автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение производительности технологических систем роторного типа, оснащенных комбинированным инструментом

ВВЕДЕНИЕ.

РАЗДЕЛ I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЙ. ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИИ.II

1.1. Влияние концентрации операций на функционирование технологических систем роторного типа.II

1.2. Влияние вида инструмента на его стойкость и точность обработки.

1.3. Взаимосвязь параметров обрабатываемой детали с параметрами инструмента.

1.4. Цель и задачи исследований'.

РАЗДЕЛ 2. ВЛИЯНИЕ ВИДА ИНСТРУМЕНТА НА ЕГО СТОЙКОСТЬ И ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИИ.

2.1. Обоснование критериев точности диаметральных размеров отверстий.

2.2. Математическая модель упругих перемещений оси сверла в инструментальных блоках.

2.2.1. Модель упругих перемещений ступенчатого сверла.

2.2.2. Упругие перемещения оси одномерного сверла.

2.3. Аналитическое определение упругих перемещений оси сверла.

2.4. Исследование точности обработки отверстий на технологических системах роторного типа.

2.4.1. Методика проведения исследований.

2.5. Исследование стойкости инструмента и ее влия-' ния на частоту отказов технологической системы.

2.6. Повышение надежности обработки отверстий ступенчатыми сверлами.

2.7. Выводы.

РАЗДЕЛ 3. ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРЫ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОТВЕРСТИЙ С ПАРАМЕТРАМИ ИНСТРУМЕНТА.

3.1. Взаимосвязь параметров обрабатываемой детали с параметрами инструмента.

3.2. Структурно-логическая модель процесса формообразования поверхностей.

3.3. Влияние схемы резания на технологическую и цикловую производительность.

3.4. Выводы.НО

РАЗДЕЛ 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЖЯНИЯ ВИДА ИНСТРУМЕНТА НА

СТРУКТУРУ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ РОТОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

4.1. Общая характеристика функциональных связей ТС роторного типа.

4.2. Структурно-логическая модель принципиальной кинематической схемы технологического движения.

4.3. Модель принципиальной функционально-структурной схемы ТС.

4.4. Влияние конструктивных параметров ТС на производительность.

4.4.1. Влияние вида инструмента и способа обработки на длину кинематического и технологического цикла ТС.

4.4.2. Влияние вида инструмента и способа обработки на кинематику движения исполнительных органов ТС.

4.4.3. Влияние параметров технологического ротора на производительность ТС.

4.5. Влияние вида инструмента и способа обработки на ожидаемую производительность ТС.

4.6. Выводы.

РАЗДЕЛ 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ВНЕДРЕНИЯ.

5.1. Общая характеристика научных разработок, предлагаемых к внедрению.

5.2. Технико-экономические показатели нового способа обработки ступенчатых отверстий.

5.3. Экономическое обоснование нового способа обработки ступенчатых отверстий.

5.4. Результаты внедрения выполненных исследований.

5.5. Выводы.

Одним из путей повышения эффективности машиностроительного производства является его автоматизация на базе технологических систем (ТС) роторного типа. Такие системы имееют высокую степень автоматизации, что позволяет им обеспечить высокую производительность при одновременном сокращении производственных площадей, уменьшении числа рабочих и снижении себестоимости продукции.

Традиционно ТС данного типа оснащаются одномерным инструментом. Это ведет к увеличению длины технологической цепи, а следовательно, и к росту числа отказов и простою оборудования. Уменьшить длину технологической цепи возможно за счет концентрации переходов на базе комбинированных инструментов (КИ). Для ТС роторного типа характерна высокая степень концентрации операций, что при одновременной конценрации переходов ведет к росту силовых нагрузок на технологические роторы (ТР), а следовательно, и к снижению точности обработки. Кроме того, при обработке отверстий КИ снимается большой объем стружки. Это затрудняет ее транспортировку из зоны обработки и ведет к выкрашиванию режущих кромок инструментов, а иногда и к их поломке. Поломки инструментов вызывают простои оборудования, связанные с заменой инструмента. Отказы в работе ТС, связанные с работой КИ, ограничивают его применение.

Решение задачи повышения эффективности работы ТС возможно за счет применения КИ на основе новых способов обработки ступенчатых отверстий. В работе это достигается на основе методов математического моделирования рабочих процессов и структурного анализа ТС.

Актуальность решаемой задачи подтверждается тем, что на ТС обрабатываются около 75% поверхностей, имеющих форму отверстий, до 90% которых могут обрабатываться осевым КИ. Устранение отказов при работе осевым КИ гарантирует значительное повышение эффективности работы не только роторных машин, но и других видов оборудования, которые оснащаются данным видом инструментов.

Цель работы: повышение производительности обработки ступенчатых отверстий на технологических системах роторного типа, оснащенных комбинированным инструментом на основе нового способа обработки, устраняющего выкрашивание режущих кромок инструмента.

Для реализации поставленной цели необходимо решить такие задачи:

1. Определить влияние форм обрабатываемых поверхностей ступенчатых отверстий на конструктивные параметры осевых КИ и схемы резания.

2. Установить влияние вида инструмента на структуру технологической системы роторного типа.

3. Разработать математическую модель определения упругих перемещений оси одномерных и комбинированных инструментов.

4. Выполнить экспериментальные исследования по определению влияния вида инструмента (одномерного и комбинированного) на точность обработки отверстий.

5. Определить, экспериментально, влияние величины подачи и погрешности заточки КМ на точность обработки отверстий.

6. Разработать новый способ обработки ступенчатых отверстий, исключающий выкрашивание режущих кромок КИ при врезании второй и последующих ступеней КИ.

7. Выполнить, экспериментально, сравнение стойкости одномерных и комбинированных инструментов, работающих по существующему способу и по предложенному.

8. На базе структурно-логической; модели определить влияние схемы резания и способа .обработки на структуру ТС.

9. Установить влияние вида инструмента и схемы резания на технологическую и цикловую производительность.

10. Определить влияние конструктивных параметров технологического ротора и частоты его вращения на фактическую производительность технологической системы.

11. Определить влияние конструктивных параметров и режимов работы роторной линии на ее фактическую производительность.

12. Разработать рекомендации по проектированию технологических систем роторного типа на основе комбинированных инструментов, работающих по новому способу.

Методы исследований

Объектом исследований в диссертационной работе являются элементы, составляющие ТС роторного типа (инструмент, рабочие процессы, инструментальные блоки, технологические и транспортные роторы).

Предметом исследований являются функциональные связи между видом инструмента, способом обработки, производительностью и структурой ТС роторного типа.

Исследования проводились с использованием математических моделей, адекватность которых проверялась экспериментально.

Научная новизна выполненных исследований

I. Предложен и запатентован новый способ обработки ступенчатых отверстий, устраняющий выкрашивание режущих кромок КИ и повышающий стойкость инструмента, который основан на том, что движение стружки, выходящей из-под предыдущей ступени, в период врезания последующей, прерывается на время

78 1000 о

2. Установлено, что форма обрабатываемого ступенчатого отверстия определяет вид инструмента и схему резания, а следовательно, и производительность обработки, при этом количество возможных вариантов получения ступенчатого отверстия при комбинированной схеме резания пропорционально числу ступеней гс, т. е. Р = п!.

3. На основании математической модели принципиальной кинематической схемы технологического воздействия установлено, что предложенный способ обработки ступенчатых отверстий не оказывает влияния на кинематику технологического воздействия, т. е. на процесс формообразования - основную технологическую функцию системы.

4.На базе математической модели, определяющей функциональную связь между действительной производительностью и конструктивными параметрами технологического ротора, установлено, что увеличение частоты его вращения носит двойственный характер, с одной стороны ведет к росту производитеьности, с другой, исходя из динамических характеристик ротора, требует уменьшение его диаметра, а следовательно, снижение производительности.

Практическая ценность исследований:

- предложена модель упругих перемещений ступенчатых инструментов переменной жесткости, которая позволяет прогнозировать ожидаемую точность обработки ступенчатых отверстий, не прибегая к экспериментальным исследованиям;

- разработанный новый способ обработки ступенчатых отверстий КМ позволяет устранить попадание стружки под вторую ступень во время ее врезания, что исключает выкрашивание режущих кромок, а следовательно, обеспечивает повышение стойкости инструмента на 18%;

- оснащение ТС роторного типа КИ позволяет уменьшить число технологических, а следовательно, и транспортных роторов на вели-£ чину 2п - Производительность системы увеличивается на 6,3%, при уменьшении числа роторов на единицу;

- разработаны рекомендации по проектированию ТС роторного типа на базе КИ, которые используются на заводах угольного машиностроения Украины.

Связь работы с научными программами кафедры •

Выполненная работа является составной частью научных исследований, которые проводит кафедра:

- разработка теории проектирования комбинированных инструментов;

- развитие теории проектирования технологических систем непрерывного действия.

Публикации

Основное содержание работы отображено в 5 научных статьях и положительному решению на новый способ обработки ступенчатых отверстий комбинированным инструментом. Кроме того, результаты работы опубликованы в 5 тезисах конференций.

Личный вклад соискателя в опубликованных работах:

1. Михайлов А. Н., Малышко И. И., Ищенко А. Л. Структурно-логическая модель процесса формообразования поверхностей при обработке комбинированным инструментом на технологических системах непрерывного дейятвия // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Сб. науч. тр. - Донецк: ДонГТУ, 1995.- Вып.2.- С.56-61.

В статье соискателю принадлежит структурно-логическая модель процесса формообразования поверхностей.

2. Михайлов А. Н., Малышко М. И. Пути повышения надежности технологических систем непрерывного действия, оснащенных комбинированным инструментом// Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Сб. науч. тр. - Донецк: ДонГТУ, 1996.- Вып 3.- С.86-91

Соискателю принадлежит теоретическое обоснование и экспериментальная проверка нового способа обработки ступенчатых отверстий КМ, устраняющего выкрашивание режущих кромок.

3. Михайлов А. П., Малышко И. И. Заявка "СпосХб запоб1гання поломкам ступ1нчатого свердла" $ 96062307 от 11.06.96, пол. рХшення 05.02.97.

Соикателю принадлежит определение времени прерывания движения подачи перед врезанием второй и последующих ступеней КМ.

Апробация работы Основные положения и результаты работы докладывались на трек международных и двух научно - технических конференциях в г.г. Севастополе и Киеве.

Работа обсуждена и одобрена на научно-техническом семинаре кафедры "Металлорежущие станки и инструменты" ДонГТУ II июня 1998 г., протокол #19.

На основании данного анализа можно сделать выводы:

• оснащение ТСВД комбинированным инструментом позволяет повысить фактическую производительность на 24%. Увеличение числа технологических роторов ТС. а следовательно, и транспортных на единицу при одномерном инструменте, повышает цикловую производительность до уровня ТС работающую по новому способу, с меньшим числом роторов на единицу, однако фактическая производительность из-за отказов в кинематической цепи снижается на 8%;

предложенный способ обработки ступенчатых отверстий позволяет повысить его стойкость на 14,5% по сравнению с обработкой при ныне существующим способе. Характерно, что стойкость ступенчатых ■ сверл: при предложенном способе близка к стойкости одномерных.