автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение надежности обработки осевым режущим инструментом за счет выбора рациональной схемы его базирования

Введение

ГЛАВА 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. Характеристика и условия динамики рабочего про- 15 цесса на исполнительных поверхностях деталей, механизмов, РИ в технологических наладках.

2.1. Координация деталей и узлов машин с целью повышения 15 стабильности и качества их работы.

2.2. Действие внешних сил на стабильность базирования дета- 24 лей машин.

2.3. Стабильность базирования на примере осевого инстру- 31 мента - спирального сверла.

Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. Векторный анализ силового поля на исполнитель- 41 ных поверхностях деталей для выбора их конструкторских и технологических баз.

3.1. Теоретические основы векторного анализа.

3.2. Выбор конструкторских баз на основе анализа векторного 49 силового поля осевого РИ на примере спирального сверла. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. Рекомендации по выбору главной базы деталей, РИ 76 и разработке конструкций осевого РИ.

4.1. Разработка типовых технологических процессов режуще- 76 го инструмента - РИ.

4.2. Виды базирования и оснастка, применяемая для различ- 80 ных видов базирования.

Выводы по четвертой главе

ГЛАВА 5. Новые конструкции осевого РИ и патрона для его 96 закрепления.

5.1. Осевой инструмент с плоской установочной базой.

5.2. Патрон для закрепления осевого режущего инструмента 100 с плоской базовой поверхностью.

5.3. Маршрутная технология опытного образца сверла с пло- 109 ской установочной базой и патрона для его закрепления.

Выводы по пятой главе

Современное машиностроение предъявляет постоянно возрастающие требования к эксплуатационной надежности и долговечности деталей и машин в целом.

В процессе создания и эксплуатации машин центральное место занимают вопросы правильного базирования изделий (деталей, сборочных единиц, режущих инструментов и т.д.). От того, как они решены, во многом зависит качество машиностроительной продукции.

Вопросам базирования и в нашей стране, и за рубежом уделено большое внимание и посвящено немало специальных научных трудов.

В данной работе рассматривалась стабильность базирования осевого режущего инструмента на примере спирального сверла. Проанализированы действующие силы и моменты сил на рабочей поверхности инструмента: режущем конусе, ленточках, щ^ка^тзё^емычке, а также возможная смена схемы базирования при совмещении основных баз сверла - конуса Морзе со вспомогательными базами станка или приспособления, что может привести к неопределенности базирования хвостовой части.

Неопределенность базирования ведет не только к неустойчивому положению баз РИ, но и к изменению его координации относительно обрабатываемой детали, а значит способствует снижению качества обработки.

Устойчивость базирования в рабочем процессе определяется правильным выбором комплекта баз с учетом динамики процесса на исполнительных поверхностях.

Отсюда следует:

- с целью повышения качества работы пары, механизма и машины в целом необходимо создавать условия устойчивого положения базовых поверхностей деталей;

- при разработке конструкций деталей следует предварительно проанализировать работу механизма с учетом воздействия на базы отдельных деталей сил и моментов, возникающих на исполнительных поверхностях как в статике, так и в динамике; после этого скорректировать (при необходимости) форму, расположение и размеры базовых поверхностей таким образом, чтобы исполнительные поверхности могли выполнять свое служебное назначение в заданных эксплуатацией пределах.

На основе разработанных методик проведен анализ координации деталей и узлов машин и выявлена связь динамики рабочего процесса на исполнительных поверхностях с положением базовых поверхностей деталей. Проведен анализ схемы базирования спирального сверла с хвостовиком конуса Морзе. Определены теоретические положения по исследованию векторного силового поля исполнительной поверхности детали, РИ. На основании приведенных теоретических положений по стабильности базирования РИ на примере спирального сверла предложен метод выбора главной базы детали - установочной или двойной направляющей по наиболее нагруженной части исполнительной поверхности.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

По результатам проведенных исследований можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:

1. Проведен анализ координации деталей и узлов машин на примере зубчатых колес и выявлена связь динамики рабочего процесса на исполнительных поверхностях с положением базовых поверхностей деталей, которая в ряде случаев порождает неустойчивость базирования.

2. Проведен анализ схемы базирования спирального сверла с хвостовиком конуса Морзе, что позволило вскрыть причину нестабильности его базирования вследствие неверно выбранного комплекта баз, применяемую в практике для осевого РИ.

3.Определены теоретические положения по исследованию векторного силового поля исполнительной поверхности детали, РИ по критериям которого можно оценивать неоднородность силовых полей по координатным плоскостям принятой системы координат и выбрать необходимую схему базирования детали, РИ.

4.На основании приведенных теоретических положений по стабильности базирования РИ на примере спирального сверла предложен метод выбора главной базы детали - установочной или двойной направляющей по наиболее нагруженной части исполнительной поверхности. Расположение векторов сил и моментов наиболее нагруженной части исполнительной поверхности дает возможность установить направление расположения главной базовой поверхности соответствующей формы.

5.Разработана новая конструкция хвостовой части осевого РИ с плоской главной установочной базой на примере спирального сверла, с получением на нее патента, такая конструкция позволяет:

-обеспечить стабильность базирования и рабочего процесса на исполнительной поверхности осевого РИ;

-повысить геометрическую и размерную точность обрабатываемого отверстия;

-повысить точность относительного расположения поверхностей: обрабатываемой и базовой данной детали, а также, между обрабатываемыми поверхностями;

-снизить расход металла на хвостовую часть осевого РИ в 1,5 раза;

-продлить срок службы осевого РИ и MPC, где применяется такого рода инструмент;

-уменьшить число поломок осевого РИ;

-улучшить условия хранения осевого РИ вследствие соответствующей формы хвостовой части.

6.Разработана конструкция крепежного патрона, с получением на нее патента для закрепления осевого РИ с плоской установочной базой применительно к индивидуальному производству.

7.Разработана технология опытного образца осевого РИ с плоской установочной базой.

8.Разработана технология основных деталей опытного образца патрона для закрепления осевого РИ с плоской установочной базой.

9.Проведены испытания работы спирального сверла новой конструкции при закреплении его в специальном патроне, которые показали повышение стабильности работы РИ, выражающиеся в уменьшении диапазона изменения положения оси просверливаемого отверстия по сравнению с работой сверла старой конструкции - с конусом Морзе хвостовой части.

1. АРТОБОЛЕВСКИЙ И.И. Теория механизмов М.: Наука, 1965.

2. АРТОБОЛЕВСКИЙ И.И. Теория механизмов и машин. М.: Высш. шк. 1968.

3. БАЛАКШИН Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1966.

4. БАРАНЧИКОВ В.И. Справочник конструктора-инструментальщика. М.: Машиностроение, 1994. - 560с.

5. БАЗРОВ Б.М. Выбор баз для установки сменных элементов системы СПИД. Станки и инструмент.-1982.-№ 5,- с.24-27.

6. БЕЗРУКОВ A.B. Повышение точности позиционирования заготовок в гибких производственных системах обработки корпусных деталей судовых механизмов. Автореф. дисс. канд. техн. наук,- Л., 1988.

7. БЕРЕСНЕВ Ю.Л. Выбор технологических баз по «предпочтительности» технических требований к изготовлению корпусных деталей в системах ГАП. Автореф. дисс. канд. техн. наук,- М., 1983.

8. БОГУЦКИЙ М.Е. Назначение и контроль норм точности на изготовление комплекта баз, образованного совокупностью плоских поверхностей. Автореф. дисс. канд. техн. наук.-М.,1989.

9. ВУЛБФ A.M. Резание металлов Л.: Машиностроение, 1973, с.278-306

10. ГУДКОВ П.А. Исследование и разработка методов и средств повышения точности базирования цилиндрических зубчатых колес при механической обработке. Автореф. дисс. канд. техн. наук,- Курганск., 1983.

11. Динамические явления при сверлении отверстий. /Sun Janguau, Tia Suyan, Gong Xiang, Zhang Ligang // Beijing keji daxue Xuebao = J. Univ. Sei. And Techn. Beijing. 1998,- 20, N 3. - с. 216-216.

12. ИВАНОВ B.H. Повышение эффективности создания и эксплуатации технологической оснастки и оборудования посредством выявления роли механических и размерных связей, действующих при базировании. Автореф. дисс. докт. техн. наук.- М., 1984.

13. ИЛЬИЦКИЙ В.Б. Жесткость соединений заготовка установочные элементы приспособлений. Автореф. дисс. канд. техн. наук,- Брянск., 1973.

14. Интенсификация алмазного сверления с помощью ультразвука. /Чирков В.В., Хмелев В.Н., Шутов В.В.// Соц.-экон. пробл. развития г.Бийск до 2000г. : Сб. матер, науч.-практ. конф., Бийск, июнь, 1997.- Бийск, 1997.- с. 191-192.

15. КАРСУНЦЕВ А.И. Повышение точности отверстий за счет рационального врезания инструментов одностороннего резания. Автореф. дисс. канд. техн. наук,- Челябинск., 1997.

16. КОЛЕСНИКОВ JÏ.A. Исследование точности установки деталей на автоматических линиях с приспособлениями-спутниками. Автореф. дисс. канд. техн. наук,- М., 1977.

17. KOJIECOB И.М. Исследование связей между формой, поворотом и расстоянием плоских поверхностей деталей машин. Автореф. дисс. канд. техн. наук.-М., 1967.

18. КОЛЬЧУГИН С.Ф. Повышение точности и эффективности профильного врезного алмазно-эрозионного шлифования. Автореф. дисс. канд. техн. наук,- М., 1997.

19. КОРОЛЕВА Е.М. О разработке типовых технологических процессов в машиностроении Вестник машиностроения.-1999.-№11 .-с.36-39.

20. КОРОЛЕВА Е.М., НИКИШИНА H.A. Выбор конструкторских баз на основе анализа векторного силового поля // Машиностроитель,- 1999,- № 8,- с. 34-39.

21. КОРОЛЕВА Е.М., НИКИШИНА H.A. Действие внешних сил на стабильность базирования деталей машин. Вестник машиностроения.- 1998 № 12,- с. 47-49.

22. КОРОЛЕВА Е.М., НИКИШИНА H.A. Стабильность базирования осевого режущего инструмента. Вестник машиностроения.- 1998,- № 2, с.24-26.

23. КОРОЛЕВ А Е.М., НИКИШИНА (КУЧКИНА) H.A. Стабильность базирования осевого режущего инструмента СТИН,- 1997,- № 8,- с. 30-33.

24. KOROLEVA Ye.M., NIKI SHIN A (KUCHKINA) N.A. Stability of axial cutting tools registration // Russian Engineering Research.-1997.-Vol.17,-No.8.-p.p.57-60.

25. КОРОЛЕВА Е.М., ТАРАТЫНОВ О.В., НИКИШИНА H.A. Осевой инструмент с плоской установочной базой СТИН.- 1998,- № 9,- с. 14-15.

26. KOROLEVA Ye.M., TARATYNOV O.V., NIKISHINA N.A. Axial tools with flat mounting base // Russian Engineering Research.-1998.-Vol. 18,-No.9.-p.p.82-83.

27. КОЖЕВНИКОВ С.И. Теория механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1973.

28. КУЗУБ Ю.И. Повышение точности установки заготовок на металлорежущем оборудовании в условиях роботизированного производства. Автореф. дисс. канд. техн. наук,- Куйбышев, 1990

29. ЛОБАНОВ Л.А. Выбор варианта базирования для обработки деталей на станках путем оптимизации его размерной структуры. Авто-реф.дисс.канд.техн.наук.- М., 1989.

30. ЛУКАНИН Ю.Н. Исследование возможности и целесообразности базирования деталей системы СПИД по опорным элементам. Автореф. дисс. канд. техн. наук.- М., 1983.

31. ЛУКБЯНЕЦ О Ф. Исследование плоскостности технологических баз и ее влияние на точность обработки корпусных деталей на автоматических линиях. Автореф. дисс. канд. техн. наук. -М., 1980.

32. МИКИТЯНСКАЯ Л.М. Обеспечение точности и производительности обработки рациональным выбором динамических параметров станочных приспособлений. Автореф. дисс. канд. техн. наук,- Фрунзе., 1984.

33. НЕМЫТКИН С.А. Повышение точности установки заготовок в станочных приспособлениях. Автореф. дисс. канд. техн. наук. -Куйбышев,

34. ОРЛОВСКИЙ В.А. исследование точности установки корпусных деталей в позиционных приспособлениях автоматических линий. Автореф. дисс. канд. техн. наук. М., 1972.

35. Осевой инструмент с закрытой базой. Заявка на изобретение № 99102932/02, приоритет 15.2.99.

36. Осевой инструмент с плоской установочной базой Пат. № 2108209 РФ, МПК В23В51/12, В23С5/26, бюлл. № 10, 1998.44 .Патрон для крепления осевого режущего инструмента с закрытой базой. Патент № 2151670 РФ, МПК В 23 В 31/19, бюлл. № 18, 2000.

37. Патрон для крепления осевого режущего инструмента с плоской базовой поверхностью Пат. № 2108895 РФ, МПК В23В31/19, бюлл. № 11,1998.

38. ПРОДЕДОВИЧ Ю.В. Обеспечение точности оборудования для прецизионной обработки циклоидальных профилей зубчатых колес особоточных планетарно-цевочных редукторов. Автореф. дисс. канд. техн. наук.- М., 1996.

39. ПУСТОВАЛОВ В.Г., ДЕМЧЕНКО С.Д. Повышение точности базирования заготовки на металлорежущих станках. Станки и инструмент.-1986.-№8.-с.22-23.

40. СААКЯН Р.В. Дискретная модель оценки точности закрепления деталей в приспособлениях и соединениях на этапе проектирования (плоская задача). Автореф. дисс. канд. техн. наук.- М., 1994

41. САЗОНОВА Н.С. Повышение производительности и точности обработки на токарных многошпиндельных вертикальных полуавтоматах путем управления техническими параметрами. Автореф. дисс. канд. техн. наук,-Челябинск, 1996.

42. СЕРДОБИНЦЕВ Ю.П. Технологические методы обеспечения требуемых свойств поверхностного слоя сопряжений технологического оборудования. Автореф. дисс. канд. техн. наук,- М., 1991.

43. Силы резания при сверлении с наложением колебаний. /Toews H.G., Compton W.D., Chandrasekar S. //Precis. Eng. 1998,- 22, N 1.-C.1-9.

44. СМИРНОВ В.И. Векторный анализ и теория поля. Курс высшей математики. Том П, с. 339-364, М.: Наука, 1967

45. СОРОКИН А.И. Повышение точности установки заготовок на станках. Автореф. дисс. канд. техн. наук. М., 1982.

46. СПЕРАНСКИЙ С.К. Совершенствование процесса формообразования винтовых поверхностей и заточки спиральных сверл. Автореф. дисс. канд. техн. наук. -Саратов.,1996

47. Справочник технолога-машиностроителя под ред. АХ.Косиловой, Р.К.Мещерякова, том 1, с.59.

48. СТАЦЕНКО С.А. Уменьшение погрешностей установки заготовок корпусных деталей в процессе их изготовления в ГПС. Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.,1985.

49. СЫЧЕВ А H.A. Обеспечение требуемой точности установки заготовок корпусных деталей в ГПМ с использованием столов-спутников. Автореф. дисс. канд. техн. наук. -М., 1995.

50. ТАРАТЫНОВ О.В., КОРОЛЕВА Е.М., НИКИШИНА H.A. Динамика процессов в зоне контакта вращающихся деталей СТИН.- 1998,- № 3,-с.14-16.

51. TARATYNOV O.V., KOROLEVA Ye.M., NUCISHINA N.A. Dynamics of processes in contact zone of rotating parts // Russian Engineering Research.-1998.-Vol.l8.-No.3.-p.p. 102-104.

52. ТИМИРЯЗЕВ В.А. Адаптивное управление точностью многоцелевых станков в автоматизированном производстве. Технология. ГПС и робототехника. М., ВИМИ, 1991, № 6, с. 56-63.

53. ТИМИРЯЗЕВ В.А. Адаптивное управление циклом работы станков. В кн. Адаптивное управление технологическими процессами, Ю.М. Соломен-цев, В.Г. Митрофанов и др. М., Машиностроение, 1980, с. 271-288.

54. ТИМИРЯЗЕВ В.А. Изготовление корпусных деталей в автоматизированном производстве. Гл.З. Автоматизация операций механической обработки деталей резанием. Гл.6. Проектирование технологии. М., Машиностроение, 1990,с.94-207, с.302-394.

55. ТИМИРЯЗЕВ В.А. Повышение эффективности гибких технологических систем путем комплексного управления размерными связями. Дисс. докт. техн. наук. -М., 1994.

56. ТИМИРЯЗЕВ В.А. Получение информации о ходе технологического процесса обработки деталей на станках. В кн. Адаптивное управление станками. Под ред. Б.С.Балакшина, М., Машиностроение, 1974, с. 164-195.

57. ТИМИРЯЗЕВ В.А. Повышение точности и производительности токарной обработки путем комплексного управления размерами статической и динамической настройки. В кн. Самоподнастраивающиеся станки, М., Машиностроение, 1970, с. 339-363.

58. ТИМИРЯЗЕВ В.А. Расчеты точности станочного оборудования ГПС. Технология, ГПС и робототехника. М., ВИМИ. 1990, № 6, с. 12-18.

59. ТИМИРЯЗЕВ В.А. Управление размерными связями системы СПИД. М., НИИМАШ, 1977, 83 с.

60. ТИМИРЯЗЕВ В.А. Управление точностью многоцелевых станков. Станки и инструмент, 1991.№ 1,

61. ТИМИРЯЗЕВ В.А., БАРАНЧУКОВА И.М. Способ установки спутников на станок. A.C. № 1691066, кл. В 23 О 41/02, БИ № 42,1991.

62. ТИМИРЯЗЕВ В.А., СХИРТЛАДЗЕ А.Г., ПРОТОПОПОВ С.П. Устройство для коррекции точности статической настройки токарного станка с ЧПУ. М„ ГОСИТТИ, 1980, 6с.

63. ХАЙКИН С.Э. Физические основы механики М. Наука. 1971.

64. ШАЕВ Е.Я. Исследование влияния отклонений формы поверхностей деталей на их положение в машине. Автореф. дисс. канд. техн. наук. -М., 1980.

65. ШИМОХИНА Т.Я. Исследование пространственных размерных связей деталей в машине, базируемых по «плоским» поверхностям. Автореф. дисс. канд. техн. наук. -М., 1979.

66. ШУБНИКОВ К.В. Погрешности при установке деталей на фрезерных и расточных станках. Автореф. дисс. канд. техн. наук .-Л., 1953.

67. КОРОЛЕВ А Е.М., ЕВСТРАТОВ С.С., ПУРТОВА Л.И., НИКИШИНА H.A. Изготовление опытного образца осевого режущего инструмента с плоской установочной базой. Изобретатели-машиностроению.-2000.-№1.-с.42-43.