора рациональных геометрических параметров передачи в 1,5 раза, введением круговинтовой вогнутой поверхности резьбы на гайке и винте, что позволяет увеличить жесткость в 1,3 раза, подбором материала позволяет увеличить жесткость в 1,75 раза, точности изготовления передачи позволяет увеличить жесткость в 1,9 раза и введением предварительного натяга позволяет увеличить жесткость в 1,3 раза.

6. Проведенные экспериментальные исследования показали правильность теоретических положений разработанной модели и жесткостных параметров ШВМ и РВМ. Например: при нагрузке 1000 Н податливость ШВМтеор. = 1,75-10'6 мм/Н, ШВМЭКСП. = 1,9-10'6 мм/Н, расхождение составляет менее 10 %; податливость РВМте0р. = 2,5-10'6 мм/Н, РВМЭКСп. =

1. Белкин И.М. Средства линейно-угловых измерений. Справочник. -М.: Машиностроение, 1987. 368 е., ил.

2. Беляев В. Г. Винтовые поверхности передачи винт-гайка качения и профилирования инструмента для их обработки // Станки и инструмент, 1971. № 12. с. 6-9.

3. Беляев В. Г. Расчет передачи винт-гайка качения с учетом погрешностей изготовления // Станки и инструмент, 1970. № 11. с.9-11.

4. Беляев В. Г., Бушенин Д. В., Козырев В. В., Ряховский О. А. Современные винтовые механизмы // Приводная техника, 1998. № 7. с. 2-5.

5. Биргер А. И. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. с.232.

6. Биргер А. И. Принципы построения норм прочности и надежности в машиностроении // Вестник машиностроения, 1988. № 7. с.3-5.

7. Биргер И. А., Иосилевич Г. Б. Резьбовые соединения (Библиотека конструктора). М.: Машиностроение, 1973. с.256.

8. Бирюков Б. Н. Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки. М.: Машиностроение, 1981, 125с., - (Б-ка станочника).

9. Бушенин Д. В. Несоосные винтовые механизмы. М.: Машиностроение, 1985. с. 112.

10. Бушенин Д. В., Деулин Е. А., Носатов С. П. и др. Проектирование винтовых механизмов. Владимир: ВСНТО, 1979. - 127с.

11. Бушенин Д. В., Логинов В. Г., Колов П. Б. и др. Расчет и проектирование планетарного зубчато-винтового механизма. Методич. рекомендации: Владимир, СИТО. 1986 г. 90 с.

12. Бушенин Д. В., Морозов В. В., Носатов С. П., Попов Б. К. Проектирование винтовых механизмов. Владимир, СНТО, 1982. с.52.

13. Взаимозаменяемость и технические измерения в машиностроении. Б. С. Балакшин, С. С. Волосов и др. М., Машиностроение, 1972, с. 616.

14. Винокур Ю. Н., Гельман В. Е., Савченко А. П., Фридман М. П. Роликовинтовые передачи. Обзор зарубежных патентов // Химическое и нефтяное машиностроение, 1973. № 5. с. 41-44.

15. Владимиров В.М. Изготовление штампов, пресс-форм и приспособлений. Учебник для проф.-техн. училищ. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Высшая школа», 1974.

16. Гастев В. А. Повышение точности установки межэлектродного зазора при циклической размерной электрохимической обработке. -Диссертация на соискание ученой степени к. т. н. Тула, 1983.200 с.

17. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора: Справочник JI: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984.-464 е., ил.

18. ГОСТ 22267 -76 Станки металлорежущие. Схемы и способы измерений геометрических параметров.

19. ГОСТ 7599 82 (СТ СЭВ 2149 - 80) Станки металлообрабатывающие. Общие технические условия.

20. Гудков В. В., Петров Н. А. Перспективы использования электрофизических, электрохимических и комбинированных методов формообразования поверхностей деталей в машиностроении. Обзор. М., НИИмаш, 1981, 64 с.

21. Де Барр А. Е., Оливер Д. А. Электрохимическая обработка (пер. с англ.). М., Машиностроение, 1973, 184 с.

22. Единый порядок систематической оценки технического уровня и качества машин, оборудования и другой техники (Комплект документов). Москва 1982 г.

23. Жданов А.В. Повышение надежности и долговечности роликовинтовых механизмов.: Автореф. диссертации на соискание ученой степени к. т. н. Владимир, 1998. - 16 с.

24. Заявка № 94032418 «Планетарная передача винт-гайка качения с резьбовыми роликами» от 06.09.94г. //Авт. Худякова Е. О.

25. Зуева Е. В. Разработка методики расчета и проектирования роликовинтовых передач с заданными точностью, жесткостью и стабильностью кинематических передаточных функций./ Диссертация на соискание ученой степени к. т. н. Владимир, 1993.

26. Иванов М. Н. Детали машин. М.: Высш. Шк., 1991. - 383с.

27. Иосилевич Г. Б. Концентрация напряжения и деформаций в деталях машин. М.: Машиностроение, 1981. с. 224.

28. Исследование и расчет контактной жесткости. Методич. указания. Левина 3. М. М.: ЭНИМС, 1969 г. 146 с.

29. Каталог роликовинтовых и шариковинтовых передач, изготовляемых фирмой "La Technique Integrale" (Франция) под торговой маркой "Transroll", с. 165.

30. Каталог роликовинтовых передач, изготовляемых фирмой «Автоваз» (Россия), с. 8.

31. Каталог шариковинтовых передач, изготовляемых фирмой ОАО ОЗПС «Микрон» (Украина), с. 21.

32. Козырев В.В. Сравнение параметров шариковых и роликовых передач винт-гайка // Вестник машиностроения.-1983.-№11-С.30-34.

33. Козырев В. В. Анализ и синтез роликовинтовых передач как исполнительных механизмов электромеханических приводов.

34. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д. т. н. Владимир, 1995, с. 33.

35. Козырев В. В. Сравнение жесткости шариковинтовых и роликовинтовых передач // Вестник машиностроения. 1987, № 5.

36. Козырев В. В. Сравнение шариковых и роликовых передач винт-гайка//Вестник машиностроения. 1983. № 11. с. 31-35.

37. Кордыш JI. М., Марголин JI. В., Тарасов С. JI. Определение осевой жесткости исполнительных механизмов приводов подач с шариковой передачей винт-гайка // Станки и инструменты, 1979. №4. с. 42-47.

38. Крайнев А. Ф. Словарь справочник по механизмам - М.: Машиностроение. 1981. -438 с.

39. Кудинов В. А. Динамика станков. М.Машиностроение, 1967. — 359 с.

40. Левашов А. В. Основы расчета точности кинематических цепей металлрежущих станков. М.Машиностроение, 1966 г. 212 с.

41. Л евина 3. М., РешетовД.Н. Контактная жесткость машин. М.:Машиностроение, 1971 г. -264 с.

42. Марго лин Л. В. Планетарная передача винт-гайка качения с резьбовыми роликами // Станки и инструмент, 1970. № 1. с. 42 43.

43. Морозов В. В. Исследование автоматизированных электровакуумных установок выращивания монокристаллов из сплавов для постоянных магнитов с целью повышения их производительности. Диссертация на соискание ученой степени к. т. н. - Владимир, 1979. - 190 с.

44. Морозов В. В., Панюхин В. И., Панюхин В. В. Зубчато винтовые передачи для преобразования вращательного движения в поступательное; Владим. гос. ун-т. Владимир, 2000 г. 160 с.

45. Нефедов А.П. Конструирование и изготовление штампов. «Машиностроение», 1973, 408 с.

46. Никитин Б. В. Расчет динамических характеристик металлорежущих станков. М.: Машгиз, 1962. - 111 с.

47. Новицкий П. В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. JL: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1991. - 304 с.

48. Новые электрофизические, электрохимические методы обработки деталей в машиностроении. Материалы семинара. Москва, 1992 г. 69 с.

49. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: Учеб.пособие для втузов 2-е изд., перераб. И доп.- М.: Высш.шк., 1986,- 304 е., ил.

50. Норенков И.П., Маничев В.Б. Система автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш.школа, 1983. -272 е., ил.

51. Оборудование для размерной электрохимической обработки деталей машин./Под ред.Ф. В. Седыкина М.: Машиностроение 1986.-336 с.

52. Овчинников А. Ю. Разработка и исследование роликовинтовой передачи как исполнительного механизма ортопедического аппарата.: Автореф. диссертации на соискание ученой степени к. т. н. Владимир, 2000. - 17 с.

53. Основы проектирования и расчета несоосных винтовых механизмов (учебное пособие в двух частях) под ред. Бушенина Д. В. Владимир. 1998.

54. ПанюхинВ. И. Самотормозящиеся механизмы. Владимир. ВСНТО, 1981. с. 57.

55. Петров Ю. Н., Зайдман Г. Н. Теория и практика электрохимической обработки металлов. Кишинев: Шница. 1976 г. 91 с.

56. Пинегин С. В. Трение качения в машинах и приборах. М.: Машиностроение, 1976. 264 с.5 6. Планетарные передачи. Справ./ Под ред. Кудрявцева В. Н, КирдяшеваЮ. Н. Л: Машиностроение, 1977. с. 536.

57. Погрешности измерений: Учеб. Пособие / Под ред.

58. A. А. Кузнецова: Владим. гос. ун-т. Владимир, 1998. 68 с.

59. Подураев В. Н. и Камалов В. С. Физико химические методы обработки. М.: Машиностроение, 1973, 346 с.

60. Подураев В. Н. Технология физико химических методов обработки. - М.: Машиностроение, 1985. - 264 с. - (Б - ка технолога).

61. Подшипники качения: Справочник-каталог / Под ред.

62. B. Н. Нарышкина и Р. В. Коросташевского. -М.: Машиностроение, 1984.-280 с.

63. ПопиловЛ. Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка металлов. М.: Машиностроение. 1969 г. 297 с.

64. Попов Б. К. Разработка методов проектирования планетарных ролико винтовых механизмов по требованиям к выходному коэффициенту полезного действия. / Диссертация на соискание ученой степени к. т. н. Владимир, 1987. с. 185.

65. Проектирование винтовых механизмов/ Д. В. Бушенин, В. В. Морозов, С. П. Носатов и др. Владимир, СНТО. 1982. - 52с.

66. Проников А. С. Надежность машин. М.: Машиностроение. 1978. с. 592.

67. ПушВ. Э. Малые перемещения в станках. М.:Машгиз, 1961,129 с.

68. Расчет и конструирование передач винт-гайка качения. Левитан Г. А. и Борисенко Г. А. М.: ОНТИ ЭНИМС. 1964 г. 81 с.

69. Расчет на прочность деталей машин. Справ. / Под ред. БиргераИ. А., ШорраБ. Ф., Иосилевича Г. Б. М.: Машиностроение, 1979. с. 702.

70. Расчеты деталей машин на прочность и долговечность. Справ./ Под ред. КогаеваВ.П., Махуртова М. А., Гусенкова А. П. М.: Машиностроение, 1985. с. 224.

71. Ратмиров В. А., Чурин И. Н., Шмутер С. Л. Повышение точности и производительности станков с программным управлением. М., Машиностроение, 1970, 343 с.

72. Решетов Д. Н. Работоспособность и надежность деталей машин. М.: Высшая школа, 1974. с. 206.

73. Решетов Д. Н., ПортманВ. Т. Точность металлорежущих станков. -М.: Машиностроение, 1986. 336 с.

74. Ривин Е. И. Динамика привода станков: М. Машиностроение. 1966 г. 203 с.

75. Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для втузов: В 9 кн./И.П. Норенков. Кн.1. Принципы построения и структура,- М.: Высш.шк., 1986.-127 е., ил.

76. Справочник по геометрическому расчету эвольвентных зубчатых и червячных передач / Под ред. И. А. Болотовского. М.: Машиностроение, 1986. - 448 с.

77. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). Г. Корн, Т. Корн. М., Наука, 1973 г., 831 с.

78. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки // Г. Л. Амитан, И. А. Байсупов, Ю. М. Барон и др.; под общ. ред. В. А. Волосатова. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988.-719 с.

79. Спришевский А. И. Подшипники качения. М.: Машиностроение, 1969. с. 632.

80. Турпаев А. И. Винтовые механизмы и передачи. М.: Машиностроение. 1982. 223 с.

81. Худякова Е. О. К вопросу выбора винтового механизма привода перемещения электрода инструмента станка для электрохимической обработки. // Сб. «Механизмы и приводы». Владимир: ВлГТУ, 1995. с. 50-51.

82. Худякова Е. О. Математическая модель электрохимического станка. // Тез. и материалы докл. Всеросс. науч. методич. конф. по физике. «VIII Столетовские чтения». Владимир: ВлПУ, 2000. с. 60 -62.

83. Худякова Е. О. Некоторые особенности проектирования приводов подач электрода инструмента в электрохимических станках. // Тез. докл. науч. - техн. конф. «Актуальные проблемы машиностроения на современном этапе». Владимир: ВлГТУ, 1995. с. 42-43.

84. Худякова Е. О. Некоторые теоретические особенности методики создания электрохимических станков. // Тез. и материалы докл. Всеросс. науч. методич. конф. по физике. «VIII Столетовские чтения». Владимир: ВлПУ, 2000. с. 62-63.

85. Худякова Е. О. Повышение качества размерной обработки материалов. // Материалы I Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы машиностроения». Владимир, ВлГУ, 2001. с. 133 135.

86. Худякова Е. О. Точность позиционирования как один из факторов, влияющий на точность эксперимента. // Материалы Всероссийской школы семинара молодых ученых, аспирантов и студентов « Теплоэлектрофизические явления в атмосфере и электромагнитное