автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение производительности и точности операций бесцентрового шлифования широкими кругами путем использования управляемого балансирующего устройства

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ ПО ПРОБЛЕМЕ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Влияние качества поверхности деталей на эксплуатационные показатели их работы

1.2. Влияние неуравновешенности шлифовального круга на качество обработанной поверхности

1.3. Анализ схем построения и конструкций современных управляемых балансирующих устройств шлифовальных станков

1.3.1. Признаки классификации управляемых балансирующих устрбкств

1.3.2. Устройства для статической балансировки в процессе эксплуатации

1.3.3. Устройства для динамической балансировки в процессе эксплуатации

1.3.4. Автобалансирующие устройства

1.4. Цель и задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУЕА

2.1. Назначение и конструктивные особенности станка мод.МЕ297С1 51 '

2.2. Выбор плоскостей коррекции на шпинделе со шлифовальным кругом

2.3. Определение приведенных сил от дисбаланса в опорах шпинделя

2.4. Определение значения дисбалансов корректирующих масс при различных положениях плоскостей коррекции

2.5. Исследование взаимного влияния плоскостей коррекции

2.6. Исследование процесса балансировки

2.6.1. Выбор схемы перемещения корректирующих масс

2.6.2. Построение годографа приведенного дисбаланса в плоскости коррекции

2.6.3. Составление аналитической модели и блок-схемы расчета процесса балансировки на ЭВМ III

2.6.4. Исследование модели процессов балансировки на ЭВМ

Выводы по 2 разделу

3. ЭКСПЕРШЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЕШНСИРУЩЕГО УСТРОЙСТВА. ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ НА ХОДУ

3.1. Основные принципы построения,конструкция и работа балансирующего устройства

3.2. Исследование управляемого балансирующего устройства

3.2.1. Оборудование и аппаратура

3.2.2. Определение вибрационного состояния станка

3.2.2.1. Определение вибрационного фона цеха

3.2.2.2. Определение вибрационного состояния станка при сбалансированном шпивделе

3.2.2.3. Оценка влияния дисбаланса крута на вибрационное состояние станка

3.2.3. Определение чувствительности, взаимного влияния плоскостей коррекции и значения остаточного дисбаланса

3.2.3.1. Определение влияния моментной неуравновешенности

3.2.3.2. Экспериментальное определение взаимного влияния плоскостей коррекции

3.2.3.3. Экспериментальное определение значения остаточного дисбаланса

3.2.4. Экспериментальное определение длительности балансировки и значения остаточной вибрации в опорах

Выводы по 3 разделу

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУТА НА КАЧЕСТВО ОПЕРАЦИЙ ШЛИФОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА

ПОРШНЕВОЙ ПАЛЕЦ"

4.1. Характеристика технологической системы и аппаратуры использованных при экспериментах

4.2. Методика проведения эксперимента

4.3. Влияние дисбаланса круга на уровень колебаний шлифовальной бабки

4.4. Влияние дисбаланса круга на геометрическую точность детали в поперечном сечении

4.5. Влияние геометрических параметров наладки станка на процесс формообразования

4.6. Влияние динамических характеристик станка на погрешности формы при шлифовальной операции

4.7. Влияние дисбалансов шлифовального круга на формообразование при операции шлифования

4.8. Экспериментальная проверка влияния дисбаланса шлифовального круга на процесс формообразования в поперечном сечении при шлифовальных операциях

4.9. Влияние дисбалансов шлифовального круга на форму продольного сечения детали и шероховатость обработанной поверхности при шлифовальных операциях

Выводы по 4 разделу

5. ИССЛВДСВАНИЕ БАЛАНС ИРУ ЩЕГО УСТРОЙСТВА В ПР0МЫШЛШ1Ж УСЛОВИЯХ И РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ

5.1. Исследование двухплоскостного балансирующего устройства на Костромском заводе "Мотордеталь"

5.2. Модернизация привода шлифовального круга

5.3. Расчет экономической эффективности от внедрения балансирующего устройства на станке мод.МЕ297С1 248 Выводы по 5 разделу

Главным направлением экономического и социального развития СССР на 1981.1985 гг. и на период до 1990 г., определенным решениями ХХУ1 съезда КПСС и последующих Пленумов ЦК КПСС, является повышение эффективности производства и качества продукции. Перед машиностроителями поставлена актуальная задача повысить производительность металлообрабатывающих станков в 1,5.1,6 раза, а точность обработки в 1,2.1,3 раза. Это в полной мере относится к шлифовальным операциям, которые в большинстве случаев являются основным видом финишной обработки, обеспечивая требуемое качество поверхности и геометрическую точность и в значительной степени предопределяя долговечность и надежность работы деталей и узлов машин.

Технологические операции проходного бесцентрового шлифования используются в массовом и крупносерийном производстве во многих отраслях народного хозяйства. Особое значение приобретают операции бесцентрового проходного шлифования деталей типа "поршневой палец" с использованием станков с широкими кругами при портальном их закреплении.

Задача повышения точности, производительности и качества операций шлифования неразрывно связана с поведением технологической системы станка, выявлением основных факторов, влияющих на процесс обработки, и определением путей управления ими. Одним из важных факторов, отрицательно влияющих на результаты наружного бесцентрового шлифования, является неуравновешенность шлифовального крута. Даже небольшая неуравновешенная масса может быть источником значительных сил, действующих на шлифовальный шпиндель и повышающих уровень вибрации технологической системы станка. Особое значение снижение уровня вибраций приобретает в бесцентровошифовальных станках .работающих широкими шлифовальными кругами, где имеет место динамическая неуравновешенность. При работе на таких станках требуется компенсация не только главного вектора неуравновешенных сил, но и главного момента, проявление которого увеличивается с ростом высоты круга.

Существующие методы балансировки в промышленности требуют сейчас многочасовых перерывов в работе высокопроизводительных станков, снижают производительность обработки. Наибольшие потери времени относятся на период балансировки шлифовальных кругов при их первоначальной установке на станок.

Задача снижения уровня вибрации, вызванной неуравновешенностью шлифовального крута, может быть успешно решена путем разработки и применения встроенных в станок специальных управляемых балансирующих устройств (УБУ). Существующие конструкции устройств для динамической балансировки широких шлифовальных кругов не отвечают промышленным требованиям по точности балансировки, производительности, надежности работы и удобству в эксплуатации.

Настоящая работа посвящена повышению точности и производительности операций шлифования деталей типа "поршневой палец" на специальных бесцентровошлифовальных станках с широким кругом путем снижения вибраций технологической системы станка применением УБУ для динамической балансировки шпиндельного узла.

I. АНШТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ ПО ПРОБЛЕМЕ. ЦЕПЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработан и внедрен метод повышения точности и производительности операций бесцентрового шлифования широкими кругами путем использования управляемого балансирующего устройства для динамической балансировки.

2. В процессе теоретических исследований:

- разработана методика создания новых технических средств для борьбы с вынужденными колебаниями технологической системы при бесцентровом шлифовании портально закрепленным кругом;

- впервые разработаны блок-схема и алгоритм расчета на ЭВМ параметров балансировки при использовании в УБУ до десяти корректирующих масс;

- определено рациональное количество корректирующих масс в каждой плоскости коррекции балансирующего устройства с учетом погрешностей, возникающих в реальном процессе балансировки;

- уточнена методика выбора варианта расположения плоскостей коррекции вдоль оси шпинделя и выявлена рациональная тактика балансировки.

3. Предложена и экспериментально проверена принципиально новая схема последовательности перемещения корректирующих масс в плоскостях коррекции.

4. Разработано и внедрено управляемое балансирующее устройство для динамической балансировки широких шлифовальных кругов, защищенное авторским свидетельством, позволяющее снизить вынужденные колебания технологической системы СПВД при бесцентровом шлифовании в 3.5 раз.

5. В процессе экспериментальных исследований установлено, что управляемое балансирующее устройство обеспечивает I класс точности балансировки по ГОСТ 22061-76 при диапазоне балансировки равным ,40.

Емкость созданного балансирующего устройства позволяет балансировать круг на станке без предварительной подготовки по всем возможным значениям и углам дисбалансов. Остаточная величина вибрации опор после балансировки устройством составляет доли микрометра. Длительность динамической балансировки не превышает 3 минут.

6. Установлено, что зависимость амплитуды колебаний узлов технологической системы станка от вида и значения дисбалансов. круга носит линейный характер. При одних и тех же значениях дисбалансов шлифовального крута колебания его опор от моментного дисбаланса меньше, чем от статического на 30.35$.

7. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено,что влияние дисбалансов шлифовального круга на процесс формообразования носит частотный характер, причем разный для главного вектора и для главного момента. В одном и том же частотном диапазоне существуют области, в которых каждый из них имеет преобладающее влияние.

8. Показано, что неуравновешенность шлифовального круга обычно способствует развитию погрешностей, но может и уменьшать их. Диапазон частот вращения детали, при котором неуравновешенность способствует исправлению исходных погрешностей формы заготовки имеет весьма узкие пределы и практически не может быть рекомендован для повышения качества обработки.

9. Результаты испытаний подтвердили правильность основных положений разработанной методики. Внедрение управляемого балансирующего устройства на бесцентровошлифовальных станках с широким крутом модели МЕ297С1, находящихся в промышленной эксплуатации на Костромском заводе "Мотордеталь", позволило снизить погрешности формы деталей в поперечном и продольном сечениях в 1,3 раза и со-, кратить время балансировки шлифовальных кругов в 20.35 раз. Кроме того, шлифование деталей сбалансированным кругом расширяет устойчивый частотный диапазон работы станка.

10. Экономический эффект от внедрения устройства составил II,7 тыс.руб. на станок.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981.

2. Аврутин Ю.Д. Формирование рельефа шлифовальной поверхности при наличии относительных вибраций круга и изделия. В кн. "Вопросы теории и прогрессивной технологии процессов абразивной обработки". Л.: Труды ВНИИАШ, 1976, с.42-48.

3. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. М.: Машиностроение, 1977, 391 с.

4. Агафонов Ю.В. Исследование автобалансирующего устройства для ручных шлифовальных машин. Кандидатская диссертация. М. 1978.

5. Анализ причин возникновения вибраций в начальный период шлифования и модель колебаний системы. Пер.75/32752-ВЦП, яп. 42 с.

6. Бабаков И.М. Теория колебаний. М.: Наука, 1968, 559 с.

7. Баранов Г.Г., Рубин С.Б., Филькин В.П. К теории сквозного бесцентрового шлифования. Сб.: "Точность изготовления шариковыхи роликовых подшипников на автоматических линиях", АН СССР, 1955, с.19.59.

8. Бондарь С.Е., Вильнер Г.С. Исследование колебаний в шлифовальных станках. "Станки и инструмент" $ 12, 1967, с.15.17.

9. Бреев В.Т. и др. Зависимость формы и чистоты поверхности от колебаний шлифовальной бабки, "Станки и инструмент", 1971, №8, с.12.15

10. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение. 1969, 559 с.

11. Брозголь И.М. Влияние микрогеометрии поверхности и метода окончательной обработки дорожек качения на долговечность шариковых подшипников. В сб. "Технология машиностроения", $ 17, М.,ВНИПП, 1958. с.42-47.

12. Вибрация обрабатываемых изделий при шлифовании. Пер.77/23149 (ВЦП Ц-84603), 1974. яп., 21 с.

13. Вибрация при обработке и ее влияние на точность формы изделии Пер.77/12013 (ВЦП Ц-86546),1975,яп.,26 с.

14. Вынужденные и собственные колебания при наружном круглом врезном шлифовании. Пер.75/39116 (ВЦП Ц-45127), 1973, нем.,15 с.

15. Генкин М.Д. и др. Система автоматической подбалансировки вращающихся узлов в действующих механизмах. Сб. "Колебания и уравновешивание роторов", М.: Наука, 1973, с.114.119.

16. Герасимова H.H. Влияние волнистости на работоспособность шариковых радиальных подшипников. Труды ВНИПП 2. М. i960,с.129.136.

17. Горбунов Б.И. и др. Балансировка шлифовальных кругов на холостом ходу. В кн. "Уравновешивание роторов и механизмов". М.: Машиностроение, 1978, с.97.102

18. Горбунов Б.И., Гусев В.Г. Уравновешивающие устройства шлифовальных станков. М.: Машиностроение, 1976, 168 с.

19. Горбунов Б.И., Гусев В.Г. Анализ и сравнение схем устранения эксплуатационной неуравновешенности шлифовального круга. "Вестник машиностроения", 1974, № I, с.50.55.

20. Горбунов Б.И., Порохня A.A. Влияние неуравновешенности шлифовального шпинделя на качество деталей. "Известия вузов". М.: Машиностроение, 1974, JS 8 с.145.149.

21. Горбунов Б.И., Попов А.И. Автоматическое уравновешивание шлифовального круга на ходу. "Известия вузов". М.: Машиностроение, . 1975, № 9, с.162.165.

22. Горбунов Б.И. .Сутормин В.И. Повышение производительности автоматических управляющих балансирующих устройств. Сб. "Обработка материалов резанием", М.: ВЗМИ, 1975, с.98.104.

23. Горбунов Б.и. ,Сутормин В.И. Автоматическая балансировка шлифовальных кругов. "Механизация и автоматизация производства", 1978, Я 5, с.13.15.

24. Горбунов Б.И.Каширская E.H.Сутормин В.И. О движении центра масс шлифовального круга в процессе балансировки. Сб. "Процессы и оборудование абразивно-алмазной обработки". М.: ВЗМИ, вып.2, 1978, с.106.ПО.

25. Горбунов Б.И. ,Порохня A.A. 0 точности балансировки управляемыми устройствами шлифовальных станков. Сб. "Процессы и оборудование абразивно-алмазной обработки". М.: ВЗМИ, 1983,с.69.75.

26. Горбунов Б.И.,Сутормин В.И. ,Бормотин H.H. Исследование процесса балансировки корректирующими массами, движущимися по окружности. Тезисы Всес.конф. "Современные методы и средства уравновешивания машин и приборов". М.: 1979

27. Горбунов Б.И. и др. Устройство для направленной автоматической балансировки шлифовальных кругов. Сб. "Процессы и оборудование абразивно-алмазной обработки" М.: ВЗМИ, 1983, с.87.95

28. Горбунов Б.И.,Попов А.И. Влияние работы автобалансирующего устройства на шероховатость шлифованной поверхности. "Известия вузов", М.: Машиностроение, 1975, № II, с.170.172

29. Горбунов Б.И.»Степанов Ю.С. Напряженное состояние поверхностей деталей после шлифования неуравновешенным крутом. Сб. "Процессы и оборудование абразивно-алмазной обработки". М.: ВЗМИ, вып.З, 1979, C.3.I0.

30. ГОСТ 19534 —74 Балансировка вращающихся тел (термины), 45 с.

31. ГОСТ 3060-75 Круги шлифовальные. Допустимые неуравновешенные массы и методы их изменения, 53 с.

32. ГОСТ 22061-76 Система классов точности балансировки, 140 с.

33. Дарбинян В.Л. Исследование жесткости и виброустойчивости круг-лошлифовальных станков в направлении расширения их технологических ресурсов. Канд.дисс., (Закавказский филиал, ЭНИМС),1. М.: 1969

34. Добрынин С.А.,Филькин В.П. Исследование системы автоматического управления размерной настройкой бесцентровых шлифовальных станков с широким кругом. Сб. "Вопросы точности и надежности в машиностроении, М.: АН СССР, 1962, с.35.38

35. Добрынин С.А. К исследованию точности бесцентрового шлифования на станках с широким кругом. Труды ЙМА.Ш, Семинар по точности в машиностроении и приборостроении, вып.17, АН СССР, М.: 1963, с.54.69.

36. Добрынин С.А. Исследование точности бесцентровых шлифовальных станков с целью разработки систем управления. Диссертация, М.: 1963.

37. Дымшиц Е.С. Геометрические основы бесцентрового шлифования. Сб. "Точность изготовления подшипников", АН СССР, 1955,с.41.43

38. Дунин-Барковский И.В., Карташова А.Н. Изменения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. М.: Машиностроение, 1978, 232 с.

39. Зайцев В.М. Повышение точности и производительности бесцентро-вошлифовальных станков с широкими кругами путем оптимизацииих динамических характеристик. Кандидатская диссертация. М.:1. Мосстанкин, 1980.

40. Зайцев В.М., Хомяков В.С. Экспериментальное исследование вынужденных колебаний бесцентрового круглошлифовального станка. Сб. "Процессы и оборудование абразивно-алмазной обработки", вып.З. ВЗМИ, М.: 1979, с.103.ПО

41. Захаров В.П. Исследование неуравновешенности шлифовальных кругов в состоянии поставки и разработка средств их балансировки. Кандидатская диссертация. М.: МВТУ им.Баумана, 1973.

42. Захаров В.П. и др. Нормирование неуравновешенности шлифовальных кругов по допустимому уровню вынужденных колебаний в станке. Экспресс-информация "Абразивы", № I, НИЙМАШ, 1977, с.13.15.

43. Захаров В.П. и др. Новый стандарт на допустимые неуравновешенные массы шлифовальных кругов. Экспресс-информация "Абразивы", № 6, НИИМАШ, 1977, с.21.26

44. Евсеев Д.Г. Формирование свойств поверхностных слоев при абразивной обработке. Изд. Саратовского университета, 1975, с.12.15.

45. Капель А.П. Температурные деформации бесцентровошлифоваль-иых станков. Материалы докладов ХШ научно-технической конференции, вып.8, М.: ВЗПИ, 1969.

46. Караим И.П. Устройство для определения места установки уравновешивающих грузов при балансировке шлифовальных кругов. "Станки и инструмент" № I, М.: 1977,с.37.38.

47. Кедров С.М. Результаты исследования бесцентрового шлифования широкими кругами. В сб. "Основные вопросы высокопроизводительного шлифования", М.: Машгиз, 1960,с.17.19.

48. Кедров С.М. Условия обеспечения высокой точности при круглом шлифовании. Р.М. М.: ЭНИМС, 1966, с.18.21

49. Клочев 1.А. и др. Прибор для динамической балансировки шлифовальных кругов, Труды ЦНИИКИТААСД, М.: 1975, вып.65,с.68.70

50. Клебанов М.К. и др. Влияние виброактивности внутрипшифоваль-ных узлов на формирование геометрических погрешностей. В сб. "Совершенствование процессов финишной обработки в машиностроении", Шнек, 1975, с.212.213

51. Колосов 10.А., Народицкая Ю.И. Гидравлическое устройство для уравновешивания роторов. Авт.свидет. СССР № 189200, 1966

52. Колтунов И.Б. Исследование процесса наружного бесцентрового шлифования изделий с базированием на жестких опорах. Диссертация, М.: 1966.

53. Копыленко 10.В. Влияние параметров привода ведущего круга на процесс врезного бесцентрового шлифования. Диссертация. Мосстанкин, 1970.

54. Королев А.И. К вопросу о влиянии вида некруглости тел качения и колец на уровень вибрации подшипников. Научн.тр.Волго градского политехнического института. 1975, вып.6, с.221.225.

55. Котов Л.Ф. Влияние вибрации станка на некруглость при бесцентровом шлифовании. В сб. "Процессы и оборудование абразивно-алмазной обработки", М.: ВЗМИ, вып.2,1978, с.46.56

56. Корчак С.Н. Влияние дисбаланса круга и вибраций на процесс шлифования, М.: ЦИТЭИН, 1961

57. Котелевский В. 10. Автоматическое уравновешивание группы шпиндель-деталь в токарных станках. Кандидатская диссертация, М.: 1962

58. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967, 359 с.62