автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение точности и производительности операции круглого шлифования деталей с прерывистыми поверхностями на основе применения управляющих приборов

На правах рукописи

ТИГНИБИДИН Александр Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАЦИИ КРУГЛОГО ШЛИФОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ С ПРЕРЫВИСТЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРИБОРОВ

Специальность 05.02.08 - «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

005017717

На правах рукописи

ТИГНИБИДИН Александр Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАЦИИ КРУГЛОГО ШЛИФОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ С ПРЕРЫВИСТЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРИБОРОВ

Специальность 05.02.08 — «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре «Метрология и приборостроение» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ЛЕУН Владимир Исидорович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор РАУБА Александр Александрович;

кандидат технических наук, доцент КИРАСИРОВ Олег Михайлович.

Ведущая организация:

ОАО «Высокие Технологии».

Защита состоится 31 мая 2012 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.212.178.05 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» по адресу: Омск, пр. Мира, 11, ауд. 6-340.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Автореферат разослан 28 апреля 2012 года

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 644050, Омск, пр. Мира, 11, Омский государственный технический университет, ученому секретарю диссертационного совета Д.212.178.05.

В. С. Калекин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Высокое качество машин, приборов и других изделий обеспечивается в технологическом процессе их производства, технической основой которого являются металлообрабатывающие станки, режущий инструмент и средства измерений. В условиях современной рыночной экономики от машиностроительного производства требуется частое обновление выпускаемой продукции. Обеспечение этих требований к изготовлению изделий машиностроения достигается в условиях серийного и единичного производства.

На приборостроительных и машиностроительных предприятиях развито инструментальное производство (ИП), являющееся основой обеспечения точности и производительности изготовления деталей в технологическом процессе. ИП характеризуется единичностью, серийностью, а также высокими требованиями к точности изготовляемых изделий (сверл, зенкеров, разверток, фрез, протяжек, зубонарезного и резьбообразующего инструментов, инструментов для станков с ЧПУ, деталей прецизионной технологической оснастки и большого многообразия калибров для контроля линейных размеров изделий) с минимальными допусками на диаметр 1,0...5 мкм. От 30 % до 80 % общих затрат труда составляют операции выполняемые в технологическом процессе на многочисленные измерения линейных размеров высокоточных деталей ИП, осуществляемые в большинстве случаев вручную, как в процессе обработки на металлорежущих станках, так и на операциях послеоперационного контроля.

Однако для операции круглого шлифования в настоящее время отсутствуют управляющие приборы (УП), удовлетворяющие техническим требованиям инструментальных производств. Ограничен диапазон абсолютных измерений УП (80 мкм при цене деления 1,0 мкм; 0,4 мм - при цене деления 5 мкм без переналадки), значительное время (5 и более минут) затрачивается на его переналадку на другой размер, наличие динамической погрешности измерения от 5 до 10 мкм (при одноконтактном измерении) при переходе наконечника с гладкой на прерывистую поверхность (и наоборот), полное измерительное усилие контактного устройства при контроле достигает 1,0...4,0 Н и более, недостаточная точность обработки деталей на станках при использовании двухконтактного средства измерения - 6...8 мкм, а при одноконтактном - 9... 12 мкм.

В 2009 г. проект по разработке управляющего прибора получил финансирование Фонда содействия развитию малого предпринимательства в научно-технической сфере по программе У.М.Н.И.К., в 2010 году проект получил грант по программе СТАРТ и было организовано малое предприятие по 217 ФЗ - ООО «Политех-Прибор» для коммерциализации полученных результатов.

Объект исследования: управляющие приборы контроля геометрических параметров при круглом шлифовании, круглошлифовальные станки, упругая

деформация деталей с прерывистыми поверхностями, контактные напряжения от полного измерительного усилия.

Целью работы является повышение точности и производительности операции круглого шлифования деталей с прерывистыми поверхностями в инструментальном производстве на основе применения управляющих приборов, новых принципов их построения и совершенствования механизма базирования изделий на станке.

Задачи работы. Для достижения указанных целей необходимо было решить следующие задачи:

- повысить точность обработки изделий на круглошлифовальных станках за счет компенсации основных составляющих первичных погрешностей технологической системы;

- повысить производительность за счет сокращения промежуточных измерений посредством использования управляющих приборов с учетом особенностей инструментального производства;

- определить размер упругой деформации обрабатываемых деталей в процессе шлифования и ее влияние на погрешность измерения одноконтактным методом;

- разработать алгоритм, программу и средство управления работой первичного преобразователя с целью уменьшения погрешности измерения;

- разработать и исследовать новые принципы построения первичных преобразователей, обеспечивающие измерения линейных размеров деталей (режущего инструмента) с прерывистой поверхностью с малым измерительным усилием и минимальной погрешностью измерения при переходе наконечника с гладкой поверхностью на прерывистую и наоборот;

- разработать и исследовать схемы измерения измерительного устройства управляющего прибора к круглошлифовальным станкам;

- повысить точность позиционирования изделий на круглошлифовальном станке с цилиндрической пинолыо задней бабки;

- провести исследования работы первичного преобразователя;

- автоматизировать существующий высокоточный, но низкопроизводительный метод пробных проходов и промеров с целью повышения его производительности.

Методы исследований. В работе использовались основные положения теории методов измерения, теории погрешностей средств измерения, теории упругости, теории трения и изнашивания, основ технологии машиностроения, материаловедения, основ проектирования приборов и систем, основ взаимозаменяемости, основ точности металлорежущих станков и инструментов, государственных стандартов Российской Федерации в области режущего инструмента и теории точности. Экспериментальные исследования проводились на поверенных и аттестованных измерительных приборах и оборудовании. Виртуальное

математическое моделирование проводилось в специализированных САПР программах.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработан высокоточный метод технологии обработки и измерений изделий на круглошлифовальных станках с управляющими приборами, обеспечивающий изготовление изделий с суммарной погрешностью в пределах 1 - 2 мкм за счет компенсации первичных погрешностей обработки.

По данному методу производится автоматический кратковременный (на 2 - 5 с) отвод шлифовального круга для обеспечения точности измерения геометрических параметров при отсутствии упругой деформации и вибрации обрабатываемой детали и элементов станка.

Этот метод обеспечивает одновременно и увеличение производительности технологии изготовления изделий (в 1,5-2 раза) за счет автоматизации измерения в процессе обработки управляющим прибором;

2. Разработан алгоритм автоматизации измерения геометрических размеров изделий одноконтактным управляющим прибором к круглошлифовальным станкам;

3. Разработаны и исследованы новые принципы построения и конструктивного исполнения первичных преобразователей к управляющим приборам, позволяющие свести к минимуму разность статической и динамической суммарной погрешности измерения, заключающиеся в отсутствии упругих элементов, малой подвижной массой измерительного стержня (5 - 10 г), соблюдением принципа Аббе, наличием фрикционного элемента и импульсным управлением перемещением измерительного стержня (патент на изобретение №2316420 от 10.02.2008 г.);

4. Предложена впервые схема измерения размеров изделий на круглошлифовальных станках, заключающиеся в том, что измерительная линия одноконтактного управляющего прибора проходит через оси контролируемой детали и шлифовального круга, что позволяет расширить его функциональные возможности для измерения изделий диаметром менее 3 мм (от 0,5 мм и более).

Практическая ценность работы определяется тем, что она является научной основой для проектирования приборов управляющего контроля диаметра наружных цилиндрических прерывистых поверхностей (менее 10 мм) и позволяет автоматизировать технологический процесс круглошлифования, повысить точность обрабатываемых изделий и производительность обработки в 1,5-2 раза.

На основе предложенных метода и способов, а также изготовленному опытному образцу управляющего прибора, апробация которого проводилась на круглошлифовальном станке, был получен значительный экономический эффект на производстве.

Достоверность результатов работы обоснована тем, что теоретические исследования были экспериментально проверены в лабораторных и производственных условиях (предприятия) при использовании аттестованной метрологической аппаратуры, в использовании проверенной на практике теории упругости, теории точности, теории методов измерения, теории погрешностей средств измерения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод повышения точности обработки изделий на круглошлифовальных станках с управляющими приборами;

2. Алгоритм, программа и средство для одноконтактных управляющих приборов;

3. Новые принципы построения управляющих приборов к шлифовальным станкам;

4. Способы уменьшения погрешностей изготовления изделий на круглошлифовальных станках;

5. Теоретические и экспериментальные исследования технических характеристик первичного преобразователя;

6. Методика определения влияния сил резания на погрешность измерения деталей в процессе обработки на круглошлифовальных станках.

Личный вклад автора. Научные результаты, выносимые на защиту, получены непосредственно автором. Автором лично выполнен анализ точностных характеристик современных круглошлифовальных станков и существующих управляющих приборов к ним; определены составляющие суммарной погрешности при обработке изделий на круглошлифовальных станках; разработан, спроектирован и изготовлен управляющий прибор на основе новых принципов построения; предложены математические модели определения влияния сил резания на погрешность обработки; разработана программа для микропроцессорного блока управления и проведены экспериментальные работы по определению достоверности теоретических расчетов.

В соавторстве разработана принципиальная схема управляющего прибора, составлены методики проведения экспериментальных исследований.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в среде научной общественности России на научно-технических и международных конференциях, форумах, выставках, конкурсах: I и II Всероссийская научно-техническая конференция «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» г. Омск, I Форум молодых ученых Сибирского федерального округа «Треугольник знаний» - образование, наука и инновации» г. Томск, Всероссийский форум «Селигер-2009» и «Селигер-2010», форуме Союза машиностроителей России Тверская обл., Сибирский международный форум «Интерра-09» г. Новосибирск, результаты работы демонстрировались на вы-

ставках «ПРОМТЕХЭКСПО-2009», «ВТТВ-2009, 2011», Международном экономическом форуме-2010 «Человеческий капитал - ключевой ресурс модернизации Российской экономики», «Инновации года - 2010» г. Омск, в 100 лучших проектах России «Зворыкинского проекта» в 2009 г. на портале http://zv.innovaterussia.ru, участник «Конкурса русских инноваций» www.inno.ru. конкурса ¡5 www.iiiii.nj. где получил положительную оценку, а также докладывались и обсуждались в Омском машиностроительном конструкторском бюро (г.Омск, апрель 2009г.), Агрегатном заводе (г. Омск, ноябрь 2009 г.), Авиастроительном заводе им. Чкалова (г. Новосибирск, сентябрь 2009г.) среди ведущих специалистов предприятия и ОмГТУ где получил положительные отзывы и одобрения. В 2011 году прошел экспертизу в Летней Школе Академпарка г. Новосибирск, где получил диплом как «Лучший иногородний проект», полуфиналист конкурса на Зворыкинскую премию 18-20 ноября 2011 г. (г. Москва).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 научных работ, в том числе 5 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций; два патента на изобретения: № 2316420 «Устройство для активного контроля линейных размеров изделий» от 10.02.2008 г. и № 2397061 «Устройство для активного контроля среднего диаметра резьбы деталей на резьбошлифовальном станке» от 20.08.2010 г., работает сайт в интернете www.innovatedevice.ru созданный автором. Работа соискателя отражалась в журналах и телевидении.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 72 наименования, и 13 приложений, включающих результаты экспериментальных исследований, электронные схемы, программу, акты внедрения в учебный процесс и промышленные производства, дипломы и сертификаты. Основной текст изложен на 98 машинописных страницах, включая 3 таблицы, 49 рисунков и фотографий. В конце глав имеются выводы, а в конце работы - заключение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, отражена научная новизна и практическая значимость полученных результатов, описана структура диссертации.

В первой главе приводится анализ метрологических характеристик современных круглошлифовальных станков производимых в России и в других странах, на которых наибольшую точность позволяет обеспечивать ручной метод пробных проходов и промеров, недостатком которого является низкая производительность. Рассмотрены метрологические и конструктивные особенности об-

рабатываемых деталей (инструмента) и существующих управляющих приборов для контроля геометрических параметров деталей и управления процессом шлифования в автоматическом режиме. Выявлены 13 конструктивных недостатков существующих управляющих приборов, влияющих на точность измерения.

Рассмотрены погрешности обработки изделий на круглошлифовальных станках и эффективность управляющих приборов позволяющих их частично компенсировать.

Как известно из научных трудов (Моргунова А.П., Масягина В.Б., Волосова С.С., Бурду на Г.Д., Педя Е.И., Высоцкого A.B., Соболева М.П., Этингофа М.И., Кондашевского В.В., Балакшина Б.С., Телешевского В.И., Леуна В.И., Глухова В.И., Ломова С.М., Маркова Б.Н., Марковой H.H., Иванова В.А., Федотова A.B. и др.), наиболее эффективно можно повысить точность и производительность изготовления деталей ИП с использованием управляющих приборов в крупносерийном и массовом производствах. Для единичного и серийного инструментального производства ведутся работы в различных организациях России и за рубежом по созданию управляющих приборов для шлифовальных операций. Управляющие приборы при шлифовании для деталей с прерывистыми поверхностями разработаны и широко используются в производстве.

Основой для создания отечественных управляющих приборов послужили исследования и конструкторско-технологические работы, ранее выполненные учеными, инженерами и аспирантами во ВНИИ измерений, в Московском станкоинструментальном, Санкт-Петербургском и Омском политехнических институтах, МВТУ им. Баумана, Тольятинском политехническом институте и Волжском автомобильном заводе, в Особом конструкторском бюро (г. Москва), НПО «Прибор» (г. Апрелевка), АНИТИМ (г. Рубцовск), Челябинском инструментальном заводе, Пензенском филиале ВНИТИ приборостроения, заводе «Калибр», Горьковском и Московском автомобильных заводах, некоторые из них переименованы или обанкротились. Использован и зарубежный опыт Итальянской фирмы Marposs в создании управляющих приборов.

В настоящее время решением проблемы автоматизации измерения во время обработки на финишных операциях занимаются в России ОАО «НИИизмере-ния», ОАО «РОБОКОН», на Челябинском инструментальном заводе (ОАО «ЧИЗ»), кафедра «Метрология и приборостроение» Омского государственного технического университета и в других организациях.

На основе анализа опубликованных материалов по созданию управляющих приборов для круглошлифовальных станков, используемых широко в настоящее время в машиностроении, исследований аналогичных приборов на кафедре «Метрология и приборостроение» ОмГТУ, обследование ряда инструментальных заводов и инструментальных производств при машиностроительных пред-

приятиях (ПО «Полет», ОМО им. П.И. Баранова, Омское машиностроительное КБ, ОАО Омский Агрегатный завод г. Омск, АЗ «УРАЛ» г. Миасс, ОАО УМЗ г. Ульяновск, ОАО «КАМАЗ» г. Набережные Челны, ОАО АвтоВАЗ г. Тольятти, ОАО Уралмашзавод г. Екатеринбург и др.) сделан вывод о необходимости дальнейшего развития управляющих приборов для операций круглого шлифования, которые должны удовлетворять требованиям инструментальных производств.

Для технологической системы без управляющего прибора суммарная погрешность обработки деталей составит:

1:3обр = К^Л13упр+Х13изн+Я3 8тем +Л4 д'сраб +Л53стан +Л63уст +

^22 ^ 2 -+'Ь3всп.1+^по1+Л93повт^Я\0^нал+Л] 1 Аиэм - Кт ' (1)

где К - коэффициент риска; Л1, Л2...Л1 / - коэффициенты, учитывающие закон распределения элементарных погрешностей, которые рассчитываются при наличии данных о законе распределения элементарных погрешностей; при нормальном законе распределения коэффициенты Л1,А2...А11 равны 0,111; Кт= 0,4...0,6 - коэффициент точности; Т-допуск на диаметр инструмента при обработке на круглошлифовальном станке.

Суммарная погрешность обработки изделий в технологической системе с управляющим прибором на операциях шлифования будет определяться погрешностями:

13обр = К^Л5бстан+/Ь6пр+Л 11Дю.м

где 3,.^ - суммарная погрешность станка; 8пр - погрешность приспособления, па которое устанавливаются обрабатываемая деталь или инструмент; Д«*« - суммарная погрешность управляющего прибора.

В настоящее время используемые в технологическом процессе универсальные средства измерения - низконроизводительны, а рекомендуемые фирмами отечественные и зарубежные управляющие приборы не соответствуют требованиям предъявляемым инструментальным производством.

Использование управляющих приборов в инструментальном производстве позволит повысить производительность за счет исключения промежуточных измерений и из десяти первичных погрешностей компенсировать от 60 % до 90 %, тем самым повысить точность обработки деталей на станке.

Во второй главе на основе существующих методик и математических формул исследовано влияние действующих сил при шлифовании на погрешность обработки и измерения геометрических параметров изделий (рис. I). Проведен расчет и исследования действия сил резания, который показал их значительное влияние на упругую деформацию изделий и большую величину прогиба.

Рисунок 1 - Силы, действующие в процессе шлифования: Р - сила резания; Ру - радиальная сила; Рг - тангенциальная сила; Рх - сила подачи; Рт - сила тяжести детали; Ро - осевая сила центров; Рн - сила фения, действующая на хомутик детали от поводка в следствии осевого биения планшайбы передней бабки; Рс1 - сила, приложенная к хомутику детали; Уд - скорость вращения детали; Ук - скорость вращения шлифовального круга; М - момент сопротивления вращению детали

Так как для разработки одноконтактного управляющего прибора существенным фактором, влияющим на погрешность измерения, будет деформация изделия в процессе обработки, приведенная методика поможет учесть упругую деформацию при его использовании.

Силы резания для конкретных условий шлифования изделия находят по известным формулам.

При установке управляющего прибора напротив шлифовального круга величина прогиба будет направлена в радиальном направлении Ру. Для расчета сил резания были взяты рекомендуемые режимы обработки.

Для того чтобы определить упругую деформацию детали под расчетной нагрузкой Р от сил резания, был проведен расчет упругой деформации с учетом сил зажима детали в центрах станка (рис. 2).

Уравнение упругой линии имеет следующий вид:

2 S

а1 со& а!/ 2 Определим максимальный прогиб/:

(0<z<—). 2

J 2S

tgal/2

al

(3)

(4)

где« - Л|— , В = E-Jx = const; для круглого сечения Jx = nd /64; В - жесткость на

изгиб; Е - модуль упругости, кг/мм2 (Е = 2,1-104 кг/мм2); .! поперечного сечения относительно оси г.

„ - момент инерции

р

/

1/2

1/2

т

5" 7

Рисунок 2 - Схема упругой деформации изделия шарнирно закрепленного в центрах станка с действующей продольной 5 и поперечной Р силами

Для экспериментального определения упругой деформации валиков под действием поперечной нагрузки Р по схеме рис. 3 была собрана лабораторная установка (рис. 4). Проведена калибровка микрокатора. В качестве объектов контроля выбраны цилиндрические валики диаметром от 3 до 10 мм и длиной 90 мм из стали Р9. Для создания нагрузки возьмем набор гирь от 10 до 500 г.

—

! Р ........ 1.

Рисунок 3 - Схема установки для определения упругой деформации цилиндрических деталей от поперечной нагрузки: 1 - стойка С1; 2 - головка измерительная пружинная (ИГП-1); 3 - винт; 4 - гайка; 5 - рычаг; 6 - груз; 7 - концевые меры длины; 8 - деталь

Рисунок 4 - Общий вид экспериментальной установки для определения упругой деформации валиков под действием поперечной нагрузки

В результате исследования получены размеры деформации под действием поперечной нагрузки.

Для того чтобы определить упругую деформацию валиков под действием продольной (осевой) и поперечной нагрузки, разработана схема лабораторной установки (рис. 5). По разработанной схеме собрана лабораторная установка на базе круглошлиф овального станка (рис. 6).

Экспериментальная проверка усилия зажима детали в центрах станка составляет 320...400 Н.

Рисунок 5 - Принципиальная схема установки для определения упругой деформации валиков от продольной и поперечной нагрузок: 1 - станина станка; 2 - головка измерительная пружинная (ИГП-1); 3 - винт; 4 - гайка; 5 - рычаг; 6 - груз; 7 - деталь; 8 - центра станка

Рисунок 6 - Установка на базе круглошлифовального станка для определения упругой деформации валиков от продольной и поперечной нагрузок

Обобщив полученные теоретические расчеты (формула 4) с результатами экспериментальных данных, получены зависимости упругой деформации образцов детали от действия сил резания (рис. 7).

О 1 > 3 л Р, н Нагручка

í, МКМ

3 200

|

а. 150 1 ЮО

Я

р. 50 .й1

Диаметр 3 мм

2 3 4 Р, Н

Нагрузка

а) б)

Рисунок 7- Графики упругой деформации цилиндрических деталей: I - от действия поперечной нагрузки, 2 - от дейсгвия поперечной и продольной нагрузок, 3 - расчетные значения от действия поперечной и продольной нагрузок

Упругая деформация деталей со сложной формой поверхности проверена в специализированной лицензированной программе АМ8У8 версии I I. По созданным трёхмерным моделям и приложенным к ним реальным нагрузкам получена математическая модель влияния сил резания на упругую деформацию детали (рис. 8).

По результатам исследования использование одноконтактного метода измерения будет давать значительную погрешность от упругой деформации детали (от 0,5 до 150 мкм) в зависимости от длины и диаметра.

Рисунок 8 - Математическая модель обработки развёртки на круглошлифовальном станке переменного диаметра в процессе нагружения (изгиб визуально масштабирован в 100 раз)

Для исключения погрешности от деформации изделия под действиям сил резания был разработан метод повышения точности (в пределах 1...2 мкм) обработки деталей на круглошлифовальных станках с управляющими приборами, заключающийся в автоматическом кратковременном отводе (на время 2...5 с при врезном шлифовании) шлифовального круга для обеспечения точности измерения геометрических параметров при отсутствии упругой деформации и

вибрации обрабатываемой детали и элементов станка, а также разработан ряд способов:

- способ повышения точности позиционирования обрабатываемых деталей на станках за счет исключения зазоров в направляющей скольжения пиноли задней бабки и элементах ограничения от поворота пиноли вокруг ее оси;

- способ замены силы трения скольжения на трение качения, действующей на хомутик детали от штифта планшайбы передней бабки вследствие осевого её биения;

- способ расположения оси первичного преобразователя одноконтактного управляющего прибора проходящей через оси обрабатываемой детали и шлифовального круга (принцип Аббе), что обеспечивает возможность обработки и измерения деталей малого диаметра (менее 3 мм) и исключения необходимости в двухконтактных управляющих приборах, что приводит к возможности использования одноконтактного управляющего прибора;

- способ уменьшения динамической погрешности измерения за счет исключения конструктивных недостатков существующих схем построения управляющих приборов (на основе патента на изобретение № 2316420 от 10.02.2008 г.).

В третьей главе разработан новый принцип построения средств управляющего контроля для инструментального производства. Разработан алгоритм его работы и методика измерения первой детали с управляющим прибором.

Механизм базирования измерительного устройства (ИУ) установлен на станину станка и позволяет УП осуществлять измерение диаметра изделия вдоль его оси. Собственная погрешность УП находиться в пределах 1 мкм. Суммарная погрешность обработки изделия на станке с УП не превышает 2...3 мкм. Принципиальные схемы УП показаны на рисунках 9 и 10.

Рисунок 9 - Схема одноконтактногоуправляющегоприбора к круглошлифовальным станкам с направляющей скольжения: 1 - отчетно-командное устройство; 2 - преобразователь; 3 - кабель; 4 - измерительное устройство; 5 - элементы базирования; 6 - станина станка; 7 - обрабатываемое изделие (фреза); 8 - шлифовальный круг; 9- цифровой индикатор

На рис. 10 винтовой механизм переналадки заменен на направляющую качения с дополнительным датчиком перемещения, что позволяет осуществлять быструю переналадку на другой размер обрабатываемого изделия.

По разработанным схемам спроектирован и изготовлен опытный образец управляющего прибора. Все элементы измерительного устройства с преобразователем закреплены к основанию, которое в свою очередь крепиться к элементам базирования.

По разработанным электрическим схемам изготовлены электронные платы отчетно-командного устройства, который был собран и экспериментально проверен.

Рисунок 10 - Схема одноконтактного управляющего прибора к круглошлифовальным станкам с направляющей качения: 1 - шлифовальный круг; 2 - обрабатываемое изделие (фреза); 3 - отчетно-командное устройство; 4 - преобразователь; 5 - измерительное устройство; 6 - корпус; 7 - винт; 8 цифровой микрометр; 9 - пружина; 10 - ручка; 11 - элементы базирования; 12 - станина станка

В четвертой главе разработана методика определения контактных напряжений, возникающих между измерительным наконечником и деталью от'действия полного измерительного усилия преобразователя. Выявлены составляющие полного измерительного усилия и способы их определения.

ОН=Оа.+<2эм±Оф±& (0±е,(0±йсож±а«,±а,,± *тн (5)

оуп

где У£тт — полное измерительное усилие при включенном электромагнитном

механизме; @ст - измерительное усилие преобразователя определяемое наличием трения скольжения и трением качения в роликовой призматической направляющей; — усилие, создаваемое управляющим электромагнитным механизмом; - усилие от сил трения в фрикционном механизме;-б» (0 _ инерционная составляющая измерительного усилия; - ударная составляющая, возни-

кающая в момент появления механического контакта; ^сож - усилие, возникающее от смазочно-охлаждающей жидкости; &«*»- усилие магнитного поля элементов станка;^- гидравлическое трение от смазки в направляющей;^«.-усилие от атомно-молекулярного схватывания; 2««б_ усилие от вибрации станка.

Рисунок 11 - Испытание ПАК на круглошлифовапьном станке

Рисунок 12 - Осциллограмма сигнала ЭММ (внизу) и перемещение измерительного наконечника (вверху)

Разработана методика проведения экспериментального исследования первичного преобразователя к управляющим приборам на круглошлифовапьном станке, которые были проведены с помощью опытного образца (рис. 11). Как видно на осциллограмме (рис. 12) при экспериментальном определении динамических характеристик УП (сигнал электромагнитного механизма внизу, индуктивного преобразователя вверху), проверено западание наконечника в разрыв детали при различных режимах работы, а также определено время его срабатывания.

Также автором рассмотрены возможные области применения первичного преобразователя в двухконтактных измерительных приборах и при измерении среднего диаметра резьб в процессе обработки на резьбошлифо-вальном станке.

В конце главы представлен экономический эффект при внедрении систем управляющего контроля на производство, в котором приведен пример изготовления партии деталей и сравнительные результаты до и после установки управляющего прибора на круглошлифовальный станок.

Результаты исследований внедрены и приняты к использованию на трёх промышленных предприятиях, где был получен суммарный экономический эффект 52180160 (пятьдесят два миллиона сто восемьдесят тысяч сто шестьдесят) рублей в ценах 20072012 года.

В заключении перечисляются основные результаты работы, и отражается полезность достигнутых результатов для практического использования.

В приложениях приведены протокол калибровки микрокатора, протоколы проведения экспериментов, электрические схемы отчетного устройства, программа для прошивки микропроцессора, акты подтверждающие внедрение результатов работы, копии дипломов и сертификатов участия в конкурсах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Современные круглошлифовальные станки обеспечивают точность обработки деталей в пределах 1 - 2 мкм, за счет низкопроизводительного метода пробных проходов и промеров. Управляющие приборы, обеспечивающие повышение точности и производительности технологии изготовления изделий в машиностроении не могу! использоваться для изделий инструментального производства, так как не отвечают его требованиям по сложившимся принципам их построения и техническим характеристикам;

2. Разработана высокоточная методика обработки и измерений изделий с управляющим прибором на круглошлифовальных операциях, которая позволяет повысить точность измерения размерных параметров в пределах 1-2 мкм и одновременно увеличить производительность технологии изготовления изделий в 1,5 — 2 раза;

3. Разработан алгоритм, программа и средство управления работой первичного преобразователя обеспечивающие уменьшение погрешности измерения в 4 - 5 раз;

4. Установлено, что упругая деформация обрабатываемых деталей диаметром от 3 до 10 мм в процессе шлифования составляет от 1 до 150 мкм в зависимости от режима обработки. Это существенно влияет на погрешность измерения одноконтактным методом;

5. Исследованы новые принципы построения первичных преобразователей, обеспечивающие измерения линейных размеров деталей (режущего инструмента) с прерывистой поверхностью с малым измерительным усилием и минимальной погрешностью измерения при переходе наконечника с гладкой поверхностью на прерывистую и наоборот;

6. Впервые предложена схема измерения размеров изделий на круглошлифовальных станках, заключающиеся в том, что измерительная линия однокоптактного управляющего прибора проходит через оси контролируемой детали и шлифовального круга, что позволяет расширить его функциональные возможности для измерения изделий диаметром менее 3 мм (от 0,5 мм и более);

7. Разработаны способы повышения точности позиционирования изделий на круглошлифовалыюм станке с цилиндрической пинолыо задней бабки, заключающиеся в минимизации зазоров в пиноли, замене сил трения скольжения на силы трения качения между поводком и хомутиком для исключения вибрации длинных деталей, расположении управляющего прибора на станке, уменьшении динамических погрешностей измерения;

8. Результаты работы внедрены на производстве в ЗАО «Омский завод специальных изделий», ООО «Агрозапчасть», ООО «Политрейд», г. Омск

и используются в учебном процессе кафедры «Метрология и приборостроение» Омского государственного технического университета, что подтверждается актами о внедрении.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК:

1. Тигнибидин. A.B. Новые принципы построения приборов активного контроля для изделий инструментальных производств и машиностроения [Текст] / Леун В.И., Тигнибидин A.B. Омский научный вестник. - 2009. - Вып. 1 (77).-С. 165- 169.

2. Тигнибидин, A.B. Технологическая точность круглошлифовальных станков для инструментальных производств [Текст] / Тигнибидин A.B. // Омский научный вестник. - 2010. - Вып. 2 (90). - С. 51 - 52.

3. Тигнибидин, A.B. Метод и способы уменьшения погрешности обработки и измерения деталей на круглошлифовальных станках [Текст] / Тигнибидин A.B., Леун В. И. // Омский научный вестник. - 2012. - Вып. 1 (107). - С. 146 - 149.

4. Тигнибидин, A.B. Обеспечение точности отверстий в изделиях фланец с помощью приборов автоматического контроля / Тигнибидин A.B., Жеребцов С.Н. П Технология машиностроения. - 2011. - Вып. 8 (110). - С. 50-52.

5. Тигнибидин, A.B. Повышение точности и производительности обработки и измерения изделий на круглошлифовальных станках в инструментальном производстве управляющими приборами / Тигнибидин A.B. Н Технология машиностроения. - 2012. - Вып. 5 (119). - С. 14-17.

Патенты на изобретения:

6. Тигнибидин, A.B. Устройство для активного контроля линейных размеров изделий / Леун В. И., Николаева Е. В., Тигнибидин A.B. // Патент на изобретение РФ, № 2316420; Заявлено 07.03.2006; Опубл. 10.02.2008, Бюл. № 4. -5 е.: ил.

7. Тигнибидин, A.B. Устройство для активного контроля среднего диаметра резьбы деталей на резьбошлифовальном станке / Леун В. И., Николаева Е. В., Тигнибидин A.B. // Патент на изобретение РФ, № 2397061; Заявлено 01.07.2008; Опубл. 20.08.2010, Бюл. № 23. -5 сГ: ил.

Публикации в материалах всероссийских научно-технических конференций:

8. Тигнибидин, A.B. Прибор автоматического контроля для шлифовальных станков инструментального производства и нефтегазового оборудования ПАК-ОмГТУ-3 [Текст] / Николаева Е.В., Тигнибидин A.B. // Проблемы трубопроводного транспорта нефти: Материалы VI науч.-техн. конф. молодежи ОАО «АК-Транснефть». - Тюмень, 2005. -С. 35-37.

9. Тигнибидин, A.B. Первичный преобразователь к управляющим приборам контроля [Текст] / Леун В.И., Тигнибидин A.B., Николаева Е.В. // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность: Материалы Всерос. науч.-техн. конф. - Омск, 2008. - Кн. 1. - С. 77-82.

10. Тигнибидин, A.B. Повышение точности обработки режущего инструмента на круглошлифовальных станках одноконтактным средством

управляющего контроля [Текст] / Тигнибидин A.B., Леун В.И., Николаева Е.В. // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность: Материалы Всерос. науч.-техн. конф.-Омск, 2008. - Кн. 1.-С. 137-142

11. Тигнибидин, A.B. Быстропереналаживаемые одноконтактные приборы активного контроля для кругло- и резьбошлифовальных станков инструментальных и машиностроительных производств [Текст] / Тигнибидин A.B., Леун В.И., Николаева Е.В. // Россия молодая: передовые технологии -в промышленность: Материалы II Всерос. молодеж. науч.-техн. конф. - Омск, 2009.-С. 112-115.

12. Тигнибидин, A.B. Разработка роликовой направляющей качения к приборам активного контроля / Тигнибидин Д.В., Тнгннбиднн A.B. // Омский регион - месторождение возможностей: Материалы И Региональной молодежной науч.-техн. конф. - Омск, 2011. - Кн. 1. - С. 91-93.

Личный вклад в статьях, опубликованных в соавторстве составляет не менее 50 %.

Печатается в авторской редакции Компьютерная верстка О. Н. Савостеевой

Подписано в печать 26.04.12. Формат 60x84 'Лб. Бумага офсетная. Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ. л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ 343.

Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11; т. 23-02-12 Типография ОмГТУ

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ И ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОПЕРАЦИИ КРУГЛОГО ШЛИФОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ С ПРЕРЫВИСТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ.

1.1 Метрологические характеристики круглошлифовальных станков.

1.2 Метрологические и конструктивные особенности обрабатываемых деталей (инструмента).

1.3 Источники погрешностей обработки деталей на круглошлифовальных станках.

1.4 Анализ существующих управляющих приборов для круглошлифовальных станков.

1.5 Эффективность управляющих приборов на круглошлифовальном станке.

Выводы.

2 ВЛИЯНИЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ СИЛ ПРИ ШЛИФОВАНИИ НА ПОГРЕШНОСТЬ ОБРАБОТКИ И ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЕТАЛЕЙ.

2.1 Действия сил резания на упругую деформацию деталей.

2.2 Разработка метода и способов уменьшения погрешности обработки и измерения деталей на круглошлифовальных станках.

Выводы.

3 РАЗРАБОТКА НОВОГО ПРИНЦИПА ПОСТРОЕНИЯ СРЕДСТВ УПРАВЛЯЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО

ПРОИЗВОДСТВА.

3.1 Разработка одноконтактных управляющих приборов к круглошли-фовальным станкам.

3.2 Разработка алгоритма работы, программы и средства управления одноконтактным управляющим прибором.

Выводы.

4 РАЗРАБОТКА ПЕРВИЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ К ОДНОКОНТАКТНЫМ УПРАВЛЯЮЩИМ ПРИБОРАМ И ОЦЕНКА ЕГО ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ

ЭФФЕКТИВНОСТИ.

4.1 Определение контактных напряжений, возникающих между измерительным наконечником и деталью от действия полного измерительного усилия преобразователя.

4.2 Разработка методики проведения экспериментального исследования первичного преобразователя к управляющим приборам.

4.3 Проведение экспериментальных исследований управляющего прибора

4.4 Область применения первичного преобразователя.

4.5 Экономический эффект при внедрении систем управляющего контроля

Выводы.

Актуальность исследования. Высокое качество машин, приборов и других изделий обеспечивается в технологическом процессе их производства, технической основой которого являются металлообрабатывающие станки, режущий инструмент и средства измерений. В условиях современной рыночной экономики от машиностроительного производства требуется частое обновление выпускаемой продукции. Обеспечение этих требований к изготовлению изделий машиностроения достигается в условиях серийного и единичного производства.

На приборостроительных и машиностроительных предприятиях развито ИП, являющееся основой обеспечения точности и производительности изготовления деталей в технологическом процессе. ИП характеризуется единичностью, серийностью, а также высокими требованиями к точности изготовляемых изделий (сверл, зенкеров, разверток, фрез, протяжек, зубонарезного и резьбооб-разующего инструментов, инструментов для станков с ЧПУ, деталей прецизионной технологической оснастки и большого многообразия калибров для контроля линейных размеров изделий) с минимальными допусками на диаметр 1,0.5 мкм [2, 3,4, 5, 6].

От 30 % до 80 % общих затрат труда составляют операции выполняемые в технологическом процессе на многочисленные измерения линейных размеров высокоточных деталей ИП, осуществляющих в большинстве случаев вручную, как в процессе обработки на металлорежущих станках, так и на операциях послеоперационного контроля [7].

Как известно из научных трудов (Моргунова А.П., Масягина В.Б., Волосова С.С., Бурдуна Г.Д., Педя Е.И., Высоцкого A.B., Соболева М.П., Этингофа М.И., Кондашевского В.В., Балакшина Б.С., Телешевского В.И., Леуна В.И., Глухова В.И., Ломова С.М., Маркова Б.Н., Марковой H.H., Иванова В.А., Федотова A.B. и др.), наиболее эффективно можно повысить точность и производительность изготовления деталей ИП с использованием управляющих приборов в крупносерийном и массовом производствах [8]. Для единичного и серийного инструментального производства ведутся работы в различных организациях России и за рубежом по созданию управляющих приборов для шлифовальных операций. Управляющие приборы при шлифовании для деталей с прерывистыми поверхностями разработаны и широко используются в производстве [9, 10, 52].

Однако для операции круглого шлифования в настоящее время отсутствуют УП, удовлетворяющие техническим требованиям инструментальных производств. Ограничен диапазон абсолютных измерений УП (80 мкм при цене деления 1,0 мкм; 0,4 мм - при цене деления 5 мкм без переналадки) [10], значительное время (5 и более минут) затрачивается на его переналадку на другой размер, наличие динамической погрешности измерения от 5 до 10 мкм (при одноконтактном измерении) при переходе наконечника с гладкой на прерывистую поверхность (и наоборот), полное измерительное усилие контактного устройства при контроле достигает 1,0.4,0 Н и более, недостаточная точность обработки деталей на станках при использовании двухконтактного средства измерения - 6.8 мкм, а при одноконтактном - 9. 12 мкм [11, стр. 72-73].

Основой для создания отечественных управляющих приборов послужили исследования и конструкторско-технологические работы, ранее выполненные учеными, инженерами и аспирантами во ВНИИ измерений, в Московском станкоинструментальном, Санкт-Петербургском и Омском политехнических институтах, МВТУ им. Баумана, Тольятинском политехническом институте и Волжском автомобильном заводе, в Особом конструкторском бюро (г. Москва), НПО «Прибор» (г. Апрелевка), АНИТИМ (г. Рубцовск), Челябинском инструментальном заводе, Пензенском филиале ВНИТИ приборостроения, заводе «Калибр», Горьковском и Московском автомобильных заводах, некоторые из них переименованы или обанкротились. Использован и зарубежный опыт Итальянской фирмы МагроэБ в создании управляющих приборов.

В настоящее время решением проблемы автоматизации измерения во время обработки на финишных операциях занимаются в России ОАО «НИИизмере-ния», ОАО «РОБОКОН», на Челябинском инструментальном заводе (ОАО «ЧИЗ»), кафедра «Метрология и приборостроение» Омского государственного технического университета и в других организациях.

На основе анализа опубликованных материалов по созданию управляющих приборов для круглошлифовальных станков, используемых широко в настоящее время в машиностроении, исследований аналогичных приборов на кафедре «Метрология и приборостроение» ОмГТУ, обследование ряда инструментальных заводов и инструментальных производств при машиностроительных предприятиях (ПО «Полет», ОМО им. П.И. Баранова, Омское машиностроительное КБ, ОАО Омский Агрегатный завод г. Омск, АЗ «УРАЛ» г. Миасс, ОАО УМЗ г. Ульяновск, ОАО «КАМАЗ» г. Набережные Челны, ОАО АвтоВАЗ г. Тольятти, ОАО Уралмашзавод г. Екатеринбург и др.) сделан вывод о необходимости дальнейшего развития управляющих приборов для операций круглого шлифования, которые должны удовлетворять требованиям инструментальных производств.

В 2009 г. проект по разработке управляющего прибора получил финансирование Фонда содействия развитию малого предпринимательства в научно-технической сфере по программе У.М.Н.И.К. (Приложение И), в 2010 году проект получил грант по программе СТАРТ и было организовано малое предприятие по 217 ФЗ - ООО «Политех-Прибор» для коммерциализации полученных результатов (Приложение П).

На основе вышеизложенного и активной позиции ведущих специалистов-инструментальщиков, сформированная автором тема диссертационной работы «Повышение точности и производительности операции круглого шлифования деталей с прерывистыми поверхностями на основе применения управляющих приборов» актуальна для прецизионного машиностроения и инструментальных производств.

Объект исследования: управляющие приборы контроля геометрических параметров при круглом шлифовании, круглошлифовальные станки, упругая деформация деталей с прерывистыми поверхностями, контактные напряжения от полного измерительного усилия.

Целью работы является повышение точности и производительности операции круглого шлифования деталей с прерывистыми поверхностями на основе применения управляющих приборов в инструментальном производстве новых принципов построения и совершенствования механизмов базирования изделий на станке.

Задачи работы. Для достижения указанных целей необходимо было решить следующие задачи: повысить точность обработки изделий на круглошлифовальных станках за счет компенсации основных составляющих первичных погрешностей технологической системы;

2. повысить производительность за счет сокращения промежуточных измерений посредством использования управляющих приборов с учетом особенностей инструментального производства;

3. определить размер упругой деформации обрабатываемых деталей в процессе шлифования и ее влияние на погрешность измерения одноконтактным методом;

4. разработать алгоритм, программу и средство управления работой первичного преобразователя с целью уменьшения погрешности измерения;

5.разработать и исследовать новые принципы построения первичных преобразователей, обеспечивающие измерения линейных размеров деталей (режущего инструмента) с прерывистой поверхностью с малым измерительным усилием и минимальной погрешностью измерения при переходе наконечника с гладкой поверхностью на прерывистую и наоборот;

6. разработать и исследовать схемы измерения измерительного устройства управляющего прибора к круглошлифовальным станкам;

7. повысить точность позиционирования изделий на круглошлифовальном станке с цилиндрической пинолью задней бабки;

8. провести исследования работы первичного преобразователя;

9. автоматизировать существующий высокоточный, но низкопроизводительный метод пробных проходов и промеров с целью повышения его производительности.

Методы исследований. В работе использовались основные положения теории методов измерения, теории погрешностей средств измерения, теории упругости, теории трения и изнашивания, основ технологии машиностроения, материаловедения, основ проектирования приборов и систем, основ взаимозаменяемости, основ точности металлорежущих станков и инструментов, государственных стандартов Российской Федерации в области режущего инструмента и теории точности. Экспериментальные исследования проводились на поверенных и аттестованных измерительных приборах и оборудовании. Виртуальное математическое моделирование проводилось в специализированных САПР программах.

Научная новизна [12, 13] работы заключается в следующем:

- Разработан высокоточный метод технологии обработки и измерений изделий на круглошлифовальных станках с управляющими приборами, обеспечивающий изготовление изделий с суммарной погрешностью в пределах 1 - 2 мкм за счет компенсации первичных погрешностей обработки.

По данному методу производится автоматический кратковременный (на 2 - 5 с) отвод шлифовального круга для обеспечения точности измерения геометрических параметров при отсутствии упругой деформации и вибрации обрабатываемой детали и элементов станка.

Этот метод обеспечивает одновременно и увеличение производительности технологии изготовления изделий (в 1,5 - 2 раза) за счет автоматизации измерения в процессе обработки управляющим прибором;

- Разработан алгоритм автоматизации измерения геометрических размеров изделий одноконтактным управляющим прибором к круглошлифовальным станкам;

- Разработаны и исследованы новые принципы построения и конструктивного исполнения первичных преобразователей к управляющим приборам, позволяющие свести к минимуму разность статической и динамической суммарной погрешности измерения, заключающиеся в отсутствии упругих элементов, малой подвижной массой измерительного стержня (5-10 г), соблюдением принципа Аббе, наличием фрикционного элемента и импульсным управлением перемещением измерительного стержня (патент на изобретение №2316420 от 10.02.2008 г. [39]);

- Предложена впервые новая схема измерения размеров изделий на круг-лошлифовальных станках, заключающиеся в том, что измерительная линия одноконтактного управляющего прибора проходит через оси контролируемой детали и шлифовального круга, что позволяет расширить его функциональные возможности для измерения изделий диаметром менее 3 мм (от 0,5 мм и более).

Практическая ценность работы определяется тем, что она является научной основой для проектирования приборов управляющего контроля диаметра наружных цилиндрических прерывистых поверхностей (менее 10 мм) и позволяет автоматизировать технологический процесс круглошлифования, повысить точность обрабатываемых изделий и производительность обработки в 1,5-2 раза.

На основе предложенных метода и способов, а также изготовленному опытному образцу управляющего прибора, апробация которого проводилась на круглошлифовальном станке, был получен значительный экономический эффект на производстве (Приложение С).

Достоверность результатов работы обоснована тем, что теоретические исследования были экспериментально проверены в лабораторных и производственных условиях (предприятия) при использовании аттестованной метрологической аппаратуры, в использовании проверенной на практике теории упругости, теории точности, теории методов измерения, теории погрешностей средств измерения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод повышения точности обработки изделий на круглошлифовальных станках с управляющими приборами;

2. Алгоритм, программа и средство для одноконтактных управляющих приборов;

3.Новые принципы построения управляющих приборов к шлифовальным станкам;

4. Способы уменьшения погрешностей изготовления изделий на круглошлифовальных станках;

5. Теоретические и экспериментальные исследования технических характеристик первичного преобразователя;

6. Методика определения влияния сил резания на погрешность измерения деталей в процессе обработки на круглошлифовальных станках.

Личный вклад автора. Научные результаты, выносимые на защиту, получены непосредственно автором. Автором лично выполнен анализ точностных характеристик современных круглошлифовальных станков и существующих управляющих приборов к ним; определены составляющие суммарной погрешности при обработке изделий на круглошлифовальных станках; разработан, спроектирован и изготовлен управляющий прибор на основе новых принципов построения; предложены математические модели определения влияния сил резания на погрешность обработки; разработана программа для микропроцессорного блока управления и проведены экспериментальные работы по определению достоверности теоретических расчетов.

В соавторстве разработана принципиальная схема управляющего прибора, составлены методики проведения экспериментальных исследований.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в среде научной общественности России на научно-технических и международных конференциях, форумах, выставках, конкурсах: I и II Всероссийская научно-техническая конференция «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» г. Омск, I Форум молодых ученых Сибирского федерального округа «Треугольник знаний» - образование, наука и инновации» г. Томск, Всероссийский форум «Селигер-2009» и «Селигер-2010» (Приложение К), форуме Союза машиностроителей России Тверская обл., Сибирский международный форум «Интерра-09» г. Новосибирск, результаты работы демонстрировались на выставках «ПРОМТЕХЭКСГО-2009», «ВТТВ-2009, 2011», Международном экономическом форуме-2010 «Человеческий капитал - ключевой ресурс модернизации Российской экономики», «Инновации года - 2010» г. Омск (Приложение Л), в 100 лучших проектах России «Зворыкинского проекта» в 2009 г. на портале http://zv.innovaterussia.ru, участник «Конкурса русских инноваций» www.inno.ru, конкурса ¡5 www.iiiii.ru, где получил положительную оценку, а также докладывались и обсуждались в Омском машиностроительном конструкторском бюро (г.Омск, апрель 2009г.), Агрегатном заводе (г. Омск, ноябрь 2009 г.), Авиастроительном заводе им. Чкалова (г. Новосибирск, сентябрь 2009г.) среди ведущих специалистов предприятия и ОмГТУ где получил положительные отзывы и одобрения. В 2011 году прошел экспертизу в Летней Школе Академпарка г. Новосибирск, где получил диплом как «Лучший иногородний проект» (Приложение М), полуфиналист конкурса на Зворыкинскую премию 18-20 ноября 2011 г. (г. Москва) (Приложение Н).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 научных работ, в том числе 5 работы в изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций; два патента на изобретения: № 2316420 «Устройство для активного контроля линейных размеров изделий» от 10.02.2008 г. и № 2397061 «Устройство для активного контроля среднего диаметра резьбы деталей на резьбошлифовальном станке» от 20.08.2010 г., работает сайт в интернете www.innovatedevice.ru созданный автором. Работа соискателя отражалась в журналах и телевидении.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 72 наименования, и 16 приложений, включающих результаты экспериментальных исследований, электронные схемы, программу, патенты, акты внедрения в учебный процесс и промышленные производства, дипломы и сертификаты. Основной текст изложен на 103 машинописных страницах, включая 3 таблицы, 49 рисунков и фотографий. В конце глав имеются выводы, а в конце работы - заключение. Общий объем диссертации 176 страниц.

8. Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры «Метрология и приборостроение» Омского государственного технического университета, г. Омск и на производстве в ЗАО «Омский завод специальных изделий», ООО «Агрозапчасть», ООО «Политрейд», г. Омск, что подтверждается актами о внедрении. Суммарный экономический эффект от внедрения результатов работы на вышеперечисленные производственные предприятия составляет 52 180 160 (пятьдесят два миллиона сто восемьдесят тысяч сто шестьдесят) рублей в ценах 2007-2012 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Современные круглошлифовальные станки обеспечивают точность обработки деталей в пределах 1-2 мкм, за счет низкопроизводительного метода пробных проходов и промеров. Управляющие приборы, обеспечивающие повышение точности и производительности технологии изготовления изделий в машиностроении не могут использоваться для изделий инструментального производства, так как не отвечают его требованиям по сложившимся принципам их построения и техническим характеристикам;

2. Разработана высокоточная методика обработки и измерений изделий с управляющим прибором на круглошлифовальных операциях, которая позволяет повысить точность измерения размерных параметров в пределах 1 - 2 мкм и одновременно увеличить производительность технологии изготовления изделий в 1,5-2 раза;

3. Разработан алгоритм, программа и средство управления работой первичного преобразователя обеспечивающие уменьшение погрешности измерения в 4 - 5 раз;

4. Установлено, что упругая деформация обрабатываемых деталей диаметром от 3 до 10 мм в процессе шлифования составляет от 1 до 150 мкм в зависимости от режима обработки. Это существенно влияет на погрешность измерения одноконтактным методом;

5. Исследованы новые принципы построения первичных преобразователей, обеспечивающие измерения линейных размеров деталей (режущего инструмента) с прерывистой поверхностью с малым измерительным усилием и минимальной погрешностью измерения при переходе наконечника с гладкой поверхностью на прерывистую и наоборот;

6. Впервые предложена схема измерения размеров изделий на круглошлифовальных станках, заключающиеся в том, что измерительная линия одноконтактного управляющего прибора проходит через оси контролируемой детали и шлифовального круга, что позволяет расширить его функциональные возможности для измерения изделий диаметром менее 3 мм (от 0,5 мм и более);

7. Разработаны способы повышения точности позиционирования изделий на круглошлифовальном станке с цилиндрической пинолью задней бабки, заключающиеся в минимизации зазоров в пиноли, замене сил трения скольжения на силы трения качения между поводком и хомутиком для исключения вибрации длинных деталей, расположении управляющего прибора на станке, уменьшении динамических погрешностей измерения;

1. Клепиков, В.В. Технология машиностроения: Учебник / В.В. Клепиков,

2. A.Н. Бодров М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004, - 860 с.

3. ГОСТ 13779-77. Развертки цилиндрические. Допуски на диаметр. М.: Изд-во стандартов, 1984. - 5 с.

4. ГОСТ 1523-81. Развертки цилиндрические. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1994. - 14 с.

5. Рыжкин, A.A. Режущий инструмент: Учебное пособие / A.A. Рыжкин и др.. Ростов н/Д: Феникс, 2009. -405, 1. с. (Высшее образование).

6. Сахаров, Г.Н. Металлорежущие инструменты: учебник для вузов / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. М.: Машиностроение, 1989. -328 е.: ил.

7. ГОСТ 24853-81. Калибры гладкие для размеров до 500 мм. Допуски. -М.: Изд-во стандартов, 2003. 8 с.

8. Терган, B.C. Шлифование на круглошлифовальных станках: Учебник /

9. B.C. Терган, Л.Ш. Доктор М.: «Высшая школа», 1977. - 248 е.: ил.

10. ГОСТ 8517-90. Приборы управляющие при шлифовании. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

11. Сайт итальянской фирмы «Марпосс». URL:http://www.marposs.com (дата обращения: 26.02.2010 г.).

12. Соболев, М. П. Автоматический размерный контроль на металлорежущих станках / М.П. Соболев, М.И. Этингов Смоленск: «Ойкумена», 2005. - 300 с.

13. Высоцкий, А. В. Активный контроль размеров деталей с прерывистыми поверхностями / A.B. Высоцкий, Б.М. Куперман и др. М.: Машиностроение, 1969. - 135 е.: ил.

14. Селетков, С. Г. Соискателю ученой степени / С.Г. Селетков. -Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1999.-174 с.

15. Бабаев, Д. Б. Как работать над диссертацией / Д.Б. Бабаев.

16. Уч.пособие. Иваново: Изд-во Минэнерго СССР, 1989. - 326 с.97

17. Реченко, Д.С. Высокоскоростное шлифование инструментальных материалов // Россия молодая: передовые технологии в промышленность: Материалы Всероссийской научно-технической конференции 12-13 ноября 2008 г. - Омск. - 2008. - Кн. 1.-С. 111-115.

18. ГОСТ 2034-80 Сверла спиральные. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

19. ГОСТ 8034-76 Сверла спиральные малоразмерные диаметром от 0,1 до 1,5 мм с утолщенным цилиндрическим хвостовиком. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

20. ГОСТ 19548-88 Сверла спиральные для обработки легких сплавов. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

21. ГОСТ 9140-78 Фрезы шпоночные. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

22. ГОСТ 16463-80 Фрезы шпоночные цельные твердосплавные. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

23. ГОСТ 29092-91 Фрезы цилиндрические. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

24. ГОСТ 17024-82 Фрезы концевые. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

25. ГОСТ 21586-76 Зенкеры для обработки отверстий диаметром от 3 до 80 мм в деталях из легких сплавов. Допуски на диаметр. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

26. ГОСТ 21545-76 Зенкеры цельные, твердосплавные для обработки деталей из нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

27. ГОСТ 11173-76 Развертки с припуском под доводку. Допуски. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

28. ГОСТ 1523-81 Развертки цилиндрические. Технические условия. -М.: Изд-во стандартов, 1990. 9 с.

29. ГОСТ 13779-77 Развертки цилиндрические. Допуски на диаметр. -М.: Изд-во стандартов, 1990. 9 с.

30. ГОСТ 24853-81 Калибры гладкие для размеров до 500 мм. Допуски. -М.: Изд-во стандартов, 1990. 10 с.

31. ГОСТ 24818-81 Протяжки для шестишлицевых отверстий с прямобочным профилем с центрированием по наружному диаметру комбинированные переменного резания. Конструкция и размеры. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

32. ГОСТ 24822-81 Протяжки для десятишлицевых отверстий с прямобочным профилем с центрированием по наружному диаметру комбинированные переменного резания. Конструкция и размеры. М.: Изд-во стандартов, 1990. - 9 с.

33. Справочник технолога машиностроителя / В.Б. Борисов, E.H. Борисов и др.; Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова, - 4-е изд., перераб. и доп. - Т.1. М.:Машиностроенние, 1985, - 656 с.

34. Леун, В.И. Основы проектирования элементов измерительных устройств управляющих приборов для контроля линейных размеров изделий прецизионного машиностроения. Уч. пос-е. Омск: Изд. ОмПИ, 1991, - 72 с.

35. Решетов Д.Н., Каминский В.В., Лапидус A.C. и др. Детали и механизмы металлорежущих станков / под ред. Д.Н. Решетова, T.l. М.: Машиностроение, 1972, 664 с.

36. Маслов, Е. Н. Теория шлифования материалов. М., «Машиностроение», 1974, 320 с.

37. Генис, Б. М. Шлифование на круглошлифовальных станках / Б.М. Генис, Л.Ш. Доктор, B.C. Терган. Изд. 2-е, испр. и доп. М., «Высшая школа», 1965. - 235 е.: ил.

38. Палей, М. М. Технология шлифования и заточки режущего инструмента / М.М. Палей, Л.Г. Дибнер, М.Д. Флид. М.: Машиностроение, 1988. - 288 е.: ил. - (Б-ка инструментальщика)

39. Космачев, И.Г. Справочная книга по отделочным операциям в машиностроении / под общ. ред. И.Г. Космачева, Сборник, Л.: Лениздат, -1966.-544 е.: ил.

40. Гаврилов, А.Н. Приборостроение и средства автоматики. Справочник в 5-ти Т. Кн. 2 / под общ. ред. Гаврилова А.Н. М.: Машиностроение. -1964.-595 с.

41. Решетов, Д.Н. Точность металлорежущих станков / Д. Н. Решетов, В. Т. Портман. -М.: Машиностроение, 1986. 336 е.: ил.

42. Тигнибидин, A.B. Новые принципы построения приборов активного контроля для изделий инструментальных производств и машиностроения Текст. / Леун В.И., Тигнибидин A.B. Омский научный вестник. 2009. -Вып. 1 (77).-С. 165- 169.

43. Тигнибидин, A.B. Технологическая точность круглошлифовальных станков для инструментальных производств Текст. / Тигнибидин A.B. // Омский научный вестник. 2010. - Вып. 2 (90). - С. 51 - 52.

44. Тигнибидин, A.B. Метод и способы уменьшения погрешности обработки и измерения деталей на круглошлифовальных станках Текст. / Тигнибидин A.B., Леун В. И. // Омский научный вестник. 2012. - Вып. 1 (107).-С. 146- 149.

45. Тигнибидин, A.B. Обеспечение точности отверстий в изделиях фланец с помощью приборов автоматического контроля / Тигнибидин A.B., Жеребцов С.Н. // Технология машиностроения. 2011. - Вып. 8 (110). - С. 50-52.

46. Сайт ОАО «НИИизмерения». URL:http://www.micron.ru (дата обращения: 26.02.2010 г.).

47. Бидерман, B.JI. Прикладная теория механических колебаний. Учебное пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1972. - 416 с.

48. Крагельский, И. В. Основы расчетов на трение и износ / Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

49. Пинегин, C.B. Контактная прочность и сопротивление качению. М.: Машиностроение, 1969. - 242 с.

50. Адаптивное управление станками / Б.М. Базров, Б.С. Балакшин, И.М. Баранчукова и др.; Под ред. Б.С. Балакшина. М.: Маш-е, 1973. - 688 е.: ил.

51. ГОСТ 11654-90 «Станки круглошлифовальные. Основные параметры и размеры. Нормы точности». М.: Госстандарт, 1990 г.

52. A.c. 814661 СССР, МКИ3 B23Q 15/00. Измерительное устройство для активного контроля / В.И. Леун, А.П. Цымбаленко, А.Н. Чертовских, В.И. Глухов (СССР). №2775908/25-08; Заявлено 07.06.79; Опубл. 23.03.81, Бюл. №12.- 4 е.: ил.

53. A.c. 1328157 СССР, МКИ3 B23Q 15/00. Устройство для линейных измерений / В.И. Леун, Ю.Г. Долганёв, Е.В. Леун (СССР). №4037650/31-08; Заявлено 18.03.86; Опубл. 07.08.87, Бюл. № 29. - 4 с.: ил.

54. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М: Физматгиз, 1963. -540 е.: ил.

55. Воронцов, Л. Н. Приборы автоматического контроля размеров вмашиностроении: Учебное пособие для вузов по специальности «Приборыточной механики». М.: Машиностроение, 1988. - 280 е.: ил.102

56. Эльянов, В.Д. Шлифование в автоматическом цикле. М: Машиностроение, 1980. - 101 е.: ил.

57. Гейлер, 3. Ш. Самонастраивающиеся системы активного контроля. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1978. - 224 е.: ил.

58. Грановский, В. А. Динамические измерения: Основы метрологического обеспечения. JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984.-224 е.: ил.

59. Кондашевский, В. В. Активный контроль размеров деталей на металлорежущих станках. Омск: з.-с. книжное отд-ние, 1976. - 431 е.: ил.

60. Челомей, В. Н. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти т. / под ред. Диментберга Ф. М. и Колесникова К. С. М: Машиностроение, 1980. - 544 с.

61. Попов, С. А. Шлифовальные работы. М.: Высшая школа; Изд. Центр «Академия», 1999. - 383 е.: ил.

62. Рашкович, М. П. Индуктивные преобразователи для автоматизации металлорежущих станков / Рашкович М. П., Рашкович П. М., Шкловский Б. И. М.: Машиностроение, 1969. - 148 е.: ил.

63. Михелькевич, В. Н. Автоматическое управление шлифованием. М.: Машиностроение, 1975. -304 е.: ил.

64. Муханин, Л. Г. Схемотехника измерительных устройств: Учебное пособие. СПб.: Изд-во «Лань», 2009. - 288 е.: ил.

65. Ломов, С. М. Разработка и исследование способов повышения точности формы деталей при активном контроле в процессе круглого шлифования. Текст.: дис.канд. техн. наук: 05.02.08 защищена 1979: утв. 1979 / Ломов Станислав Михайлович. Омск, 1979. - 247 с.

66. Протокол калибровки головки измерительной пружинной с помощьюконцевых мер длины1. Исходные данные:

67. Стойка С1 (ГОСТ 10197-70; завод изготовитель ЛИЗ; заводской номер 0233)

68. Концевые меры длины №1 (ГОСТ 9038-73; кл.1; заводской номер 737097)