автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение точности отверстий за счет рационального врезания инструментов одностороннего резания

РГ6 од

2 7 МАЙ 1527

На правах рукописи Карсунцев Александр Иванович

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОТВЕРСТИЙ ЗА СЧЁТ РАЦИОНАЛЬНОГО ВРЕЗАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ ОДНОСТОРОННЕГО РЕЗАНИЯ

Специальность 05.02.08 - 'Технология машиностроения"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск, 1997

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения, станки и инструмент" Златоустовского филиала Челябинского государственного техи ческого университета.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор С.ГЛакирев

Официальные оппоненты:: доктор технических наук,

профессор В. П. Качаев; кандидат технических наук, доцент Ю. И. Мясников.

Ведущее предприятие - ПО Машиностроительный завод "Булат",

г. Златоуст.

Защита состоится 27 мая_1997 г.,в 14-00 часов.на заседании д

сертационного совета Д 053.13.05 в Челябинском государственном тех* ческом университете по адресу:

454080, г.Челябинск, пр. им. В.ИЛенина, 76.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского госуда ственного технического университета.

Автореферат разослан 22 апреля 1997г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор экономических наук, профессор

¿Су£--^

И-А-Баев

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В условиях нарождающихся в России рыночных отношений, жесткой конкуренции с импортными товарами требуется резко расширить номенклатуру выпускаемой продукции с одновременный повышением ее качества и систематическим обновлением. Осуществить решение этой задачи возможно лишь при условии повышения производительности и качества изготовления изделий, обработка которых сопряжена с большими трудностями. В машиностроении одними из самых трудоемких являются операции обработки точных отверстий, к которым относятся отверстия с жёсткими допусками диаметра, формы и расположения оси, соос-ные ступенчатые и соосные разнесенные, отверстия являющиеся базовыми для установки в них осей, валов, плунжеров, поршней. Представителями таких деталей являются гидрораспределительные коробки, ползуны, гильзы, гидроцилиндры, кондукторные плиты и т.д.

Как правило, такие отверстия обрабатываются на универсальных сверлильных, агрегатных станках и автоматических линиях мерным многолезвийным инструментом - спиральными, шнековыми, перовыми сверлами, зенкерами и развертками. При этом на первых переходах получения отверстий вносятся погрешности расположения в 5... 10 раз большие, чем задано чертежом детали, которые затем устраняются постепенно от перехода к переходу до требуемых. В то же время, инструменты одностороннего резания (ИОР), которые за 1...2 перехода обеспечивают высокую точность, на станках этой группы практически не применяются, что обусловлено неудобством либо невозможностью использования узкоспециальных направляющих устройств и станций высокого давления СОЖ. Поэтому, как правило, окончательная обработка производится на протяжных, расточных и хонинговаль-ных станках, которые не агрегатируются с перечисленными выше, что требует дополнительных переустановок деталей. К тому же, обработка на этих станках часто трудоемка и требует больших производственных площадей. Отсутствуют инженерные методики оценки точности обработки отверстий ИОР, учитывающие специфику врезания, т.к. при врезании появляются позиционные отклонения осей отверстий, приводящие к погрешностям обработки. Поэтому является актуальным изучение закономерностей процесса формообразования отверстий при врезании инструментов, создание методики оценки точности, методики проектирования операций обработки отверстий ИОР и разработка оснастки для обработки отверстий.

Данная работа выполнена в соответствии с научным направлением 41 ТУ - "Совершенствование оборудования и технологии в машинострое-ниг" (направление 2).

Цель работы. Повышение точности и производительности обработки отверстий путем управления технологическими параметрами процесса врезания ИОР.

Научная новизна работы. Разработана система математических моделей, представляющих собой уравнения с запаздывающим аргументом, описывающих специфические радиальное смещение и осевое биения инструмента при врезании, приводящие к погрешностям формы отверстия и расположения оси. Исследование этих моделей позволило:

- установить, что вне зависимости от метода направления ИОР после врезания форма отверстия представляет в общем случае чередующиеся участки отрезков спирали Архимеда и дуг окружностей, являющиеся причиной появления погрешностей расположения оси;

- определить, что на точность формы получаемых отверстий влияет только траектория движения формообразующей точки ревущей кромки на последнем обороте врезания инструмента;

- выявить, что осевые биения шпинделя с частотой, равной частоте его вращения, приводит к линейному смещению сечения получаемой поверхности в течение всего процесса врезания, причём его величина пропорциональна амплитуде осевых биений.

Практическая ценность работы

1. Разработана методика проектирования операции обработки отверстий ИОР и методика диагностики действующих техпроцессов.

2. На основе выявленных основных технологических факторов, влияющих на точность формы отверстия и расположения оси, разработаны рекомендации по повышению точности обработки, в том числе по выбору рациональной схемы направления инструмента на универсальных и специальных станках, автоматах и автоматических линиях, а также в условиях обработки точных отверстий на станках с ЧПУ и в ГАП.

3. Количественная и качественная оценка процесса формообразования позволили разработать 5 новых способов обработки отверстий и 2 устройства для направления ИОР, позволяющие увеличить координатную точность осей отверстий.

На защиту выносятся: результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей врезания ИОР в заготовку, определяющих погрешности формы, размера и расположения осей отверстий, предопределяющих точность обработки в целом, методика проектирования операции обработки отверстий, новые методы обработки отверстий ИОР, позволяющие расширить технологические возможности таких инструментов.

Реализация результатов работы. По результатам теоретических и экспериментальных исследований предложены новая технология, оснастка и инструмент для обработки точных отверстий, которые испытаны в производ-

ггвенных условиях и внедрены или приняты к внедрению в ПО Златоустов-:кий машиностроительный завод, в ПО машиностроительный завод "Булат" ■. Златоуста, в ПО."УралАЗ" г. Миасса и в ПО "Ижорскин завод" г. Колпи-со и др.. Внедрение обеспечило:

— повышение точности расположения осей отверстий на заходе, что дало ?меньшение увода, повышение прямолинейности оси в 1,5-2 раза, точности дааметрального размера и точности формы отверстий в целом;

— снижение числа технологических переходов на I - 3 перехода.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы юложены и обсуждены на Всесоюзной конференции "Интенсификация тсх-юлогических процессов механической обработки" г. Ленинград. 1986 г.; на тучно-технической конференции "Пути, методы обработки и оценка ичлс-шй металлообработки на технологичность" г. Ижевск, 1986 г.; на конфе-эенции "Применение автоматизированного проектирования режущих ин-ггрументов, технологических процессов, организационно-технической под-отовки производства" г. Екатеринбург, 1989 г.; на научно-техническом семинаре "Комплексная автоматизация проектных и конструкторских работ в дашиностроении" г. Ленинград, 1989 г.; на Уральской зональной научно-гехнической конференции "Повышение эффективности и уровня использо-*ания станков с ЧПУ, ПР и ГПС" г. Екатеринбург. 1990 г.; на Всесоюзной «учно-технической конференции "Итоги, проблемы и перспективы комплексно-автоматизированных производств в машиностроении и прибо-эостроении"г. Горький 1990 г.; на научно-технических конференциях ЧГТУ в 1986 - 97 г.; на объединенном заседании кафедр ЧГТУ технологического трофиля в 1997 г.

Публикации по теме диссертационной работы. Опубликовано 27 ра-5от, в том числе 14 авторских свидетельств.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов основного текста, заключения и приложения.

Объем рабрты: 145 страниц машинописного текста, в том числе 90 ри-:унков на 34 страницах, 19 таблиц. В списке использованной литературы содержится 120 наименований.

Содержание работы.

Состояние вопроса, задачи исследования

Вопросы точности обработки отверстий рассматривались в работах исследователей Виноградова A.A., Капустина Н.М., Корчака С.Н., Лакирева С.Г., Матвеева В.В., Мещерякова Р.К., Минкова М.А., Мирнова И.Я., По-цураева В.Н., Светлицкого В.Н., Троицкого Н.Д., Уткина Н.Д. и др. Исследования показали, что требуемая точность расположения и формы отверстия s отличие от диаметрального размера обеспечивается нестабильно. В ряде

работ Виноградова A.A., Косиловой А.Г., Холмогорцева Ю.П., Уткин: Н.Ф. и др. установлено, что в начальный момент врезания инструмента в за готовку появляются смещения его оси с номинальной, что приводит к уводэ оси отверстия. При этом отмечается, что смещение инструмента является од ной из главных причин появления погрешностей, однако не вскрыты причи ны появления такого смещения.

Инструменты одностороннего резания, имеющие ряд преимуществ традиционно применяются доя обработки глубоких и сверхглубоких от верстий и очень редко - для неглубоких координированных отверстий. Су шествующие модели процесса формообразования отверстий ИОР не описы вают процесс врезания.. В то же время учеными ЧГГУ Лакиревым С.Г. Хилькевичем Я.М., Козловым A.B. разработан ряд относительно просты; математических моделей, позволяющих описать формообразование от верстий в целом. Однако не исследовано влияние технологических пара метров, геометрических особенностей, способов направления, погрешносга заточки ИОР и т.д. на погрешности обработки отверстий на стадии врезанш и другие точностные характеристики установившегося процесса резания

Исходя из цели настоящей работы, необходимо решить следующие за

дачи:

1. Разработать систему математических моделей, описывающих процеа врезания ИОР в заготовку, учитывающих влияние основных технодогиче ских факторов.

2. Экспериментально проверить теоретически предсказанные закономер ности процесса врезания ИОР.

3. Разработать методику проектирования операций обработки отверсти{ ИОР, их диагностики и отладки. ' .

4. Внедрить результаты исследований в производство и учебный процесс.

Закономерности формообразования отверстий при врезании ИОР /

При врезании ИОР применяют следующие методы направления (рис.1) по кондукторным втулкам, по коническому отверстию, по цилиндрическому отверстию.

Эти методы различаются по технологическим возможностям, но вн< зависимости от метода направления, в начальный момент под действием не уравновешенной силы резания инструмент смещается с оси направляющего элемента в'сторону выглаживающих кулачков. В результате этого перифе рийная точка режущей кромки описывает окружность диаметром Do мень шим, чем диаметр инструмента D, а после начала контактирования выгла живающего кулачка с обрабатываемой деталью (точка М), инструмент полу

чает, кроме осевой подачи, радиальное возвратное смещение Бр (рис. 2) и начинается сложный процесс врезания инструмента.

Метод направления

По втулке

По зацентрованному отверстию

Цилиндрическому

Коническому

Рис. 1. Методы направления инструмента' Для описания этого процесса разработана система математических моделей с запаздывающим аргументом. Рассмотрим процесс формообразования в проекции на торец детали (рис. 3).

Рис. 2. Схема возникновения возвратного смещения

Рис. 3. Расчетная схема

Для случая \}/2=2ц/1 процесс врезания описывается уравнением

« (г) +

~ Av)

sin у/:

-Л'О'л»-*

sin

с "Лг)

.+ -

/(г)

)-

$ш(у2 -

где (о (^-погрешность отверстия, получаемого режущей кромкой; со (4/-4/1)-погрешность отверстия в месте расположения опорного кулачка; оа (4/-4/2) -погрешность отверстия в месте расположения выглаживающего кулачка ; е -разность диаметров инструмента и засверленного отверстия перед врезанием выглаживающих кулачков;

е = 0-Эо: (2)

где О - диаметр инструмента; Оо - диаметр засверленного отверстия;

V

/(О*

2л-s

S • tg <Р П р и О <(/ (

п р и у/ >

S - tg <р

(3)

S -ig<p

где S - подача; <р - угол в плане заточки выглаживающего кулачка; у - текущий угол поворота инструмента.

Решение (1) для углов vj/i = я/2 и 4/2 = ж произведено с помощью прямого и обратного преобразований Лапласа и представлено на рис. 4.

£■¿.71

Рис. 4. График изменения диаметра отверстия при врезании инструментов одностороннего резания

При повороте инструмента на угол у = уо происходит вхождение выглаживающего кулачка в засверленное отверстие, а далее установившийся процесс обработки. Из графика видно, что при врезании траектория перемещения периферийной точки инструмента состоит из участков спирален Архимеда (участки 0-1, 2-3...) и отрезков дуг окружностей (участки 1-2, 3-4 ...). Такая картина наблюдается пока угол у не достигает значения ч/о.

После полного вхождения выглаживающего кулачка в отверстие радиальное смещение прекращается и при установившемся процессе обработки на любом участке ц/=2я в общем случае (линия А рис. 4.) форма отверстия представляет чередующиеся отрезки дуг окружностей и спиралей Архимеда. Форма такого отверстия в полярной системе координат изображена на рис. 5а и представляет собой кривую постоянной ширины.

Величина угла \|/о характеризует величину конечного приращения радиуса-вектора и начальное смещение оси отверстия на входе, являющееся следствием погрешности формы. При vyo = я (2к - 1) вхождение выглаживающего кулачка осуществляется (к= 1; 2; 3 . . .) за 0,5; 1,5; 2,5 ... оборотов и форма отверстия описывается только отрезками спиралей Архимеда (линия Б на рис. 4 и рис. 56).

При \уо = 2як вхождение выглаживающего кулачка осуществляется за целое число оборотов. В этом случае участки спиралей Архимеда отсутствуют и отверстие представляет собой идеальную окружность (линия В на рис. 4, и рис.5в). Отсутствуют погрешности формы и начальное смещение, что позволяет управлять точностью обработки, осуществляя врезание за целое

Рис. 5. Форма отверстия после врезания инструмента

число оборотов. Это становится возможным при разнице диаметров е, кратной величине Б ■

В общем случае величина конечного приращения радиуса-вектора Д определяется по формуле

А-^-гэ. СО

2л

где \(/з - угол, характеризующий нецелое число оборотов инструмента при врезании - центральный угол спирали Архимеда,

[По] - число целых оборотов, совершенных инструментом до полного вхождения выглаживающего кулачка.

Определена величина погрешности расположения оси отверстия на

входе. В общем случае

д --- . (6)

При уо =я(2к-1)

Дс = 0,22-8 -Щу. (7)

В табл.1 приведена система кинематических и статических математических моделей (без рассмотренной выше), описывающих процесс врезания. ^

Модель № 2 разработана для произвольного расположения выглаживающих кулачков и применяется для определения значений углов х|/1 и ц/2 , при которых процесс врезания устойчив.

В модели № 3 учтены осевые биения инструмента. Установлено, что осевое биение инструмента приводит к дополнительным погрешностям расположения оси отверстия Дс1 . Решение уравнения показывает, что при каждом обороте инструмента происходит накопление смещения оси в одном направлении и это накопление носит линейный характер.

N

Расчетная схема

Математическая модель

®(г-п)"

su1 у/1

sin((i/2 - Vi) sin^i

sin(y2 - Vi)

+ c

PH

= D-e~

Р(у-Я) +f(v) где

S = 50 + Д5 • sin у

AS-sinif при 0(jy (

О

g • In Sv'gV

при у/ (

с ■ 2я Sо гg<p

^i} + Рг = РуПр + Рш ,

где Р|,Р2,Рсм,Рупр - радиальные силы соответственно на режущей кромке, ленточке, кулачке и сила упругости стебля Pt — ; Р2 = А2 ', Рсм = к2 • Д^ ;

р -eg

Гу»р 2 '

где А:,, к2 • коэффициенты пропорциональ-нрсти; At, Д2, Дсм - площади срезов или смятия

Л1 =(Р|Ы "/'oil $ +

tg<P

Д 2 = (/' - О (/»i(r) -^i(r-ar)) ^-2*) — ^ZCv)

ACJM=I5-

РЦу,)+Р2(г) = В'

Цел + %с.ен + = ^5'пр + Ом, где , - радиальные силы на" наружном и внутреннем участках режущей кромки

Получено выражение для определения величины Да:

где ДЯ - амплитуда осевых биений инструмента.

В статических моделях № 4,5 силы представлены пропорционально площадям срезаемых слоев. Также, как и в моделях 1, 2, 3, каждое текущее положение режущих кромок зависит от предшествующих. Исследование моделей показало, что при увеличении, отношения К2 / К| до бесконечности статические модели процесса врезания обращаются в кинематические. Модели применимы для уточнения диаметрального размера отверстия, а именно для определения величины разбивки.

Экспериментальная проверка установленных закономерностей

Для проверки теоретически предсказанных закономерностей процесса врезания ИОР, зависящих от главных технологических параметров, а именно от величины подачи Б, разницы диаметров инструмента и засверленного отверстия е, амплитуды осевых биений инструмента ДБ и угла в плане <р кулачка, проведена серия натурных экспериментов. Условия проведения экспериментов и результаты представлены в табл. 2.

При проверке характера траектории перемещения инструмента (пункт 1, табл. 2) установлено, что траектории соответствуют расчетным, изображенным на рис. 4. Во всех случаях (1.а. 1.6, 1.в) процесс врезания кулачков начинается в точке 0.

В общем случае (1.а) врезание осуществляется на участках 0-1, 1-2, 2-3. На участках 0-1, 2-3 происходит возвратное радиальное смещение, что соответствует спиралям Архимеда. На участке 1-2 радиального перемещения нет, периферийная точка режущей кромки описывает дугу окружности. В точке 3 врезание закончено и траектория инструмента, состоит из чередующихся отрезков спиралей Архимеда (участки 4-5, 6-7, 8-9) и дуг окружностей (участки 3-4, 5-6, 7-8), что соответствует линии А (рис. 4).

При осуществлении врезания (1.6) за один полуоборот (участок 0-1) траектория движения представляет участки спирали Архимеда, что соответствует линии Б (рис. 4).

При осуществлении врезания (1.в) за два полуоборота (участки 0-1, 1-2) колебаний инструмента нет, траектория соответствует линии В (рис. 4).

При проведении второго этапа экспериментов (пункт 2, табл.2) определяли форму отверстий и величину погрешностей расположения осей отверстий. Рассчитывали величину г для получения 3-х предсказанных теоретически случаев (рис.5) и обеспечивали эту величину точным растачиванием отверстия, после чего осуществляли врезание инструмента.

При определении погрешностей формы замеряли центроискателем координаты точек полученных отверстий и строили круглограммы. Принадлежность участков к дугам окружностей и спиралям Архимеда определяли сравнением экспериментальных значений положения точек кривых с рассчитанными по теоретическим формулам . Расхождение не превышает 6 % . Подтверждены (2. а, б, в) три характерных случая, предсказанные теоретически.

Величину погрешности расположения оси отверстий на входе определяли как половину радиального биения оправки, вставленной в обработанное отверстие без зазора. Замеры расходятся (пункт 2, табл.2) с расчетными величинами в среднем на 12%, что также подтверждает достоверность аналитического расчета.

Экспериментальная проверка дополнительных смещений (пункт 3, табл.2) при осевых биениях инструмента, проведенная с помощью специального вибратора, показала, что дополнительные смещения линейно нарастают с увеличением числа оборотов инструмента по при врезании.

Произведена экспериментальная проверка отклонений от соосности разнесённых отверстий в детали "ползун".

Подтверждено, что при обработке коротких (Ш=0,5..'.2) разнесённых отверстий основным фактором, влияющим на точность, является позиционное смещение оси отверстия на входе. Произведенные замеры величин отклонения от соосности не превышают расчетных (пункт 4, табл. 2).

Произведены сравнительные эксперименты по определению координатной точности расположения осей отверстий. Установлено, что наибольшую точность дает направление по кондукторным втулкам и призме (а.с. № 1234063), меньшую - по конической зацентровке и еще меньшую - по цилиндрической (пункт 5, табл.2).

На основе результатов теоретического и экспериментального исследований выявлены механизм возникновения погрешностей при врезании ИОР в заготовку и главные технологические факторы, а именно подача Б, угол в плане <р кулачка и разница диаметров е , влияющие на точность формы и расположение оси отверстия, что позволило разработать рекомендации по повышению точности обработки, 5 новых способов обработки отверстий и 9 устройств, часть из которых представлена в табл. 3.

Условия проведения эксперимента

Результаты эксперимента

1

1. Исследование характера перемещения инструмента

Станок мод. I6K20. тензо-метрическое устройство, усилитель «ТопазЗ», шлейфовый осциллограф Н-117, развертка ружейная 0 49,32 мм, Ф=45°, *j/i=75°, 4/2=180° S= 0.13 мм./об., п= 25мин."' Материал образцов - чугун 1.а. 4/0= 450° 1.6. 4/0=180° 1.в. \(/о= 3600

k7t 6Si у

2. Исследование параметров точности отверстия

Станок мод. 16К20, центро-искатель с индикатором часового типа с ценой деления

0.002 мм, развертка ружейная 0 49,32мм, v/i=75°, v|/2=!80°, Ф=45°,

S= 0,13 мм./об., п = 25мин."' Материал образцов - чугун

1.а. -£=0,16 мм., \|/з=90° 1.6. е=0,065 мм., v|/3=180° 1д. е=0,13мм., 4/3=0°

1.а.Др=0,02 мм., Дэ=0,018 мм. 1.б.Др=0,0286мм, Дэ=0,032мм. 1.в.Др=0 мм., Дэ= 0,005 мм.

110°

а) о'

о J)

Продолжение табл. 2

I

3. Исследование дополнительных смещений оси отверстия от осевых биений

Станок мод.2Р118Ф2, вибратор, сверло ружейное 0 10 мм, <р=30°, 8=0,14 мм./об., п = 45мин.~', ДБ=0,02 мм. Материал образцов - чугун

Теоретическая Экспериментальная

4. Исследование отклонений от соосности в детали «ползун»

Станок мод. ОС2706П, кондуктор специальный, сверло ружейное 0 10 мм, приспособление измерительное специальное, индикаторы часового типа, п = 850мин."', Б= 0,04 мм./об. Материал образцов - сталь 40Х

Лиг' (ч«;

ш

Дне роси ~ 0,025

12 3*5(7 ..... 46 ¿,7 41 Ы50

5. Исследование координатной точности оси отверстия при различных методах направления ружейных свёрл

Станок мод. 1341, п = 800минГ', Б= 0,05 мм./об., сверло ружейное 0 10 мм, Направление:

- кондуктор специальный (а.с. 1234063), £=0,02 мм.,

- втулка кондукторная, е=0,02мм,

- по конической зацентровке, е=0,06 мм., (сверло центровочное 0=12 мм.),

-по цилиндрической зацентровке, е=0,2 мм., (сверло спиральное 0 9,8 мм.).

Материал образцов - сталь 45

<?с"/ <?<?« о,/г о,к ас(нм) -©-направление по призме » по кондукторной втулке » по конической зацентровке -*-*->> по цилиндрической зацентровке

Технические решения, позволяющие расширить технологические возмож-_ности ИОР и оснастки при обработке отверстий

N

Схема технического решения

Сущность решения и его связь с теоретико-экспериментальным исследованием

Технологические возможности

Направляющий элемент в виде призмы, а.с. 1234063, либо втулки, а.с. 1238904, позволяю щие легко управлять разницей диаметров е.

Универсальность направляющего устройства, возможность подна-ладки, возможность направления инструментов разного диаметра

При базировании инструмента на поверхность резания ему сообщают колебания с частотой, равной частоте вращения, амплитуду выбирают из соотношения

5-Д5 — >Г

а.с. 1180172 (модель №3)

Получение отверстий с криволинейной осью, а либо управление уводом оси

/7лоск0с гь коррекции

После предварительной обработки определяют направление и величину коррекции, устанавливают инструмент и производят обработку с подачей

Б= е / <р, а.с. 1355368, либо сообщают осевые колебания, а величину припуска назначают из условия

е 2Ушах, а.с. 1690965,

а.с. 1690966 (модели № 1,3)

Управление позиционной точностью оси от- . верстая

Инструмент дополнительно базируют кулачком в осевом направлении а.с. 1225704

Повышение надежности базирования инструмен та при врезании и в процессе обработки

Методика проектирования операции обработки отверстий ИОР

В основе методики лежат результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса врезания ИОР в заготовку, при применении которых для обработки по предварительно полученному отверстию малой и средней глубины реализуются все положительные качества инструмента, но отпадает необходимость в гидростанциях высокого давления, в специальном оборудовании. Обработку можно производить на применяемом в действующих техпроцессах оборудовании, в том числе и на универсальном.

Методика предусматривает выполнение следующих этапов:

1. Определение плана обработки отверстия. Если заготовка имеет предварительно обработанное отверстие, то сразу производят обработку ИОР. Если отверстия нет, то производят предварительно сверление спиральными сверлами, затем обработку ИОР. При необходимости обработки разнесенных соосных коротких отверстий возможна их обработка ружейными свёрлами. После обработки ИОР при необходимости применяют один из видов чистовой обработки.

2. Расчёт режимов резания по общемашиностроительным нормативам.

3. Определение метода направления инструмента. По графикам достижимой точности расположения оси отверстий при различных методах направления выбирают метод направления в соответствии с требованиями расположения оси отверстия и имеющимся оборудованием. Наименьшую точность дает направление по зацентрованным отверстиям - цилиндрическому или коническому, высокую точность - по кондукторным втулкам, наивысшую - по призме (а.с. 1234063).

4. Производится оценка точности обработки. Определяются максимально возможные погрешности расположения оси, погрешности формы в поперечном и продольном сечении - изогнутость оси и увод. Если расчетные значения не превышают заданных чертежом детали, то план принимается. Если точность не удовлетворяет, то применяется более точный метод направления, либо корректировка технологических параметров. Наиболее удобным параметром для корректировки является разность диаметров е, величину которой назначают близкой к нулю, либо кратной Б-^ф, при которых врезание осуществляется за целое число оборотов и погрешности формы отверстия и расположения оси наименьшие.

Предложенную методику можно применять для отладки операций и диагностики действующих техпроцессов.

Пример. В действовавшем техпроцессе обработки отверстия 0 25+о,оо5 мм в детали "корпус гидрораспределителя" обработка производилась в следующей последовательности:

а) сверление отверстия с двух сторон спиральными сверлами до вскрытия отверстия;

б) зенкерование;

в) черновое развёртывание:

г) чистовое развёртывание;

д) чистовая обработка отверстия.

Обнаружена погрешность расположения оси на входе до 0,4 мм., изогнутость оси до 0,068 мм на длине 185 мм.

По предложенной методике разработана и внедрена следующая технология обработки:

а) сверление отверстия с двух сторон спиральными сверлами до вскрытия отверстия;

б) развёртывание ружейной развёрткой;

в) чистовая обработка отверстия.

Расчеты показали, что при подаче s •= 0, 28 мм./об. и амплитуде осевых биений 0,02 мм. максимальная погрешность расположения оси - 0,04 мм., увод - 0,08 мм., изогнутость оси - 0,02 мм. Замеры этих величин в производственных условиях показали, что они не превышают расчетных.

Дальнейшее повышение точности было достигнуто определением и выдерживанием оптимального зазора между кондукторной втулкой и инструментом, обеспечивающим врезание инструмента за целое число оборотов

(S = о+0,022мм.,S = 0,16~0,022мм.,S = 0,52~0,022мм.). Это позволило выдержать погрешность расположения оси в пределах 0,02 мм., увод - 0,05 мм., изогнутость оси- 0,01...0,014 мм.

Использование методики позволило произвести проектирование, диагностику и отладку более 15 техпроцессов и отдельных операций обработки отверстий, что совместно с внедрением в производство десяти элементов технологического оснащения операций позволило получить экономический эффект около 73 млн. рублей.

Общие выводы по работе

1. Разработана система математических моделей, представляющих собой уравнения с запаздывающим аргументом, адекватно описывающая процесс врезания инструментов одностороннего резания в заготовку и позволяющая выполнять оценку точности обработки отверстий как на стадии проектирования технологических процессов, так и при диагностике существующих техпроцессов.

2. Теоретически предсказаны и экспериментально подтверждены закономерности процесса врезания ИОР в заготовку. Впервые установлено, что в

общем случае форма отверстия представляет собой чередующиеся отрезки дуг окружностей и спиралей Архимеда. Такая форма приводит к позиционным погрешностям оси отверстия на входе. Наибольшие погрешности возникают при врезании инструмента за нечётное число полуоборотов, когда отверстие представляет собой два отрезка спиралей Архимеда. Если врезание осуществлено за целое число оборотов инструмента, то отверстие является "окружностью, погрешности формы и расположения оси отсутствуют. Выявлены главные технологические факторы, влияющие на точность, установлено, что наивысшая точность может быть достигнута оптимальным сочетанием подачи Б, угла в плане ц> кулачка, и разницей диаметров инструмента О и засверленного отверстия О).

3. Осевые биения инструмента вносят дополнительную погрешность расположения оси отверстия на входе, причем величина погрешности зависит от количества оборотов инструмента при врезании, подачи и амплитуды осевых биений.

4. Разработанные кинематические модели позволяют осуществить оценку точности формы отверстия и расположения оси на входе и определить параметры процесса, посредством которых возможно управлять формой и расположением, осуществляя врезание за целое число оборотов инструмента. Статические модели позволяют рассчитать и величину разбивки отверстия.

5. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработано 5 новых способов обработки отверстий, позволяющих управлять уводом, расположением оси и размером и 2 устройства для направления инструментов.

6. Разработаны методика проектирования операции обработки отверстий и методика диагностики действующих техпроцессов.

7. Разработаны рекомендации по повышению точности обработки, в том числе - по выбору рациональной схемы направления инструментов и планы обработки отверстий ИОР на универсальных и специальных станках с ЧПУ и в ГАП. Устаноглено, что наибольшую точность даёт направление по призме и кондукторным втулкам, меньшую - по коническому направляющему отверстию и наименьшую - по цилиндрическому.

8. При внедрении в производстве предложенной методики и элементов технологического оснащения операций обработки отверстий 7...9 квалитетов точности диаметрального размера обеспечивается точность расположения 0,01...0,04 мм., отклонение от прямолинейности 0,01...0,015 мм. на длине 100 мм., отклонение от соосности 0,002...0,03 мм. Снижается трудоемкость обработки отверстий, сокращаются планы обработки на 1-3 перехода.

Годовой экономический эффект составляет около 73 миллионов рублей. Результат работы внедрены также в учебный процесс при подготовке инженеров по специальностям 1201 и 2102-

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лакирев С. Г., Решетников Б. А., Тарабрин В. А., Карсунцев А. И., Хилькевич Я. М. Система асимптотических моделей формообразования отверстий мерным инструментом 11Вт. Совершенствование машиностроительных материалов, конструкций машин и методов обработки деталей: Тематический сборник научных трудов.» Челябинск: ЧПИ, 1986- с. 53-102.

2. Лакирев С. Г., Карсунцев А. И. Выбор рациональной схемы захода инструмента одностороннего резания в заготовку / / В кн. Интенсификация технологических процессов механической обработки: Тез. докл. Всесоюзной конференции,- Ленинград: ЛМИ, 1986 - с. 85.

3. Лакирев С. Г., Азеев В. С., Карсунцев А. И. Обработка соосных отверстий в корпусе гидрораспределительной коробки. Йнформ. листок № 456 - 87-Челябинск: ЦНТИ, 1987.

4. Лакирев С. Г., Карсунцев А. И. Универсальный откидной кондуктор. //Машиностроитель №7,1988-с. 41-42.

5. Карсунцев А. И. Обработка отверстий в гидроцилиндрах. // В кн. Совершенствование машиностроительных материалов, конструкций машин и методов обработки деталей: Тематический сборник научных трудов. - Челябинск: ЧПИ, 1988- с. 101-405.

6. Карсунцев А. И. и др. Выбор рационального маршрута обработки отверстий в САПР ТП // Итоги, проблемы и перспективы комплексно-автоматизированных производств в машиностроении и приборостроении: Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции.- Горький: 1990-с. 111113.

7. Лакирев С. Г., Чиненов С.Г., Карсунцев А, И. Точность отверстий*, полученных спиральными сверлами. - Учебно-исследовательская работа. -Челябинск: ЧПИ,- 1989, 32 с.

8. Карсунцев А. И. Влияние начального смешения оси отверстая на увод и изогнутость оси // В кн. Тематический сборник научных трудов. •* Челябинск: Издательство ЧГТУ, 1996-с. 46-50.

9. Лакирев С.Г., Карсунцев А.И. Математическая модель процесса врезания инструментов одностороннего резания в заготовку. // В кн. Тематический сборник научных трудов.- Челябинск: Издательство ЧГТУ, 1996- с. 73-80.

10. Лакирев С. Г., Козлов А. В., Дерябин И. П., Карсунцев А. И. Математическое моделирование технологических операций в САПР ТП: Учебное пособие.- Челябинск: ЧГТУ, 1997.- Ч.З.- 68 с.

11. Карсунцев А. И. и др. А. с. № 1180172 (СССР). Способ обработки тверстий//Открытия. Изобретения. - 1985 - № 35.

12. Карсунцев А. И. и др. А. с. № 1225704 (СССР). Способ обработки тверстий //Открытия. Изобретения. - 1986 - № 15.

13. Карсунцев А. И. и др. А. с. № 1323248 (СССР).. Способ обработки тверстий И Открытия. Изобретения. - 1987 - № 26.

14. Карсунцев А. И. и др. А. с. № 1355368 (СССР). Способ коррекции >си предварительно обработанного отверстия // Открытия. Изобретения.-987 - № 44.

15. Карсунцев А. И. и др. А. с. № 1690965 (СССР). Способ коррекции ich предварительно обработанного отверстия II Открытия, Изобретения. -991 -№42.

Новизна технических решений в работе защищена также авторскими :видетельствами NN 1046036, 1060325, 1060341, 1234063, 1238904,1346353, [611593, 1664470, 1690966.