автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение точности механической обработки на многофункциональном оборудовании

На правах рукописи

ГАВРИЛОВ ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОМ ОБОРУДОВАНИИ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Специальность 05.02.08 -технология машиностроения и 05.03.01 - технология и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Омск-2004

На правах рукописи

ГАВРИЛОВ ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОМ ОБОРУДОВАНИИ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

Специальность 05.02.08 - технология машиностроения и 05.03.01 - технология и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Омск -2004

Работа выполнена в государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет»

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КОСОВ М.Г.

доктор технических наук, профессор КУШНЕР B.C.

доктор технических наук, профессор РАУБА А. А.

Ведущая организация:

ФГУП ПО «Полет», г. Омск

Защита диссертации состоится 26 ноября 2004 г. в_часов на заседании

диссертационного совета Д 212.178.05 в ГОУВПО ОмГТУ по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира 11, корпус 6, ауд. 340.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОмГТУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направить в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан «_»_

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

В.И. Суриков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Создание конкурентоспособной продукции машиностроения в наибольшей степени обеспечивается точностью ее изготовления, которая последовательно формируется на всех этапах от проектирования технологического процесса изготовления до сборки готового изделия. Наиболее важным с точки зрения достижения требуемой точности изделия является процесс изготовления деталей, поэтому повышение точности механической обработки является важной народнохозяйственной проблемой.

Успешное решение данной проблемы осложняется следующими причинами.

Во-первых, непрерывным ростом требований к точности изготовления деталей, что объясняется повышением требований к современным конкурентно-способным машинам и стремлением улучшить технические характеристики машины, повысить ее надежность, долговечность, геометрические и динамические показатели точности, что невозможно без учета динамических свойств технологической системы.

Во-вторых, особенностью современного машиностроения является значительная доля (75..,80 %) его продукции, выпускаемая в условиях многономенклатурного производства с частой сменой изделий. В связи с этим проблемы обеспечения точности деталей при обработке на многофункциональных станках становятся еще острее И пока далеки от решений. Это связано с разработкой и широким применением новых технологических процессов, современного технологического оборудования и инструмента, способных обеспечить требуемую точность деталей и производительность обработки в условиях высокой мобильности и гибкости производства. Распространить достижения в области обеспечения точности в крупносерийном и массовом производстве на многономенклатурное не представляется возможным из-за его особенностей.

Выявление на стадии проектирования технологического процесса свойств по его гибкости с учетом требований точности обработки деталей позволяют сформулировать научно-обоснованные требования к станкам по их точности и гибкости.

В связи с частой сменой объектов производства, технологическое оборудование и большая номенклатура используемой оснастки должны обладать технической гибкостью, то есть способностью переходить, в пределах установленных технических возможностей, из одного функционального состояния в другое. Обеспечение заданной точности обработки детали также требует повышения виброустойчивости всей технологической системы.

В третьих, традиционный подход при исследовании точности обработки обычно состоит в том, что сосредотачивается внимание на различных аспектах

проблемы точности, т.е. ограничиваются исследованием отдельных вопросов технологического и конструкторского плана, а не комплексным решением проблемы.

В машиностроении при обеспечении точности решены и изучаются задачи по совершенствованию станочного оборудования, оснастки и инструмента, изучены вопросы выбора вариантов технологических процессов и оптимальных режимов резания, а также разработаны экспериментально-аналитические методы и модели, позволяющие производить оценку точности на ЭВМ. Все это привело к определенному прогрессу в каждом из рассмотренных случаев. Достигнутые результаты ставят на повестку дня следующую задачу комплексной оценки точности, увязки ее с качеством станочного оборудования, его динамическим состоянием, выбором современных методов обработки, структуры операций и технологического процесса.

Кинематика процесса формообразования, переменность припуска и физико-механических свойств заготовки, геометрические параметры инструмента, режимы обработки и теплофизические свойства процесса резания приводят к изменению во времени теплового и силового воздействий на технологическую систему и, как следствие этого, к возникновению колебаний, что снижает точность обработки и может стать причиной потери устойчивости динамической системы станка, ограничив его производительность.

В связи с этим анализ и разработка теоретических методов, моделирующих процессы механической обработки с учетом динамических погрешностей, вносимых оборудованием, методами обработки, процессом резания, направленных на снижение погрешностей отдельных переходов, а также повышение точности путем оптимизации построения технологического процесса, являются актуальной проблемой машиностроения.

Целью работы является улучшение качества машиностроительной продукции за счет повышения точности механической обработки на многофункциональном технологическом оборудовании на основе разработки моделей процессов резания с учетом динамических погрешностей, вносимых оборудованием, методами обработки, процессами резания, направленными на снижение погрешностей отдельных переходов, а также повышение точности путем оптимизации построения технологического процесса.

Основанием для выполнения работы послужили: Комплексные программы повышения технического уровня производства агрегатов ТРА на 1983 - 1990 г.г. (Постановление СМ. СССР № 526); тематический план НИР ОмГТУ, финансируемый из средств федерального бюджета по единому заказ - наряду Министерства Образования РФ, г/б темы № Ф10-96, № Ф1-99, № 1.01 .Ф, № 1.03.Ф

Методология и методы исследования. В качестве общей методологической основы использован системный подход, заключающийся в анализе точности изде-

лий как большой проблемы машиностроения, одной из составляющих которых является проблема обеспечения точности механической обработки в многономенклатурном производстве, установлений влияния доминирующих факторов на точность обработки. Так при исследовании погрешностей, вносимых колебательными процессами, проводится мониторинг состояния оборудования по вибрационной активности с помощью виброколлектора СК-1100.

Теоретические исследования проводились на базе основных положений и методов теории резания металлов, технологии машиностроения, механики твердого тела, теории упругости и теории колебаний, теории математического и физического моделирования с использованием методов вычислительной математики. Для разработки математических моделей использовались результаты исследований динамических характеристик станков различных групп, проведенных автором и другими исследователями.

Экспериментальные исследования проводились по известным и разработанных автором методикам в лабораторных и производственных условиях с применением методов планирования эксперимента и обработки их результатов. Широко использовались возможности современных ПЭВМ как для расчета, так и для исследования модели.

Объектами исследований являлись станки традиционных компоновок и опытные образцы, созданные на базе механизмов с параллельной кинематикой типа "Гексопод" и образцов, созданных по изобретениям А.С. № 1349954, № 1815122.

С помощью экспериментальных исследований подтверждена достаточная для инженерных расчетов адекватность разработанных математических моделей.

Научная новизна работы состоит в разработке концепции повышения точности механической обработки на многофункциональном оборудовании в условиях многономенклатурного производства, состоящей из обоснования последовательности выполнения переходов и операций технологического процесса с позиции обеспечения заданной точности и прогнозирования погрешности обработки с учетом динамического качества оборудования. Создана научная база методик расчета рациональных параметров оборудования и режимов резания для повышения виброустойчивости и технологической надежности станков при механической обработке, а именно:

- установлены свойства технологических переходов и операций обеспечивать точность и гибкость технологического процесса;

- разработана теория формирования операции с заданными параметрами качества и производительности обработки;

- разработаны обобщенные физические и математические модели динамики несущей системы станков серийного выпуска и станков с параллельной кинематикой;

- разработана математическая модель автоколебаний технологической системы при точении валов, в которой источником возбуждения является падающая характеристика силы резания и запаздывание силы от перемещения;

- раскрыта взаимосвязь между колебательными процессами и кинематическими приращениями глубины резания, подачи и скорости резания при поперечных колебаниях и определена степень влияния этих приращений на условия возбуждения колебаний и устойчивость системы с нелинейными зависимостями силы от скорости и перемещения;

- установлено, что при чистовом точении технологически нежестких валов резцами с зачищающей режущей кромкой падающая характеристика силы резания является основным, а запаздывание силы от перемещения несущественным источником первичного возбуждения автоколебаний;

- разработаны основные положения по обеспечению точности принципиально новых поколений станков с параллельной кинематикой, обладающих свойствами многофункциональности, гибкости и переналаживаемости, на основе повышения их качества путем рационального проектирования узлов несущей системы;

- предложены основные направления развития металлообрабатывающего оборудования для многономенклатурного производства;

- решена задача повышения виброустойчивости станков на основе использования виброгасящих устройств с тонкостенными упругими элементами и распределенной нагрузкой, величина которой может регулироваться по заданному закону. Устройство может использоваться в адаптивных системах.

Практическая ценность. Результаты научных исследований вносят существенный вклад в технологию машиностроения и станкостроения, раскрывая сущность образования погрешностей при механической обработке деталей на многофункциональном оборудовании, в частности, на многооперационных станках и станках с параллельной кинематикой. Направления и перспективы развития подобного оборудования (рекомендации по проектированию и эксплуатации), вопросы оптимизации режимов обработки и структуры технологических процессов, предложенные в диссертационной работе, позволяют значительно расширить область их практического использования в металлообработке.

Для руководства и использования в проектной инженерной деятельности предлагаются:

- методика проектирования гибких технологических процессов с заданной точностью для многономенклатурного производства;

- методика установления отношений следования операций и переходов с обеспечением требования по точности при изготовлении деталей в условиях ГПС;

- алгоритм определения вариантов последовательности операций механической обработки;

- обоснование выбора рационального состава технологического оборудования по критерию максимальной производительности к точности;

- математические модели динамики многофункционального, оборудования (серийного выпуска и опытных образцов на базе механизмов с параллельной кинематикой), алгоритмы и программы, позволяющие решать практические задачи по оценке точности многофункционального оборудования на стадии его проектирования и при эксплуатации, а также обеспечивать необходимую точность при проектировании технологических процессов;

- рекомендации по оптимизации режимов резания;

- рекомендации по расчету и применению виброгасящих устройств.

Реализация результатов работы.

При проектировании и создании опытных образцов реализованы полностью или частично признаки изобретений: А.С. № 1195102, А.С. № 1236242, А.С. № 1244407, А.С. № 1505893, А.С. № 1349954, А.С. № 1337227, А.С. № 1815122, А.С.№ 1245419, А.С.№ 1245418.

Результаты исследований внедрены на ФГУП ОМО им. П.И. Баранова, в Омском машиностроительном конструкторском бюро и ФГУП «Омский завод Подъемных машин».

Научные разработки автора работы внедрены в учебном процессе и используются при чтении курсов «Расчет и испытание станков на точность», «Конструирование, расчет и САПР станков и станочных комплексов», а также в курсовом и дипломном проектировании.

Основные положения, выносимые назащиту. Концепция повышения точности

механической обработки на многофункциональном оборудовании в условиях многономенклатурного производства, которая базируется на системном методологическом подходе к проблеме повышения точности и связывает в единое целое технологическое проектирование:

- выбор методов обработки и их реализация в технологических переходах;

- синтез операций из совокупности переходов;

- выбор (или разработка задания на проектирование) технологического оборудования, оснастки и инструмента;

- определение последовательности выполнения операций с соблюдением требований по точности и производительности.

Основу этапов проектирования составляют методики по установлению отношений следования операций и переходов, алгоритмизации определения последовательности обработки, обеспечению точности обработки.

Решение задачи снижения погрешности отдельных методов обработки и переходов, исходя из принципа отклонения траектории движения формообразования под действием соответствующих сил, можно представить как состоящую из постоянной и переменной (вибросмещения) составляющих.

Результатом данных отклонений траектории взаимного движения инструмента и заготовки является погрешность обработанной поверхности, состоящей из постоянной и переменной составляющих погрешностей детали. А так как амплитуда вибросмещения достигает значительных величин, соизмеримых с допустимыми на линейные размеры, то и погрешность, включая вибрации, может влиять не только на микронеровности и волнистость, но и на точность размеров, формы и взаимного расположения поверхностей. В связи с этим исследования погрешностей, вносимых упругими деформациями технологической системы и колебательными процессами, являются важными для определения общих погрешностей механической обработки.

Для повышения точности отдельных переходов предлагается:

- методика комплексной оценки точности многофункционального металлообрабатывающего оборудования на основе учета геометрических, кинематических и динамических погрешностей;

- обобщенные физические и математические модели динамики многофункционального оборудования, алгоритмы и программы расчета динамических параметров станков;

- математическая модель оценки точности обработки на многооперационном станке;

- математическая модель и результаты исследования виброгасящих устройств с тонкостенными упругими элементами с распределенной нагрузкой;

- результаты комплексного исследования многофункционального технологического оборудования нетрадиционных компоновок на базе механизмов с параллельными структурами;

- математическая модель автоколебаний при обработке валов на токарном станке и исследования условий безвибрационной работы;

- методика определения оптимальных режимов резания.

Апробацияработы. Основные научные и практические результаты диссертация докладывались и обсуждались на всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы создания гибких производственных систем и роль САПР при внедрении «безлюдной» технологии в промышленности» «Москва, 1986 г.); на всесоюзной научно-технической конференций «Автоматизированное проектирование машин, оборудования, приборов и технологических процессов в машиностроении» (Устинов, 1986 г.); на региональной научно-технической конференции «Разработка и внедрение гибких производственных систем для механической обработки» (Омск, 1987 г.); на региональном научно-техническом совещании «Прогрессивные методы проектирования и конструкции механообрабатывающего оборудования» (Омск, 1987 г.); на всесоюзной научно-практической конференции «Проблемы создания и внедрения гибких производственных и робототехнических комплексов на предприятиях машиностроения» (Одесса, 1989 г.); на зональной на-

учно-технической конференции «Проектирование и эксплуатация промышленных гидроприводов и систем гидропнемоавтоматики» (Пенза, 1989 г.); на зональном семинаре «Состояние, опыт и направление работ по комплексной автоматизации на основе ГПМ, РТК и РР» (Пенза, 1989 г.); на зональной научно-технической конференции «Совершенствование процессов резания и средств автоматизации для повышения производительности гибких станочных систем» (Курган, 1990 г.); на республиканской научно-технической конференции «Создание интегрированных гибких компьютеризированных производств в области механической обработки и опыт их эффективной эксплуатации в промышленности» (Киев, 1990 г.); на научном семинаре «Новая технология, оборудование, оснастка и инструмент для механической обработки и сборки» (Москва, 1990 г.); на XXX научной конференции «Ресурсосберегающие технологии. Проблемы высшего образования» (Омск, 1994 г.); на международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, в 1995,1997,1999,2002 гг.); на техническом конгрессе «Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2001 г.); на научно-практической конференции «Машиностроительная отрасль - будущее России» (Омск, 2004 г.); на семинаре кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» и научной конференции ОмГТУ, проведенных в период 1972 -1999 гг.

Публикации. Содержание диссертаций опубликовано в 82 работах, включая три монографии 11 патентов и авторских свидетельств на изобретение и трех зарегистрированных отчетов по НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 179 наименований и приложения. Основной текст изложен на 319 страницах машинописного текста, включает 10 таблиц и 129 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы повышения точности механической обработки на многофункциональном оборудовании в условиях многономенклатурного производства и необходимость моделирования динамических погрешностей для их учета при повышении точности.

Сформулирована цель и изложены основные результаты работы.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

В данной главе дан обзор литературных источников и проведен анализ состояния проблемы точности, особенностей обеспечения точности механической

обработки в условиях многономенклатурного производства, определены объекты и методики исследований. Проанализированы основные причины возникновения погрешностей при механической обработке, включающие методы формообразования, физико-механические свойства процессов резания, особенности оборудования и структуры технологического процесса. Выдвинуты гипотезы об активной роли динамики многофункционального оборудования и технологии в формировании погрешностей обработки деталей.

Обзор отечественных и зарубежных источников по становлению и развитию научного направления о точности машин и методах ее обеспечения при механической обработке показал, что проблема точности рассматривается с трех различных точек зрения: конструкторской, технологической и метрологической.

В конструкторском направлении основополагающими работами являются труды Н.Г. Бруевича, Н.А. Калашникова, Д.Н. Решетова, В.Т. Портмана, В.Э. Пуша и др.

Научные основы технологического обеспечения точности заложены в работах Б.С. Балакшина, Н.А. Бородачева, Б.М. Базрова, АЛ. Соколовского и др.

Из известных методов оценки точности расчетно-аналитический метод определения точности, разработанный А.П. Соколовским, В.М. Кованом и другими исследователями, является более перспективным при механической обработке в многономенклатурном производстве. Он основан на аналитическом и экспериментальном исследовании погрешностей, вызываемых отдельными технологическими факторами и последующем суммировании этих погрешностей по определенным правилам.

Анализ моделей точности показывает, что они постоянно развиваются, обновляются и все в большей степени отражают свойства явлений, происходящих при обработке. Так при геометрическом анализе на основе теории размерных цепей разработаны правила и принципы, такие как принцип единства баз Б.С. Ба-лакшина, принцип кратчайшего пути А.П. Соколовского, принцип совмещения и постоянства баз А.М. Кована, условие наименьшей погрешности В.Л. Фираго, позволяющие рационально выбирать способы базирования деталей для обеспечения заданной точности. В этих принципах допускается определенная идеализация узлов и их взаимосвязей. Такие принципы получили широкое применение в технологическом направлении обеспечения точности. В работах СП. Митрофанова, Д.В. Чарнко, Ю.М. Соломенцева, В.Д. Цветкова, Н.М. Капустина, А.Г. Суслова, A.M. Дальского и др., посвященных проектированию технологических процессов, рассмотрены и вопросы обеспечения точности обработки.

Уточненная модель для оценки точности оборудования и технологических процессов была разработана И.М. Колесовым, В.А. Тимирязевым и др. на основании представления детали, как абсолютно твердой и имеющей отклонения формы и положений образующих ее поверхностей.

Наиболее полная точностная модель для оценки оборудования и его влияния на точность обработки разработана Б.М. Базровым с введением деформируемых связей между абсолютно твердыми деталями и учетом совместного влияния геометрических, жесткостных и других факторов, сопутствующих процессу механообработки Эта модель нашла свое отражение и развитие в работах других исследователей: В.Т. Портмана и М.Г. Косова.

Дальнейшее развитие моделей точности связано с отказом от представления деталей и узлов как абсолютно твердых тел, и моделирования собственных и контактных деформаций, жесткости технологической системы. В этом направлении значительный вклад внесли К.В. Вотанов, Д.Н. Решетов, З.М. Левина, В.В. Каминская, М.Г. Косов и другие авторы, что позволило повысить точность, виброустойчивость и долговечность станков.

При анализе точности обработки ранее не рассматривалась ситуация, при которой относительные колебания инструмента и заготовки приводят не только к снижению качества поверхности, но и к появлению погрешности линейного размера. Такая ситуация возможна при фрезеровании, растачивании и других методах обработки, когда появляются погрешности до 10-30 мкм. Отсюда следует, что между погрешностями детали и параметрами точности технологической системы существует зависимость, которая может быть найдена на основе учета колебаний при процессе формообразования.

В технологических системах возможны свободные, вынужденные колебания и автоколебания.

Исследованиям природы возбуждения автоколебаний в процессе механической обработки посвящены работы, А.П. Соколовского, Л.С. Мурашкина, А.И. Каширина, ВА. Кудинова, И.С. Амосова, И.И. Ильницкого, И. Тлустого, И.С. Штейнберга и др. Ими был выдвинут ряд гипотез, учитывающих нелинейность характеристики силы резания с падающими участками, запаздыванием от перемещения, координатной связи вертикальных и горизонтальных перемещений вершины резца относительно заготовки и др. Каждый из указанных выше источников обычно изучался изолированно, независимо от других. В работе предлагается рассмотреть модель совместного влияния падающей силы и запаздывания на колебания.

Оборудование, используемое в многономенклатурном производстве, превращается в сложные системы, обладающие свойствами многофункциональности, гибкости и переналаживаемости, поэтому в работе предлагается провести исследования динамики данного оборудования с использованием обобщенных моделей.

В последнее время в отечественном и зарубежном машиностроении развитие получили станки нетрадиционных компоновок на основе механизмов с параллельной кинематикой. Они обладают рядом достоинств и являются перспективными для использования в многономенклатурном производстве, исследования по кото-

рым практически отсутствуют. При оценке точности такого оборудования, наиболее важным является комплексный подход, обеспечивающий учет геометрических, кинематических, жесткостных и динамических параметров.

Сложность процесса механической обработки объясняется физической природой происходящих при этом явлений, изучение которых представляет комплексную задачу. Значительный вклад в изучение этих процессов и развитие теории резания, взаимосвязи тепловых и механических процессов внесли И А Тиме, НЛ. Зорев, А.М. Розенберг, М.Ф. Полетика, B.C. Кушнер идр.

Кушнер B.C. рассмотрел температуру на передней и задней поверхностях инструмента, высказал предположение, что на возникновение автоколебаний при резании существенную роль оказывают силы трения на передней и задней поверхностях инструмента. Им было установлено, что напряжение, а значит, и силы трения на передней и задней поверхностях инструмента уменьшаются с ростом температуры. Этот факт, очевидно, является первопричиной возбуждения автоколебаний.

На общую суммарную погрешность обработки оказывает влияние вся совокупность входных, возмущающих и выходных параметров, которые определяют элементарные составляющие суммарной погрешности. В тоже время мало уделяется внимание исследованиям взаимосвязи методов, переходов и операций на точность обработки. В связи с этим одной из задач по повышению точности стала разработка методики определения рациональной последовательности обработки.

Сложность многофункционального оборудования и недостаточная изученность оборудования с параллельной кинематикой предопределяет исследование упругих деформаций данных технологических систем в качестве одной из задач.

Выявление первичных причин, вызывающих образование погрешностей позволяет наметить конкретные пути повышения точности механической обработки.

Наиболее важными в настоящий момент являются работы, связанные с исследованием первичных погрешностей, особенно мало изученных, таких как погрешности, вносимые вибрационными явлениями, а также с разработкой технологических способов повышения точности. '•

Учитывая возрастающую роль многономенклатурных производств в машиностроении, в качестве объектов расчета и исследования выбраны многоцелевые станки и оборудование с параллельной кинематикой.

В исследование точности механической обработки значительный вклад внесли школы МГТУ им. Н.Э. Баумана, ЛПИ, МГТУ «СТАНКИН» и другие вузы, а также в научно-исследовательские институты и передовые предприятия машиностроения.

На основе анализа состояния проблемы, сформулированы задачи исследования:

1. Разработать направления развития металлообрабатывающего оборудования, обладающего свойствами многофункциональности, гибкости и переналаживаемо-сти для многономенклатурного производства. Определить объекты исследования.

2.Разработать обобщенные математические модели динамики многофункциональных станков.

3.Исследовать физическую сущность и выявить природу возбуждения автоколебаний при механической обработке

4.Разработать математические модели оценки точности обработки.

5.Разработать технические средства для повышения виброустойчивости.

6.Исследовать многофункциональное оборудование нетрадиционных компоновок с целью определения перспектив разработки.

7.Разработать методику синтеза гибких технологических процессов для многономенклатурных производств, обеспечивающих заданную точность.

8. Разработать экспериментальные установки и методики исследований.

2. Технологические способы повышения точности механической обработки. Математическая модель оценки точности обработки.

В главе рассмотрена возможность повышения точности механической обработки при проектировании многовариантных технологических процессов на основе принципов совместности и последовательности выполнения переходов и операций. Разработана методика установления отношений следования операций и переходов, создан алгоритм определения вариантов последовательности операций механической обработки. Дано обоснование рациональной структуры технологического оборудования для выполнения данных операции.

К технологическому процессу, реализуемому в многономенклатурном производстве, предъявляются требования, существенно отличающиеся от традиционных. Оптимальные технологические решения, связанные с повышением точности и производительности должны быть приняты для всей совокупности изготавливаемых изделий. Технология должна обладать способностью изменять свою структуру и состав применяемых методов, операций в зависимости от производственной ситуации.

Для решения проблемы создания технологического процесса, обладающего необходимыми свойствами гибкости, точности, производительности был разработан метод синтезирования вариантов процесса из элементарных переходов и операций, базирующийся на выявлении его гибкости, исходя из способности элементарных составляющих (переходов и операций, в зависимости от уровня рассмотрения) изменять свое положение в ряде последовательности операций. В результате создается возможность многовариантности технологического процесса

Анализ задач проектирования позволил выявить факторы структуры техпроцесса, варьирование которых существенно влияет на показатели точности деталей. Такими факторами являются отношения совместности и отношения последовательности обработки между парами поверхностей. Достоинством этих факторов является то, что варьирование ими, как правило, не требует дополнительных изменений в средствах технологического оснащения, что облегчает их управление. Так, например, при использовании разных уровней совместности обработки: обработка пары поверхностей за одну позицию, обра-

ботка за одну установку и т.п., получаемые параметры точности относительного положения поверхности являются переменными. В связи с этим при проектировании техпроцесса в зависимости от заданной точности следует выбирать требуемый уровень совместности обработки пар поверхностей и рациональную последовательность с необходимой точностью. Таким образом, вышеуказанные факторы пригодны для использования в качестве переменных, изменяя которые можно в процессе проектирования техпроцесса обеспечивать требуемую точность деталей. Так как выбор для каждой пары поверхностей надлежащих решений представляет довольно сложную задачу, то при больших объемах технологического проектирования может оказаться целесообразной предварительная разработка типовых технологических решений и процедур по выбору уровня совместности и последовательности обработки. Такие решения и процедуры устанавливаются для основных видов показателей точности в пределах возможного изменения их количественных характеристик и условий конкретного производства. Исследование возможности многовариантного проектирования технологических процессов достигается путем использования типовых технологических решений обработки комплексов поверхностей детали.

На основе вышеизложенных положений разработана и апробирована методика проектирования многовариантных малооперационных техпроцессов обработки корпусных деталей на станках типа «обрабатывающий центр».

Для изменения порядка выполнения операций технологический маршрут может быть представлен в форме сети (рис. 1а), где вершины - это номера операций, ребра - это отношения следования операций. Сеть на рис. 1а представляет собой модель реального технологического процесса (см. таблицу 1), где содержательным анализом технологии изготовления детали установлены отношения следования операций.

Рис. 1. Гибкий технологический маршрут обработки детали: а - сеть гибкого маршрута; б - матрица отношений следования операций.

Эти отношения возникают в результате действия ограничений физического или организационно-экономического характера, существующих в производстве. Например, такие ограничения как, невозможность обеспечения за один этап обработки заданной точности детали, особенности структуры размерных связей в детали, необходимость первоочередной обработки базовых поверхностей, ограничения в доступе инструмента в зону обработки, ограничения, связанные с конкретной компоновкой станка и т.д. В рассматриваемом примере на рис. 1а отношения следования I очевидны из текста примечаний в таблице 1. Из рис. 1а ясно, что некоторые операции (1, 2, 3, 6, 7, 8) должны выполняться с жесткой последовательностью, другие операции (5, 4) допускают изменение порядка следования. Например, операция 5 может выполняться до или после любой из операций 3,6,7.

Таблица 1

Маршрут обработки

№ опер. Содержание операции Примечание

1 Заготовительная

2 Фрезерная. Подготовка базы для последующих операций

3 Фрезерная На операциях 3,4, 5 фрезеруются разные стороны заготовки

4 Фрезерная

5 Фрезерная

6 Расточка двух отверстий Поверхности под расточку подготовлены на операциях 3,4

7 Сверлильная Сверление крепежных отверстий на плоскостях с расточенными отверстиями

8 Контрольная

Вершины сети имеют индексы 1-6. Индексы соответствуют порядковому номеру вершин при перечислении вершин, входящих в путь максимальной длины от входа до индексируемой вершины. По индексам вершин устанавливается диапазон допустимых перестановок операций. Назовем индекс, присвоенный вершине г, верхним уровнем операции и обозначим символом V,, а индекс смежной вершины со стороны выхода - нижним уровнем операции и обозначим К,. Следовательно, диапазон допустимых перестановок можно определить как разность этих уровней. Операции, имеющие одинаковый уровень V, могут выполняться в любой последовательности, с разными уровнями в порядке возрастания V,. В документации (маршрутной карте) кроме номера операции указываются два дополнительных атрибута: К, и V, операции. К этим атрибутам (или к массиву данных в ЭВМ) обра-

шаются каждый раз, когда возникает необходимость в переформировании маршрута обработки.

Для того чтобы определить численные значения верхнего и нижнего уровней, нужно сформировать матрицу отношений следования операции М(г, }). Пример матрицы приведен на рис. 16 (матрица соответствует сети на рис. 1а). Строчки и столбцы матрицы - это операции технологического процесса, расположенные в порядке их выполнения, элементы матрицы у отношения следования операций. Значение " 1" соответствует утверждению, что операция г должна предшествовать операции}. Значение "0" указывает на отсутствие связи между операциями, значение "2" означает, что данное отношение не требуется анализировать в силу его транзитивности. Например, если установлено, что операция 1 должна предшествовать операции 2, операция 2 - предшествовать операции 3, то нет необходимости изучать отношение операции 1 и 3. Значения отношений "0" и "1" задает технолог в режиме диалога, значения "2" определяет ЭВМ, что освобождает технолога от анализа большой части отношений. Для уменьшения размерности матрицы рекомендуется для каждого этапа технологического процесса разрабатывать отдельную матрицу, а однотипные операции сводить в одну условную операцию. На полученной матрице по специальному алгоритму вычисляются значения уровней N и V,, которые затем записываются в маршрутную карту технологического процесса и заносятся в массив данных ЭВМ в качестве переменной информации.

Изложенная методика применяется в действующем производстве для разработки гибких маршрутов изготовления корпусных деталей.

Переход реализуется тем или иным технологическим методом, поэтому с точки зрения выявления погрешностей процессов, влияющих на ход обработки, переход является основным звеном, а метод - объектом исследования и совершенствования. В этом случае определяются все погрешности, возникающие в процессе резания, в том числе погрешности заготовки, физико-механические свойства материала заготовки, погрешности схемы формообразования, геометрические погрешности инструмента, погрешности его изготовления и износа, возникающие силы резания и температура изменения предела прочности и текучести материала, образование нароста, деформация технологической системы при обработке, динамические процессы, включая вредные колебания, и др.

Выявленные погрешности элементарного перехода ставят задачу по его совершенствованию, что возможно изменением схемы формообразования, изменением вспомогательного элемента (точки, линии), изменением параметров задания движения (скорости, направления, траектории, исходной точки и пути). В результате можно улучшить характеристики или создать новый метод обработки.

Погрешности, вносимые переходом с учетом условий его выполнения (перепозиционирования, зажима приспособления или стола в позиции, подвода инструмента), могут являться характеристикой перехода. Дальнейшее формирование операции требует учета последовательности и совместности выполнения переходов, погрешности базирования, установки и закрепления заготовки, что позволяет определить суммарную погрешность операции. Точность детали является интегральной оценкой погрешностей всех

операций, кроме этого, необходимо учитывать возможную термообработку, напряженное состояние детали, технологические временные выдержки и возможные изменения напряжения при этом, а, соответственно, и возможные погрешности.

Рассмотренная картина образования погрешностей является методологической основой поиска слабых мест в обеспечении точности, проведении исследований и разработке мероприятий, направленных на повышение точности.

С учетом выявленных факторов, влияющих на погрешность обработки на многофункциональных станках, разработана математическая модель оценки точности в следующем виде:

где {г}дд1 - координаты вершины инструмента в системе координат детали; {г}и - координаты вершины инструмента в системе координат инструмента; п -число систем координат, участвующих в расчете; [M]Oi-1 - матрица перехода от системы координат, построенной на основных базах блока i-1 к системе координат, построенной в основании поля допуска на отклонение от параллельности (перпендикулярности) вспомогательных баз блока i-1. Данная матрица определяет взаимное положение основных и вспомогательных баз блока, обусловленное компоновкой станка, без учета погрешностей изготовления; [М]п-1 - матрица перехода от системы координат, построенной в основании поля допуска на отклонение от параллельности (перпендикулярности) вспомогательных баз блока i-1 к координатной системе, построенной на вспомогательных базах блока i-1. Данная матрица учитывает погрешность положения (изготовления) вспомогательных баз блока относительно его основных баз. [М]ф_и - матрица перехода от системы координат, построенной на вспомогательных базах блока i-1 к системе координат, построенной на основных базах блока i без учета упругих деформаций в стыке между i-1-м и i-м блоком. Данная матрица задает движение формообразования i-oro блока относительно i-1-го блока. [М]Д_И - матрица перехода от системы координат построенной на вспомогательных базах i-1-го блока к системе координат, построенной на основных базах i-го блока без учета движения формообразования. Данная матрица учитывает упругие перемещения в стыке между i-1-м и i-м блоками станка.

При рассмотрении динамических процессов для формирования матриц, задающих упругие перемещения в стыке, необходимо определить амплитуды колебаний опорных точек блоков станка и микроперемещения в пределах зазоров.

3. Обобщенные физические и математические модели многофункционального металлообрабатывающего оборудования.

Обобщенная физическая (расчетная) модель станка представляется в виде дискретной модели реальных конструкций узлов, пространственно ориентированных. Узлы несущей системы представляются стержнями и массивами, соединен-

(1)

ными невесомыми упругими и диссипативными элементами при некотором фиксированном положении узлов станка.

Такое представление расчетной модели позволяет обобщить результаты исследований, проведенных на различных станках и других технологических машинах.

Предложенная расчетная модель обладает универсальностью, гибкостью и комплексностью. Модели реальных станков могут быть получены как более простые модели из более сложных, то есть имеет место принцип «вложенности» моделей. В свою очередь, простая модель оказывается типовым ядром обобщенной модели, полученной наращиванием на нее элементов, приданием новых свойств, нагрузок и усложнением структуры.

Точный расчет сложной обобщенной системы практически невозможен.

В связи с этим при решении конкретных задач целесообразно путем введения тех или иных допущений сократить количество элементов расчетной схемы и степеней свободы системы. Естественно, что допущения должны быть обоснованы путем тщательного анализа физических особенностей конструкции и влияния различных факторов на состояние колебательной системы.

В связи с вышеизложенным рассмотрим возможные варианты математических моделей упругой системы станка.

В работе рассмотрена обобщенная математическая модель на примере токарного станка, расчетная схема которого представлена на рис. 2.

Рис. 2. Расчетная схема токарного станка.

Рассматриваемая колебательная система имеет 21 степень свободы.

Обобщенные координаты:

419=чго=чгоу; 421= ©76

Среди этих обобщенных координат - перемещения станины и ее

малые повороты относительно неподвижной системы координат; с^, - относительные перемещения узлов станка (левой 2 и правой 3 тумб, передней 5 и задней 4 бабок, продольного 6 и верхнего 7 суппортов); 0и - относительные повороты узлов станка.

Кинетическая энергия системы определяется выражением:

+ ?42) + "ЧО?,2 + 2ЬЯа + ЯА2) +

+ + + 4б2) +

+ и + + Я% + 2Яг1ъЯг + 2?2<78 +

+ 1<ъЧъЯг)+ ¿ЛЯ)* + 2ЯзЯь +Яь2) + + + 2д,?,) + ...+

+ + 1ьЯ2 + Яп2 + Яго2 +

+ 2Яг1ьЯг + 2 <Ь?17 + 2?2<?2о + +

+ 216?з<Ьо + 2?17?20 + + 9162 + <?„2 + + 2?,«,, + 2?,?,, + 2<716?]9]+ (2)

+ + Яи* + Яг 2 + 2ЯЛх% + 2ЯгЯи +

+ 2ЯнЯп ).

где щ и - массы и моменты инерции узлов станка.

Квадратичная форма представления потенциальной энергии имеет вид:

Выражение потенциальной энергии (3) к квадратичной форме представлена в следующем виде:

+ т2(422 + + ЯЛг + 1гЯгЯг +

+ 122?32 + ^4129з + <724< + -МЗ<74 +

+ 2д2д5 - 212д3 д3] + С02х[дI + + Ьу22 д3 + Ьу22 д62 + 2хф + + Ц&Яз + 2ц,ЬУ2 де + 2д^у2д3^ + 2д4Иу2 + 2 Иу22д^6]

+2дф + 2д1Иу3д3+ 2д,Иу3д9+2д7Иу3д3 + 2д71гу3д9 + 2Иу32д3д9]. П,2 = 0,5{2С12у[д/ + Их22д62] + С12х[д/ + Иу22д62 -Иу2 2д4д,]} П,3 = 0,5{2С,3у[д82 + Ьх32д92] + С13х[д72 + Ьу1гд92 -Иу3 2д7д9]} П„ = 0,5{2Сф11у2 + К2д}] + С,а [д„х + ^ V + д, д,,Л

П76 = 0,5{2С76у[д202 + Ку2 д2 2] + С76х [д192 + ку72д22 + 2дт Ьу7д21]}

где С, - коэффициенты жесткости.

Уравнения колебаний запишутся в виде:

где 8 = 21.

Обобщенные силы Qi соответствующие обобщенным координатам ц определены с учетом всех возможных схем закрепления заготовки. Для определения сил действующих на узлы станка использовали функции влияния (функции Грина). При определении сил выявлено положение точки приложения силы резания, при котором момент, передающийся на переднюю бабку принимает максимальное значение:

где \ - координата точки приложения силы резания.

При ¡; = 0,423/ максимальный момент будет М = 01921Ру, а поперечные силы, действующие на переднюю бабку . На заднюю бабку

действует поперечная сила . Горизонтальная сила, дейст-

вующая на переднюю бабку будет равна Ргх - 0,577Рх, на заднюю бабку Рх = 0,423р.. Обобщенные силы определяли как отношение элементарной рабо-

ты действующих сил на перемещении механической системы вызванной элементарным приращением координаты

Используя обобщенную модель токарного станка, проанализированы расчетные схемы суппортной группы: одномассовой с одной степенью свободы, двух-массовой с двумя степенями свободы, а также разработанная математическая модель суппортной группы в виде двухмассовой системы имеющей четыре степени свободы.

Исследования проводились численными методами при помощи пакета MathCad 8.0 Plus. Исследовались системы уравнений свободных и вынужденньж колебаний элементов суппортной группы.

В качестве исходных данных при математическом моделировании использовались результаты эксперимента. Так как в математической модели элементы суппортной группы представлены в виде параллелепипедов, а в реальной модели имеют более сложные формы, для приведения в соответствие массовых характеристик модели и реальных образцов используются следующие способы:

1. Массы элементов в математической модели представлены в виде функций габаритных размеров элементов.

2. Введен коэффициент заполнения объемов параллелепипедов Kz. Применение данного коэффициента в диапазоне 0,7.-0,85 позволяет принять допущение, что параллелепипеды являются равномерно заполненными объемами.

Так для исследуемого токарного станка получены зависимости собственных частот, амплитуд вынужденных колебаний суппортной группы от различных ее параметров. Результаты исследований представлены в виде графиков, на основе анализа которых предложены практические рекомендации по увеличению виброустойчивости суппортной группы на данной операции, что приведет к улучшению качества обработки.

Изучение свойств реальной технологической системы осуществляется на основе приведения ее к математической модели. При этом обычно ее расчленяют на составные части - подсистемы (например, подсистему заготовки, подсистему резца и др.) К каждой подсистеме могут быть применены как аналитические, так и экспериментальные методы исследования. При этом частоты собственных колебаний различных нежестких валов могут быть определены расчетным путем. Для диагностирования же резонансных режимов обычно используются экспериментальные методы исследования, позволяющие получить полную картину колебаний элементов технологической системы.

Спектр частот колебаний технологической системы определяли с использованием диагностического комплекса на базе одноканального виброколлектора СК-1100. Результаты измерения из памяти виброколлектора передаются в ПЭВМ, где заносится в базу данных, которая обеспечивает дальнейший анализ с помощью специального программного обеспечения. Виброколлектор позволяет измерять

временную реализацию виброперемещения, виброскорости и виброускорения в полосе частот 10.. .5000 Гц.

Измерения проводили в процессе обработки гладкого нежесткого вала диаметром 35 мм и длиной 450 мм, установленного в центрах токарного станка. Режимы обработки: глубина резания 1 - 0,5 мм, подача 8 = 0,21 мм/об, частота вращения шпинделя п = 630 об/мин. Датчики устанавливали на резце в направлении оси У.

На рис. 2,а показаны спектры колебаний технологической системы при обработке правого, среднего, а также левого участков вала.

Из рисунка следует, что первые два режима имеют частоты, соответствующие частоте вращения шпинделя (заготовки) п = 630 об/мин = 10 Гц) и частоте вращения ротора двигателя п = 1450 об/мин (1 = 24 Гц). Эти колебания являются вынужденными. Возмущающая сила - центробежная сила из-за неуравновешенности вращающейся заготовки и ротора. Амплитуды колебаний составляют 2...3 мкм. В рассматриваемом случае это главные составляющие спектра колебаний технологической системы. Остальные составляющие спектра являются второстепенными. К ним относятся подшипниковые, зубчатые и др. вибрации. Уровень последних незначителен и может быть отнесен к вибрационному шуму. Шпиндельные и роторные колебания могут быть снижены за счет балансировки вращающихся звеньев привода станка.

В проведенных исследованиях было установлено, что устойчивые колебания могут возникнуть при обработке статически и динамически уравновешенных валов на вполне исправном станке и при отсутствии каких бы то ни было внешних периодических нагрузок. Колебания имеют иную физическую природу, чем вы-

нужденные, и по своему характеру значительно ближе к собственным колебаниям, то есть являются автоколебаниями.

Поэтому в работе была поставлена задача по исследованию автоколебаний в процессе резания.

Предварительные исследования и практика производства свидетельствуют о том, что при обработке деталей пониженной жесткости доминирующей подсистемой станка является подсистема детали. Поэтому при разработке математической модели предполагалось, что неуравновешенность обрабатываемого вала отсутствует, процесс резания происходит при скоростях, соответствующих падающему участку характеристики силы резания. Расчетная схема системы представлена на рис. 3.

Рис. 3. Кинематика процесса резания.

Эквивалентная приведенная масса (рис. За) находилась из условия соблюдения равенства первой собственной частоты действительной и приведенной системы. Приведенный коэффициент жесткости определялся из условия равенства потенциальной энергии, а приведенный коэффициент демпфирования - из условия

(5)

равенства рассеянной мощности действительной и приведенной системы. При разработке модели рассматривался наиболее неблагоприятный случай обработки середины вала. Уравнения колебательного движения подсистемы детали записаны в виде:

ту + Ьу + су = -АРу (At, AS, Д V, Д г0 ), mz + bz + cz = -APz (At, AS, ДV, Д r0 ),

где т, b и с - приведенные значения массы, коэффициента сопротивления и жесткости подсистемы детали; M'y и ДPz - приращения составляющих Ру и Pz силы резания при поперечных колебаниях (переменные силы резания); At, AS, AV кинематические приращения параметров режимов резания (глубины, подачи и скорости) при поперечных колебаниях с учетом запаздывания То. Кинематические приращения At, AS, AV при колебаниях (рис. 3 в,г) определялись в предположении, что длина I зачищающей режущей кромки равна величине подачи S, а начальное перемещение S совпадает с линией действия равнодействующей Pyz силы резания (рис. 3в), т.е. угол 0 = 0, что соответствует отсутствию крутильных колебаний в системе.

Выражение для приращения параметров режимов резания примут вид:

(6)

Переменные силы резания при колебаниях находились путем разложения в ряд Тейлора функции силы при стационарном резании. Р = ^ 8, V) в окрестности рабочей точки (10, 80, V) в предположении, что характеристики Р = f(1), Р = f(8), Р = f (V) силы резания являются симметричными относительно положения равновесия. При выполнении условий 1 » 1, 8 » 8, V » ДУ, после преобразования получим:

(7)

где

'«-(ïL^-dL'Mf:

sinAJ-'t,

Полагая, что силы резания изменяются через некоторое время (запаздывают) после приращения параметров резания для составляющей ДРу получим выраже-

ние:

Первое уравнение системы (5) с учетом (8) приводится к уравнению с запаздывающими силами:

где

^ : <й - собственная частота системы; е = ——

т-0)

(9)

приведен-

„ РуМ+РуЮ-см

ные потери в системе; - приведенная суммарная крутизна

характеристик Ру-X и Р8 без учета запаздывания; /? =

фициент нелинейности характеристик Ру-Х и Ру — Б", у =

- коэф-

приведенная

. Рг1

крутизна характеристики Ру-У без учета запаздывания; // =-^— коэффици-

6т- да"

ент нелинейности характеристики Ру-У; - сумма внутренних сил системы, действующих на консервативную колебательную систему, выражение которой написано слева.

Полагая, что за время запаздывания амплитуда колебаний изменяется достаточно мало, при £ «1, £ « 1, а « 1, ¡3 « 1, у « 1, Ц « 1, используя принцип гармонического баланса, находим закон установления автоколебаний в системе в виде:

3 3

-е+а-$т&+-/}-у1 •8т©-/-со8©+—р-у1 -сое©

=ФСУо)

(10)

йх 2а _

где - фазовый сдвиг (относительное запаздывание).

Условие устойчивости стационарного положения равновесия системы определяется из (10) методом возмущений в виде неравенства:

( дФ(у)

{ ду

<0

'уо-О

или £ > а-итв • у-соь&

С учетом принятых обозначений оно преобразуется к виду:

6 > ру (0 ■ +,Ру' - с^«? - ^ро. _ . /у- (Р). С05Д, Го (12)

На границе области устойчивости знак "больше" заменяется знаком "равно".

Из выражения (12) следует, что при увеличении величины запаздывания крутизна характеристики Р =() и Р =/(8) увеличивается, Р =/(¥) уменьшается.

При То —¥ О получим частное условие устойчивости:

(13)

По результатам проведенных исследований автоколебательных процессов разработана методика определения оптимальных режимов резания. Пример расчета представлен на рис. 4.

4. Область устойчивых режимов при токарной обработке.

4. Исследование динамики и точности многооперационных станков.

Рассматриваются результаты теоретических и экспериментальных исследований многооперационного станка с позиции обеспечения точности обработки деталей с учетом геометрических, кинематических и динамических факторов.

Особенностью многооперационных станков является широкий диапазон нагрузок при выполнении различных видов черновой и чистовой обработки при высоких требованиях к точности. Проведенный анализ факторов, оказывающих влияние на точность станка, показал, что основными характеристиками, опреде-

Ь>£гау).

Ру

ляющими погрешность обработки, являются: геометрические параметры базовых поверхностей отдельных элементов станка, определяющих их взаимное положение; упругие деформации в стыках; динамические характеристики элементов станка. В основу математической модели положен метод координатных систем с деформирующимися связями.

Согласно разделения рассматриваемого станка на блоки, принятой методики построения на основных и вспомогательных поверхностях блоков соответствующих систем координат, учитывающих отклонения взаимного положения основных и вспомогательных поверхностей, а также исходя из поставленной задачи, составляется граф связей систем координат (рис. 5).

1,2, ... ,12 - порядковый номер системы координат

Рис. 5. Граф связей системы координат.

Вершинами графа являются системы координат, построенные на основных и вспомогательных поверхностях узлов станка, ребрами - матрицы перехода от одной системы координат к другой.

На графе приняты следующие обозначения:

[М( вс2 (3]пр - матрица перехода от вспомогательной системы координат горизонтального суппорта к системе координат, построенной на основной установочной базе заготовки;

[М 2 (вс3]пр - матрица перехода от системы координат, построенной на основных базах горизонтального суппорта к системе, связанной с его вспомогательными базами;

[М( вс1 (с3]пр - матрица перехода от вспомогательной системы координат вертикального суппорта к основной системе координат горизонтального суппорта;

[М(с1 (вс1]пр- матрица перехода от основной системы координат вертикального суппорта к вспомогательной системе координат вертикального суппорта;

[М,

(3]пр - матрица перехода от вспомогательной системы координат стани-

-( вот, (^

ны к основной системе координат вертикального суппорта;

[М( ст (3]пр - матрица перехода от основной системы координат станины к вспомогательной системе координат станины;

[М( вс2 (3]обр - матрица перехода от основной системы координат инструмента к основной системе координат шпинделя;

[М( шг (ш]обр - матрица перехода от основной системы координат шпинделя к основной системе координат шпиндельной головки;

[М, ст (шг]обр - матрица перехода от основной системы координат шпиндельной головки к системе, построенной на плоскости , станины;

[Мр ст ш]о1р - матрица перехода от системы координат, построенной на плоскости , к системе, построенной на плоскости р станины;

[М( ст р ст]обр - матрица перехода от системы р к системе координат, построенной на основной установочной базе станины;

га» - радиус - вектор вершины расточного резца в системе координат инструмента;

гАз- радиус - вектор точки А в системе координат заготовки.

Тогда координаты вершины расточного резца, заданные в системе координат инструмента, в системе координат заготовки найдутся по формуле:

(14)

где [М]сум - суммарная матрица преобразования координат размерностью 4x4 при переходе от системы координат инструмента к системе координат заготовки, определяемая как произведение последовательных матриц преобразования координат;

вс2 ср НМ^Г [И, вс1 яс2

[Мц вст qCl

ПЦсг, вст ГСМ, стрет ^[Мрст.сг]' [Мзстяшг] ^ [М^шгфн]

обр

■10бр

В целях автоматизации расчета точности технологического оборудования разработана программа SYSKOORD.

В качестве исходных данных для работы программы составлены таблицы координат опорных точек в соответствии с геометрией описываемых узлов станка, учитываемых зазоров и погрешностей изготовления деталей.

В соответствии с экспериментальными данными шпиндельная головка как упругая система представлена в виде одномассовой системы с четырьмя степенями свободы (рис. 6), т.е. как частный случай физической модели, рассмотренной в разделе 3. При этом прежде всего учитывается: прямолинейное перемещение центра тяжести шпиндельной головки вдоль оси ОХ; вращение вокруг оси OY; прямолинейное перемещение центра тяжести вдоль оси OY; вращение вокруг оси ОХ.

Рис. 6. Схема колебаний шпиндельной головки в плоскости YOZ.

Рассматриваются колебания шпиндельной головки в горизонтальной (XOZ) и вертикальной (YOZ) плоскостях. Колебания в плоскости XOY не оказывают существенного влияния на точность обработки при растачивании отверстий и поэтому здесь не учитываются.

Корпус шпиндельной головки считаем недеформируемым. Жесткости упругих связей в точках А и В принимаются равными с и определяются расчетно-экспериментальным путем. Радиус инерции шпиндельной головки р относительно оси Y, проходящей через ее центр тяжести С, определяется исходя из допущения равномерного распределения массы по принятой в схеме модели шпиндельной головки.

Согласно составленным матрицам коэффициентов инерции и жесткости, процесс колебаний шпиндельной головки можно представить состоящим из двух взаимно несвязанных процессов: колебаний в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В этой связи, дифференциальные уравнения колебаний в плоскости YOZ принимают вид:

т 2

где Jx = mp .

Получаем следующее уравнение свободных частот колебаний системы:

2с-тшг ф-а) ф-а) ф2+Ь2)-1а2

Аналогичное уравнение составляется для колебаний в плоскости Х02.

Численное решение уравнения (19) для колебаний в обеих плоскостях осуществлялось на ЭВМ при следующих значениях параметров системы:

а = 0,34 м; в = 0,14 - 0,24 м; С = 0,1 - 0,2 м; ш = 92 кг.

Для колебаний в плоскости ХСЖ

с = 52 300 000 Н/м; р = 0,21 м; С = 0,2 м.

Для колебаний в плоскости У02:

с = 75 600 000 Н/м; р = 0,20 м; = 0,16 м.

В результате проведенных исследований выявлено:

- собственные частоты угловых и линейных колебаний существенно зависят от величины вылета шпиндельной головки и уменьшаются с увеличением вылета;

- различие в радиусах инерции и жесткости подвижных стыков в плоскостях Х02 и У02 приводит к отличию собственных частот колебаний в данных плоскостях;

- частоты угловых колебаний в обеих плоскостях имеют численно большие значения, чем собственные частоты линейных колебаний.

Анализируя точность различных видов обработки на станке МС12-250М1, необходимо подчеркнуть, что наибольший интерес представляют вынужденные колебания шпиндельной головки под действием сил резания при растачивании отверстий, Т.к. данный вид обработки требует высокой точности, и на этих операциях вектор результирующей силы резания Р постоянно меняет свое направление, оставаясь неизменным по величине. Изменение направления действия силы резания вызывает вынужденные колебания шпиндельной головки. Частота этих колебаний при установившемся движении будет равна частоте вращения шпинделя. При растачивании отверстий в условиях несвободного резания равнодействующая сила сопротивления резанию Р раскладывается на три взаимно перпендикулярные составляющие силы, действующие на резец:

РТ - силу резания, или тангенциальную силу, касательную к поверхности резания и совпадающую с направлением главного движения станка;

РО - осевую силу, или силу подачи, действующую параллельно оси обрабатываемого отверстия в направлении, противоположном движению подачи;

РР - радиальную силу действующую перпендикулярно оси обрабатываемого отверстия и направленную в сторону этой оси.

Равнодействующая Р определяется, как диагональ параллелепипеда, построенная на составляющих силы резания

На соотношение между силами РТ, РР и РО влияют элементы режима резания, геометрические элементы режущей части резца, материал обрабатываемой заго-

товки, износ резца и др. Начиная со скорости около 50 м/мин, отношения Р/РТ и РО/РТ уменьшаются с увеличением скорости резания. Относительная величина РР и РО возрастает с увеличением отрицательного значения переднего угла и с увеличением износа резца по задней поверхности. С увеличением глубины резания и главного угла в плане отношение РО/РТ возрастает, а РР /РТ убывает.

Так как осевая составляющая сил резания практически не оказывает влияния на точность диаметра и формы обрабатываемого отверстия при рассмотрении колебаний шпиндельной головки она не учитывается. Ввиду сравнительно небольших диаметров отверстий, обрабатываемых на станке МС12-250М1, условно считается, что точкой приложения результирующей силы является пересечение оси вращения инструмента (ось 2) и плоскости параллельной ХОУ, проходящей через вершину инструмента.

Таким образом вектор результирующей силы резания вращается в плоскости параллельной ХОУ, проходящей через вершину инструмента, с частотой равной частоте вращения шпинделя.

Раскладывая силу Р на составляющие по осям Хи У можно записать:

Рх = РсоэСоЛ+а), Р = Р (<в 1+а), (18)

где: а - угол между Р и Рг, определяемый из отношения

Анализ технологических процессов, содержащих различные виды обработки на многоцелевом станке МС12-250М1, и статистические данные эксплуатации данного оборудования, позволили определить среднее значение результирующей силы Р, которые используются при определении амплитуд вынужденных колебаний шпиндельной головки.

Численные значения амплитуд вынужденных колебаний при различных параметрах настройки (вылет шпиндельной головки, величина и частота возмущающей силы) были получены с использованием ЭВМ.

В результате проведенных исследований выявлено:

- амплитуды линейных и угловых колебаний шпиндельной головки увеличиваются с увеличением возмущающей силы;

- величины амплитуд угловых колебаний шпиндельной головки оказывают доминирующее влияние на точность обработки;

- с увеличением вылета шпиндельной головки амплитуды линейных и угловых колебаний возрастают вследствие перераспределения давлений в направляющих и увеличения податливости системы;

- с увеличением частоты возмущающей силы в пределах рабочих режимов станка амплитуды угловых и линейных колебаний монотонно возрастают.

- частота вынужденных колебаний шпиндельной головки при расточных операциях с максимальной частотой вращения шпинделя (2000 об/мин.) значительно меньше низшей собственной частоты колебаний шпиндельной головки, поэтому явления резонанса не наблюдается.

С целью проверки адекватности математической модели колебательной сисг темы шпиндельной головки были проведены экспериментальные исследования. Исследовалась жесткость подвижного стыка «станина - шпиндельная головка» в различных направлениях. Типовая схема деформаций при нагружении по оси ОХ "влево", представлена на рис. 7.

Рис. 7. Деформации при нагружении вдоль оси ОХ, "влево"

Результаты проведенных исследований жесткости подвижного стыка шпиндельной головки и станины позволили сделать следующие выводы:

- наибольшую податливость данный узел имеет в плоскости XOZ;

- наименьшую - в плоскости YOZ, при нагружении сверху - вниз;

- с увеличением вылета жесткость узла шпиндельной головки уменьшается вследствие увеличения плеча прилагаемого усилия и уменьшения площади контакта в направляющих;

- существенное влияние на характер упругих перемещений оказывают зазоры в подвижном стыке.

Для исследования вынужденных колебаний было разработано специальное нагрузочное устройство, позволяющее смоделировать реальные нагрузки при расточке. Для исследования динамических характеристик шпиндельной головки использовался серийно выпускаемый станок модели МС12-250М1 и необходимая измерительная и регистрирующая аппаратура. Обработка полученных осциллограмм производилась по методикам, предложенным А.С. Пронниковым.

Результаты эксперимента позволили не только определить амплитуды колебаний шпиндельной головки относительно станины станка, но и построить траекторию движения вершины инструмента в системе координат детали. Для этого

была использована программа расчета на ПЭВМ координат вершины инструмента в системе координат детали и координаты опорных точек шпиндельной головки.

Последовательное задание положения шпиндельной головки в системе координат станины позволило определить координаты вершины инструмента в системе координат детали в зависимости от угла поворота шпинделя и параметров настройки.

По результатам проведенных исследований с использованием стенда для определения динамических характеристик шпиндельной головки были сделаны следующие выводы:

- с увеличением величины возмущающей силы амплитуды колебаний опорных точек шпиндельной головки возрастают в обеих плоскостях;

- колебания опорных точек передней части шпиндельной головки имеют большую амплитуду, чем задней;

- максимальную амплитуду колебания шпиндельной головки имеют в плоскости XOZ;

- с увеличением вылета амплитуды колебаний монотонно возрастают;

- увеличение частоты возмущающей силы в пределах рабочих режимов станка приводит к уменьшению амплитуд колебаний опорных точек шпиндельной головки.

5. Теоретические и экспериментальные исследования тонкостенного упругого элемента (ТУЭ), обеспечивающего гашение вибраций.

Исследования, проведённые в главах 1-4, показывают, что расширение технологических возможностей станков достигается за счёт увеличения количества звеньев в кинематических цепях механизмов, несущих инструмент и заготовку. Следовательно, увеличивается число подвижных и неподвижных стыков в станке, каждый из которых вносит свой вклад в погрешность обработки. Очевидно, что точность деталей, обработанных на станке, зависит, главным образом, от точности его направляющих - наличия зазоров, прямолинейности перемещения.

Одним из направлений снижения интенсивности колебаний или полного их исключения является обеспечение беззазорных сопряжений подвижных и неподвижных соединений станка во время обработки. Отсутствие зазоров может быть обеспечено только путем сборки с натягом. Предварительный натяг играет еще одну не менее важную роль - повышает жесткость системы. Однако при посадке с натягом, перемещение узлов связано со значительными потерями мощности, нагревом поверхностей и возможностью заклинивания соединений. В связи с этим совершенствование и создание конструкций, способных обеспечить постоянное беззазорное соединение и лишенных отмеченных недостатков, является важной задачей повышения виброустойчивости системы. С этой целью было предложено соединение с упругими регулируемыми элемен Эф^^Ш^ШШШЮШШ? необхо-

БМДаОТЕКА { 33 СЛтИ»* I

. """ <1

димый натяг. В основу предложения положена способность тонкостенного упругого элемента (ТУЭ), являющегося частью одной из сопряженных поверхностей, к перекрытию зазора.

Перекрытие зазора осуществляется за счет деформации упругого элемента под действием избыточного давления. Избыточное давление в рабочей камере создаётся двумя способами:

1. Подводом жидкости под давлением от индивидуального источника.

2. Подводом части рабочей жидкости из полости высокого давления во внутреннюю камеру устройства с ТУЭ.

В зависимости от степени перекрытия зазора тонкостенный упругий элемент может работать в режиме устойчивого контакта с поверхностью сопряжённого узла в режиме наличия зазора между сопряжёнными поверхностями. При деформации ТУЭ больше величины первоначального зазора "">8 соединение будет работать, как контактное (рис. 8).

в)

Рис. 8. а), б) расчетные схемы; в) образцы ТУЭ.

Величина давления, обеспечивающая контакт в соединении определяется натягом Д, равным Д = " - 8.

В связи с этим определение величины и характера деформации тонкостенного элемента, а также площади контакта является необходимым для определения компенсирующей способности ТУЭ при отклонении узла от своего идеального положения.

Ширина зазора определяется диаметром сопряжения и равна 2я11. Длина зазора зависит от геометрических параметров элемента и характера деформации. В качестве ТУЭ представляют интерес упругие элементы с длиной в пределах до 0,1м, диаметром для поршней 0,04-0,25м, толщиной от (0,1-1)10-3 м и несколько выше. Значит упругий элемент имеет одно из измерений (толщину) значительно меньше двух других. Поэтому упругий элемент при дальнейшем рассмотрении можно считать цилиндрической оболочкой с осесимметричной нагрузкой.

Для поддержания избыточного давления во внутренней камере необходимо надёжно ее герметизировать. Обычно тонкостенный упругий элемент является звеном, ограничивающим внутреннюю камеру по периферии. Сама камера выполнена в виде кольцевой проточки в корпусе одной из сопряжённых деталей соединения, и герметизация её обеспечена. Поэтому герметизация камеры полностью зависит от надёжности крепления ТУЭ.

Уравнение профиля деформированной поверхности ТУЭ, согласно схемы рис. 8, имеет вид:

где И^_в£линина прогиба оболочки; Р = Р2 - Р, избыточное давление;

О _ " цилиндрическая жесткость; Я, 8, I - соответствен-

12<1-у2)

но радиус, толщина и длина оболочки; Е- модуль упругости материала ТУЭ;

v-коэффициент Пуассона.

Общее решение этого уравнения имеет вид:

w^vtm+civm+wik^civiw+w,, (20)

где Wt - частное решение уравнения

W=^\~-VA(lk-t)dt > (2|)

Vj , V2, V3, V4 - фундаментальные функции Крылова, которые имеют следующие выражения:

Уг{/3х)=^ |chfic sin fix+shfix cos px]

V4(J3x)=~[chPx sin fíx-ch/lx cos Дс]

Для определения величины деформации ТУЭ в любом сечении по длине, при граничных условиях,

при Х=0, ,Щ0)=0 и

при Х=/, W(/)=0 и получаем выражение:

М (к

сЬс

= 0; = 0,

(23)

где

Аналитические исследования зависимости (25) проведены в области параметров X = 50...400; у = 0.2... 1.0. Исследования ТУЭ с линейным распределением давления со стороны зазора было проведено по выведенному уравнению деформации с безразмерными параметрами

Зависимость W* от у, X, р* в исследуемой области представлены на рис. 9.

г к '-с

Рис. 9. Зависимость относительной деформации W* относительной длины толщины и давления р* в исследуемой области.

Анализ способов крепления ТУЭ позволил прийти к двум расчетным схемам для цилиндрической оболочки с жестким и шарнирным креплением торцев.

При этом принимались следующие граничные условия: шарнирное закрепление:

жесткое закрепление:

Результаты теоретических исследований хорошо согласуются с экспериментальными данными (расхождение не более 5... 10 %).

На кафедре «Металлорежущие станки и инструменты» ГОУ ВПО «ОмГТУ» на основании изобретений, предложенных автором, разработано устройство в виде дополнительной опоры с тонкостенным упругим элементом, находящимся под действием избыточного давления жидкости. Проведенные исследования показали, что с помощью этого устройства амплитуды колебаний шпиндельной головки уменьшились на 20...30 %.

Произведённый анализ результатов исследований позволяет сделать следующие выводы:

1. Теоретические и экспериментальные исследования деформации ТУЭ подтвердили научную гипотезу о возможности перекрытия зазора в соединении за счёт их деформации и создания необходимого натяга.

2. Рассмотренное виброгасящее устройство позволило уменьшить амплитуду вынужденных колебаний шпиндельной головки на 20...30 % при разных частотах вращения шпинделя. Конструктивные решения по созданию виброгасящих устройств с ТУЭ имеют перспективу.

3. Исследовано влияние геометрических параметров ТУЭ и давления на ком-пенсацнонную способность и установлено, что при относительной толщине уплотнения 100 её длина, начиная с , незначительно влияет на компенсационную способность.

4. Выявлен характер образования контактного пояска и его величина в зависимости от первоначального зазора, геометрических параметров и давления. Выявлено влияние условий закрепления тонкостенного упругого элемента на компенсационную способность. Установлено, что при значениях и условия закрепления торцов элемента практически не влияют на его компенсирующую способность. При и необходимо учитывать характер закрепления торцов оболочки.

6. Исследование многофункционального металлообрабатывающего оборудования нетрадиционной компоновки.

В оборудовании нетрадиционных компоновок на основе механизмов с параллельной кинематикой рабочий орган (например, шпиндельный узел) расположен на пространственно-ориентируемой платформе. Она имеет шесть степеней свободы и ее положение в пространстве определяется за счет согласованного изменения длин шести опор, на которых она расположена. Один из конструктивных вариантов такого станка показан на рис. 10.

Рис. 10. Станок нетрадиционной компоновки.

Предварительные исследования такого оборудования показали, что рабочая зона является функцией геометрических параметров (размеров платформы, длин опор и пределов их регулирования, величины угла наклона опор и их расположения, ограничений накладываемых узлами крепления опор к основанию и платформе). Статические и динамические характеристики оборудования зависят от геометрических и массовых параметров системы, величины и вида нагрузок, положения платформы в рабочем пространстве. Для каждой точки рабочего пространства собственные частоты системы, жесткость и амплитуды вынужденных колебаний зависят от положения платформы относительно основания.

Поэтому в настоящей работе были проведены теоретические и экспериментальные исследования механизма с параллельными структурами приведенного на рис. 3, с целью определения его рабочей зоны и возможных положений подвижной платформы. Исследования проводились с учетом граничных условий, накла-

даваемых узлами крепления опор к основанию и платформе (шарнир Гука, сферический шарнир):

по длине опор Ьщщ^Ь, >!-„,„;

по углу отклонения платформы ф, £ <ршт; Угол ф, определяется для каждой опоры по формуле:

(р, = штат -

т

(24)

где Ъг и Ъ - координаты крепления опор.

Определены зависимости угла поворота опоры относительно основания и подвижной платформы.

Исследования проводились с использованием специально разработанной программы на ПЭВМ в пределах граничных условий. Типовая картина рабочей зоны в виде параллельных сечений представлена на рис. 11. А так же были получены зависимости изменения длин опор при перемещении рабочего органа вдоль координатных осей.

Рис. 11. Картина рабочей зоны.

Для исследования динамических характеристик была разработана математическая модель свободных колебаний системы в форме дифференциальных уравнений Лагранжа 11-го рода, представлено уравнением в виде:

где М = 1И!1М1> МНН1 » ||а||'|Н1— матрицы коэффициентов инерции, жесткости системы.

Используя МАТЬАБ 6 можно найти все значения корней А,, а значит, и собственные частоты к,:

Проведена экспериментальная проверка параметров свободных и вынужденных колебаний, исследованы жесткосные характеристики системы для разных положений платформы в пределах рабочей зоны.

Одним из перспективных и малоисследованным особенно в плане использования в виде оснастки, является платформа с эксцентриковыми опорами. На кафедре металлорежущих станков и инструментов ОмГТУ разработан опытный образец платформы с эксцентриковыми опорами, который позволяет ориентировать обрабатываемую деталь или силовую головку по четырем координатам (рис. 12). Он представляет собой подвижную платформу, закрепленную на двух эксцентриковых опорах. Изменяя настройки регулируемых опор по заданному закону, можно обеспечить любое положение центра подвижной платформы или задать любой закон движения в пределах рабочего пространства по заданным координатам.

Особенностью данной конструкции является то, что синхронное вращательное движение дисков обеспечивает поступательное перемещение исполнительного органа в плоскости, а при асинхронном вращении перемещение в пространстве. Преимущество данной платформы состоит в том, что эксцентриковые опоры позволяют получить широкий диапазон регулирования положения подвижной платформы при достаточно высокой жесткости. Платформа несложна в управлении, для ее позиционирования необходимо задание четырех управляющих координат. Это вращения больших и малых эксцентриков. Все эти достоинства говорят о том, что применение платформы с эксцентриковыми опорами позволит снизить время на переналадку оборудования.

Рис. 12. Платформа с эксцентриковыми опорами: 2 - основание, 3 - сферический шарнир, 4 - подвижная платформа, 5 - силовая головка, 7 - большой эксцентрик, 6 - малый эксцентрик, 8 - червяк, 9 - червячное колесо, 10 - зубчатое колесо, 11 - фиксатор, 12 - наружный фиксатор, 13 - обойма.

(26)

Для исследования динамических характеристик была разработана математическая модель динамики системы, в ней рассматривается колебания по пяти координатным направлениям (27). Исследование данной модели производилось при помощи программы Mathcad 2001.

m-q2 =-(2-C4+2-Cs)-92-i-(C4-Cs)-gj-L + P,; г - ••

'Ъ+Хи-Zu ■q5) + JJ-q3 =

1 1 <27> 4 2

--P-iCt+CJ-qt-^L-iC^CJ-qt + Uji 4 2

M N «• •• H

—i-C.-q.-S'+M,.

Жесткость несущей системы рассматриваемых станков зависит от геометрических параметров, от положения подвижной платформы в рабочем пространстве, чем она дальше от центра рабочей зоны, тем податливость больше. В вертикальном направлении система более жесткая. Величины жесткости по всем направлениям, соизмеримы с жесткостью станков средних и малых габаритов серийно выпускаемых моделей, таких как МС12-250-М1, ИР320ПМФ4.

Исследования свободных колебаний позволили выявить низшие, наиболее опасные частоты исследуемых систем, которые находятся в пределах 60-65Гц у платформы на стержневых опорах, 60-80 Гц у платформы с эксцентриковыми опорами, в зависимости от положения подвижной платформы.

Наибольшие значения амплитуд при вынужденных колебаниях имели место при расположении платформы в крайних положениях рабочего пространства, где величина амплитуды достигала 17мкм у платформы на стержневых опорах, 28 мкм у платформы с эксцентриковыми опорами в горизонтальном направлении. В вертикальной плоскости амплитуда колебаний наименьшая в центре платформы в пределах 0,3 мкм у платформы на стержневых опорах и 5 мкм для платформы с эксцентриковыми опорами. Сопоставимые результаты были получены по амплитуде крутильных колебаний относительно координатных осей.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о перспективности станков на базе механизмов с параллельными структурами. Их целесообразно использовать при черновой и чистовой обработке деталей сложной конфигурации в мелкосерийном производстве.

Вместе с тем целесообразно продолжить исследования кинематики и динамики станков данного типа, направленные на улучшение их амплитудно-частотных характеристик, повышение точности обработки при применении данного оборудования.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена комплексная научно-техническая проблема по повышению точности механической обработки многономенклатурного производства. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Предложена и обоснована единая концепция обеспечения качества механической обработки как научно-производственной проблемы, решаемой путем снижения погрешности обработки в ходе оптимизации статических и динамических характеристик многофункционального оборудования и оптимизации последовательности операции и переходов с позиции обеспечения максимальной точности.

2. Выявлены признаки многовариантности технологических процессов. Предложен инструмент установления отношений следования операций и переходов в технологическом процессе и разработан научно обоснованный алгоритм определения последовательности операций механической обработки.

3. Предложены математические модели динамики станков и на основе результатов исследований установлено влияние конструкторско-технологи-ческих параметров технологической системы на точность обработки.

4. Предложена методика расчета точности при обработке на перспективном многофункциональном оборудовании на основе установления связей систем координат, определяющих положение узлов с развитыми ветвями механизмов, несущих инструмент и заготовку.

5. Разработана математическая модель механизма возникновения автоколебаний при обработке на токарном станке и исследованы условия их устранения. Предложена методика определения оптимальных режимов резания и рассмотрен пример оптимизации режимов при токарной обработке.

6. Установлено, что из двух основных источников автоколебаний падающая характеристика силы от скорости является основным фактором возникновения автоколебаний, а влияние запаздывание силы от перемещения в рассматриваемых системах практически не оказывает влияния на условия возбуждения автоколебаний.

7. Разработано виброгасящее устройство на базе тонкостенного упругого элемента, находящегося под воздействием избыточного давления и обеспечивающего беззазорное соединение сопряженных узлов. Проведены теоретические и экспериментальные исследования данного устройства, которые показали его перспективность.

8. Разработан опытный образец оборудования на базе механизмов с параллельными структурами и проведены исследования по определению рабочей зоны, статических и динамических характеристик при разных положениях подвижной платформы (рабочего узла) в пределах рабочей зоны.

9. Показаны перспективы создания станков на базе механизмов с параллельными структурами, как обладающие высокой гибкостью и переналаживаемостью, минимальной металлоемкостью и другими положительными характеристиками.

Основное содержание диссертации опубликовано в 82 научных работах, в том числе:

1. Гребень В.Г., Гаврилов ВА. Безвибрационное точение нежестких валов // СТИН. - 2004. - № 4. - С. 32-34.

2. Гаврилов В.А., Гребень В.Г. Устойчивость технологической системы при точении нежестких валов / Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе: Сб. матер. П,Междунар. технол. конгр. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003, Ч. 3. С. 126-130.

3. Гаврилов В.А., Гребень В.Г. Колебания при резании металлов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003. - 35 с.

4. Гаврилов ВА., Гребень В.Г. Анализ частот колебаний технологической системы при точении нежестких валов / Технология машиностроения, 2004. (Принято к опубликованию)

5. Гаврилов ВА., Кольцов А.Г. Исследование динамических процессов в станках токарной группы и их влияние на точность обработки // Омский техн. унт. Омск, 2003. - 75 с. Деп. в ВИНИТИ 09.09.03 №11.

6. А.С. СССР, № 1245419, МКИ Б2305/06. Способ заточки метчика. / Гаврилов ВА., Попов А.Ю., Финаев Л.Г. и др. // 23.07.86. Бюл. № 27.

7. А.С. СССР, № 1245418, МКИ, Кл. Б2305/06. Метчик для нарезания резьбы в глухом отверстии / Гаврилов ВА., Попов А.Ю., Николаев И.П. и др. // Открытия изобретения. - 1985. № 27.

8. Гаврилов В.А., Спиридонов Д.А., Кольцов А.Г. Исследование рабочей зоны и жесткости механизмов с параллельной кинематикой // СТИН. - 2004. - № 2. -С. 24-26.

9. Гаврилов В.А., Спиридонов Д.А., Кольцов А.Г. Расширение возможностей технологического оборудования за счет применения механизмов с многоповодковой структурой / Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном

этапе: Сб. матер. П Междунар. технол. конгр. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003, Ч. 3. С. 126-130.

10.Гаврилов В.А., Сергеев В.А. Гашение колебаний в многоцелевых станках и резерв повышения точности обработки деталей / Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе: Сб. матер. II Междунар. технол. конгр. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003, Ч. 3. С. 146-148.

11.Гаврилов В.А., Гребень В.Г. Расчет и оптимизация режимов резания на токарных станках. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. - 23 с.

12.Гаврилов В.А., Кольцов А.Г. Исследование металлообрабатывающего оборудования нетрадиционных компоновок / Омский техн. ун-т. Омск, 2003. 100 с. Деп. в ВИНИТИ 09.09.03 № 11.

13.Гаврилов В.А., Сергеев ВА Повышение точности обработки на многоцелевых станках // Динамика систем, механизмов и машин: Материалы Ш Международной научно-технической конференции. Омск, 1999. Кн. 2.

14.Гаврилов ВА, Кольцов А.Г. Исследование точности обработки на многоцелевых станках / Омский техн. ун-т. Омск, 2003. 87с. Деп. в ВИНИТИ 09.09.03 №11.

15.Гаврилов ВА, Гребень В.Г. Расчет режимов резания с использованием ЭВМ // Динамика систем, механизмов и машин: Материалы Ш Международной научно-технической конференции. Омск, 1999. Кн.2.

16.Гаврилов ВА. Синтез и анализ кинематических схем станков: Учебное пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. 124с.

17.Белый В.Д., Гаврилов ВА, Шамутдинов А.Х. Исследование и разработка структур многоповодковых механизмов технологических машин // Динамика систем, механизмов и машин: Материалы Ш Международной научно-технической конференции. Омск, 1999. С. 52-53.

18.Разработка теоретических основ проектирования гибких переналаживающих станков и СК на базе платформы Стюарта: Отчет о науч. исслед. работе (за-ключ.)/Руководитель темы Ф-10 ВА. Гаврилов. Омск, 1999.61 с.

19.Гаврилов ВА, Гребень В.Г., Губкин Н.И. Определение оптимальных режимов резания при токарной обработке// Информ. листок. Омск, 1998. 4с. № 6198. ЦНТИ.

20.Гаврилов В.А., Гребень В.Г., Губкин Н.И. Расчет оптимальных режимов резания при токарной обработке на ЭВМ // Информ. листок. Омск, 1998.4 с. № 6098. ЦНТИ.

21.Гаврилов ВА, Гребень В.Г., Губкин Н.И. Оптимизация режимов резания при многопроходной обработке // Информ. листок. Омск, 1998. 4с. № 62-98. ЦНТИ.

22.Белый В.Д., Гаврилов В.А., Дехнич А.А. Исследование точности многооперационных станков // Динамика систем, механизмов и машин: Тез. докл. II международная научно-техническая конференция, Омск: 1997, Кн.1.С43.

23.Гаврилов В.А, Лазариди Н.М. Аналитическое исследование динамических процессов суппортной группы токарного станка // Динамика систем, механизмов и машин: Тез. докл. П международная научно-техническая конференция, Омск: ОмГТУ, кн.1,1997. С.43.

24.Гаврилов ВА Пространственно-ориентируемый стол // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвузовский сборник науч. тр. Волгоград: ВОЛГГТУ, 1994. С. 5-12.

25.Гаврилов ВА, Назаров Д.А. Исследование переналаживаемых пространственно-ориентируемых узлов станков // Ресурсосберегающие технологии. Проблемы высшего образования: Тезисы докладов XXX научной конференции, Омск: ОмГТУ, 1994. С. 29.

26.Гаврилов ВА, Шамутдинов АХ. Исследование структурных кинематических схем многоповодковых узлов станков // Ресурсосберегающие технологии. Проблемы высшего образования: Тезисы докладов XXX Научной конференции, Омск: ОмГТУ, 1994. С. 30.

27.Гаврилов ВА, Мордвинов Б.С., Савкин B.C. Обеспечение точности деталей при проектировании многовариантных малооперационных техпроцессов обработки на станках с ЧПУ // Совершенствование процессов резания и средств автоматизации для повышения производительности гибких станочных систем: Тезисы докладов зональной научно-технической конференции. Курган, 1990. С.93-95.

28.Исследование производственного процесса и разработка технологических модулей ГАП для сложных корпусных деталей ТРА и ГТД: Отчет о науч. исслед. работе (заключ.) / Руководитель темы № 404 В.А. Гаврилов. Омск, 1989. 99 с.

29.Гаврилов ВА, Попов П.Е., Сергеев В.А. ГАУ на базе многооперационных станков модели МС 12-250М1 // Проблемы создания и внедрения гибких производственных и робототехнических комплексов на предприятиях машиностроения: Всесоюзная научно-практическая конференция. М., 1989. С. 47-48.

30.Гаврилов В.А Агрегатно-модульный принцип построения ГПС // Разработка и внедрение гибких производственных систем для механической обработки: Тезисы докладов региональной научно-технической конференции. Омск, 1987.

31.Гаврилов ВА, Миронов А.И. Применение ЭВМ для расчета оптимальных геометрических параметров на примере тонкостенных уплотнительных элементов// Автоматизация технической подготовки производства: Вып. 4, АН БССР, Минск, 1977 г. С. 125-130.

32.Гаврилов ВА, Миронов А.И. Прочность тонкостенных уплотнительных оболочек. Расчет на прочность в машиностроении: Межвузовский сборник.- Новосибирск, 1977. С. 139-146.

33.Гаврилов ВА, Миронов А.И. Экспериментальное исследование тонкостенных цилиндрических уплотнительных элементов // Динамика систем: Сборник научных трудов. Омск, 1977. Вып.4.

34.Гаврилов В.А Металлическое уплотнение с регулируемым давлением на контакте // Улучшение организации, экономики и качества ремонта технического оборудования: Материалы областной научно-технической конференции, 1975. С. 59-61.

35.Разработка, исследование и внедрение методов дробления сливной стружки на операции торцового точения детали типа фланец. / Гаврилов В.А., Попов Ю.В. и др. - Отчет по НИР. № гос. per. 73063457. рук. темы Ю.В. Попов. - Омск: ОмГТУ, 1973.80 с.

36.Патент РФ № 2015428, Способ смазки подшипника скольжения / Гаврилов ВА, Булякин Ш.Р., Финаев П.Г., 30.06.94. Бюл. № 12 6с: ил.

37.А.С. СССР, № 1349954, МКИ, кл., B23Q1/04. Поворотное устройство / Гаврилов ВА, Сергеев ВА, 07.11.87. Бюл. № 41.6с: ил.

38.А.С. СССР, № 1505893, МКИ, кл. B66F3/24, Гидродомкрат / Гаврилов ВА, Сергеев ВА, Финаев П.Г., 7.09.89. Бюл. № 33.8 с: ил.

39.А.С. СССР, № 1337227, МКИ, кл. B23Q1/08. Шпиндельный узел / Гаврилов ВА, Малашенко Ю.В. и др., 15.09.87. Бюл. № 34. 8с: ил.

40.А.С. СССР, № 1815122, МКИ, кл. B23Q1/04,16/02. Поворотное устройство / Гаврилов ВА и Финаев П.Г., 15.05.93. Бюл. № 18. 5с: ил.

41.А.С. СССР, № 1244407, МКИ, кл. F16C32/06, Опора скольжения / Гаврилов ВА, Рогоза ЮА и Орлов И.Л., 15.07.86. Бюл. № 26. За: ил.

42.А.С. СССР, № 1236242, МКИ, кл. F16J15/16, Уплотнительное устройство / Гаврилов ВА, Сергеев ВА. и др., 13.12.84. Бюл. № 21. Зс: ил.

43.А.С. СССР, № 1195102, МКИ, кл. F16J15/48, Устройство для уплотнения поршня/ Гаврилов ВА, Финаев П.Г., Финаева И.П., ЗОЛ 1.85. Бюл. № 44.6 с: ил.

44.Гребень В.Г., Гаврилов ВА Определение области устойчивого течения нежестких валов / Справочник. Инженерный журнал. М.: Изд-во Машиностроение, 2004. (Принято к опубликованию)

45.Гаврилов ВА, Кольцов А.Г., Шамутдинов А.Х. Классификация механизмов для технологических машин с параллельной кинематикой. // СТИН. - 2004.11 с. (принято к опубликованию)

46.Решение о выдаче патента РФ на заявку № 2004 1244601 22(026715) от 12.08.04 Гидровинтовой следящий привод, Гаврилов ВА, Сергеев ВА, Черма-шенскийАП.

47.Гаврилов ВА. Расчет и испытание станков на точность. - Омск: Изд-во ОмГТУ,2004.-91с.

48.Гаврилов В А., Мордвинов Б.С., Савкин B.C. разработка гибкого маршрута изготовления деталей // Новая технология, оборудование, оснастка и инструмент для механической обработки и сборки: Материалы семинара. - М.: Изд-во МДНТП, 1990. - С. 85-90.

Отпечатано с оригинала-макета, предоставленного автором ИД №06039 от 12.10.2001

Подписано к печати 25.10.2004. Бумага офсетная. Формат 60x84 1/16 Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ. л. 3,0. Уч.-изд, л. 3,0. Тираж 100 экз. Заказ 556.

Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр-т. Мира, 11 Типография ОмГТУ

127397