автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение точности обработки путем применения механической адаптивной системы

САНКТ-НЕТЕРБУРГСКИП ГОСУДАРСТВЕННЫ» ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ни п/шви* рукописи

МАКАРОВ Дмитрий Константинович

УДК 621.923.04.002

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ

Специальность 05.02.08 — технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1992

Работа выполнена н АО •Ленно.тиграфмаш» Научным руководите.!I. д. т. п.. проф. МУРДШКИН С. Л. Пи;. пп-'И консультант к. т. п., доц. ЖУКОН Л. () ф и ц и а .1 I. и 1>1 с о и и о н о и т 1.1:

д. т. п.. проф. ИУШ Д. 1$. к. т. п.. доп. ИАСИН С. Л.

I(едущая организация: НПО «ЦНИТА», С.-Петербург.

,'!,Ш(ПТ;] гос'п/птсн о 199.) г. на заседании

| нецна.пииронаипого Сонета Д0(>3.38.16 ('.-Петербургского технического университета н Н> часом, а уд. 'И. 1 учебный корпус.

От.ши на автореферат. закерсннмн печатью, просим направлять по адресу: !'.1.")2.")1. С.-Петербург. Политехническая ул. 29,

ученому секретарю специализированного Совета Д(Ш3.38.1(>. Сенчило И.- Д.

Автореферат разослан «

2 У, Я-е г ^ ¿А/ 19<)2 г.

Ученый секретарь специал на и рова иного ('.оиета Д063.38.1(| к. т. п., доц.

СКНЧИЛО И. Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основными задачами, стоящими перед машиностроением, является повышение производительности и обеспечение высокого качества изделий при обработке на металлорежущих станках.

Решение этих задач в условиях быстрой сменяемости продукции, значительно повышенных издержек производства должно быть обеспечено созданием современных и надежных технологических процессов и устройств.

Выбор токарной обработки обусловлен тем, что по литературным данным около 70% деталей машиностроения изготавливаются точением, а также тем, что детали типа тел вращения составляют свыше 60% всей номенклатуры заготовок, обрабатываемых резанием на заводах. Кроме того, точность токарной обработки, в большой степени, определяет точность й производительность последующих шлифовальных операций.

Анализ литературных источников показал, что в условиях неполной и быстро меняющейся информации, поступающей в ходе выполнения операций резанием, одним из наиболее эффективных способов повышения точности этих операций является применение различного рода адаптивных систем.

Основной проблемой при их использовании является недостаточная надежность работы, и в большинстве случаев, сложность и малая универсальность.

Указанные недостатки в значительной мере устраняются при использовании механических адаптивных систем (MAC). В связи с этим настоящая работа, посвященная разработке конструкции, расчету и определению эксплуатационных характеристик MAC является актуальной.

Цель работы. Разработка технологичной конструкции MAC, позволяющей управлять упругими перемещениями технологической системы для управления основными параметрами точности токарной обработки — точностью размера, формы, взаимного расположения и, частично, шероховатостью поверхности.

Разработка методик теоретического и экспериментального установления параметров MAC, определение области устойчивого движения при механической обработке с MAC и области производственного использования MAC, исходя из

данных по качеству обработанных деталей.

Методика исследований. Исследование технологической надежности токарных операций по параметрам точности проводилось с использованием математической статистики и теории вероятностей.

Расчет созданной механической адаптивной системы с упругими связями основывался на применении метода сил и завершился составлением системы однородных уравнений, которые решались методом Гаусса на ЭВМ.

Определение параметров расчетной модели технологической системы с MAC выполнялись на базе общепринятых методик исследования динамики станков.

Исследование нелинейных колебаний выполнялось графо-аналитическим методами с использованием фазовой плоскости.

Устойчивость движения колебательных контуров определялась по типу особых точек и по алгебраическому критерию.

Экспериментальная проверка полученных результатов и расчетных данных проводилась в лабораторных и цеховых условиях с применением методов математической статистики.

Расчет коэффициентов корреляции в экспериментальных зависимостях, получение эмпирических моделей производился с применением ЭВМ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана теория расчета MAC, с целью определения зависимости упругих перемещений вершины режущего инструмента от сил, действующих при токарной обработке, позволяющая оптимизировать конструкцию устройства.

2. Разработана и обоснована математическая модель адаптивного механического устройства в виде системы с одной степенью свободы.

3. Установлены области возбуждения колебаний с учетом нелинейных характеристик составляющих сил резания.

4. Показана возможность управления шероховатостью в процессе токарной обработки.

Практическая ценность работы состоит в том, что:

1. Разработано устройство для управления точностью механической обработки

(авторское свидетельство СССР № 1142260, кл. B23Q15/12), позволяющее повышать точность размера, формы, взаимного положения и качество поверхностей при токарной обработке заготовок особенно при использовании резцов с главным с углом в плане близким к 90".

2. Разработана упрощенная (инженерная) методика определения жесткости (податливости) MAC в зависимости от основных ее параметров.

3. Получены основные характеристики точности и надежности операции механической обработки.

4. Получены рекомендации по выбору параметров обработки с использованием MAC для обеспечения наибольшего повышения точности обработки.

Промышленная реализация работы. Разработанная механическая адаптивная система MAC прошла промышленные испытания и принята к внедрению на АО «Ленполнграфмаш». Аналогичного типа механические адаптивные системы внедрены на заводе «Трлнсмаш», г. Тихвин.

Апробация работы. Диссертация одобрена на научном семинаре кафедры «Технологии машиностроения» СПбГТУ, основные разделы диссертации докладывались на краткосрочных научно-технических семинарах Ленинградского (Санкт-Петербургского) дома научно-технической пропаганды в 1989, 1991 и 1992 годах, на Всесоюзной научно-технической конференции (Курган 1991 г.), на научно-техническом совещании во ВНИИ Полиграфии Москва, 1991 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано девять печатных работ и получено авторское свидетельство.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из четырех разделов, основных выводов и заключения. Содержит 110 страниц текста, 21 таблицу, 57 рисунков, список литературы из 108 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе обоснована актуальность исследования применения адаптивных систем управления точностью механической обработки резанием, сформулирована цель работы и приведены основные положения, которые выносятся на защиту.

Приведены результаты обследования точности заготовок, величин колебания жесткости металлорежущих станков, надежности технологических операции по параметрам точности механической обработки. Проведенное обследование позволило подтвердить результаты других исследований о превалировании влияния упругих отжатий на точность токарной обработки.

Анализ работ по вопросам регулирования точностью механической обработки резанием Балакшина Б.С., Соломенцева Ю.М., Скрагана В.А., Подураева В.Н., Базрова Б.М., Митрофанова В.Г., Абдулова В.Н., Жукова Э.Л., Корытина A.M., Красильникова А.Ф. и других исследователей показал, что в условиях неполной и меняющейся информации о технологическом процессе резания наиболее оптимальным способом регулирования выходных параметров технологических процессов является адаптивное управление.

В диссертации приведен широкий обзор работ по системам адаптивного управления при механической обработке резанием.

Обзор показывает, что применение в металлообработке систем адаптивного управления позволяет значительно повысить точность размеров, формы, взаимного расположения, качества поверхностного слоя и эффективность металлообработки. Разработаны различного рода электрические, электрогидравлические, электромеханические, гидравлические и другого типа адаптивные системы, позволяющие управлять взаимным расположением элементов технологической системы, упругими перемещениями, тепловыми смещениями, скоростью износа режущего инструмента, вибрациями. В работе приводятся классификации систем по структуре, алгоритмам управления и функционирования, способности приспособления, виду обратной связи, числу управляемых параметров.

Недостатками этих систем является сравнительная сложность и вследствие этого

недостаточная надежность в эксплуатации, особенно при лезвийной обработке при наличии стружки, особенно сливной.

Механические системы адаптивного управления лишены большинства этих недостатков.

Они безынерционны, просты в изготовлении и эксплуатации. Конструкции механических адаптивных систем позволяют управлять упругими деформациями, влияющими на точность формы, как в продольном, так и в поперечном сечениях заготовок.

Вместе с тем конструктивные особенности этих устройств обуславливают пониженную жесткость механических систем, а следовательно и их повышенную склонность к колебаниям. Их использование при обработке как жестких, так и нежестких заготовок требует анализа колебательных движений технологической системы с целью выявления условий обработки, при соблюдении которых не возникают автоколебания.

В работе проведен анализ методов, используемых для исследования автоколебаний в станочных системах.

Рассматриваются два основных метода — аналитический и графический.

Для анализа устойчивости движения использованы критерии Рауса-Гурвица, а также метод фазовой плоскости.

Основное преимущество аналитических критериев устойчивости заключается в получении решений в алгебраической форме, которые позволяют при использовании численных значений параметров оценить всю совокупность режимов обработки, необходимых для устойчивого движения системы.

Анализ работ показывает, что графические методы, имея определенный недостаток — частные решения для конкретных значений параметров системы, обладают весьма значительными преимуществами.

Графические методы (метод изоклин, метод Льенара, дельта-метод и др.) дают возможность представить решение нелинейных дифференциальных уравнений в виде интегральных кривых в фазовом пространстве. Применительно к системам с одной степенью свободы, описываемых дифференциальными уравнениями второго

порядка, фазоиле пространство вырождается в фазовую плоскость. Основным преимуществом i рафических методов является большая наглядность физической сущности происходящих процессов. Они позволяют наиболее полно учесть все нелинейности, присущие данной системе.

На основании выполненного анализа сформулированы следующие основные задачи настоящей работы:

1. Создание механической адаптивной системы, позволяющей управлять всеми параметрами точности детали — точностью размера, формы, взаимного расположения и качеством поверхностного слоя.

2. Создание методики расчета системы, позволяющей определять ее характеристики и подбирать наиболее рациональные ее параметры, зависящие от конкретных условий обработки.

3. Определение характеристик адаптивной системы и параметров процесса резания, влияющих на показатели точности деталей.

4. Определение составляющих сил резания при токарной обработке с получением для них аппроксимирующих выражений.

5. Создание математической модели технологической системы совместно с адаптивной и определение условий возникновения колебаний и виброустойчивости системы.

6. Определить технологические характеристики и эффективность применения механической адаптивной системы при токарной обработке валов.

Во втором разделе рассмотрены вопросы разработки и исследования адаптивной системы с упругими связями.

Известны устройства для коррекции упругих перемещений, когда при резании преобладающими являются составляющие Pz и Ру. В работе представлены результаты расчета и экспериментальных исследований несколько иной механической адаптивной системы (MAC).

Разработанная MAC позволяет компенсировать упругие отжатия при обработке режущими пластинами с главным углом в плане близким к 90°, когда доминирующей является осевая составляющая сила резания. MAC (рис. 1), состоит из

державки 1 и гсловки (носителя) 2, разделенных пазом 3, который соединяет нерегулируемые упругие элементы 4 и 5, выполненные за одно целое с державкой 1 и головкой 2. В пазу 3 с натягом установлена пластина из демпфирующего материала, например, резины.

Головка 2 и державка 1 в средней части соединены регулируемыми упругими элементами в виде плоских пружин 7 и 8 с цилиндрическими хвостовиками, закрепленными винтами 9 и 10, с возможностью поворота вокруг своей оси. В головке 2 с помощью винта 11 и через прижим 12 закреплена режущая пластина 13.

В процессе резания при наличии изменяющихся входных характеристик (например, колебания твердости от заготовки к заготовке или в пределах одной заготовки в виде «пятнистой» твердости, непостоянства припуска и пр.) возникает, изменяющаяся по величине, сила резания.

Поскольку технологическая система обладает некоторой податливостью в направлении Y и подвергается воздействию составляющей Ру вершина режущей пластины отожмется на величину Ау (рис. 2), т.е. переместится из точки 0 в точку 0i. При этом возникает отклонение действительного размера от требуемого.

Вследствие того, что нерегулируемые упругие элементы 4 и 5 державки 1 располагаются в вертикальной плоскости относительно продольной оси обрабатываемой заготовки, они под воздействием силы Рх начинают упруго деформироваться в направлении оси X. Одновременно вступают в работу плоские пружины 7 и 8, и как следствие этих упругих перемещений, вершина режущей пластины 13 начинает перемещаться из точки 0i в точку 02, компенсируя, таким образом, возникшую первоначальную погрешность Ду.

Поскольку силы Ру и Рх действуют одновременно и на державку 1, которая отжимается в направлении Y и на головку 2, которая отжимается в направлении X, и на деталь в направлении Y, то вершина режущей пластины будет скользить по геометрическому месту точек, описываемому линией 002, т.е. по обрабатываемой поверхности, заданного размера, вследствие чего точность размера повышается, особенно при работе пластинами с углами в плане <р, близкими к 90°.

Целью расчета MAC явилось определение зависимости упругих перемещений

Рис. I Схема устройства МАС.

Рис. 2. Схема перемещении иершины режущей пластины в МАС.

вершины режущей кромки инструмента «О» от сил, действующих в процессе резания.

Расчетная схема MAC показана на рис. 3. В основу расчета положен метод сил из соображений рационализации вычислительных операций. Расчет разбит на 10 этапов:

1. Составление рабочей расчетной схемы, для которой исходные расчетные данные (рис. 3) Fio, F20, F30, а, b и др. представляются в рабочих осях X, Y, Z, повернутых относительно исходных осей Хо, Yo, Zo на угол атаки в плоскости Хо Yo.

2. Введение кинематических параметров носителя (Р) — линейных xi, yi, zi (в месте стыковки с упругим элементом 1) и угловых <рц, tpi\ выражение в зависимости от этих параметров линейных перемещений на концах элементов 2, 31 и 32.

Введение в рассмотрение внутренних силовых факторов Xi1, Х2'..., Хб1 на

2 2 2

конце первого фиксированного элемента; Xi , Х2 ..., Хб — на конце второго элемента; Xi31, Х231, ..., Хб31 и Xi32, Х232, ... Хб32 — на концах упругих элементов регуляторов жесткости (рис. 4).

Выражение кинематических параметров через внутренние силовые факторы на конце 1-го элемента.

5. Выражение перемещений на концах всех упругих элементов в зависимости от внутренних силовых факторов.

6. Составление системы линейных однородных уравнений на основании уравнений по пунктам 2, 4, 5.

7. Составление системы линейных неоднородных уравнений путем рассмотрения условий равновесия системы сил, приложенных к носителю со стороны обрабатываемой заготовки и сил реактивного противодействия со стороны упругих элементов.

8. Совместное решение системы уравнений по пунктам 6 и 7.

9. Вычисление координатных составляющих перемещения режущей кромки

fx, fy, fz в рабочих осях X, Y, Z.

Рис. 4. Внутренние силовые факторы на концах упругих элементов MAC.

10. Преобразование координатных составляющих (по пункту 9) при обратном повороте осей X, Y, Z. на угол «0 - — «в плоскости X, Y — определение искомых перемещений fxo, Гун, fzo в исходных осях.

Для решения системы уравнении составлялась матрица коэффициентов, расчет производился методом Гаусса с помощью программы «GAUSS» в вычислительной лаборатории кафедры технологии машиностроения СПбГТУ.

Проведенное сравнение результатов прогиба, полученных расчетом н экспериментом показывает, что различие составляет от 3% до 9%. Наибольшие различия между расчетными и экспериментальными данными наблюдаюия при больших значениях нагрузок и при наличии дополнительных пружин, предположительно за счет возможных мроворотов этих пружин в местах заделок.

Для экспресс-оценки величин прогибов под воздействием силы резания было представлено приближенное решение задачи, основанное на некоторых допущениях, главные из которых следующие:

— на MAC действует лишь Рх (Гц));

— сила 1-ю действует в нижней плоскости жесткого носителя (С=()>;

— при расчете учитываем лини, деформацию от изгиба.

15 результате получена достаточно простая формула для экспресс опенки перемещении, а следовательно и жесткости устройства:

_Ь, (У-/«*)_

¿ч H v ¿32

Расчеты по упрощенной методике показывают расхождения с уточненным расчетом до 10'Х,

Упрощенная методика позволяет получать приемлемые результаты при обрабоже резцами с f = 90±10'.

Уточненная методика может использоваться для всех диапазонов изменения угла ¡р для оптимизации конструкции резца и для расчета систем не только подобного типа, но и с другим расположением плоскости основании режущей пластины относительно плоскости нерегулируемых упругих элементов.

Расчеты показывают, что на жесткость MAC оказывают наибольшее влияние угол поворота регулируемых пружин и толщина'пружин, как постоянных, так и регулируемых. Изменение этих параметров и количества пружин позволяет изменять жесткость MAC от 327-Ю4 Н/м до 37924-Ю4 Н/м в направлении наименьшей жесткости по оси X.

Расчеты и эксперименты показали, что перемещения по осям Y и Z вершины режущей пластины под воздействием силы резания на порядок и даже на два порядка меньше, чем перемещение по оси X и в дальнейшем при расчете жесткости MAC не учитывались.

13 третьем разделе рассмотрены вопросы разработки математической модели технологической системы с MAC в виде сисгемы с одной степенью свободы.

При этой разработке были составлены априорные математические модели, которые в зависимости от технологических схем обработки имели от 1 до 15 степеней свободы.

Методика исследования параметров математической модели предусматривала экспериментальное определение частоты собственных колебаний, логарифмического декремента, жесткости технологической системы и расчета приведенной колеблющейся массы, коэффициента силы сопротивления, пропорционального скорости и жесткости MAC.

После определения параметров априорной модели получена доминирующая

система, представленная подсистемой MAC в осевом направлении (ось X). Ее

4 4

параметры составляли: jxx = 327-10 ...37924-10 Н/м;

частота собственных колебаний fx =403 Гц; приведенная колеблющаяся масса m = 0,3028 кг; коэффициент пропорциональности силы сопротивления скорости h = 177,5 - 210,4 Н-с/м для различных значений угла ЧЛ

Для рассмотрения вопроса о колебательных движениях и виброустойчивости MAC определены нелинейные зависимости составляющих силы резания при обработке стали 35 и чугуна СЧ25, измерение сил резания производилось трехкомпонентным динамометром при обработке режущими пластинами Т15К6 и BKS. Характеристики снимались при изменении скорости резания от 0,25—2,5 м/с,

подачи от 0,097 до 0,23 мм/об., глубины резания от 0,5 до 1,5 мм. Полученные зависимости имеют один поднимающийся и один падающий участки. Для аппроксимации составляющих силы резания использован метод крутого восхождения и принята математическая модель, имеющая три независимых переменных, характеризующих параметры режима резания. Для определения коэффициентов

з

регрессии использованы результаты полного факторного эксперимента типа 2 , реализованные с помощью стандартной программы на ЭВМ. В качестве аппроксимирующего выражения для составляющих сил резания принята степенная функция, используемая в резании металлов. В результате расчета коэффициентов получены следующие зависимости:

Адекватность полученных зависимостей проверялась по критерию Фишера. Все модели оказались адекватными. Сравнение экспериментальных значений с расчетными, полученными по эмпирическим зависимостям, показало их хорошую сходимость (различие не более 15%).

Для анализа колебательных движений и на основании допущений, принятых в теории колебаний, из априорной математической модели получена окончательная расчетная модель MAC с одной степенью свободы в осевом направлении (ось X).

Для определения условий возбуждения автоколебаний использовался графический метод Льенара. Построение интегральных кривых на фазовой пло-

для стали

для чугуна

скости выполнялось с помощью обобщенных характеристик силы. Выяснено, что возбуждение автоколебаний обусловлено нелинейной характеристикой силы резания, имеющей падающие участки.

Для анализа устойчивости движения системы в работе приведены алгебраические критерии устойчивости:

Эти критерии были использованы при выборе режимов резания для экспериментального исследования MAC.

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований технологических характеристик чистовой токарной обработки с использованием MAC. В качестве показателя повышения точности использовалось принятое в

технологии машиностроения понятие уточнения е f - •

^ До ет

где Д заг, Д лет — соответствеию погрешности заготовки и детали по различным параметрам точности. Эксперименты проводились на токарных станках типа 16К20 и С1ЕБ1ВМ. В качестве заготовок при исследовании величин уменьшения погрешностей формы в продольном сечении использовались конические валы из стали 45Х, HRC340. Обработка партии конических валов производилась обычным резцом и MAC. В том и в другом случае использовались твердосплавные пластинки TI5K6 с геометрическими параметрами у = 8°; а = 8°, <р = 90°, <р = 7", г = 1,8 мм.

Обработка проводилась на режимах, обеспечивающих устойчивое резание — V =125 м/мин, s = 0,2 мм/об., глубина резания достигала максимальных значений 2,5 мм. Обработка с использованием MAC проводилась при двух значениях ее жесткости jMac = 1287-Ю4 Н/м и ]'мас = 734-Ю4 Н/м.

Применение MAC позволяет повысить точность формы детали в продольном сечении по сравнению с использованием обычного резца от 2.56 до 5,26 (большие

значения соответствуют большим глубинам резания). Точность размеров партии жестких валов повышалась в 2-3 раза по сравнению с обработкой обычным резцом.

Для определения степени повышения точности деталей в поперечном сечении также проводился сравнительный эксперимент на токарных станках С1ЕБ1ВМ и 16К20.

В качестве обрабатываемых образцов использовались кольцевые оправки.

Эксцентриситет колец относительно оси вращения обеспечивался за счет эксцентричного закрепления оправки. Оправки изготавливались из сталей 7X3 и 45. Режущие пластины использовались те же, что и в предыдущем случае. На каждой оправке находились 4 кольца. Первые два кольца обрабатывались обычным, а последние два — упругим резцом. Изменение припуска в заготовке и погрешности на детали производилось в различных угловых положениях через 30°. Затем определялся средний коэффициент уточнения формы при обработке без MAC и с MAC. Повышение точности составило 4,94 за сют использования MAC. При обработке оправок из различных марок сталей были получены одинаковые результаты.

Эксперименты по исследованию показателей шероховатости при точении с MAC производился на токарном станке 16К20 при обработке колец из стали 7X3. Идентичность механических свойств образцов обеспечивалась технологией их изготовления. Контроль шероховатости производился на профилографе-профилометре мод. 252. Результаты экспериментов показывают снижение шероховатости при обработке с MAC на 35-45%. Для обеспечения вопроса о возможности замены шлифования скоростным точением использовались в качестве режущего инструмента пластины оксидно-карбидной минералокерамики марки ВОКбО.

Исследовались влияние главного угла в плане (р), режимов резания (V и S) и твердости заготовок на параметры шероховатости (Ra, Имах, S).

Анализ этой серии экспериментов показал значительную перспективность применения MAC для регулирования шероховатости и необходимости дальнейшей разработки модели образования шероховатости при использовании MAC, для чего проводится оптимизация траектории перемещения режущего лезвия под воздейст-

вием силы резания.

Комплексные исследования повышения точности обработки производились при обработке партий нежестких валов, с размерами: диаметры 32, 46, 58, 70, 100 мм, длины 500, 720, 800, 1075, 1235 мм. Материалы валов — стали 30, 45, 60СХА; чугун СЧ25. По результатам экспериментов строились точечные диаграммы. В качестве инструментальной подсистемы использовалась MAC с пластинами Т15К6, ВК-8, ВОКбО.

Обработка нежестких валов производилась с использованием люнета при следующих режимах: t = 0,5 мм; S = 0,17 мм/об.; V = 2,03 м/с. Величины радиального биения шеек вала до и после обработки контролировались с помощью индикаторных головок часового типа с ц.д. 0,001 мм, точность размеров шеек .валов производилась рычажной скобой с ц.д. 0,002 мм.

Отклонения от круглости определялись на круглометре модели 209, для чего вырезались образцы. Отклонения профиля продольного сечения производилось с помощью рычажной скобы с ц.д. 0,002 мм, а шероховатость — с помощью профилографа-профилометра модели 201.

Результаты комплексного эксперимента показывают:

— рассеивание размеров с применением MAC составило 0,198 мм, без системы— 0,4 мм;

— величина отклонений от круглости с применением MAC составила 0,010... 0,014 мм, без системы — 0,01...0,080 мм;

— величина радиального биения шеек валов, обработанных с применением MAC, составила 0,02...0,065 мм, без системы — 0,05...0,38 мм;

— величина отклонений профиля продольного сечения валов, обработанных с применением MAC, составила 0,01...0,014 мм, без системы 0,05...0,190 мм;

— величина шероховатости при использовании системы снизилась на 45% и находилась в пределах 1,24...0,34 мкм по критерию Ra.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработано ц изготовлено новое устройство, защищенное авторским свидетельством, позволяющее повысить точность токарной обработки по всем ее параметрам (точность размеров, формы, взаимного расположения и высота микронеровностей).

2. Разработаны две методики расчета устройства — точная и упрощенная, позволяющие оптимизировать конструкцию устройства-системы для получения максимально возможного повышения точности обработки по всем ее параметрам.

3. Расчеты по разработанным методикам показывают, что жесткость упругого резца-системы может меняться за счет изменения положения поворотных пружин и изменения количества и толщины подвижных и неподвижных пружин в широких пределах от 327-Ю4 Н/м до 37924-Ю4 Н/м.

Различие расчетных и экспериментальных данных не превышает 9%.

4. В результате анализа динамических характеристик подсистем технологической системы получена математическая модель комплекса «технологическая система токарного станка + механическая адаптивная система», в виде системы MAC с одной степенью свободы в направлении подачи (оси X).

5. Произведено графо-аналитическим методом исследование возбуждения автоколебаний при использовании MAC при механической обработке резанием на токарном станке. Определены критерии устойчивого (без вибраций) резания. Эксперименты подтвердили теоретические исследования.

6. Экспериментальные исследования возможностей MAC при токарной обработке жестких и нежестких валов показали следующие результаты:

— точность размеров жестких валов по сравнению с обработкой обычным резцом повысилась в 2-3 раза, нежестких — в 2 раза;

— точность формы в продольном сечении жестких валов по сравнению с обработкой обычным резцом повысилась в 2,56...5,26 раза, нежестких в 2... 15 раз;

— точность формы в поперечном сечении жестких валов по сравнению с обработкой обычным резцом повысилась в 4,94 раза, нежестких — в 2...8 раз;

— снижение величины радиального биения при обработке жестких валов по

сравнению с обработкой в штатных условиях составило 2,6 раза;

— величина микронеровностей при обработке валов из сталей и чугуна пластинами из различных материалов (Т15К6, ВК8, ВОКбО), как правило была меньше, чем при обработке в обычных условиях; уменьшение составляло 30...45%.

7. Основная задача проводимых дальнейших исследований — оптимизация траектории перемещений режущей кромки с целью получения возможности регулирования шероховатости.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Макаров Д.К., Щекин В.Д. Опыт и проблемы технического перевооружения и реконструкции на заводе «Ленполиграфмаш», в книге «Экономические и социальные проблемы технического перевооружения и реконструкции народного хозяйства на основе НТП». — Л, ЛИЦ ИСЭПАНСССР, 1988.-С.36-42.

2. Макаров Д.К. Статистический анализ точности выполнения операций механической обработки в производственных условиях. Методические указания. Рукописный фонд кафедры "Технология машиностроения" ЛПИ. — Ленинград, 1988.-20с.

3. Макаров Д.К. Надежность технологических процессов механической обработки в книге «Интенсификация машиностроительного производства на основе прогрессивной технологии». — Л., ЛДНТП, 1989.-е. 28...30.

4.Макаров Д.К. Повышение точности механической обработки путем применения адаптивных систем. «Тезисы доклада Всесоюзной научно-технической конференции». - Курган, 1991. - с. 42-43.

5. Макаров Д.К., Кайдошко Э.А.. Современное фотонаборное оборудование АО «Ленполиграфмаш». «Тезисы доклада ВНТК: Автоматизация редакционно-изда-тельских процессов ВНИИ Полиграфии». — Москва, 1991.- с. 61-64.

6. Макаров Д.К. Повышение точности токарной обработки путем применения адаптивных систем. В книге «Прогрессивные технологические процессы механической обработки и сборки». — С.-Петербург, 1991 - с. 31-33.

7. Долбежкин А.Д., Макаров Д.К., Кайдошко Э.А., Ирину И.М. Комплекс "300"

— новое поколение фотонаборного оборудования. Полиграфия № 1,2 -1992- с. 8. Макаров Д.К., Кайдошко ЭЛ., Хмылко В.Ф. Современные печатно-отделочные линии.

— Учебное пособие, МПИ: Москва, 1992. с.

9. Макаров Д.К. Оптимизация конструктивных параметров механической адаптивной системы. В книге «Прогрессивные технологические процессы в механо-обрабатыващем и сборочном производстве», С.-ПбДНТП, Санкт-Петербург, 1992, с. 74-75.

10. Макаров Д.К. A.C. 1142260 (СССР) МКИ B23Q15/12. Устройство для управления точностью механической обработки, 1992.