автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение стойкости и точности резьбовых резцов на основе моделирования процесса резьбонарезания

На правах рукописи

003053719 Фомин Евгений Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ И ТОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ РЕЗЦОВ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РЕЗЬБОНАРЕЗАНИЯ

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

003053719

Работа выполнена в ГОУ Московский государственный технологический университет «Станкин» на кафедре «Инструментальная техника и технология формообразования»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Гречишников Владимир Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Верещака Анатолий Степанович доктор технических наук, профессор Клепиков Виктор Валентинович

Ведущее предприятие:

ОАО «МИЗ»

Защита состоится2-2- /Ч'200 ^года в ^часов^Аншут на заседании дис-

сертационного совета К 212.142.02 при ГОУ Московский государственный технологический университет «Станкин» по адресу 127994, Москва ГСП-4, Вадковский пер., д.За.

Отзыв по работе, заверенный печатью, в двух экземплярах просьба направлять по указанному адресу в диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ МГТУ «Станкин».

Автореферат разослан

Учёный секретарь диссертационного совета

Поляков Ю. П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нарезание резьбы сборными резцами с многогранными твердосплавными пластинами позволяет производить обработку изделий с высокой точностью (до 4-5 степени точности) и низкими параметрами шероховатости (Ra 3,2-6,3)- Оснащение резцов твердосплавными пластинами и возможность автоматизации цикла резьбонарезания на современных станках с ЧПУ обеспечивает высокую производительность данного способа, причем с ухудшением обрабатываемости материала нарезаемой детали его относительная производительность возрастает.

Исследованию вопросов нарезания резьбы резцами посвящены работы В.Ф. Боброва, Г.И. Грановского, Б.М. Пушмина, A.B. Моисеева, Е.М. Орлова и многих других ученых. В частности, изучение процесса изнашивания и разрушения резьбовых резцов, определение стойкости твердосплавных резьбовых пластин выполнялось в работах А.Н. Конкина, В.Г. Болотникова, A.C. Верещаки. Данные исследования направлены на повышение надежности твердосплавного инструмента на основе оценки его качественных характеристик и нанесения износостойких покрытий.

Исследования точности параметров резьб, получаемых при нарезании резьбовыми резцами, проводились в работах Г.Э. Таурита, С.С. Добрянского, В.Н. Сулей-манова, В.Г. Якухина, В.П. Ефимова. Данные исследования были ориентированы на установление факта и причин формирования диаметральных погрешностей обработки резьбы резьбовыми резцами. Задача устранения этих погрешностей или не ставилась, или решалась в формате компенсации одних погрешностей обработки посредством других. В частности, компенсация погрешностей шага резьбы АР и половины угла профиля Да/2 за счет изменения среднего диаметра резьбы Дс12. Погрешности обработки резьбы резьбовыми резцами с однопрофильными пластинами, как результат воздействия динамических факторов процесса на точность параметров резьбы были рассмотрены в работах A.C. Ямникова, С. Г. Гамова.

Некоторые вопросы нарезания резьбы резцами с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами были изучены не полностью и требу-

ют дополнительного исследования: установление способа для уменьшения влияния ударной нагрузки на стойкость и точность работы резьбовых резцов при обработке резьбы на прерывистых поверхностях; определение эффективности резьбовых пластин с износостойкими покрытиями для увеличения стойкости инструмента при нарезании резьбы на деталях из труднообрабатываемых материалов; установление функциональных зависимостей между изменениями, происходящими в технологической системе и погрешностями элементов профиля резьбы и их количественная оценка; выявление способов уменьшающих или устраняющих погрешности, оказывающие наиболее существенное влияние на точность изготовления резьбы; особенности динамики процесса нарезания резьбы резцами с многопрофильными пластинами.

Решение данных вопросов применения резьбовых резцов с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами является актуальной задачей, поскольку позволяет повысить стойкость инструмента и точность процесса нарезания резьбы.

Целыо работы является повышение стойкости и точности резьбовых резцов с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами.

Для достижения поставленной цели нужно решить следующие задачи:

- анализ и исследование конструкций сборных резьбовых резцов с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами для определения возможности усовершенствования конструкции инструмента и повышения точности нарезания резьбы;

- выявить особенности процесса нарезания резьбы резцами с многогранными твердосплавными пластинами с целью определения факторов влияющих на стойкость инструмента и точность изготовления деталей с резьбовой поверхностью;

- разработать систему автоматизированного расчета теоретического профиля резьбы и возникающих погрешностей при нарезании резьбы резцом в технологической системе;

- выработать рекомендаций по корректировке профиля резьбового резца с твердосплавными пластинами, расчет величины допусков на геометрические параметры

инструмента и параметры его установки.

Методика исследований. Основным методом в работе является расчетно-аналитический метод исследования процесса нарезания резьб и инструмента для его осуществления с разработкой программного обеспечения на языке Delphi7. Это позволяет выявить причины, приводящим к тем или иным погрешностям на изделии, установить функциональные зависимости между причиной и погрешностью ею вызываемой, тем самым оценить количественно возникающие погрешности. Также производится оценка конструктивных параметров инструмента, кинематических, силовых и эксплуатационных факторов процесса.

Научная новнзна работы состоит в:

• математических зависимостях, учитывающих влияние смещения вершины и передней поверхности резьбового резца с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами относительно заданных координатных осей в системе "инструмент-изделие" на точность профиля, среднего диаметра и шага обрабатываемой резьбы;

• значениях тангенциальной составляющей силы резания Pz в текущий момент времени процесса нарезания резьбы резцами с многопрофильными пластинами, в том числе на входе и выходе инструмента;

• теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении отрицательного влияния ударной нагрузки на стойкость и точность работы резьбовых резцов хгри обработке резьбы па прерывистых поверхностях и способе уменьшения этого влияния путем обеспечения равномерной нагрузки на режущие кромки инструмента.

Практическая ценность работы состоит в:

• возможностях корректировки профиля резьбового резца с твердосплавными пластинами и назначению допусков на геометрические параметры инструмента с целью обеспечения заданной точности резьбы с использованием системы автоматизированного расчета;

• использовании резьбового резца с поворотной державкой для решения задач повышения точности нарезания резьбы и повышения стойкости инструмента.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены на конкурсе-выставке "КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИНЖИНИРИНГ", проведенный в рамках XXIX Гагаринских чтений (Москва, 2003г.) и получила 3-е место по разделу "Работы молодых специалистов", на международных научно-технических конференциях "Инструментальные системы - прошлое, настоящее, будущее" (Тула, 2003г.), "Конструкторско-технологическая информатика - 2005" (Москва, 2005г.), "Новые материалы и технологии" - НМТ-2006 (Москва, 2006г.) и заседаниях кафедры "Инструментальная техника и технология формообразования" МГТУ "Станкин".

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, получен патент на конструкцию инструмента.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Материал диссертации изложен на 211 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 97 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работ, даётся её общая характеристика.

В первой главе дан анализ современного состояния проблемы, сфомулирова-ны цели и задачи исследования.

В главе приведен обзор основных работ в области технологии изготовления резьбовых поверхностей и проектирование резьбовых резцов, выполненных Орловым Е. М., Конкиным А. Н., Моисеевым А. В., Добрянским С. С., Пушминым Б. М., Сулеймановым В.Н., Якухиным В. Г., Бобровым В. Ф. и другими.

Анализ исследований в области нарезания резьбы резцами показывает, что наибольшее количество этих работ выполнялось с целью выявления конструктивных и эксплуатационных особенностей инструментов традиционных составных конструкций. При этом работы, специально посвященные исследованиям резьбовых резцов немногочисленны, а ряд вопросов, в частности, по точности нарезания резь-

бы и обеспечения необходимой стойкости инструмента, требуют дополнительного изучения.

На основе обобщения, анализа литературных данных и опыта промышленного применения резьбовых резцов с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами определена цель и сформулированы основные задачи работы.

Во второй главе производятся исследования условий работы резцов для нарезания резьбы, которые позволили выявить некоторые особенности этого процесса.

При обработке наружных резьб, наиболее перспективными являются сборные конструкции резьбовых резцов, позволяющие использовать как однопрофильные, так и многопрофильные твердосплавные пластины, с механизмом крепления режущей пластины через фасонное отверстие с коническим (профильным) и цилиндрическим участками, предусматривающим использование винта с конической головкой, ось которого эксцентрична относительно оси отверстия пластины.

Исследование геометрических параметров резьбового резца в процессе нарезания резьбы позволили сделать вывод о том, что необходима эффективная регулировка резьбовой пластины относительно обрабатываемой резьбовой поверхности. Использование для этих целей регулировочных подкладок ограничивает технологические возможности резьбовых резцов и увеличивает вспомогательное время обработки. Поэтому была разработана конструкция резьбового резца с поворотной державкой (рис. 1).

Конструкция инструмента позволяет производить наклон резьбовой пластины относительно обрабатываемой поверхности на угол в диапозоне от 0 до 45°, как по часовой стрелке, так и против нее. Таким образом, имеется возможность нарезания правой и левой резьбы. Вместе с этим, при любом угле поворота ю державки резьбового резца, вершина резьбовой твердосплавной пластины остается в осевой плоскости обрабатываемого изделия.

Разработана система автоматизированного расчета угла поворота со державки резьбового резца в зависимости от параметров нарезаемой резьбы: наружного диаметра (I, шага Р и числа заходов п, по которым определяется угол подъема резьбы ц/.

Реализация разработанной системы выполнена в среде Delphi7 для операционной системы Windows.

а -е-

1

Вий А

5

Рис.1. Конструкция резьбового резца с поворотной державкой: 1 — корпус резьбового резца; 2 — державка с резьбовой твердосплавной пластиной 3; 4 - винт крепления резьбовой пластины; 5 - пружина; 6 - шайба; 7 - гайка зажимная

Анализ условий работы резьбовых резцов с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами позволил сделать следующие выводы об особенностях выхода из строя инструмента данного типа:

- изнашивание резьбовой пластины по задним поверхностям сопровождается изменением профиля и размеров нарезаемой резьбы, а наличие выкрашиваний и сколов на режущих кромках способствует увеличению шероховатости обрабатываемой поверхности, поэтому данные вопросы требуют дополнительного изучения;

- стойкость многопрофильных твердосплавных пластин во многом зависит от работоспособности чернового зуба, то есть он определяет условия работы последующих зубьев;

- наиболее часто максимальные значения износа наблюдаются на задней боковой вспомогательной поверхности первого чернового зуба многопрофильной пластины, причем, критическая величина износа не должна превышать 0,25-Ю,3 мм;

- твердосплавные резьбовые пластины выходят из строя не только вследствие естественного изнашивания контактных поверхностей, но и из-за хрупкого разрушения режущей части, которое наблюдается чаще при нарезании упорных резьб и реже — метрических. Опасность хрупкого разрушения возрастает при нарезании деталей из высокопрочных материалов и при использовании твердых сплавов с меньшим содержанием кобальта. При этом отделение разрушенного материала происходит вдоль задней поверхности резца. При нарезании метрической резьбы чаще всего разрушается задняя поверхность у вершинной режущей кромки.

В третьей главе проведены исследования по определению сил резания при нарезании резьб резьбовыми резцами с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами.

В результате анализа работ, посвященных теоретическому и экспериментальному определению составляющих силы резания процесса нарезания резьбы резцами выявлено, что полученные формулы для вычисления тангенциальной составляющей силы резания, в большинстве своем, имеют классический вид степенной зависисмо-сти и ограниченны в применении. Исследования данного вопроса, при использовании резьбовых резцов с многопрофильными твердосплавными пластинами, не проводились.

В основу принятой методики определения силы резания Р2 при использовании резьбовых резцов с многопрофильными пластинами положено суммирование сил на всех режущих кромках зубьев пластины, каждая из которых определяется произведением рабочей длины лезвия I на удельную силу резания р . Геометрическая модель вырезания профиля резьбы резцом с многопрофильной пластиной на /-ом проходе представлена на рис. 2. В результате, полученная формула для определения тангенциальной силы Рг на г-ом проходе будет иметь вид:

Р2= Е Ксд-рк8 I ьср^-ыгР сры, (1)

/С=1 П=1

где Ксл - коэффициент сложности формирования стружки; р ^ - линейная удельная сила резания для вершинной режущей кромки пластины к-го зуба; 1ь, — рабочая длина каждой из режущих кромок пластины (индекс к обозначает номер зуба

Рис.2. Геометрическая модель нарезания резьбы резцом с многопрофильной пластиной на ¿-ом проходе: 1 — обрабатываемое изделие; 2 — многопрофильная пластина

Таблица 1. Анализ полученной формулы по определению тангенциальной составляющей силы резания___

Условия обработки Экспериментальные значения силы резания Р2 Расчетные значения силы резания Р7 для калибрующего зуба пластипы (г = 3) Погрешность расчета, Л %

1. Обрабатываемый материал: 1X13, скорость резания: 51 м/мин

- = 0,56 мм; $ъз1= 0Д4 мм Р21ЭкпсР=550Н Рар=587Н Дх = 7 %

- 1гг = 0,9 мм; Бь 32 = 0,14 мм Р72 9к-„ср= 74011 Р22 р 806 Н Аг = 9%

- Ъз = 1,08 мм; $ьзз = 0,14 мм Ргз Эклер = 830 Н Р23 р= 918 Н А1 = 10 %

2. Обрабатываемый материал: 28ХЗСНМВФА, скорость резания: 39 м/мин

- = 0,56 мм; $ьз1= 0,14 мм Р21Экпср=590Н Р21Р=652Н Да = 11%

- Ьг = 0,9 мм; Бьзг = 0,14 мм Ргг Эклер = 835 Н Р22 р= 889,5 Н А! = 7 %

- ^з = 1,08 мм; Бьзз = 0,14 мм Ргз эклер = 980 Н Рхз р= 1067 Н А! = 9 %

Нарезаемая резьба: М45х2. Материал режущей пластины: Т15К6, тип режущей пластины: многопрофильная пластина с числом зубьев на каждой грани ъ = 3, е = 60°. Геометрические параметры инструмента: у = 0°, а = 8°. *[в работе Орлова Е.М.]

пластины, индекс п — режущую кромку на к-ом зубе пластины); (ркп — углы наклона профиля резьбы, определяемые как углы, заключенные между нормалью к оси резьбы и режущей кромкой в плане; Бь к1 - радиальная подача врезания на /-ом проходе для к-го зуба пластины.

Достоинством предложенной формулы является то, что для определения силы Р2 при нарезании резьбы любого профиля, шага и на любом проходе резца при обработке заданного материала необходимо провести всего две серии экспериментов по определению линейной удельной силы резания р и коэффициента сложности формирования стружки Ксл.

В таблице 1 приводятся результаты проверки полученной формулы (1) для определения тангенциальной составляющей силы резания. Для этого выполняется расчет силы резания Р2, действующей на калибрующий зуб режущей пластины, при различных условиях его работы (табл.1). Полученные расчетные значения силы резания сравниваются с их экспериментальными значениями, при соответствующих условиях обработки. Анализ и обработка результатов расчетов позволяют сделать вывод о том, что формула (1) дает возможность оценивать значения тангенциальной силы резания Р/ с погрешностью не более 10*45%.

Для определения эффективности работы резьбовых резцов с применением регулировки режущих элементов и обеспечения точности обрабатываемой резьбы были выполнены экспериментальные исследования характера изменения тангенциальной составляющей Р? силы резания в процессе нарезания резьбы М45хЗ на прерывистой поверхности (наличие шпоночного паза шириной Ь = 8 мм).

На рис. 3, а показан характер изменения тангенциальной составляющей Рг в рамках отдельно рассматриваемого 5-го прохода резьбового резца по длине обрабатываемой резьбы I при различных скоростях резания Уь \'2, У3. На установившейся стадии процесса резьбонарезания изменение тангенциальной составляющей Р2 силы резания происходило скачкообразно и принимала следующие значения: ДР/л = 190 Н (при VI = 14,1 м/мин); ДР7, = 160 Н (при \'2 = 28,3 м/мин); ДР7з = 135 Н (при V, = 44,5 м/мин), что обусловлено действием ударной нагрузки.

Наличие описанных особенностей процесса нарезания резьбы сказывается на точности обработки. Колебание значений составляющей Р7 силы резания в рамках отдельного прохода резьбового резца приводит к упругим отжатиям инструмента в тангенциальном направлении и, как следствие, к погрешностям обработки.

О 5 10 1В 20 25 30 35 40 45 50 I мм 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 I, мм а б

Рис.3. Закономерность изменения величины тангенциальной составляющей Рг силы резания в процессе обработки резьбы М45хЗ на изделиях с прерывистыми поверхностями в рамках отдельно рассматриваемого /-го прохода (I - общая длина резьбы): а - без регулировки режущих элементов инструмента; б — с применением регулировки режущих элементов инструмента

На рис. 3, б показана закономерность изменения тангенциальной составляющей Р2 на 5-м проходе резьбового резца по длине обрабатываемой резьбы / при различных скоростях резания Уь У2 , У3. В результате наклона режущей пластины инструмента относительно профиля резьбы на угол X наблюдается уменьшение диапазона колебаний значений тангенциальной составляющей Р2 силы резания в процессе обработки рассматриваемой резьбы в 1.5+1.8 раза. Это объясняется плавным выходом режущих кромок инструмента из контакта с материалом заготовки и их постепенным врезанием при обработке резьбы на прерывистых поверхностях.

Полученные экспериментальные данные показывают, что использование резьбовых резцов с применением регулировки режущей пластины при нарезами резьбы на

прерывистых поверхностях улучшает условия работы инструмента. Это приводит к повышению качества резьбовых изделий по параметрам точности: снижению дефектов, связанных с увеличением среднего и внутреннего диаметров резьбы, увеличением ширины профиля выступа, имевшие место на резьбовых деталях, полученных традиционным способом.

В четвертой главе проводится анализ основных параметров точности резьбового профиля, расчет и сравнение погрешностей возникающих при обработке резьбы резцами.

При многопроходном нарезании резьб резцами с твердосплавными однопрофильными и многопрофильными пластинами точность резьбы зависит от многих факторов: погрешности геометрии станка (конусность и другие погрешности формы), погрешности настройки на размер и установки инструмента относительно обрабатываемого изделия, размерного износа инструмента, тепловых деформаций технологической системы и колебания упругих деформаций технологической системы под действием сил резания, меняющих свою величину при колебании припуска, твердости заготовки, затуплении резца.

Погрешности изготовления резьбового профиля непосредственно характеризуют отклонения элементов резьбы от теоретических ее значений. К таким элементам относятся: d (D) - наружным диаметром, d2 (D2) _ средним диаметром, dj (DO -внутренним диаметром, Р - шагом резьбы и а - углом профиля (и его расположением относительно перпендикуляра к оси резьбы). Главными, из которых, являются средний диаметр, шаг резьбы и угол профиля. Именно эти параметры определяют качество сопряжения винтовой пары.

При определении точности резьбы необходимо знать параметры ее теоретического профиля и предельные отклонения этих параметров. С этой целью была разработана система автоматизированного расчета теоретического профиля резьбы, реализация которой выполнена в среде Delphi7 для операционной системы Windows.

Данная система позволяет в автоматическом режиме определять теоретический профиль резьбы и его предельные отклонения, обладая при этом наглядностью и сокращением времени на получение результата. Полученные результаты могут быть

представлены в графическом виде в параметрической системе T-Flex CAD 3D и используются для расчета погрешностей резьбового профиля, возникающих под влиянием различных факторов.

В общем случае на качество и точность изготовления деталей с резьбовой поверхностью оказывают влияние погрешности элементов технологической системы отдельно и в целом, степень влияния которых различна. В результате проведенного графо-аналитического анализа погрешностей, возникающих в технологической системе при нарезании резьбы резцами, получены функциональные зависимости, которые устанавливают их связь с погрешностями элементов резьбы, а также дают количественную оценку по влиянию на точность размеров и качество нарезаемой резьбы.

Проведенные в работе расчеты по определение погрешностей нарезаемой резьбы и их анализ дают возможность сделать следующие заключения:

— Смещения вершины резьбового резца вдоль оси ОХ, вызванные его упругими отжатиями на стадии врезания процесса обработки резьбы (рис.4), будут вызывать

погрешности среднего диаметра, если условие Ах < (для метрической резьбы)

не выполняется. Очевидно, что вероятность возникновения данной погрешности больше на последних проходах, поскольку припуск на обработку а меньше.

Рис.4. Задание координатных осей в системе «резец — деталь»: а — для резьбового резца с однопрофильной пластиной; б - для резьбового резца с многопрофильной пластиной

а

б

Для резьбы М45хЗ^ при регламентированном припуске на последнем проходе а = 0,08 мм, допустимое смещение Ах = 0,046 мм. Максимально допустимое смещение вершины резьбового резца вдоль оси ОХ, при котором погрешность среднего диаметра лежит в пределах его допуска Ахт=±0,189 мм (по отношению к номинальному значению среднего диаметра). Дальнейшее увеличение значения Ах приводит к тому, что величина среднего диаметра выходит за пределы допуска. Так, при Ах =±0,200 мм погрешность среднего диаметра Дс^ = 0,266 мм, тогда с121шп = 42,785, что не соответствует допустимому значению с12т1Пд(ш=42,803. Данный вид погрешности оказывает существенное влияние на точность нарезаемой резьбы.

- Смещение вершины резьбового резца вдоль оси ОУ, вызванное погрешностью изготовления пластины или погрешностью ее базирования в корпусе инструмента, приводит к изменению величины среднего (12 и внутреннего <11 диаметров. При изменении положения вершины резца на величину Ау (в направлении противоположном его поперечной подаче) получаем положительное приращение диаметров. Поскольку номинальные значения диаметров больше их максимально допустимых значений, то есть ¿2ц0м > сЬщ.тх, ¿1пом >с11тах, поэтому любое отклонение от номинальных значений в сторону увеличения приводит к возникновению недопустимой погрешности диаметров для данной резьбы. Например, для резьбы М45хЗ^ при Ду=0,100 мм, получаем с12=43,251, (1! = 41,952 при с12тах =43,003 и <11тах= 41,704.

При изменении положения вершины резца на величину —Ду (в направлении его поперечной подачи) приращение диаметров будет отрицательным, а максимально допустимое смещение Дут = - 0,124 мм (по отношению к номинальному значению среднего диаметра), минимально допустимое значение внутреннего диаметра с^тщ не нормируется и ограничивается формой вершины резьбового резца.

- При смещении вершины резьбового резца вдоль оси 07., в результате влияния угла подъема резьбы погрешность выражается в нарушении правильности расположения профиля, обе половины угла профиля получают равные, но противоположные по знаку приращения: при положительном смещении Дг, левая сторона профиля получает положительное приращение Д1ое/2, а правая - отрицательное

А2а/2. Так, погрешность угла профиля метрической резьбы М45хЗ^ при смеще-

15

нии Az = 0,200 мм, равна Aja/2 = -A2a/2 = 0,7 мин, то есть для данной резьбы в рассматриваемом диапазоне смещений Дг погрешность половины угла профиля а/2 настолько мала, что ей можно пренебречь.

Эта погрешность будет сказываться при нарезании резьб малого диаметра с большой глубиной профиля или многозаходной резьбы. Например, для резьбы М20х4 при том же смещении Az = 0,200 мм, погрешность половины угла профиля уже будет равна Да/2 = 5,4 мин (допустимо для резьб 3 степени точности), а для резьбы МЮхЗ при Дг = 0,200 мм, Да/2=19 мин (допустимо для резьб 5 степени точности).

— Для создания благоприятных условий резания, резьбовому резцу назначается передний угол у, при этом происходит поворот его передней поверхности относительно оси ОХ. У резцов с пластинами из твердых сплавов значение переднего угла, как правило, не превышает 10°. Расчеты показывают, что даже при больших значениях величины Дфх, возникающие погрешности половины угла профиля резьбы Да/2 невелики и допустимы при нарезании крепежной резьбы. Но, когда производится обработка резьбы 6 степени точности и выше, необходимо выполнять коррек-ционный расчет профиля передней поверхности резьбового резца. Так, для резьбового резца с передним углом у = 10°, углы наклона боковых режущих кромок будут равны: oci/2 = 29°26'; а2/2 = 30°34'.

— Погрешности угла профиля резьбы Да/2 и среднего диаметра Лс12 при повороте передней поверхности резца относительно оси ОУ на величину Дфу = \)/2 имеют малые значения и элементы резьбового профиля изменяются в рамках допустимых значений.

— Поворот передней поверхности резца относительно оси OZ непосредственно отражается на угле профиля а резьбы. Обе половины угла профиля получают равные и противоположные приращения. Так, при нарезании метрической резьбы M45x3-6g, допустимое значение поворота Дф?л1и = 35 ', а^2 = 29° 25', а2/2 = 30° 35'. Таким образом, данный вид погрешности настройки резьбового резца оказывает

существенное влияние на изменение угла профиля резьбы, особенно при изготовлении точных резьб.

- При нарезании резьбы сборными резцами с твердосплавными пластинами на точность обработки влияют погрешности изготовления резьбовой пластины и погрешности ее позиционирования в корпусе инструмента. Допуски на отклонение основных параметров резьбовых пластин составляют: Td = ± 0,025 мм, Ts - ± 0,025 мм, А Те = ±20 мин (d — диаметр вписанной окружности пластины, 5 - толщина пластины). Также необходимо обеспечить точность позиционирования пластины в корпусе резца при ее повороте или замене, которая определяется величиной ± 0,015 мм.

Изменение геометрических параметров многопрофильной резьбовой пластины оказывает существенное влияние на параметры резьбового профиля и его форму. Отклонение шага Рт зубьев резьбовой пластины в сторону увеличения или уменьшения вызывает расширение впадины резьбы, а следовательно и изменение её среднего диаметра. Так, при нарезании резьбы M45x3-6g резцом с многопрофильной пластиной допустимое отклонение шага АРт = ± 0,072 мм.

Для определешм влияния тех или иных элементов технологической системы на точность нарезаемой резьбы, а также для получения рекомендаций по корректной эксплуатации резьбовых резцов с твердосплавными пластинами разработана система автоматизированного расчета погрешностей резьбового профиля, реализация которой выполнена в среде Delphi7 для операционной системы Windows.

В пятой главе рассматриваются особенности работы резьбовых резцов при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов. Составлены рекомендации для корректной эксплуатации резьбовых резцов при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов, к которым относятся: выбор материала и геометрических параметров рабочей части резьбовых резцов; назначение соответствующих режимов резания; определение схем резания и количество рабочих проходов инструмента.

В данной работе проводятся сравнительные испытания режущих пластин с износостойкими покрытиями TiN и (TiZr)N и без покрытия, а также оценивается эффективность их применения при обработке специальных хладостойких сталей марки 12ХН2МД (АБ1). Исследования показывают, что износ пластин с покрытием TiN

после 15 мин работы был меньше износа пластин без износостойкого покрытия в 2,3 раза, а с покрытием (ТЕг)К - в 2,9 раза (рис.5). Следует отметить, что испытанные покрытия повышают стойкость режущих пластин при обработке различных материалов (например, при обработке стали 3 с твердостью 98... 131 НВ покрытие (ТЕг)К повышает стойкость пластин в 1,7 раза, а покрытие "ПЫ — в 2,0+2,5 раза).

Рис.5. Зависимость износа /г от времени х для режущих пластин:

—О— - для пластин без покрытия;

—О— " с износостойким покрытием ТЧТЧ;

—Д— - с износостойким покрытием

Таким образом, использование износостойких покрытий позволяет сократить расходы на приобретение режущих пластин для резцов с механическим креплением. По полученным данным можно оценить экономическую эффективность применения износостойких покрытий. Не смотря на то, что пластины с износостойкими покрытиями стоят дороже, применять эти пластины выгоднее, так как их период стойкости превышает период стойкости пластин без покрытий, поэтому число пластин с износостойкими покрытиями необходимое для работы на определенном промежутке времени значительно меньше числа пластин без покрытий. Общая сумма затрат на пластины с износостойкими покрытиями получается меньшей.

При нарезании резьбы на станках с ЧПУ, в автоматизированном режиме, износ инструмента может сказаться на том, что изделия, полученные в начале цикла рабо-

18

ты резьбового резца, будут отличаться от изделий, полученных в конце его работы. Это отличие заключается в разности диаметральных размеров резьбового профиля изделий. Поэтому необходимо вести контроль за процессом работы резьбового резца и своевременно производить замену пластины до наступления ее критического износа, который может непосредственно повлиять на показатели качества обрабатываемых резьб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработанная математическая модель для определения корректировки профиля инструмента и параметров его расположения относительно изделия позволяет уменьшить погрешности, возникающие при обработке резьбы резцами с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами.

2. Проведенный графо-аналитический анализ данной модели позволил получить функциональные зависимости между погрешностями элементов технологической системы и профиля резьбы, которые дают количественную оценку по влиянию на точность размеров и качество нарезаемой резьбы:

- в суммарной погрешности по среднему диаметру резьбы с12 в технологической системе, предельные погрешности настройки инструмента Ау составляют 80%. Так, при нарезании резьбы М45хЗ-б£ в результате погрешности Ду = 0,050 мм, получаем изменение величины среднего и внутреннего диаметров с12 = 43,151, с! 1 = 41,852 при их допустимых значениях с12тах= 43,003 и с!1шах = 41,704;

- суммарная погрешность половины угла профиля резьбы а/2 определяется предельными погрешностями настройки инструмента Дг и Дфг (70-5-80%) и при нарезании резьбы М45хЗ^ допустимое значение погрешности Аф7л1ах = 35 мин, но при обработке резьбы выше 6 степени точности, необходимо выполнять коррекци-онный расчет профиля передней поверхности резьбового резца;

- накопленные и периодические погрешности шага резьбы Р в основном определяются погрешностью геометрии станка (80+90%), но при обработке резьбы резцами с многопрофильными пластинами на точность шага Р оказывает влияние и ин-

струмент. Например, при нарезании резьбы М45хЗ^ допустимая погрешность шага зубьев многопрофильной пластины ЛРПЛ = ±0,072 мм.

3. Предложен способ, обеспечивающий равномерную нагрузку на боковых режущих кромках инструмента, в результате этого была разработана конструкция резьбового резца с поворотной державкой, которая позволяет производить наклон резьбовой пластины относительно обрабатываемой поверхности в широком диапазоне значений — ± 45°, с малой дискретностью. Данная конструкция резца дает возможность эффективной регулировки резьбовой пластины, что расширяет технологические возможности инструмента.

4. Использование геометрической модели нарезания резьбы резцами с многопрофильными пластинами позволяет определять суммарную нагрузку на режущие элементы инструмента от силы резания Р7 с погрешностью не более 10-И 5%. При обработке резьбы М45х2 на заготовке из стали 1X13 экспериментальное значение тангенциальной составляющей силы резания на последнем проходе инструмента равно Рг»спср = 830 Н, при этом её расчетное значение, определенное по установленной зависимости для тех же условий резания, составляет Ргр = 918 Н (погрешность расчета ДР = 11%).

5. В результате экспериментальных исследований выявлена эффективность способа для равномерного распределения нагрузки на боковые режущие кромки инструмента в процессе обработки резьбы на изделиях с прерывистой поверхностью (шпоночный паз) при наличии ударной нагрузки, которая заключается в снижении диапазона колебаний тагенциалыюй составляющей Р2 силы резания в 1,5-5-1,8 раза в рамках отдельного прохода резьбового резца.

Нарезание резьбы М45хЗ, имеющей шпоночный паз шириной Ь = 8 мм, характеризуется наличием ударной нагрузки и вызывает наибольшие изменения значений тангенциальной состаляющей силы резания в рамках 5-го прохода ДР7.5 = 135 Н. В результате применением регулировки инструмента на угол X = 1,5°, наблюдается снижение диапазона колебаний значений силы резания Р2 и составляет ДР2 5 = 75 Н.

6. Компенсация динамических погрешностей при обработке резьбы резцами позволяет управлять точностью формирования диаметральных размеров и шага

20

резьбы. При нарезании резьбы M45x3-6g, за счет снижения динамических погрешностей, обеспечивается точность её изготовления: уменьшается величина систематических погрешностей обработки и полей рассеивания значений среднего и внутреннего диаметров на 20 % и шага резьбы обработанных изделий на 5 %.

7. В результате теоретических и экспериментальных исследований выявлена высокая эффективность использования износостойких покрытий TiN и (TiZr)N при нарезании резьбы на изделиях из специальных хладостойких сталей марки 12ХН2МД (АБ1). Это отражается не только на увеличении периода стойкости резьбовой пластины - с износостойким покрытием TiN в 1,7 раз; с износостойким покрытием (TiZr)N в 2,0-^2,2 раза, но и на улучшении качества резьбы.

8. С целью обеспечения необходимой стойкости режущего инструмента и точности нарезания резьбы в заданном технологическом процессе разработано программное обеспечение, которое позволяет определять теоретический профиль резьбы и погрешности её обработки сборными резцами с твердосплавными пластинами с учетом влияния элементов технологической системы. Реализация программы выполнена в среде Delphi7 для операционной системы Windows. Полученные результаты могут быть представлены в графическом виде в параметрической системе T-Flex CAD 3D.

9. Результаты диссертационной работы в виде комплекса программ переданы для использования в учебном процессе кафедры "Инструментальная техника и технология формообразования" МГТУ "Станкин", а также на предприятие ОАО "МИЗ" в виде рекомендаций по проектированию резьбового резца с поворотной державкой для решения задач повышения точности нарезания резьбы и повышения стойкости инструмента.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Гречишников В. А., Фомин Е. В. Исследование упруго-напряженного состояния элементов резьбового резца.// Конструкторско-технологическая информатика -2005: Труды конгресса. V международный конгресс. - М.: ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», «Янус-К» 2005,- С.165.

2. Гречишников В. А., Фомин Е. В. Анализ разрушения и износа СМП из твердых сплавов при нарезании резьбы.// Научно-технический журнал СТИН. Москва. 2005. №9. С.З.

3. Гречишников В. А., Фомин Е. В. Точность резьбы, погрешности, возникающие при нарезании резьбы резцами с твердосплавными пластинами.// Известия ТУ ЛГУ. Серия машиностроение. Выпуск 2. Инструментальные системы — прошлое, настоящее, будущее. Труды международной научно-технической конференции, посвященной 100 — летию со дня рождения С.С. Петрухина, 1-3 октября 2003 г. - Тула: ТУЛГУ, 2003. С.63.

4. Гречишников В. А., Фомин Е. В. Определение погрешностей базирования твердосплавных резьбонарезных пластин в корпусе инструмента.// Известия ТУЛГУ. Серия машиностроение. Выпуск 2. Инструментальные системы - прошлое, настоящее, будущее. Труды международной научно-технической конференции, посвященной 100 — летию со дня рождения С. С. Петрухина, 1-3 октября 2003 г. - Тула: ТУЛГУ, 2003. С.71.

5. Фомин Е. В. Формирование базы данных на погрешности, возникающие при обработке резьбы твердосплавными резьбовыми пластинами.// Конкурс-выставка "КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИНЖИНИРИНГ" в рамках XXIX Гагаринских чтений. Раздел "Работы молодых специалистов". Москва. 2003.

6. Фомин Е. В. Особенности работы резьбовых пластин при обработке деталей из труднообрабатываемых деталей.// Известия ТУЛГУ. Серия машиностроение. Выпуск 2. Инструментальные системы - прошлое, настоящее, будущее. Труды международной научно-технической конференции, посвященной 100 — летию со дня рождения С.С. Петрухина, 1-3 октября 2003 г. - Тула: ТУЛГУ, 2003. С.101.

Подписано в печать 18.01.2007

Формат 60x90'/i6 Бумага 80 гр/м2 Гарнитура Times

Объем 1,5 п.л. Тираж 50 экз. Заказ № 3

Отпечатано в Издательском Центре ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Лицензия на издательскую деятельность ЛР №01741 от 11.05.2000 127055, Москва, Вадковский пер., д.За

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ конструкций резьбовых резцов с однопрофильными и многопрофильными пластинами и способы их крепления

1.2. Классификация основных видов резьб и требования по точности их изготовления

1.3. Выбор материала режущей части резьбовых резцов

1.4. Определение оптимальных геометрических параметров резьбовых резцов

1.5. Исследования в области нарезания резьбы резцами

Резьба в машиностроении имеет широкое распространение и используется как для крепежных деталей, так и для механизмов передающих движение. Расширение области применения резьбы и диапазона инструментов для ее изготовления привело к повышению требований к точности резьбы и, как следствие, к появлению высокоточных методов для ее получения.

Для образования резьбовых поверхностей резанием используют различные способы: нарезание резцом, гребенками, метчиками, плашками, самооткрывающимися винторезными головками, фрезерование, резьбопротягивание. Метчики, плашки, самооткрывающиеся винторезные головки, гребенчатые резьбовые фрезы, фрезерные головки, работающие при внешнем и внутреннем касании, резцовые резьбопротяжные головки, как правило, обрабатывают резьбу за один рабочий ход, а резьбовые резцы и гребенки - за несколько проходов. Наиболее распространено многопроходное нарезание резцами с твердосплавными резьбонарезными пластинами, которое по сравнению с другими способами имеет ряд преимуществ: высокую точность и низкую шероховатость обработанной резьбы; простоту и дешевизну конструкции инструмента; универсальность - возможность одним резцом нарезать резьбы одинакового шага на деталях различного диаметра.

Производительность многопроходного нарезания резьбы резцом значительно уступает производительности при однопроходной обработке резцовой головкой, оснащенной твердым сплавом, работающей по способу резьбопро-тягивания. Однако такие резцовые головки очень сложны по конструкции, дороги, недостаточно надежны в эксплуатации и предназначены для обработки резьбы только одного диаметра и шага.

Нарезание резцом, как и другие способы обработки резьб резанием, по производительности уступает резьбонакатыванию. Поэтому его применяют в основном для изготовления точных крепежных резьб, когда резьбонакаты-вание не может обеспечить необходимого качества обработки, а также в тех случаях, когда применение резьбонакатывания затруднено или экономически не оправдано (обработка резьб большого диаметра, индивидуальное производство и т.п.). К тому же, при изготовлении различных изделий, имеющих резьбовые поверхности, используются труднообрабатываемые материалы, что исключает возможность применения таких высокоэффективных и хорошо поддающихся автоматизации процессов, как накатывание или выдавливание резьб. По этой же причине, а также вследствие наличия специфических конструкторских требований (соосность резьб с базовыми поверхностями изделия, жесткая регламентация сбега резьбы и зарезьбовой канавки) не удается применять самооткрывающиеся винторезные головки.

Оснащение резцов твердосплавными пластинками и автоматизация цикла резьбонарезания на современных станках с ЧПУ позволяет свести машинное время к величине, сопоставимой со временем обработки на других операциях технологического процесса.

Таким образом, нарезание резьбы резцами с твердосплавными пластинами является одним из самых высокопроизводительных способов, причем с ухудшением обрабатываемости материала нарезаемой детали его относительная производительность все более возрастает. В сочетании с достоинствами, отмеченными выше, это и привело к тому, что при обработке точных крепежных резьб этот способ получил наибольшее распространение.

При проектировании инструмента, для оптимизации его конструкции в ряде случаев приходится исследовать вопросы, связанные с точностью обработки детали принимаемым инструментом. К ним относят оценку погрешностей, возникающих при аппроксимации теоретически требуемого профиля инструмента технологически удобными линиями вследствие погрешностей изготовления инструмента, появляющихся от неточности установки инструмента относительно детали, от упругих деформации в технологической системе и др.

Эти вопросы можно исследовать путем решения обратной задачи: по заданному профилю инструмента и параметрам расположения его относительно детали определить профиль (форму) обрабатываемой им детали.

Актуальность работы. Исследованию вопросов нарезания резьбы резцами посвящены работы В. Ф. Боброва, Г. И. Грановского, Б. М. Пушмина, А. В. Моисеева, Е. М. Орлова и многих других ученых. В частности, изучение процесса изнашивания и разрушения резьбовых резцов, определение стойкости твердосплавных резьбовых пластин выполнялось в работах А. Н. Конкина, В. Г. Болотникова, А. С. Верещаки. Данные исследования направлены на повышение надежности твердосплавного инструмента на основе оценки его качественных характеристик и нанесения износостойких покрытий.

Исследования точности параметров резьб, получаемых при нарезании резьбовыми резцами, проводились в работах Г. Э. Таурита, С. С. Добрянского, В. Н. Сулейманова, В. Г. Якухина, В. П. Ефимова. Данные исследования были ориентированы на установление факта и причин формирования диаметральных погрешностей обработки резьбы резьбовыми резцами. Задача устранения этих погрешностей или не ставилась, или решалась в формате компенсации одних погрешностей обработки посредством других. В частности, компенсация погрешностей шага резьбы АР и половины угла профиля Аа/2 за счет изменения среднего диаметра резьбы Дс12. Погрешности обработки резьбы резьбовыми резцами с однопрофильными пластинами, как результат воздействия динамических факторов процесса на точность параметров резьбы были рассмотрены в работах А. С. Ямникова, С. Г. Гамова.

Некоторые вопросы нарезания резьбы резцами с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами были изучены не полностью и требуют дополнительного исследования: установление способа для уменьшения влияния ударной нагрузки на стойкость и точность работы резьбовых резцов при обработке резьбы на прерывистых поверхностях; определение эффективности резьбовых пластин с износостойкими покрытиями для увеличения стойкости инструмента при нарезании резьбы на деталях из труднообрабатываемых материалов; установление функциональных зависимостей между изменениями, происходящими в технологической системе и погрешностями элементов профиля резьбы и их количественная оценка; выявление способов уменьшающих или устраняющих погрешности, оказывающие наиболее существенное влияние на точность изготовления резьбы; особенности динамики процесса нарезания резьбы резцами с многопрофильными пластинами.

Решение данных вопросов применения резьбовых резцов с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами является актуальной задачей, поскольку позволяет повысить стойкость инструмента и точность процесса нарезания резьбы.

Цель работы. Повышение стойкости и точности резьбовых резцов с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами.

Методы исследований. Основным методом в работе является расчетно-аналитический метод исследования процесса нарезания резьб и инструмента для его осуществления с разработкой программного обеспечения на языке Delphi 7. Это позволяет выявить причины, приводящим к тем или иным погрешностям на изделии, установить функциональные зависимости между причиной и погрешностью ею вызываемой, тем самым оценить количественно возникающие погрешности. Также производится оценка конструктивных параметров инструмента, кинематических, силовых и эксплуатационных факторов процесса.

Научная новизна работы состоит в:

• математических зависимостях, учитывающих влияние смещения вершины и передней поверхности резьбового резца с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами относительно заданных координатных осей в системе "инструмент-изделие" на точность профиля, среднего диаметра и шага обрабатываемой резьбы;

• значениях тангенциальной составляющей силы резания Pz в текущий момент времени процесса нарезания резьбы резцами с многопрофильными пластинами, в том числе на входе и выходе инструмента;

• теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении отрицательного влияния ударной нагрузки на стойкость и точность работы резьбовых резцов при обработке резьбы на прерывистых поверхностях и способе уменьшения этого влияния путем обеспечения равномерной нагрузки на режущие кромки инструмента. Практическая ценность работы состоит в:

• возможностях корректировки профиля резьбового резца с твердосплавными пластинами и назначению допусков на геометрические параметры инструмента с целью обеспечения заданной точности резьбы с использованием системы автоматизированного расчета;

• использовании резьбового резца с поворотной державкой для решения задач повышения точности нарезания резьбы и повышения стойкости инструмента.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены на конкурсе-выставке "КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИНЖИНИРИНГ", проведенный в рамках XXIX Гагаринских чтений (Москва, 2003г.) и получила 3-е место по разделу "Работы молодых специалистов", на международных научно-технических конференциях "Инструментальные системы - прошлое, настоящее, будущее" (Тула, 2003г.), "Конструкторско-технологическая информатика - 2005" (Москва, 2005г.), "Новые материалы и технологии" - НМТ-2006 (Москва, 2006г.) и заседаниях кафедры "Инструментальная техника и технология формообразования" МГТУ "Станкин".

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработанная математическая модель для определения корректировки профиля инструмента и параметров его расположения относительно изделия позволяет уменьшить погрешности, возникающие при обработке резьбы резцами с однопрофильными и многопрофильными твердосплавными пластинами.

2. Проведенный графо-аналитический анализ данной модели позволил получить функциональные зависимости между погрешностями элементов технологической системы и профиля резьбы, которые дают количественную оценку по влиянию на точность размеров и качество нарезаемой резьбы:

- в суммарной погрешности по среднему диаметру резьбы й2 в технологической системе, предельные погрешности настройки инструмента Ду составляют 80%. Так, при нарезании резьбы М45хЗ-6§ в результате погрешности Ду = 0,050 мм, получаем изменение величины среднего и внутреннего диаметров ¿2 = 43,151, <11 = 41,852 при их допустимых значениях с^щах = 43,003 и <1|тах = 41,704;

- суммарная погрешность половины угла профиля резьбы а/2 определяется предельными погрешностями настройки инструмента Дг и Дф2 (70ч-80%) и при нарезании резьбы М45хЗ-б£ допустимое значение погрешности Дфгтах= 35 мин, но при обработке резьбы выше 6 степени точности, необходимо выполнять коррекционный расчет профиля передней поверхности резьбового резца;

- накопленные и периодические погрешности шага резьбы Р в основном определяются погрешностью геометрии станка (80-7-90%), но при обработке резьбы резцами с многопрофильными пластинами на точность шага Р оказывает влияние и инструмент. Например, при нарезании резьбы М45хЗ-б£ допустимая погрешность шага зубьев многопрофильной пластины ДРПЛ = ±0,072 мм.

3. Предложен способ, обеспечивающий равномерную нагрузку на боковых режущих кромках инструмента, в результате этого была разработана конструкция резьбового резца с поворотной державкой, которая позволяет производить наклон резьбовой пластины относительно обрабатываемой поверхности в широком диапазоне значений - ± 45°, с малой дискретностью. Данная конструкция резца дает возможность эффективной регулировки резьбовой пластины, что расширяет технологические возможности инструмента.

4. Использование геометрической модели нарезания резьбы резцами с многопрофильными пластинами позволяет определять суммарную нагрузку на режущие элементы инструмента от силы резания Р^ с погрешностью не более 10-г15%. При обработке резьбы М45х2 на заготовке из стали 1X13 экспериментальное значение тангенциальной составляющей силы резания на последнем проходе инструмента равно Ргэкспср = 830 Н, при этом её расчетное значение, определенное по установленной зависимости для тех же условий резания, составляет Ргр = 918 Н (погрешность расчета Ар = 11%).

5. В результате экспериментальных исследований выявлена эффективность способа для равномерного распределения нагрузки на боковые режущие кромки инструмента в процессе обработки резьбы на изделиях с прерывистой поверхностью (шпоночный паз) при наличии ударной нагрузки, которая заключается в снижении диапазона колебаний тагенциальной составляющей Р2 силы резания в 1,5-4-1,8 раза в рамках отдельного прохода резьбового резца.

Нарезание резьбы М45хЗ, имеющей шпоночный паз шириной Ь = 8 мм, характеризуется наличием ударной нагрузки и вызывает наибольшие изменения значений тангенциальной состаляющей силы резания в рамках 5-го прохода АР25 = 135 Н. В результате применением регулировки инструмента на угол А, = 1,5°, наблюдается снижение диапазона колебаний значений силы резания Р2 и составляет АР2 5 = 75 Н.

6. Компенсация динамических погрешностей при обработке резьбы резцами позволяет управлять точностью формирования диаметральных размеров и шага резьбы. При нарезании резьбы М45хЗ-6§, за счет снижения динамических погрешностей, обеспечивается точность её изготовления: уменьшается величина систематических погрешностей обработки и полей рассеивания значений среднего и внутреннего диаметров на 20 % и шага резьбы обработанных изделий на 5 %.

7. В результате теоретических и экспериментальных исследований выявлена высокая эффективность использования износостойких покрытий TiN и (TiZr)N при нарезании резьбы на изделиях из специальных хладостойких сталей марки 12ХН2МД (АБ1). Это отражается не только на увеличении периода стойкости резьбовой пластины - с износостойким покрытием TiN в 1,7 раз; с износостойким покрытием (TiZr)N в 2,0-f2,2 раза, но и на улучшении качества резьбы.

8. С целью обеспечения необходимой стойкости режущего инструмента и точности нарезания резьбы в заданном технологическом процессе разработано программное обеспечение, которое позволяет определять теоретический профиль резьбы и погрешности её обработки сборными резцами с твердосплавными пластинами с учетом влияния элементов технологической системы. Реализация программы выполнена в среде Delphi7 для операционной системы Windows. Полученные результаты могут быть представлены в графическом виде в параметрической системе T-Flex CAD 3D.

9. Результаты диссертационной работы в виде комплекса программ переданы для использования в учебном процессе кафедры "Инструментальная техника и технология формообразования" МГТУ "Станкин", а также на предприятие ОАО "МИЗ" в виде рекомендаций по проектированию резьбового резца с поворотной державкой для решения задач повышения точности нарезания резьбы и повышения стойкости инструмента.

1. Антонов Н. П. Скоростное нарезание резьбы резцами методом последовательных проходов. В кн.: Технология машиностроения. Тула: Издательство Тульского политехнического института, 1971, вып.23, с. 17-28.

2. Артюхин Л. Л., Гречишников В. А., Султанов Т. А. и др. Резьбообразую-щий инструмент. Под общ. ред. М. 3. Хостикоева. М.: МТТУ СТАНКИН, 1999, 405 с.

3. Базров Б. М. Расчет точности машин на ЭВМ. М.: Машиностроение, 1984, 254 с.

4. Башков В. М., Кацев П. Г. Повышение эффективности испытаний инструмента. Обзор. М.: НИИМаш, 1982, 56с., ил.

5. Беспрозванный И. М. Основы теории резания. М.: Машиностроение, 1948,391с.

6. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1972, 224с.

7. Бобров В. Ф. Многопроходное нарезание крепежных резьб резцами. М.: Машиностроение, 1982.

8. Бобров В. Ф., Моисеев А. В. Резание с обеспечением постоянства стойкости резьбового резца на отдельных проходах//Вестник машиностроения, 1974, №3.

9. Бобров В. Ф., Гостева Г. К., Пушмин Б. М. Нарезание мелкой упорной резьбы//Станки и инструмент, 1971, № 12, с. 21-23.

10. Бокин М. Н., Сидоров В. Н. Методы резьбообразования и их эффективность. Тула: Издательство тульского политехнического института, 1972.

11. Боровский Г. В., Григорьев С. Н., Маслов А. Р. Справочник инструментальщика. Под общ. ред. А. Р. Маслова. М.: Машиностроение, 2005. 464с., ил.

12. Верещака А. С., Третьяков И. П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1986, 192с., ил.

13. Верещака А. С., Болотников Г. В. Современные тенденции совершенствования и рационального применения твердых сплавов для режущих инструментов. М.: Машиностроение, 1991.

14. Гамов С. Г. Автоматизированное нарезание резьб резцами на нежестких заготовках при использовании станков с ЧПУ: Дисс. . канд. техн. наук. Тула: Тульский государственный университет, 1998, 159 с.

15. Гостева Г. К., Пушмин Б. М., Соловьева Л. Г. О силовых и температурных характеристиках процесса нарезания упорных резьб. В кн.: Технология машиностроения. Тула: Издательство Тульского политехнического института, 1972, вып. 26, с. 69-74.

16. Грановский Г. И. Резание металлов. М.: Высшая школа, 1985,304с.

17. Грановский Г. И. Кинематика резания. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1948, 200 с.

18. Грановский Г. И., Трудов П. П., Кривоухов В. А., Ларин М. Н., Малкин А. Я. Резание металлов. М.: Машгиз, 1954,472 с.

19. Гречишников В. А. Некоторые вопросы профилирования инструмента для обработки винтовых поверхностей: Дисс. канд. техн. наук. Москва, 1964, 208 с.

20. Гречишников В. А., Григорьев С. Н., Кирсанов С. В., Кожевников Д. В., Кокарев В. И., Схиртладзе А. Г. Металлорежущий инструмент. Учебник. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2005, 568 с.

21. Гречишников В. А., Кирсанов Г. Н., Катаев А. В. и др. Автоматизированное проектирование металлорежущих инструментов. М.: Мосстанкин, 1994.

22. Гречишников В. А., Коротков И. А., Схиртладзе А. Г. Проектирование инструментов. Учебное пособие. М.: Славянская школа, 2006. 253с.

23. Гречишников В. А., Петухов Ю. Е. Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента. М: Машиностроение, 1983.

24. Гречишников В. А., Фомин Е. В. Исследование упруго-напряженного состояния элементов резьбового резца//Конструкторско-технологическаяинформатика 2005: Труды конгресса. V международный конгресс. М.: ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», «Янус-К» 2005, с. 165.

25. Гречишников В. А., Фомин Е. В. Анализ разрушения и износа СМП из твердых сплавов при нарезании резьбы//Научно-технический журнал СТИН. Москва. 2005, №9, с.З.

26. Добрянский С. С. Исследование влияния геометрии инструмента и условий резьбоформирования на силовые зависимости и параметры качества наружной резьбы: Дисс. канд. техн. наук. Киев, 1972,194 с.

27. Допуски и посадки. Справочник. В 2-х ч. Ч. 2. Под ред. В. Д. Мягкова. 5-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1978.

28. Дыков А. Т., Ясинский Г. И. Прогрессивный режущий инструмент в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1972, 224 с.

29. Емельянов С. Г. Математическая модель проектирования и изготовления сборных резцов, оснащенных СМНП: Дисс. . канд. техн. наук. Тула, 1990,210 с.

30. Ефимов В. П. Исследование погрешностей при нарезании резьбы на то-карно-винторезных станках: Дисс. канд. техн. наук. Москва, 1948, 189с.

31. Зорев Н. Н. Исследование элементов механики процесса резания. М.: Машгиз, 1956, 365 с.

32. Карцев С. П. Инструмент для изготовления резьб. М.: МАШГИЗ, 1955, 252с.

33. Кацев П. Г. Производственные испытания режущего инструмента. Обзор. М.: НИИМаш, 1982, 64с., ил.

34. Киреев Г. И. Расчет и проектирование сборных металлорежущих инструментов: Учебное пособие. Г. И. Киреев, В. П. Табаков, В. В. Демидов. Ульяновск: УлГТУ, 2003, 93с. + 4 вкл.

35. Кирсанов Г. Н. Руководство по курсовому проектированию металлорежущих инструментов. М: Машиностроение, 1986.

36. Конкин А. Н. Повышение надежности сложнопрофильного твердосплавного инструмента на основе разработки методики оценки его качественных характеристик и нанесения износостойких покрытий: Дисс. . канд. техн. наук. Москва, 1993,198 с.

37. Лашнев С. И., Юликов М. И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1975, 392 с.

38. Локтев Д. А. Обработка резьбы/Юбзор современных методов и конструкций инструментов. Москва, 1998.

39. Лукина С. В. Повышение эффективности проектирования сборного режущего инструмента на базе установленных взаимосвязей конструктор-ско-технологических и экономических решений: Дисс. . докт. техн. наук. Москва, 1999, 295 с.

40. Малыгин В. И.Повышение эффективности сборных режущих инструментов методами сложного неоднородного моделирования и неразру-шающей активной экспресс-диагностики: Дисс. . докт. техн. наук. М.: МГТУ СТАНКИН 1995, 315 с.

41. Матвеев В. В. Нарезание точных резьб. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1978.

42. Махров С. А. Режущие инструменты с планетарным движением для обработки комбинированных резьбовых отверстий: Дисс. . канд. техн. наук. М.: МГТУ "Станкин", 2003, 203 с.

43. Металлорежущий инструмент: Учебник для ВУЗов. Сахаров Г. Н., Арбузов О. В., Боровой Ю. JI. и др. М.: Машиностроение, 1989.

44. Металлорежущий инструмент. Каталог. Ч.З. Резьбообрабатывающий, трубо- и муфтообрабатывающий инструмент. М.: НИИМАШ, 1983, 108 с.

45. Методики испытаний металлорежущих инструментов. Под ред. Семен-ченко Д. И., Григорьева В. С., Кацева П. Г., Соколова В. А. М.: ВНИИ-ТЭМР, 1985.

46. Методики испытаний металлорежущих инструментов. Выпуск 2. Под ред. Семенченко Д. И., Мухина Б. И., Кацева П. Г., Соколова В. А. М.: НИИМаш, 1980.

47. Методики ускоренных испытаний металлорежущих инструментов. Выпуск 1. Под ред. Семенченко Д. И., Мухина Б. И., Кацева П. Г., Баш-кова В. М. М.: НИИМаш, 1981.

48. Моисеев А. В. Исследование некоторых вопросов нарезания крепежных резьб резцом: Дисс. . канд. техн. наук. Тула: Издательство Тульского политехнического института, 1974, 204 с.

49. Моисеев А. В., Бобров В. Ф.Повышение производительности при нарезании крепежных резьб методом последовательных проходов//Вестник машиностроения, 1975, №8, с. 82-83.

50. Московская И. М. Рациональное использование сборного металлорежущего инструмента с механическим креплением сменных многогранных пластин из твердых сплавов и режущей керамики для токарной обработки. Альбом. М.: ВНИИТЭМР, 1992, 160 с.

51. Никифоров А. Д. Точность и технология изготовления метрических резьб. М.:ВШ, 1963, 180 с.

52. Новые инструменты от Sandvik Coromant. Дополнение к основным каталогам "Токарный инструмент" и "Вращающийся инструмент". Металлообработка. 2004:2. С-2900:121 -RUS/01, 2004, 208 с.

53. Обработка резьбы. Обзор современных методов и конструкций инстру-ментов//Тематический выпуск журнала "Оборудование. Рынок, предложения, цены". Выпуск 2. 1998,48с.

54. Общий каталог. Каталог фирмы Mitsubishi Carbide. CROO 1,2001,501 с.

55. Орлов Е. М. Совершенствование процесса и инструмента для резьбото-чения: Дисс. канд. техн. наук. М.: РГБ, 2003.

56. Палей М. А., Брагинский В. А. Международные и национальные нормы взаимозаменяемости в машиностроении: Справочник-транслятор. Под редакцией академика РИА В. Я. Кершенбаума. Москва. 1997.

57. Патенты РФ на изобретения и на полезные модели в области станков и режущего инструментаШаучно-технический журнал "ИТО" №10 (100)/2005, с. 21-26.

58. Петухов Е. Н. Прогрессивный резьбонарезной инструмент. Учеб. пособие. М.: Машиностроение, 1985.

59. Подборка наиболее употребляемого инструмента из полной программы SECO// Подборка из каталога SECO 2005. ST 20046005,2005,248 с.

60. Подлесова Н. А. Температурное поле резьбового резца. В кн.: Теплофизика технологических процессов. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1973, с. 16-24.

61. Подлесова Н. А., Хорольский В. М. Тепловые явления при резьбонареза-нии. В кн.: Теплофизика технологических процессов. Куйбышев: Издательство Куйбышевского политехнического института, 1970, с. 64-69.

62. Пушмин Б. М. Исследование процесса многопроходного нарезания упорной резьбы: Дисс. . канд. техн. наук. Тула: Издательство Тульского политехнического института, 1974, 203 с.

63. Пушмин Б. М., Гостева Г. К., Давыдов В. JI. Определение предельных значений «ломающих» подач при нарезании упорных резьб. В кн.: Технология машиностроения. Тула: Издательство Тульского политехнического института, 1972, вып. 26, с. 146-151.

64. Пьянов А. И., Помазков В. И. Повышение эффективности резьбонарезных твердосплавных пластин//Научно-технический журнал "ИТО" №11 (101)/2005, с.22-23.

65. Райхман В. А. Прогрессивные конструкции резьбообразующих инструментов. М.: Машиностроение, 1972, 44 с.

66. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: Справочник. Гуре-вич Я. JL, Горохов М. В., Захаров В. И. и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986.

67. Резников А. Н., Подлесова Н. А. Скоростное нарезание резьбы методом последовательных проходов. В кн.: Совершенствование технологических процессов в машиностроении. Куйбышев: Куйбышевское книжное издательство, 1970, с. 22-27.

68. Резьботокарный и резьбофрезерный инструмент//Каталог фирмы Vargus. 002ЕЕ, 2002,190 с.

69. Румшинский J1. 3. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971, 192 с.

70. Семенченко И. И., Матюшин В. М., Сахаров Г. Н. Проектирование металлорежущего инструмента. М.: Машгиз, 1963.

71. Сборный твердосплавный инструмент. Хает Г. JL, Гах В. М., Громаков К.Г. и др. М.: Машиностроение, 1989.

72. Сменные многогранные неперетачиваемые пластины. М.: МКТС, 1995.

73. Соколов В. А. Хладостойкие стали//Сборник статей "Вопросы технологии, эффективности производства и надежности" под ред. Шушарина Ф. Н. и Малыгина В. И. Выпуск №17. Часть I. 1999.

74. Справочник конструктора-инструментальщика. Под общ. ред. В. И. Ба-ранчикова. М.: Машиностроение, 1994, 560 с.

75. Схиртладзе А. Г., Радкевич Я. М., Короткое И. А. Практикум по нормированию точности в машиностроении. Учебное пособие. М.: Славянская школа, 2003.

76. Сулейманов В. Н. Исследование причин возникновения погрешностей в шаге при нарезании резьбы точением: Дисс. . канд. техн. наук. Баку, 1974.

77. Таурит Г. Э., Пуховский Е. С., Добрянский С. С. Прогрессивные процессы резьбоформирования. Киев: Техника, 1975, 240 с.

78. Токарный инструмент//Каталог фирмы Sandvik Coromant. НУ-1000:1, 1982,514с.

79. Токарный инструмент//Каталог фирмы Sandvik Coromant. С-1000:7, 2000, 572 с.

80. Токарный инструмент//Каталог фирмы Seco Tools. ST 025017, 2002, 496с.

81. Токарная обработка//Р11АМЕТ new dimention 2004. DTP marketing 12/2003 PRAMET Tools, s.r.o. 190 c.

82. Чернавский Ф. Г. Прогрессивные конструкции сборных резцов с многогранными неперетачиваемыми пластинами, применяемых в технологии автомобилестроения. Обзорная информация. Тольятти: Филиал НИИН автопрома, 1986, 66 с.

83. Чернавский Ф. Г. Прогрессивные конструкции сборных резцов с улучшенными технологическими свойствами для обработки автомобильных деталей. Тольятти: Филиал ЦНИИТЭИ автопрома, 1988, 70с.

84. Чернавский Ф. Г. Сборные резцы с самозажимающимися механизмами крепления инструменты будущего: Обзорная информация. НПО «Инструментальщик». Москва, 1991,168 с.

85. Федоров Г. А., Попов JI. М. Проектирование токарных резцов: Учебное пособие для курсовой работы. Челябинск: ЧГТУ, 1995,47 с.

86. Фрумин 10. JI. Высокопроизводительный резьбообразующий инструмент. Изд. 2-е, перераб. и доп. М. Машиностроение, 1977.

87. Якухин В. Г. Оптимальная технология изготовления резьб. М.: Машиностроение, 1985.

88. Якухин В. Г., Ставров В. А. Изготовление резьбы: Справочник. М.: Машиностроение, 1989.

89. Якушев А. И., Воронцов JI. Н., Федотов Н. М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. 6-е изд. М.: Машиностроение, 1986,352 с.

90. Ямников А. С., Кузнецов В. П. Обработка наружных резьб многорезцовыми самооткрывающимися головками. В кн.: Прогрессивные технологические процессы резьбовых соединений. Саратов: Издательство Саратовского университета, 1980, с. 27-28.

91. ISCAR's Complete Range of Tools for Lathes//TURNING TOOLS. 78096680 -4/2004.

92. Threading Solutions. VARDEX//Turning and Milling Catalog. Vargus Ltd. 050EE 01/05.