автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка методов и средств проектирования и изготовления систем вспомогательного инструмента для автоматизированного машиностроительного производства

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «СТАНКИН»

На правах рукописи УДК 621.9

Маслов Андрей Руффович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИСТЕМ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки,

станки и инструмент.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 1998 г.

Работа выполнена в

Московском Государственном Технологическом Университете «СТАНКИН» на кафедре «Инструментальная техника и компьютерное моделирование» тел. 972-94-56

Официальные оппоненты:

Лауреат Государственной премии СССР,

доктор технических наук, профессор В. П. ЖЕДЬ

Доктор технических наук, профессор В. И. МАЛЫГИН

Доктор технических наук, профессор В. С. ХОМЯКОВ

Ведущая организация - ОАО «Ивановский завод тяжелого станкостроения».

Защита состоится. . 1998 г. в Ж часов

на заседании специализированного Совета по присуждению ученой степени доктора технических наук Д 063.42.01 МГТУ «СГАНКИН» по адресу: 101472, Москва, Вадковский пер., д. За

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГТУ «СГАНКИН» за 10 дней до защиты.

Автореферат разослан

Ж се/ГГЛ£)^Я. 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета

профессор В. И. ИВАНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Результаты функционирования крупных предприятий отраслей народного хозяйства в значительной степени зависят от эффективности обработки деталей на станках автоматизированных производств, сопоставимая стоимость станкочаса работы которых в 3-7 раз больше по сравнению с обычным оборудованием.

Для решения задачи обеспечения автоматизированных производств современным инструментом назрела необходимость разработки не отдельных конструкций, а совокупностей типоразмерных рядов унифицированного модульного инструмента - инструментальных систем. Такие системы должны обеспечивать быстрый переход с обработки одного изделия на обработку другого, на выпуск новой продукции, что особенно важно в современных условиях.

Развитие производства таких систем сдерживается недостаточной разработкой теории их проектирования и эксплуатации.

Использование станков с ЧПУ, ГПМ и ГПС выдвигает особые требования к качеству инструмента. Наряду с проблемами создания и эффективной эксплуатации металлорежущего инструмента возникла и приобретает все более доминирующее влияние недостаточно разработанное научное направление - теория и инженерная практика выбора и назначения параметров вспомогательного инструмента, являющегося промежуточным звеном между инструментом, осуществляющим формообразование, и станком, обеспечивающим соответствующие движения.

Неправильный выбор вспомогательного инструмента из-за отсутствия теоретических основ может существенно снизить достоинства режущих инструментов и станков и повлиять на качество и точность изделия. Вспомогательный инструмент должен обладать комплексом многих свойств, часть которых ранее не учитывались большинством специалистов, что не позволяло эффективно управлять качеством обработки.

В условиях автоматизированного производства особое значение имеет надежность технологических процессов, которая обусловлена точностью, жесткостью и динамической устойчивостью соединений станков и инструмента. Точность и стабильность базирования и закрепления предварительно собранных и настроенных компоновок вспомогательного и режущего инструмента в условиях эксплуатации без вмешательства человека мало изучены.

Специфические характеристики рассматриваемого инструмента, а также математические модели, описывающие его функционирование, могут быть получены на основе большого объема статистических данных, что предопределяет разработку специальной методики.

Необходимость рассмотрения взаимосвязей многих элементов технологической системы требуют создания методов многокритериальной и многопараметрической оптимизации систем вспомогательного инструмента на основе обобщенных моделей. Последние должны учитывать ранее не изученные факторы.

В связи с изложенным, разработка методов и средств проектирования V изготовления систем вспомогательного инструмента для автоматизированного машиностроительного производства является актуальной задачей.

Цель работы - повышение эффективности автоматизированного машиностроительного производства за счет создания систем вспомогательногс инструмента повышенной точности, жесткости и надежности, и обеспечения высокого качества его изготовления и рациональной эксплуатации.

Методы исследования. Работа выполнена на основе фундаментальных по- ложений теории резания, теории режущего инструмента, общей теории надежности, теории размерных цепей и теории контактной жесткости.

Научная новизна включает:

— основы теории выбора и назначения вспомогательного инструмента для автоматизированных машиностроительных производств как органической составляющей систем станок-инструмент-технологический процесс на основе создания и использования математических моделей;

— математическую модель образования размеров обработанных поверхностей деталей с учетом параметров вспомогательного, инструмента как промежуточного звена между станком и металлорежущим инструментом, что позволяет существенно уточнить прогноз достижимой точности обработки в условиях автоматизированного производства;,

■ — математическое описание жесткости различных систем базирования и закрепления инструмента, что дополняет теорию контактной жесткости и позволяет повысить точность расчетов суммарной жесткости .технологических машин;

— описание погрешностей установки инструмента от величин угловых и радиальных зазоров для различных систем базирования и закрепления инструмента, что дополняет теорию размерных цепей сведениями о векторных звеньях-зазорах, существенно влияющих на величину замыкающих звеньев, и позволяет целенаправленно нормировать точность изготовления инструмента; ' '

— расчетные схемы и математические модели силовых характеристик систем базирования и закрепления инструмента, позволяющие повысить надежность автоматического процесса обработки и увеличить стойкость инструмента; __ ___

— банк данных о вспомогательном инструменте, классификатор и структурно-функциональный анализ его конструктивных, технологических и

. . экономических .показателей, что позволяет определять отнимал ьные варианты оснащения автоматизированных машиностроительных производств комплектами вспомогательного инструмента.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

На основе выполненных исследований разработаны методики проектирования систем вспомогательного инструмента, в том числе:

— выбор вспомогательного инструмента по технологической задаче;

— расчет точности обработки с учетом взаимосвязи вспомогательного инструмента со всеми элементами технологического процесса;

— расчет допускаемых отклонений на размеры, форму и взаимное расположение присоединительных поверхностей вспомогательного инструмента;

— определение габаритных размеров вспомогательного инструмента;

— расчет сил закрепления инструмента с базированием на цилиндрические поверхности;

— определение состава комплекта вспомогательного инструмента.

Разработанные методики практически используются машиностроительными предприятиями и применяются в учебных процессах технических ВУЗ'ов.

С использованием результатов настоящего исследования разработаны ГОСТ'ы, ОСТ'ы и РТМ на номенклатуру и показатели качества вспомогательного инструмента.

Конструкции систем вспомогательного инструмента внедрены на конкретных станках с ЧПУ, ГПМ, ГПС и автоматических линиях. Указанные системы регламентированы руководящими материалами станкостроения, изготавливаются инструментальными заводами и применяются на предприятиях машиностроения.

Новизна разработок подтверждена авторскими свидетельствами — № 701740, №860991 и №1604509.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на 22 международных и общероссийских конферен- " циях и семинарах. Многие разработки экспонировались на ВВЦ России и отмечены наградами.

Основные положения диссертационной работы обсуждены и одобрены на заседаниях: Научно-технического совета ВНИИнструмент; Научно-Технического совета Оргприминструмент; Секции Научно-технического совета Минстанкопрома; Секции Совета НТО МАШПРОМА; секции совета ЭНИМС по проблеме создания станков с ЧПУ, унифицированных приводов, узлов и систем управления; на заседании кафедры «Инструментальная техника и компьютерное моделирование» Московского технологического университета «Станкин».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 147 работ, в том числе 4 монографии.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, основных выводов, списка литературы из 157 наименований и приложений.

Общий объем диссертации 430 страниц, из них 270 страниц основного текста и 320 иллюстраций на 160 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Анализ критериев эффективности применения систем вспомогательного инструмента в автоматизированном производстве.

Совершенствование систем вспомогательного инструмента (ВИ), как и всякого элемента технологической системы, должно осуществляться путем установления необходимых размеров ВИ, выбора их соотношения в комбинации элементов, установления допускаемых отклонений на размеры и форму соединяющихся поверхностей с учетом точности, жесткости и виброустойчивости закрепления, требуемых для заданного качества обработки, условий автоматизации замены и подналадки инструмента, техники безопасности, эргономики, эстетики и патентно-правовых показателей. При выпуске ВИ в больших количествах в условиях специализированного инструментального производства важными являются технологичность конструкций и уровень применения стандартных и унифицированных деталей и узлов.

Проблемам обеспечения заданного качества машин посвятили свои исследования О. И. Аверьянов, Б. С. Балакшин, П. Ф. Дунаев, В. С. Корсаков, А. Г. Косилова, Ю. Н. Кузнецов, В. А Кудинов, В. Т. Портман, В. Э. Пуш, Д. Н. Ре-шетов, Ю. М. Соломенцев, В. А. Тимирязев, А. С. Шевелев, А. Б. Яхин и др. ученые. В их работах подчеркнута существенная роль станочных приспособлений в обеспечении требуемого качества обработки. ВИ является станочным приспособлением и служит для установки и закрепления режущего инструмента за его крепежную часть в технологическом оборудовании.

Обобщение технических и экономических требований к автоматизированному машиностроительному производству позволяет выбрать основные направления совершенствования ВИ (рис. 1).

Обобщенное представление инструмента позволяет выявить все возможные поверхности его базирования и их расположение (рис. 2). Переход от обобщенного инструмента к конкретным Рис. 2. Инструмент с всеми возможными конструкциям через определение приня-

Присоединительная поверхность □ о о <1

Схемы базирования и закрепления инструмента □ 6 а 6 <• о

Определение поверхностей базирования инструмента Таблица 1.

Поверхности базирования инструмента

Инструменты с плоскими наружными поверхностями базирования (резцы и т. п.) /2=0;Й1=0

Инструменты с длинными наружными цилиндрическими поверхностями базирования (сверла, фрезы и др.) г2=/3=0; с12=0

Инструменты с короткими внут эенними цилиндрическими поверхностями базирования (орезы, дисковые резцы и др.). /2=0; Й3-0

Инструменты с длинными наружными коническими поверхностями базирования (сверла, фрезы и др.). /¡=0, (1^3=0

инструменты с длинными коническими внутренними поверхностями базирования (развертки, зенкеры и др.). /1=0;ё2^4=й5=0

Инструменты с длинными наружными цилиндрическими поверхностями базирования с плоской поверхностью. /2=0;с12=0

М/вдг зкоттчсст траст резаная Шяете протМ с'щ1о-¡тк из-за инструмент ! резцтате поломок Снижет трат на амортизацию

1

Шм! тети ШЩ' Панна ч закрепления инструмента с ¡шит показателями точном, тшеши, Штст-чатти и наШасти Ште т струщий, оШтШ щах (ткук частоту ¿ращения инструмента Шеспечение тШа мткще-шажкщт дикостей к ретущей части инструмента Шанае устрайст! а&птти- чест мИ- нтИки ттруненп СозШие утрмстИ отИок трут из зона резания Разработка змментИ ¿тнтт и пре^преж-Нет панамок режущей инструмента Унификация изло! и деталей

1-

Разработка систем Ый-мобеистНия с устройств ми аШматическаи мены инструмент и ею копирование Рмрс^ма систем рееу/ираШия пишет рекуто инструмента Разработка систем тктю формирования транспорта-бита стружки Разработка систем кпт тельного инструмента унакртт-щнабачнпа типа с Шимозаметеньми сменными наладками

Рис. 1. Направления совершенствования ВИ.

Рис. 3. Принципиальная схема системы ВИ 7

той поверхности базирования осуществляется по табл.1.

Принципиальная схема объединения систем базирования в систему ВИ представлена на рис. 3.

В табл. 2 показана взаимосвязь параметров процесса обеспечения точности обработки в ГТС. Связь каждого элемента процесса с параметром обработки отражается 65 потенциальными параметрическими зависимостями точности обработки, каждая из которых носит индивидуальный или общий характер.

Большое количество параметров процесса обработки и сложность выделения влияния каждого элемента требуют создания методики, пригодной для использования электронно-вычислительной техники. Для реализации этой работы необходимо располагать статистическими данными базирующимися на исследованиях взаимосвязи каждого параметра с каждым элементом.

Общая погрешность обработки (е по) в любой точке пространства технологического процесса рассматривается как пространственный вектор переменного направления - в зависимости от точки контакта между инструментом и деталью (рис. 4): -» (1)

е по Ц

1=1... 6 1=1- 14

В уравнении (1) векторы ?гу соответствуют параметрам, определяющим точность обработки (табл. 2).

Эти параметры представлены в виде матрицы:

1*ф

1=1... 6 j=l... 14

е 1,1 £ е 2,1

■е 1,14 е 2,14

(2)

. ........Iе 6,14 „ „

Индексы 1=1-6 соответствуют графам 1-6 из табл. 2, индексы 1=1-14 -столбцам из той же таблицы.

Анализ имеющихся работ по обеспечению производительности и точности обработки на основе повышения точности, жесткости, виброустойчивости и надежности технологических систем и их элементов показывает, что отсутствуют достаточные теоретические и экспериментальные данные для расчета матрицы по типу (2). Для разработки методов и средств проектирования систем ВИ, практически отсутствуют данные о взаимосвязях ВИ и режущего инструмента, станка, детали и технологического процесса, в котором они участвуют. Нет системы показателей качества установки, базирования и закрепления на станках основных типов режущего инструмента. Не использованы статистические методы получения критериальной модели, описывающей взаимосвязи в технологической системе, включающей ВИ как самостоятельный элемент. Конструктивные и технологические мероприятия по комплексному повышению качества ВИ и соответствующему

Взаимосвязь параметров процесса обеспечений точности обработки В гибкой технологической системе (ГТС)

Таблица 2.

ф —Точные данные -, О)-Данные с большой надежностью; ф —Данные с малой надежностью

Рис. 3. Принциальная схема системы вспомогательного инструмента.

повышению эффективности автоматизированного машиностроительного производства не разработаны.

Освоенные конструкции ВИ изготавливаются без учета выполнения всего объема требований к технологичности конструкций, в результате чего:

— нет сведений о критериях технологичности, рациональном назначении допускаемых отклонений размеров, формы и взаимного расположения присоединительных поверхностей ВИ;

— не разработаны методики проектирования вспомогательного инструмента, пригодные для внедрения в САПР и для непосредственного использования инженерами-инструментальщиками в виде легко доступных программ расчетов на персональных компьютерах.

В связи с изложенным актуальной является разработка методов и средств многокритериального проектирования и изготовления систем ВИ, как совокупности типоразмерных рядов их элементов, а также теоретическое обоснование комплекса конструктивных, технологических и эксплуатационных мероприятий по повышению качества ВИ с целью повышения эффективности автоматизированного машиностроительного производства.

Для повышения эффективности автоматизированного производства необходимо создание критериев и методов оценки качества систем ВИ на различных стадиях их проектирования на основе математического описания взаимодействия металлорежущего инструмента, систем его базирования и закрепления, станка и детали в процессе обработки, многокритериальной оптимизации параметров ВИ и оптимизации его типоразмерных рядов с использованием разработанных моделей.

Для этого необходимо создать и обосновать расчетную схему и описывающую ее математическую модель ВИ на основе изучения взаимосвязей параметров технологического процесса, взаимодействия металлорежущего и ВИ, станка и детали в процессе обработки и определить зависимости погрешностей базирования и закрепления металлорежущего инструмента относительно станка от величин угловых и радиальных зазоров в различных соединениях станок-инструмент, с целью дополнить теорию размерных цепей сведениями о существенно влияющих на величину замыкающего звена векторных звеньях-зазорах, возникающих в конических и цилиндрических соединениях и сведениями о величинах этих звеньев.

Необходимо установить зависимости жесткости закрепления инструмента при его базировании на цилиндрические и конические поверхности во вновь разработанных и нашедших широкое применение конструкциях, с целью дополнить существующие методы расчета контактной жесткости машин и определить пути повышения суммарной жесткости технологических систем, создать и обосновать расчетные схемы и описывающие их математические модели силовых характеристик ВИ при базировании режущего инструмента на дуговые участки цилиндрических поверхностей с радиальными зазорами компенсированными упругими и контактными деформациями, что позволит создать методы оптимизации конструкций регулируемого инструмента по критериям безотказности в процессе резания, обеспечения заданной точности обработки и высокого уровня унификации ВИ.

Требуется установить взаимосвязи конструктивных параметров систем ВИ с точностью обработки и шероховатостью обработанных поверхностей, для обоснования выбранных методов оценки качества базирования и закрепления металлорежущего инструмента и путей повышения эффектив-

ности его использования, определить эксплуатационные показатели различных систем ВИ и создать банк данных о конструкциях этого инструмента, что позволит разработать их научно-обоснованную классификацию,

осуществить морфологический анализ конструктивных, технологических и экономических показателей и установить эффективные варианты оснащения автоматизированного оборудования комплектами ВИ.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СИСТЕМ БАЗИРОВАНИЯ И ЗАКРЕПЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ.

Структура влияния ВИ проявляется через ряд связанных факторов: погрешность установки; первоначальное смещение в соединениях; перемещение в результате упругих и контактных деформаций; изменение собственной частоты системы станок - приспособление и соответствующей ее амп-лшудно-частотой характеристики.

При обработке составным инструментом эти факторы особенно существенны для достижения заданной точности обрабатываемых поверхностей (рис. 5).

Ик + 5Э =К=ИН + Д уст+ 6С - Ь - Дупр (3)

где 6С - случайное изменение расстояния от вершины режущей части до оси вращения шпинделя, связанное с температурными деформациями станка и ВИ; 11 - случайное изменение расстояния от вершины резца до оси шпинделя, связанное с износом режущей части; 5д - случайное изменение радиуса детали, связанное с изменением ее температуры,

Величина упругих отжатий Дупр зависит от величины фактического припуска твердости заготовки НВ, жесткости) ВИ в сечении, перпендикулярном оси Ъ и проходящем через вершину режущей части, а также от таких технологических факторов, как подача на оборот Б и т. п. Случайное значение припуска I:

I = Ян + 6С - Ь ■

Ч °д>

где Из - случайное значение радиуса заготовки.

(4)

Базовая поверхность станка

утттт...........

(¿+ И-ая часть

Рис. 5 Схема обработки с применением составного ВИ. п - число составных частей ВИ; И - фактическое расстояние от вершины резца до оси вращения шпинделя в процессе обработки; И к - конечный радиус обработанного отверстия; II н -радиус настроечного расстояния от вершины режущей части до оси ВИ (начальный радиус); Щ - угол поворота г'-го сечения соединения ВИ.

С учетом, что

В уравнений (3) относительно 11к случайные величины Дуст> 6с> ^ НВ распределены по законам, которые заранее неизвестны.Ъеличина Дупр, определяемая величиной}, и величина ДуСТ непосредственно связаны с конструкцией ВИ, его размерами, твердостью, зазорами в соединениях и т. п.

Статистическая характеристика конечного радиуса 6 ^ - среднеквадрати-ческое отклонение из уравнения (5):

бХ=б1ст

{б2с+б1 + б1 + б1\ь2с, + б1)+б:

К-Кр-ь

уст

ср

2СЬср

(6)

\б2с+б1 + б1)

где б2уСТ - среднеквадратическое отклонение (характеристика разброса) величины Ду^ б\. характеристика разброса значений размерного износа Ь; Г^р - математическое ожидание величины радиуса заготовки б2^- характеристика разброса значений радиуса заготовки Из; ¿>ср и б2т - среднее значение и характеристика разброса значений величины (бе/75)а или (НВ/190)а, соответственно.

В предположении, что при установке и закреплении г'-ой части ВИ в (1+1)-ой части происходит случайное смещение щ оси 1-ой части относительно (Н-1)-ой, (рис. 5) определяемое величинами ^¿и распределенными по одинаковому нормальному закону с нулевым математическим ожиданием и дисперсией б2/, а также, что при установке ВИ на станке сохраняется постоянная ориентировка вершины режущей части относительно неподвижной системы координат, связанной со станком, возможно определить математическое ожидание случайной величины КуСТ радиуса настройки 11н:

V Г» '

4=1 у V

+ Я*

(7)

Среднеквадратическое отклонение величины Дуст:

< п

Цб?

6^ = 116?

2К

(8)

/=1

Для вращающегося инстр-------

V

где величина ег- является математическим ожиданием величины эксцентриситета, который физически определяется как половина величины биения (1+1) - ой части, установленной в 1-ой части на заданном вылете 1/+].

Значения величин ег- и углов поворота 0г- при контактных деформациях являются неизвестными, которые зависят, от зазоров в соединениях частей ВИ. Параметрами ВИ являются: а) число частей п, каждая из которых характеризуется длиной 1г; и жесткостью ^ б) тип соединения частей (например, коническое, цилиндрическое и т. п.); в) зазор Аг- для цилиндрических и Даг-для конических соединений. Задание этих параметров позволяет рассчитать диспепсию погрешности установки б2уСТ , а задание параметров б с, б }}> б ¿>, С, б з, ЬСр, б т, зависящих от внешних по отношению к ВИ технологических условий позволяет по уравнению (6) определить дисперсию конечного размера обработанного отверстия б2^к.

Установлено, что источниками погрешностей базирования и закрепления режущего инструмента во вспомогательном и компоновок режущего и ВИ на станке являются погрешности базирования и закрепления и упругая податливость элементов ВИ, зависящие от размеров и формы присоединительных поверхностей и приложенной силы закрепления. Для расчета отклонений размеров обрабатываемых поверхностей математическая модель включает зависимости математических ожиданий этих размеров и их дисперсий от режимов резания, колебаний твердости и припуска заготовок, температурных деформаций, размерного износа режущей части инструмента, точности базирования и жесткости закрепления инструмента.

При настройке инструмента на радиус обработки вне станка и отказе от метода пробных проходов, повышение точности обработки связано с повышением точности изготовления ВИ, так как погрешности обработки, связанные с установкой компоновок инструмента на станке, тем меньше, чем точнее изготовлен ВИ. При установке ьго звена п-звенной компоновки вспомогательного и режущего инструмента в (1+1) - ое звено происходит случайное смещение оси ¿-го звена относительно (¡+1)-ого, определяемое независимыми случайными величинами, распределенными по одинаковому закону Релея с нулевым математическим ожиданием и дисперсией, пропорциональной математическому ожиданию величины радиального биения оси 1-го звена относительно (1+1)-го звена, которое рассматривается как замыкающее звено в размерной цепи, образованной отклонениями линейных и угловых размеров присоединительных поверхностей компоновок инструмента.

Контактные деформации в соединениях ВИ вызывают дополнительные к изгибу повороты, характеризующие перемещения в сечении, где располагается вершина режущей части инструмента и приложена сила резания. Эти деформации зависят от линейных и угловых зазоров в соединениях компоновок инструмента. Для каждого ¡-го звена компоновок инструмента зависимости величин биения и контактных деформаций могут быть определены экспериментально на макетах компоновок с числом стыков п=1 статистическими методами.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА С УЗЛАМИ СТАНКОВ

Экспериментальная часть включает исследования: точности установки ДуСТ и ее дисперсии а^^. инструмента с базированием на конические и цилиндрические поверхности с различными конструктивными и геометрическими параметрами; деформаций Аудр компоновок ВИ и режущего инструмента с различными конструктивными и геометрическими параметрами; изучение зависимостей сил закрепления инструмента в различных ВИ; влияния геометрических и конструктивных параметров ВИ на параметры точности обработки и о2^ окончательно получаемых размеров деталей; виброустойчивости системы станок - инструмент - деталь по параметрам ВИ.

Нами исследован разброс размеров обработанных поверхностей ас2, средний радиус Нср и дисперсия радиусов заготовок а3г, разброс значений размерного износа а^2, дисперсии температур обработанной поверхности а^2, среднее значение ЬСр и дисперсия от2 твердости заготовок Определили значения коэффициентов относительного рассеивания Ц при окончательной обработке конических и цилиндрических поверхностей соединений ВИ.

Эксперименты проводили с использованием многофакторного планирования экспериментов. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики, включая регрессионный анализ с применением средств вычислительной техники. Статистическая обработка результатов опытов проведена с использованием выборочного метода. Изучали законы распределений случайных величин и параметры этих распределений, а также проводилась статистическая проверка гипотез. Большие выборки (больше 30 членов) использовали для определения закона распределения случайных величин, а малые — для определения параметров установленных законов распределения. Объектами исследований являлись точность установки и закрепления е^, оцениваемая по величине биения; угол относительного поворота 01 в соединениях элементов компоновок инструмента в начале их стыка под действием статической нагрузки; точность обработки отверстий Д11 и сг2^, их позиционное отклонение и разбивка (при сверлении); шероховатость обработанных поверхностей; амплитуда вибраций при растачивании и фрезеровании; силы резания.

В конических соединениях, из-за разности 2Да наружного конуса крепежной части инструмента с углом 2ав и внутреннего конуса 2аа (рис. 6) контакт осуществляется не по всей длине соединения Ь, а на ограниченной длине определяемой деформациями стыка из-за возникающего давления.

Удельные давления в коническом соединении в зависимости от длины контакта:

Устанавливали зависимости 0, от величины угловых зазоров Да, сил закрепления Р0, величины нагружающих соединения. Для получения расчетных зависимостей упругих перемещений определяемых контактными деформациями в соединениях ВИ, проводили эксперименты с применением ортогонального планирования второго порядка для трёх независимых переменных, варьируемых на пяти уровнях. Выбор плана эксперимента обусловлен наличием зависимостей второго порядка контактных перемещений

2 Р0 cosía.

(10)

¡¡¡.(Н-мГ'-Ю-*

OJO 0,40

OJO 0,15

0,10

//

У V

К

Рис. б. Длина контакта в затянутом коническом стыке.

2,5 5 10 15 30 ВО А а, сек

Рис. 7. Экспериментальная зависимость относительного угла поворота 0г' от углового зазора Аа в коническом соединении конусностью 7:24 с конусом 40 (1-Р0=ЗкН; 2 - Р0=7кН; 3 - Р0=9кН)

от нагрузки. Для экспериментов с конусами 7:24 приняты следующие уровни независимых переменных: разность углов конусов Да = 7,12, 23, 34 и 45 сек; нагружающий момент: М= 35; 50; 100; 150 и 180 Нм; осевая сила, с которой затягивалась оправка Р0= 2,4; 3,0; 5,0; 7,0 и 9,0 кН.

В натуральном масштабе уравнение регрессии имеет вид: в,-= — 0.1б79+0.0058Да +0.0017М+0.0498Ро—

— 0.0008ДаРо-0.0001МРо+0.00001М2—0.0039Р2о С11)

Уравнение (11) в качестве интерполяционного служит для определеия угла 81 в соединениях конусностью 7:24 конусов 40 при угловом зазоре 7... 46 угловых секунд, силе затяжки 2,4....9 кН и нагружающем моменте 35... 185 Нм.

Графическая интерпретация уравнения (11) представленная 11 * на рис. 7, показывает, что подат- 2 ливость конического стыка ко-й'*5' нусностью 7:24 не зависит от изменения углового зазора в пределах от О до 16 секунд и не превышает 0,12« 10-5, (Н-м)-1 для конуса 40, затянутого осевой силой Р0= 9кН.

Для сопоставления динамических характеристик технологической системы в целом при изменяемых параметрах ВИ осуществляли обработку ступенчатых заготовок (рис. 8).

Зависимость АФЧХ ЭУС от изменения угла конуса оправки определялась при частоте вращения 200 об/мин. С увеличением разно-

18 а)

1.8 В)

3,2 tu,MM

ГГИ углов коксов от 7 ло 45 сек Рис 8> РезУльтаты обработки ступенча-сти углов конусов от / до 45 сектых заготовокрасточными оправками:

происходит интенсивное увели- а) с конусом 50АТ7; б) с конусом 50АТЗ

чение статистической и динамической податливости системы. При этом значение резонансной частоты потенциально-неустойчивой формы колебаний инменяется аналогично. При сопряжении конусов по большому диаметру изменение параметров АФЧХ меньше в 3...5 раз, что обеспечивает более высокую жесткость системы, а следовательно повышенную точность обработки. С точки зрения повышения виброустойчивости существует оптимальный натяг в соединении, при котором возникает максимальный демпфирующий эффект, что особенно важно в станках высокой точности. Оптимизация определяется противоречивым влиянием стыков: с одной стороны, из-за наличия зазоров, они снижают жесткость, а с другой - увеличивают рассеяние энергии колебаний за счет потерь на внутреннее трение.

Экспериментальные зависимости точности обработки от погрешности угла конуса крепежной части инструмента указывают на необходимость учитывать такие факторы, как сложение векторов биения отверстия в шпинделе и вектора от перекоса инструмента от углового зазора в коническом соединении, а также от перекоса из-за внецентренного приложения силы закрепления.

Методы экспериментальных исследований точности установки режущего инструмента во вспомогательном и соединений компоновок режущего и ВИ на станках путем моделирования различных соединений обеспечивали исключение влияния большинства посторонних факторов.

По этой методике нами впервые исследована зависимость величины точности установки инструмента от величины углового зазора в коническом соединении с конусом 7:24, что позволяет анализировать размерные цепи, связывающие величину погрешности установки режущей части инструмента, как замыкающее звено, с звеньями - угловыми зазорами.

Биение режущей части инструмента и ее перемещение в результате контактных деформаций в соединении крепежной части инструмента и базовой поверхности станка не зависит от изменения углового зазора в пределах от 0 до 1 б секунд. При положительной разнице между внутренним и наружным конусом в передней части конического соединения в пределах 16— 30 секунд происходит демпфирование колебаний, возникающих при резании, что приводит к относительному уменьшению обработанных поверхностей. При оценке по амплитудно-фазовым частотным характеристикам динамических свойств эквивалентной упругой системы станка в связи с процессом резания установлено, что минимум податливости системы наблюдается при разности углов конуса крепежной части инструмента и базовой поверхности в пределах от О до 16 секунд. Площадь контакта в соединении при ее перемещении к инструменту приводит к увеличению жесткости соединения и к соответствующему уменьшению податливости технологической систему, при этом происходит увеличение частоты резонанса, которое вызывается не только возрастанием жесткости, но и уменьшением фактического вылета инструмента, определяющего величину приведенной массы в точке измерения АФЧХ. При площади контакта в коническом соединении близком к 100% АФЧХ близка к оптимальной и при этом более четко прослеживается влияние других узлов станка, что может быть объяснено передачей колебаний через коническое соединение.

Исследовали точность установки и податливость базирования резцедер-

ш

'

1

■'////////л 1

Рис. 9. Схема базирования инструмента на цилиндрическую поверхность с с сторонним расположением крепежных элементов. 1 — базисный агрегат; 2 — пежная часть инструмента; 3 — крепежный элемент.

одно-кре-

т а

,__1

г /

/о /

/ ■ А --ж

/ А

к, ----

5

¡9

15

20 Р,,кН

-О.ОО^ О 0,004- луст.,

мм

Рис. 10. Точность установки резцедержателя по оси Ъ. 1 - с осевой составляющей силы Рис. 11. Податливость резцедержате-закрепления; 2 - без осевой составляющей. лей (обозначение -см. рис. 10).

жателей в револьверных головках токарных станков с ЧПУ на цилиндрическую поверхность с односторонним расположением крепежных элементе»! (рис. 9). Определяли точность установки по оси Ъ (рис. 10). Зависимости податливости резцедержателей (рис. 11) указывают на необходимость их закрепления в револьверных головках с осевой составляющей силы закрепления, что приводит к уменьшению упругих перемещений до 2,5 раз.

На основе проведённых нами экспериментов по обработке деталей, получены статистические данные о жёсткости и температурных деформация? оборудования, задействованного в экспериментах, разбросе твёрдости заготовок и их температуры после обработки. Проведена статистическая об' работка данных об износе режущего инструмента, отклонениях размеро1 обработанных отверстий и их позиционных отклонениях. Указанные ха рактеристики приняты за основу для проведения лабораторной и произ водственной проверки расчетной модели и методики расчёта точности об работки с учетом параметров вспомогательного инструмента.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СИСТЕМ, ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ С РЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ

Аналитически определяли контактные деформации 6Ц и угол ср0 в соединении с базированием на цилиндрическую поверхность с односторонним расположением крепежных элементов (рис. 9). Для этого решена система уравнений:

(12)

ёИ ^Шт*-005^)

16ц _ l~cosff0 A cosi?0

Зазор Aj в пределах дуги шj.

+ ¿«(f + S4) <М<Ч + щ)

[0.5

(13)

Угол поворота 8 {в результате контактных деформаций определяется по уравнению:

. 103Р(£ + 3*)

Щ - --

I sinp0

*

1

UJ 1 Н>]

',-¿„11(1+1)

(14)

Bi,(H-Mr1W-s

где K=K(Ai) - коэффициент контактной податливости. Графическая интерпретация уравнения (14) представлена на рис. 12. Исследования контактной жесткости базирования инструмента на цилиндрическую поверхность с односторонним расположением крепежных элементов показали, что в радиальных сечениях образуемого цилиндрического соединения с номинальным зазором 0,01 - 0,06 мм после приложения сил закрепления возникают зоны со следующими центральными углами: переменного натяга (22-34 градуса), переменного зазора (160 - 166 градусов), постоянного натяга (10 - 35 градусов) и постоянного зазора (143 -150 градусов). Исследование позволило аналитически раскрыть направления совер-

100 0,70

0,40

0,20 0,15

~f

> г

JVJ / ■Г

4

О 4-5 90 135 /80 225 270 q, граб шенствования этой системы, в том

Рис 12. Зависимость относительного угла поворота 61 в соединениях инструмента с цилиндрическим хвостовиком: а) диаметром 48 мм; 1 - Д=0,98 мм; 2 - ¿=0,048 мм; 3 -Д=0,032 мм; 4 - Д=0,014 мм; б) 5 - диаметром 36 мм с Д=0,014 мм.

числе:

а) выявлено, что при консольном на-гружении система базирования на цилиндрические поверхности с односторонним расположением крепежных

элементов обладает наибольшей жесткостью в направлении зоны переменного натяга, в связи с чем необходимо ориентировать крепежные элементы под углом 30-35 градусов к плоскости соответствующей крепежной части (см. рис. 9) режущего инструмента;

б) установлено, что для повышения жесткости закрепления цилиндрической крепежной части режущего инструмента с помощью односторонне расположенных крепежных элементов необходимо, по сравнению с действующими рекомендациями увеличить наружный диаметр базисного агрегата на 30%, увеличить опорную площадь крепежного элемента 3 на

-М

Рис. 13. Самоцентрирующий элемент с многократной прорезкой цилиндрической поверхности базирования.

60% и уменьшить расстояние от начала соединения (от инструмента) до крепежного элемента в 3 раза, что дает увеличение радиальной жесткости закрепления на 25% по сравнению с применяющимися конструкциями и обеспечивает надежное и эффективное выполнение различных технологических переходов с заданным качеством.

Исследовали систему базирования инструмента с самоцентрирующими элементами (рис. 13).

Разработана математическая модель взаимодействия цилиндрической крепежной части инструмента с прерывистой цилиндрической поверхностью, описывающая зависимости осевых сил и момента сил закрепления от величины угла конуса соединения самоцентрирующего элемента и базисного агрегата, количества прорезей, образующих прерывистую цилиндрическую поверхность, их длины, наружного и внутреннего диаметра самоцентрирующего элемента.

Момент инерции сечения А-А:

^=0.125(^-^X0.01745^)-

Е(р1 „2

и в?л-г2 2 мрА)

(15)

где Г =

360 _ . Ъ (16)

2ЯЛ

Длина контакта в радиальных сечениях:

а = 2Л'

гяЁАсов а-2 (17)

Крутящий момент передаваемый самоцентрирующим элементом:

NEJAzAa

х..

2 (mi„-b2)

Оптимальный зазор в цилиндрическом соединении до закрепления:

Д =

Мы, 2Mypj{faJxf -bz)

[tg{a+p) + tgp\~~ tg{Y+p)+fnpD ndxbPi

(19)

\5NEJz

где £Пр - коэффициент трения; рх и р2- углы трения; гр - угол подъема витков резьбы.

Разработанная в нашем исследовании математическая модель позволяет оптимизировать параметры системы базирования на прерывистую цилиндрическую поверхность и достигнуть комплексного увеличения осевых сил, момента сил закрепления и диапазона размеров закрепляемого инструмента не менее, чем в 2,5 раза по сравнению с ранее применявшимися конструкциями. Обеспечивается высокая надежность закрепления всех типов режущего инструмента с цилиндрической крепежной частью в широком интервале режимов резания за счет применения промежуточных конических самоцентрирующих элементов конусностью 1:7, имеющих прорезку цилиндрической поверхности симметрично с двух сторон для обеспечения повышенной эластичности промежуточных элементов и существенного повышения КПД системы за счет снижения потерь при передаче сил закрепления.

Исследованы зависимости контактной жесткости цанговых патронов на базе оптимизированного самоцентрирующего элемента (рис. 14).

В работе исследованы устройства с элементами, предупреждающими поломку инструмента от моментов сил

т

0,75

0,30

0,251

\ 1 MJsr-8H'M 2a{ »16"

\

\ <

1'

0

S П 18 2Ь 30 36 dn,MM Рис. 14. Зависимость угла поворота ©,в соединении инструмент-элемент (1) и в соединениях инструмент-элемент-корпус (2) от диаметра dn отверстия в самоцентрирующем элементе.

резания, превышающих предельно допустимые, определяемые крутильной прочностью инструмента, что позволило получить расчетные зависимости параметров кулачковых и шариковых муфт устройств от величин крутящих моментов, осевых сил, размеров крепежной части инструмента и величин осевых перемещений инструмента для определения точности момента и сокращения времени срабатывания механизмов устройств с учетом их контактной жесткости, прочности и долговечности.

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА КОМПОНОВОК ИНСТРУМЕНТА ПО СОВОКУПНОСТИ КРИТЕРИЕВ

Структура системы ВИ определяется составом элементов системы и связями между ними. Состав элементов определяется взаимодействием систем базирования и закрепления с узлами станков, с одной стороны, и их взаимодействием с крепежной частью инструмента с другой. Связи между системами базирования и закрепления определяются следующими условиями:

— обеспечение заданного технологического процесса: содержание и последовательность переходов, определяющие номенклатуру и размеры инструмента.

— обеспечение требований эксплуатации: автоматическая смена инструмента, предварительная настройка на размеры обработки, ограничения по длине и массе инструмента.

— обеспечение качества обработки: задание точности размеров, шероховатость поверхностей, отклонения от правильной геометрической формы, точность взаимного расположения поверхностей.

— обеспечение заданной производительности обработки: требуема частота вращения инструмента, надежность закрепления, предупреждение поломок инструмента.

Типовой вспомогательный инструмент, образованный компоновками систем базирования и закрепления инструмента.

Таблица 3.

Системы базирования и закрепления на станке Системы базирования и закрепления режущего инструмента №№' типа Тип вспомогательного' инструмента Крепежная часть

1, =0;^ =1)3 = 0 12 = 01(1, =0 1. Резцедержатель для инструмента с призматической крепежной частью. Призматический паз

1] =0; й, =<1з = 0 2. Втулка для инструмента с конической крепежной частью. Коническое отверстие

12 = 0; с12 = 0 3. Втулка для инструмента с цилиндрической крепежной частью, Цилиндрическое отверстие

12 = 13 = 0; Й2 = 0 4. Патрон с самоцентрирующими элементами. Прерывистое цилиндрическое отверстие

12=13=0 5. Оправка для насадного инструмента с цилиндрическим отверстием. Наружная цилиндрическая поверхность

11 = 0;й2 = Й4 = с1з = 0 6. Оправка для насадного инструмента с коническим отверстием. Наружная коническая поверхность

¡2 = 0; <12=0 12 = 0:^=0 1. Резцедержатель для инструмента с призматической крепежной частью. Призматический паз

=0;^ =й3 = 0 2. Втулка для инструмента с конической крепежной частью. Коническое отверстие

12 = 0; <¡2 = 0 3. Втулка для инструмента с цилиндрической крепежной частью. Цилиндрическое отверстие

Классификация компоновок базисных агрегатов и сменных наладок вспомогательного инструмента.

Таблица 4.

Базисные агрегаты (номеоатипов Сменные наладки вспомогательного инструмента по табл. 31.

1 2 3 4 5 6

Номера ТИПОВ по табл.3 1 + - - - + +

2 + - + + + +

3 + + - + + +

4 + + + - + +

Ь + - - - - -

В + - - - - -

+) - применяемые; (•) - не применяемые.

— обеспечение заданной производительности подготовки инструмента к работе быстрая сборка разборка компоновок инструмента, защита от повреждений, устойчивость к коррозии, удобство хранения, подборки компоновок и их транспортирования.

— снижение расходов на эксплуатацию, сокращение времени на переналадку и на переоснащение, взаимозаменяемость для различных модификаций оборудования.

Для разработки систем ВИ, отвечающих этим условиям приняты две концепции, отражающие особенности развития современного производства и сближающие интересы потребителей ВИ и его изготовителей - технологическая и конструкторская.

Исследовали сочетания элементарных поверхностей деталей, подлежащих изготовлению в условиях автоматизированного производства. На основании: а) данных о видах поверхностей и их размерах; б) требований к обрабатываемым деталям; в) типовых технологических процессов; г) стандартов на конструкции и размеры крепежной части определен типовой ВИ (табл. 3) для стан-

ков автоматизированного машиностроительного производства.

Выбор варианта системы ВИ и анализ условий ее рационального применения требует оценки эффективности систем по отношению друг другу.

Целесообразность применения системы выявляется путем сопоставления затрат в рублях на обработку годового количества деталей по существующему (базовому) и новому технологическим процессам.

Расчет суммы затрат в конкретных условиях имеет вид:

С=[(Ц1а-Ц2)+(ИгИ2)]А (20) где Ц1 и Ц2 - цены базовой и новой систем, руб.;

{2

а = Г — коэффициент эквивалентности новой системы ВИ; И^О^'п* 5СМ) - затраты потребителя при использовании им одного комплекта базового ВИ в течение года;

И2=С2*п*^см)~ затРаты потребителя при использовании им одного комплекта нового ВИ в течение года;

^ - время обработки одной типовой детали с применением базового ВИ, мин;

Вхов

Т.

Составить схема размерноа чпоновки звеньев

ГУ-

т

Определить передаточные отношения звеньев:

Определить коэффициент относительного рассеивания дописка на изготовление ¡-ой присоединительной поверхности

♦ ~

Данные о взаимосвязи погрешностей установки с отклонениями присоединительных поверхностей

Определить среднее значение

X

Допустимые значения замыкающего звена 2ес

Определить допуск 1-го звена с учетом трудоемкости его обеспечения и степени влияния на 2еТ

Определить размеры 1[ и <// каждого звена компоновки:

(г, ¿{-т-.Иц^г./е) *

Определить массу компоновки:

Определить опрокидывающий момент

_Кг» ?(и; В1)_

Уменьшить расстояние до центра масс

X

Рис. 15. Алгоритм расчета компоновок ВИ.

А Г/

I—Г — К.КИ -

•"1

—--- 1

10

- 5

--0,005

= 0,01 Г т

100 200

300 О)

400 1.НМ

Рис. 16. Допуски на присоединительные поверхности: 1 - допуски на угол конуса; 2 - допуски на радиальный зазор (цилиндрическая посадка); 3 - допуск на неконцентричность.

12 - время обработки одной типовой детали с применением нового ВИ;

А - количество комплектов нового ВИ;

5>см" стоимость станкоминуты;

п - количество обрабатываемых деталей, шт.

Путем повышения эффективности систем ВИ является агрегатирование, когда конструкций ВИ выполняются составными состоящими из базисных агрегатов и сменных наладок с определением границ целесообразности применения таких конструкций.

Для этого все компоновки рассчитаны нами в соответствии с алгоритмом (рис. 15) из условия максимального вылета при заданной точности обработки.

Рассматривали наиболее распространенные варианты компоновок сменных наладок с базисными агрегатами. Результаты расчета допусков приведены на рис. 16.

Зависимости е! и от зазоров в соединениях, полученные в нашей работе и необходимые для расчетов, приведены в табл. 5.

Рассчитаны значения вылетов для компоновок всех типов, предусмотренных нашей классификацией. Результаты расчётов приведены на рис. 17-21, на которых цифрой 1 обозначены зависимости для компоновок на базе цилиндрического соединения с односторонним расположением крепежных элементов; 2 - на базе самоцентрирующих элементов; 3-е конусом Морзе.

Установили, что компоновки составного инструмента для чистовой обработки во всём диапазоне диаметров обрабатываемых отверстий не дают преимуществ перед цельными, в части получения необходимого вылета. Аналогичные выводы сделаны при сравнении вариантов крепления торцовых и концевых фрез.

Опрокидывающий момент, как момент силы тяжести инструмента на плече, равном расстоянию от центра тяжести до оси симметрии канавки хвостовика инструмента, предназначенной под захват автооператором с учетом возникающих ускорений, является ограничивающим параметром при расчете компоновок. Установлены предельные значения опрокидывающего

Зависимости е, и 0/ от зазоров л,- и да,- в соединениях

Таблица 5

Определение поверхности базирования Поверхности базирования, образующие соединения Вид зазора Велич зазо от ина ра ДО Величина е/ на вылете 100 мм, мм Величина 0/, (Н*м)-1* 10-5

11=0; ¿1 =йз =0 Конус Морзе N54 Д|,мм 0 0,040 0,0051+0,219Д| о,ооз2+ Р.ООЭ8—о.ооэг Д|

Конус Морзе №5 Л|,мм 0 0,050 0,0066+0,253Д.

Конус 7:24 №40 Д си, сек 0 10 для Д| =?(ДаО мм

0,0625Да1 0,0001+- 0.0022-0.0001 д.

10 15 0,625+0,125(Дш-10)

15 30 1,250+0,177(Да1-15)

30 60 3,00+0,150(Да1-30)

Конус 7:24 №50 Дш.сек 0 10 0,0625Дш 0[0002+0.0007-0,0002 А|

10 15 0,625+0,125(Дск-10)

15 30 1,250+0,177(Дси-15)

30 60 3,00+0,150(Да"|-30)

12=1з=0; 02=0 Прерывистая цилиндрическая поверхность диаметром 30-40 мм Д|,мм 0 0,0025 0,011+0,120Д| 0 0023+0,0029-0,0023 д,

0,025 0,050 0,013+0,080(Д|-0,025)

12=0; й2=0 Гладкая цилиндрическая поверхность диаметром 30-40 мм Д|,мм 0,015 0,030 0,0030+0,133(ДМ), 015) 0,0009+ 0,001 о^04 0009 Л|

0,030 0,050 0,0026+0,085(Д|-0,030)

0,050 0,100 0,0033+0,086(ДМ),050)

Тоже-диаметром 40-50 мм Д|,мм 0,015 0,025 0,0010+0,220(Д!-0,015) 0,0002+ 0.0007-0,0002 д,

0,025 0,045 0,0032+0,050(Д|-0,025)

0,045 0,070 0,0042+0,056(ДМ),045)

0.070 0.100 0.0056+0.113Г А1-0.070)

2в{ ,мм

то

ч

4

-¿С

1

1,мм

100 200 300 40О 1,нм

Рис. 17. Зависимость требуемой точности установок ВИ с конусами 7:24 степени точности АТ5 от величины их вылета: 1 - оправки расточные чистовые; 2 - оправки для насадных фрез; 3 -втулки для инструмента с коническим хвостовиком; 4 - оправки расточные черновые; 5 - оправки для насадных развёрток.

1.НМ

350 300 250

гво

>50

юо

/

у *

Л

> /

/

25 32 40 50 13

ЮО 125 Побр.""

Рис. 19. Допускаемый вылет компоновок для чернового растачивания (от базового диаметра конуса 7:24): 4 - цельные оправки

1,мм

250

200 т 100

V

\

г7 / \

80 100 125

160 Л фрезы, мм

Рис. 21. Допускаемые вылеты компоновок для торцовых фрез: 4 - цельные оправки.

М (! фрезы, мм

Рис. 18. Допускаемый вылет компоновок при закреплении концевых фрез за цилиндрический хвостовик

I, 250

200 150

100 50

А

/

/ 1 ' ■

2 3

20 25 32 4-0 5О 53 80 аопо,мм

Рис. 20. Допускаемые вылеты компоновок для чистового растачивания (от торца базисного агрегата): 4 - цельные оправки.

момента: для конуса 40 - 25 Н*м; для конуса 50 - 40 Н«м.

Ограничением является также масса компоновок типа 1 с диаметром рабочей части свыше 60 мм. Определили, что нецелесообразно применение расточных оправок диаметром 125 мм и оправок для насадных торцовых фрез диаметром более 125 мм с конусом 40. Оправки с конусом 50 и диаметром 125 мм не должны иметь вылет более 240 мм, а оправки для торцовых фрез диаметром свыше 125 мм - 200 мм. Размеры других компоновок ограничены по критерию допустимой податливости, а чистовых - по критерию допустимого биения. Оправки для торцовых

фрез диаметром 160 - 200 мм не должны иметь вылет более 95 мм.

Выполненные расчеты показали, что опрокидывающий момент цельного и составного инструмента с конусом 40 с размерами, определёнными по критерию допускаемой податливости, находится в пределах 25 Н*м.

Для цельного инструмента с конусом 50, критерий предельного опрокидывающего момента определяет ограничение вылета цельных оправок с рабочим диаметром 125 мм и составного инструмента с рабочим диаметром свыше 50 мм, соответственно до величин 295 и 430 мм. Остальные компоновки могут иметь размеры, определяемые по критериям допустимой податливости и максимальной массы.

В результате оценки компоновок ВИ, установлено, что система ВИ, как средство необходимое для изготовления деталей заданной геометрической формы в различных условиях автоматизированного производства, определяется взаимодействием систем базирования и закрепления с узлами станков с одной стороны и и их взаимодействием с крепежной частью режущего инструмента - с другой. Связи между системами базирования и закрепления взаимодействуют как функции: заданного технологического процесса; требований эксплуатации; качества обработки; заданной производительности обслуживания инструмента, а также снижения расходов на эксплуатацию инструмента. Результаты проведенной оценки условий компоновки систем базирования и закрепления инструмента позволили нам сформулировать основные критерии, определяющие структуру и обобщенные показатели ВИ. Выявленные критерии выделены в три группы: экономические - характеризующие затраты, связанные с реализацией технологической задачи; технические - характеризующие функциональные и эксплуатационные возможности систем; технико-экономические - связывающие степень ресурса системы с ее стоимостью.

Типизация компоновок базисных агрегатов и сменных наладок ВИ, позволила выявить средние значения допусков составляющих звеньев с учетом размеров компоновок и предполагаемых технологических процессов изготовления базисных агрегатов и сменных наладок, которые показывают, что достижение заданной точности обработки возможно путем сборки компоновок методами полной взаимозаменяемости без компенсирующих звеньев.

Размерным анализом установлено, что ряд конструкций вспомогательного инструмента, такие как оправки для насадных разверток, втулки для сверл, зенкеров и разверток с конической крепежной частью оправки для предварительного растачивания, патроны для разверток и метчиков. Базирование и закрепление сверл с цилиндрической крепежной частью, концевых фрез, торцовых фрез и расточных оправок для окончательной обработки необходимо выполнять с минимально возможным вылетом и минимальным количеством промежуточных элементов. Для создания базисных агрегатов систем вспомогательного инструмента наиболее целесообразным является система базирования и закрепления инструмента на цилиндрическую поверхность с наложением технических и экономических ограничений. Анализ соответствия компоновок требованиям эксплуатации выявил, что сменные наладки целесообразно разделить на короткие и длинные, и выполнять их взаимозаменяемыми в базисных агрегатах с различными системами базирования и закрепления на станках Расточные оправки для предварительной обработки с диаметром рабочей части сменных наладок

до 50 мм целесообразно делать составными, а с рабочей частью более 50 мм - цельными. Оправки для окончательного растачивания и для торцовых фрез целесообразно делать цельными с требованиями к точности конусов

7:24 не менее степени АТ 4. Установленные предельные размеры компоновок инструмента, отвечающие требования к обеспечению заданной точностью обработки, согласуются с данными о необходимых размерах инструмента для обработки значимой выборки деталей. В частности достигается последовательность черновых и чистовых переходов по длине обработки. Однако, чистовая обработка основных отверстий диаметром более 63 мм однолезвийными оправками с вылетом более 260 мм без автоматической подналадки невозможна из-за несоответствия требованиям к точности обработки. При этих условиях целесообразно применение разверток на соответствующих оправках.

ГЛАВА 6. СИНТЕЗ СИСТЕМ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Автоматизированное проектирование вспомогательного инструмента осуществлено на базе унифицированных нормализованных проектных решений. В состав информации входят библиотека конструктивных элементов ВИ, библиотека типовых изображений, каталог сведений об оборудовании, нормативно-справочные материалы, спецификационные массивы, сведения об условиях производства ВИ.

Все системы базирования и закрепления инструмента, применяемые на автоматизированном оборудовании для обработки определенного класса деталей, распределены по схемам установки, каждой из которых соответствует одна или несколько систем базирования и закрепления.

Возможность построения соответствий между системами базирования и закрепления и схемами установки инструмента основывается на конечности числа систем базирования и закрепления и схем установки инструмента для классов обрабатываемых деталей и соответствую-

щего оборудования.

Ожидаемая погрешность обработки Д ЛЦ связывается с погрешностью установки инструмента через зависимость:

±

вибор первой системы оазир, и закрепления инструмента а совокупности П

=ЛАг) (21>

С учетом того, что снижение погрешности установки влечет за собой увеличение затрат на изготовление реализующих ее элементов и их эксплуатацию, упорядочение систем базирования по возрастанию затрат является упорядочением по снижению погрешности обработки. Алгоритм выбора системы базирования и закрепления инструмента строится согласно приведенной схеме (рис. 22).

Определение параметров

Ичбрвт* из и'(¿*11~ю систему приня11=1*1

Нет

Да

Остами! с бчОачей сиг-мала конструктору

Ла

Определение погрешностей б*сти3

__——^шоВеркй—/Т\

\Hern

Повысить но один класс точность элементов 1-ой система

.---------- <точности преяелр^ Нет

Рис 22. Укрупненная схема алгоритма выбора системы базирования и закрепления инструмента.

О.Я _ I

§1 с ! |5 " с!

ш =г о

т

•И

Б §•

8 ю

3

3

? •о

"Г

«а.

8

? РГ»

V

■в"

?

3

Центральным оператором алгоритма является проверка неравенства:

ДДд,=Д-2аг- (22)

где АЛ^. - заданная точность выполнения перехода (допуск на выдерживаемый размер); 2сь - ожидаемые погрешности, не зависящие от конструкции ВИ.

В процессе изготовления нами были получены и проанализированы сведения о трудоемкости и себестоимости базисных агрегатов и сменных наладок; все они были аттестованы и получили необходимые сертификаты. В производственных условиях участка АСК-10 оценивались технические, технико-экономические и организационные показатели каждой из систем базирования и закрепления, как конструкции и как элемента систем ВИ. Данные оценки сведены в табл. б, в которой приняты следующие оцениваемые показатели в абсолютных значениях:

— время обслуживания (среднее) в системе инструментального обеспечения участка комплектами инструмента, мин/компоновка;

— момент усилия сборки - разборки (среднее) на участке подготовки инструмента к работе и его хранения, кН*М;

— габариты, определяющие емкость инструментальных магазинов, мм;

— диапазон размеров, обрабатываемых комплектом сменных наладок без перехода на другой базисный агрегат, мм;

— использование возможностей станка (отношение максимально допустимого вылета компоновки к максимальному, определяемому характеристикой станка), %;

— величина, обратная себестоимости изготовления элементов, входящих в компоновку за исключением режущего инструмента, компонов-ка/руб.;

— коэффициент унификации внутри

СО

со

см

о

Р.У.

О 10 20 ЗО 40 2сх,мм

б)

Рис. 23. Распределение величины биения: а) сверл; б) дисковых фрез. 1 — эксперимент; 2 — расчет.

Рис. 24 Зависимость перемещения А у™ составных расточных оправок диаметром 40 мм в сечении нагружения на вылете 1=225 мм от нагрузки Р: 1 - предельно допустимые значения; 2 - расчетная; 3 - экспериментальная; 4 -экспериментальная для цельной оправки.

Рис 25 Зависимость перемещения А у™ составных переходных втулок для инструмента с конусом Морзе 3 на вылете 225 мм от нагрузки Р (обозначения - см. рис 31)

системы (отношение количества типов сменных наладок к общему количеству типов ВИ), %.

Суммарная оценка состоит из относительных оценок в баллах, которые определяли путем отношения абсолютных показателей при принятии одного из показателей за единицу.

Для сопоставления расчётных и экспериментальных оценок систем проводили испытания изготовленных опытных промышленных образцов базисных агрегатов и сменных наладок

С этой целью измеряли статические характеристики: точность установки и радиальную жёсткость крепления. Обработанные результаты в виде эмпирических распределений, сравнивали с величинами, полученными расчетом (рис. 23). Данные измерений показывают, что максимальные значения биения не превышают расчетных.

Радиальная податливость при нагружении компоновок силой Р, приложенной на вылете I закрепленного инструмента, приведена на рис. 24 и 25.

При обработке отверстий сверлением позиционное отклонение составляло 0,101 ± 0,079 мм, а разбивка на входе отверстий - 0,085 ± 0,022 мм.

Эксперименты выявили, что имеется возможность увеличения точности обработки за счёт уменьшения вылета рабочей части свёрл. При операциях центрования и сверления отверстий под глухие резьбы, позиционное отклонение осей отверстий может быть уменьшено в 1,3-2 раза. С учётом данных о соответствующем увеличении стойкости свёрл, полученные результаты дают основание рекомендовать разработанный способ закрепления для широкого применения в металлообработке.

Исследования удерживающего кру-

Ар ¿0 4,5

3,5 3,0 2,5 2.0 1,5 ЬО 0,5

0,6 1

г,мм

Рис. 26. Зависимость амплитуды Ар колебаний оправок от глубины растачивания I ((1 =40 мм; V = 100 м\мин; 5 = 0,1 мм\об): -•-•-•-цельная; -о-о-о-составная оправка.

На,мкм

и

ц

2,8

2, Б 2,Ь

тящего момента МКруД разработанного ВИ выявили достаточную точность математической модели, разработанной для описания этой характеристики при креплении инструмента за цилиндрическую крепежную часть.

Обработка отверстий инструментом диаметром 8-18 мм, закреплённым в составных втулках показало, что точность обработки отверстий находится в пределах 11-го квалитета точности с позиционными отклонениями в пределах ± 0,025... 0,100 мм, что соответствует требованиям к обработке корпусных деталей.

Динамические характеристики составного ВИ оценивали путём их сравнения с аналогичными характеристиками цельного ВИ. Сравнение зависимостей амплитуды колебаний системы станок - инструмент - деталь от глубины растачивания сборными и цельными расточными оправками показывает (рис. 26), что с увеличением глубины I, рост амплитуды Ар уменьшается при использовании составных оправок. В соответствии с этим, шерохова-ноК^ обработанных отверстий мень-

У= 100 м\мин; 5 = 0,1 мм\об): ше при растачивании сборными оп-

-•-•-•- цельная; -о-о-о- составная оправка. равками с глубиной г > 3 мм (рис. 27).

Сравнительные испытания составных и цельных оправок с с! = 32 мм для дисковых трёхсторонних фрез диаметром 125 мм шириной 12 мм с числом зубьев г = 20 показали, что амплитуда колебаний при фрезеровании с помощью составных оправок, также, как и при растачивании меньше, чем при использовании цельных оправок, и при фрезеровании дисковыми фрезами обеспечивает снижение шероховатости обработанных поверхностей на черновых режимах.

При фрезеровании торцовыми фрезами наилучшие результаты получены при креплении фрез на цельных оправках.

В целом подтверждена гипотеза, что оценка целесообразности применения составных конструкций ВИ по критерию жесткости позволяет прогнозировать виброустойчивость процесса обработки и качество обработанных поверхностей деталей.

Полученные результаты дополняют известные факты конструкционного демпфирования колебаний механических систем. Соединения с базированием на цилиндрические поверхности, хотя и являются неподвижными, в действительности дают возможность малых проскальзываний по контактным поверхностям, в результате чего силы трения совершают работу и соот-

2

1Г

.1

/

0,061

мм

ветствующее рассеивание энергии, характеризуемое коэффициентом поглощения (затуханием колебаний). Цилиндрические соединения с односторонним расположением крепежных элементов, в связи с этим является эффективным демпфером в широком диапазоне частот.

Составные оправки с установленными нами размерами по сравнению с цельными не ухудшают качество обрабатываемых поверхностей за счёт демпфирования в стыках соединений.

На базе исследований элементов и компоновок систем базирования и закрепления инструмента нами установлено, что система ВИ, отвечающая требованиям эксплуатации, может быть построена с применением составных конструкций, включающих базисные агрегаты и сменные наладки, закрепляемые в базисных агрегатах с цилиндрической присоединительной поверхностью с односторонним расположением крепежных элементов (рис. 28). Ограничения на применяемость составного инструмента по критерию обеспечения заданной точности обработки и критерию соответствия условиям эксплуатации оборудования определяют номенклатуру сменных наладок

Исследования несущей способности крепежной части компоновок инструмента позволили нам регламентировать основные размеры присоединительных поверхностей, служащих для установки компоновок на станках, и присоединительных поверхностей, взаимодействующих с устройствами автоматической смены инструмента.

Многокритериальная модель различных систем базирования и закрепления с выявлением перспективных конструкций базисных агрегатов, взаимозаменяемых для различных типов автоматизированного оборудования позволили, в соответствии с полученными решениями по номенклатуре сменных наладок и конструкциям хвостовиков инструмента для крепления на станках, синтезировать конкретные системы ВИ.

Рис. 28. Система ВИ для автоматизированного машиностроительного производства

Для обеспечения требований, предъявляемых к вспомогательного инструмента, необходимо выполнять его присоединительные поверхности со следующими отклонениями формы и взаимного расположения присоедини тельных поверхностей:

а) для конусов 7:24 расточных оправок для окончательной обработки отверстий - 4-я степень точности по СТ СЭВ 178-75; б) для конусов 7:24 оправок для насадных фрез, цанговых патронов, втулок для концевых фрез, расточных оправок для предварительной обработки отверстий диаметрол свыше 80 мм и базисных агрегатов составного ВИ - 5-я степень точности пс СТ СЭВ 178-75; в) для цилиндрического соединения с односторонним прижимом сменных агрегатов с базисными агрегатами - посадка Н7\ g6; г) дш конусов Морзе и конусов конусностью 1:5 сменных агрегатов - 7-я степега точности СТ СЭВ 178-75; д) относительное биение посадочных отверстие базисных и сменных агрегатов относительно соответствующих базовых по верхностей - не более 0,02 мм; сменных зажимных цанг - не более 0,012 мм

Результаты испытаний и эксплуатации составного ВИ из базисных arpera тов и сменных наладок размерами и допускаемыми отклонениями, обосно ванными в данной работе, подтвердили правильность принятой расчетно! модели. Разработанные конструкции ВИ позволяют обеспечить требуемое качество обработки за счёт высокой виброустойчивости из-за конструкци онного демпфирования в цилиндрическом соединении с одностороннта расположением крепежных элементов. Разработанные патроны для крепле ния свёрл с регулируемым вылетом обеспечивают биение не более 0,03 мм что позволяет уменьшить разбивку обработанных отверстий на 60%, а пози ционное отклонение их осей в 5 раз по сравнению с обработкой теми ж< свёрлами, закреплёнными в стандартных сверлильных патронах. В резуль тате использования принципов унификации и агрегатирования разработ аны универсальные комплекты ВИ для различных типов оборудования включая станки с ЧПУ, ГПМ, ГПС и агрегатные станки гибких автоматичес ких линий.

ГЛАВА 7. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕННЫХ ИС СЛЕДОВАНИЙ И ИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Разработаны методики расчета, предназначенные для инженерно-техни ческих работников конструкторских и технологических бюро промышлен ных предприятий, использующих автоматизированное оборудование. Эп методики и созданный банк данных использованы для конструирования BI и соответствующей подготовки управляющих программ для станков с ЧГГ в условиях автоматизированной системы технической подготовки произ водства (АСТПП). При этом обеспечена обратная связь по доработке доку ментации с учетом технологии, по которой изготавливаются конструкци вспомогательного инструмента.

Разработана необходимая техническая документация, включающая тех нические условия, карты технического уровня, методы испытаний и кон троля. Все разработанные конструкции получили коды Общероссийско го классификатора промышленной и сельскохозяйственной продукции В системе автоматизированного проектирования разработаны рабочи

чертежи основных типов вспомогательного инструмента, которые были переданы специализированным заводам по выпуску инструмента и технологической оснастки.

Конкретная номенклатура конструкций ВИ образующая комплект инструмента, определяется для заданных условий автоматизированного производства.

Определение рационального состава комплекта осуществлено на основе анализа деталей - представителей и конструктивно-технологической классификации деталей. При разработке комплекта соблюден принцип его технологической однозначности, когда каждый технологический цикл выполняется определенным инструментом. Это обеспечивает унификацию ВИ входящего в комплект.

Состав комплектов инструмента определен по суммарной трудоемкости обработки соответствующих поверхностей.

Общее количество одноразмерного в целом и многоразмерного ВИ для концевых и торцовых фрез:

М2=КгКнс (23)

для остального многоразмерного ВИ:

М3 = К2Кнп (24>

для многотипоразмерного ВИ:

( т \ (25)

щ = кък„ с+2>,. ,

V / >

где: кн - коэффициент, учитывающий комплектность инструмента с учётом предварительной настройки (Кн=2); К^ - коэффициент запаса, учитывающий поломки и ремонт инструмента (Ка=1,25); п - количество размеров режущего инструмента, закрепляемого в ВИ одного размера; С - количество типов режущего инструмента, закрепляемого в ВИ данного типоразмера; ш - количество типов режущего инструмента.

В частности, для гибкого автоматизированного комплекса АСК-10 первоначальный комплект инструментов на одну деталеоперацию включает комплект режущих инструментов из 190 типоразмеров и комплект из 90 типоразмеров вспомогательного инструмента (1200 штук), из которых с конусом 7-5-24 — 16 типоразмеров (ЗбО штук).

В процессе эксплуатации автоматизированного участка при расширении номенклатуры обрабатываемых деталей установлен рост количества ВИ, однако суммарный прирост количества не превышает 25% от первоначальной величины. Зависимость стоимости комплекта ВИ от количества оборудования на участке и выполняемых деталеопераций показана на рис. 29.

Сравнение расчетных и производственных данных позволяет сделать следующие выводы о том, что конструкции базисных агрегатов и сменных наладок, обоснованные в настоящей работе и освоенные специализированными заводами, удовлетворяют условиям эксплуатации автоматизированного машиностроительного производства в рамках ограничений, установленных данными исследованиями.

Главными характеристиками разработанной системы инструмента являются следующие:

— приспосабливаемое«, к типам и типоразмерам оборудования посредством замены конструкций базисного агрегата в части конструкций крепежной части для установки на станок, оставляя постоянной систему базирования и закрепления сменных наладок;

— пополнение комплекта инструмента по мере наращивания номенклатуры обрабатываемых деталей и расширения состава (замены) оборудования за счет увеличения номенклатуры сменных наладок с унифицированной крепежной частью, имеющей упрощенную конструкцию, и обладающих значительно меньшей трудоемкостью и материалоемкостью, чеы вспомогательный инструмент цельной конструкции.

При внедрении системы ВИ с этими характеристиками, обеспечивается экономический эффект на заводах-изготовителях и на заводах-потребителях вспомогательного инструмента.

Суммарный эффект от внедрения разработанной системы ВИ оценивается как сумма двух составляющих:

— экономический эффект от сокращения подготовительно-заключительного и вспомогательного времени при обработке деталей, получаемый потребителем;

— экономический эффект от снижения себестоимости инструмента за счет сокращения его номенклатуры и соответствующего повышения серийности централизованного производства и сокращения расхода металла зз счет использования более рациональных заготовок при изготовлении сменных наладок на заводах, производящих вспомогательный инструмент.

Промышленная эксплуатация разработанных комплектов ВИ для многооперационных станков с ЧПУ ИС500МФ4 Ивановского завода тяжелого станкостроения (ИЗТС) подтвердит правильность расчета эффекта

Стоимость 2 комплекта ВИ,руб.;

282000

224000 168000 112000

У/

56000 28000

получаемого потребителем инструмента, и составила дт конкретного внедрения ш ИЗТС 5,6% от стоимости единицы внедренногс оборудования. По данным Оршанско-_X го инструментального за-

вода унификация ВИ ш

//УУ

Количество единиц оборудования, шт.

Рис. 29. Зависимость стоимости комплекта ВИ от параметров производства

^•основе его систематизации, ограничения количества и повышения серийности изготовление конструкций ВИ обеспечивает экономически? эффект не мене« 34,2 тыс. руб. в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны методы проектирования систем вспомогательного инструмента на основе анализа взаимосвязей параметров вспомогательного инструмента и параметров технологического процесса, что позволило создать критериальную модель взаимодействия металлорежущего и вспомогательного инструмента, станка и детали в процессе обработки.

2. Определены зависимости погрешностей базирования и закрепления металлорежущего инструмента относительно станка от величин угловых и радиальных зазоров в различных соединениях станок — инструмент, что позволило дополнить теорию размерных цепей новыми сведениями о существенно влияющих на величину замыкающего звена векторных звеньях-зазорах, возникающих в конических и цилиндрических соединениях и новыми сведениями о коэффициентах относительного рассеивания величин этих звеньев.

3. Установлены зависимости жесткости закрепления инструмента при его базировании на цилиндрические и конические поверхности с вновь разработанными и нашедшими широкое применение конструкциями крепежных элементов, что позволило дополнить существующие методы расчета контактной жесткости машин соответствующими коэффициентами контактной податливости и определить пути повышения суммарной жесткости технологических систем на 15-20 %.

4. Определены зависимости сил закрепления инструмента при его базировании на дуговые участки цилиндрических поверхностей при больших радиальных зазорах, компенсированных упругими и контактными деформациями, что позволило создать методы оптимизации конструкций регулируемого инструмента по критериям безотказности в процессе резания, обеспечения заданной точности обработки и максимальной унификации.

5. Установлена взаимосвязь конструктивных параметров систем вспомогательного инструмента с точностью обработки основных поверхностей корпусных деталей и деталей типа тел вращения, виброустойчивостью процесса обработки и шероховатостью обработанных поверхностей, подтверждающих правильность выбранных методов оценки качества базирования и закрепления металлорежущего инструмента и путей повышения эффективности его использования. Полученные производственные данные позволяют дать следующую оценку:

— расчетные величины погрешностей размеров обработанных деталей совпадают с экспериментальными величинами в интервале 11% для диаметров обработки до 85 мм и в интервале 11% для диаметров обработки до 180 мм;

— эксперименты с составными оправками для обработки отверстий диаметром 40... 110 мм подтверждают расчетную оценку допустимого вылета составных оправок и соответствующий вывод о целесообразности применения ВИ, состоящего из базисных агрегатов и унифицированных сменных наладок;

— данные о достижении точности обработки отверстий по б-му ква-литету говорят о необходимости изготавливать конусы 7:24 хвостовиков ВИ с точностью не ниже 4-ой степени, либо применять конструкции хвостовиков, обеспечивающие натяг как по коническим поверхностям, так и по торцу шпинделя.

6. Определены эксплуатационные показатели различных систем ВИ и создан банк данных о конструкциях этого инструмента, что позволило разработать их научно-обоснованную классификацию, осуществить морфологический анализ конструктивных, технологических и экономических показателей и установить эффективные варианты оснащения автоматизированного оборудования комплектами вспомогательного инструмента.

7. На базе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны инженерные методики, в том числе:

— методика расчета точности обработки в зависимости от параметрон вспомогательного инструмента;

— методика расчета допускаемых отклонений на размеры, форму и взаимное расположение присоединительных поверхностей ВИ;

— методика расчета основных размеров ВИ;

— методика расчета сил закрепления инструмента с базированием на цилиндрической поверхности;

— методика расчета оптимального состава комплектов ВИ;

8. На основе предложенной методологии разработана система ВИ, основанная на применении базисных агрегатов и унифицированных сменных наладок, удовлетворяющая:

— требованиям эффективной эксплуатации станков автоматизированного производства с применением предварительной настройки инструмента;

— требованиям изготовления в условиях специализированного инструментального производства и в условиях инструментальных цехов машиностроительных предприятий;

— условиям минимальных затрат при изменении составов комплектов инструмента в связи с переходом на выпуск новых изделий.

Указанная система регламентирована руководящими материалами станкостроения, принята для изготовления инструментальными заводами и внедрена на многих предприятиях машиностроения.

9- Результаты исследований приняты к внедрению и использованы ОАС «ВНИИ инструмент» - при разработке и утверждении 5 государственных и $ отраслевых стандартов на конструкции вспомогательного инструмента при разработке отраслевого стандарта ОСТ2-ШО-3-86 «Система показателе качества продукции. Инструмент вспомогательный. Номенклатура показателей»; при разработке методических указаний РД2-Н-80-19-87 «Комплекта вспомогательного инструмента для ГПС»; при разработке методических рекомендаций «Расчет и конструирование вспомогательного инструмента дш станков с ЧГТУ»; при разработке методических указаний «Проверка качеств; вспомогательного инструмента, поставляемого для комплектации станков с ЧГТУ; при разработке технических условий, карт технического уровня, рабочей конструкторской документации на вспомогательный инструмент т^ станков с ЧПУ токарной и сверлильно-фрезерно-расточной групп, а также при разработке и внедрении в практику технологических требований I оборудованию для изготовления вспомогательного инструмента.

10. Разработанные рекомендации использованы ОАО ЭНИМС при создании государственных стандартов ГОСТ 25827-93 «Хвостовики инструментов с конусом 7:24 для станков с ЧПУ. Основные размеры» и ГОСТ 19860-8^ «Конусы 7:24. Допуски»; при разработке методических рекомендаций «Совершенствование системы инструментообеспечения и технологической оснастки станков с ЧПУ»; при разработке и утверждении Руководящего тех-

нического материала станкостроительной и инструментальной отрасли РТМ2-П10-2-84 «Система вспомогательного инструмента для станков с ЧГ1У токарной и сверлильно-фрезерно-расточной групп»; при создании автоматизированных станочных комплексов типа АСК и АСВ.

11. Полученные зависимости и банк данных использованы МГТУ «Стан-кин» при разработке учебного пособия «Лабораторный практикум «Режущий инструмент»; при написании учебников для студентов машиностроительных ВУЗов «Металлорежущие инструменты» и «Инструментальные системы автоматизированного производства».

12. Результаты исследований внедрены в НПО «Оргстанкинпром» при разработке отраслевых стандартов на вспомогательный инструмент для станков с ЧПУ и при разработке рекомендаций по организации инструментального хозяйства участков из станков с ЧПУ; на Ивановском заводе тяжелого станкостроения и Оршанском инструментальном заводе при освоении серийного производства вспомогательного инструмента, г том числе к сттл-кам ИС 500МФ4 и ИС 800ПМФ4, с экономическим эффектом от внедрения результатов исследования 62 тыс. руб. год.

Основные результаты работы отражены в следующих публикациях:

1. Вспомогательные инструменты для многооперационных станков с ЧПУ. Сб. трудов №1 М.-. ВНИИинструмент, 1972, с. 16-28 (совместно с Фадюши-ным И. Л.).

2. Унификация концов оправок для станков с ЧПУ. Сб. трудов № 1 М.: ВНИИ-инструмент, 1974,-с. 23-30

3. Разработка и исследование методов крепления режущего инструмента на станках с ЧПУ. Мат-лы семинара «Станки с ЧПУ» М.': МДНТП. 1974. с. 194 -198.

4. Обоснование типажа вспомогательного инструмента для горизонтально -расточных станков с ЧПУ. Сб. Трудов № 1 М.: ВШ-Шинструмент, 1976, с. 1626.

5. Инструментальные системы для станков с ЧПУ с автоматической и ручной сменой инструмента. С-2. М: НИИМАШ, 1976, - Збс.

6. Повышение точности сверления на станках с ЧПУ. Мат-лы семинара «Станки с ЧПУ», М.: МДНТП, 1977, с 135-140 (совместно с Валковым В. П.).

7. Хвостовики инструмента конусностью 7:24 для станков с ЧПУ. Конструкция и размеры, ОСТ 2 П 14-2-78. М: ВНИИинструмент, 1978, - 6 с. (совместно с Боровым Ю. Л.).

8. Крепление концевого инструмента с цилиндрическим хвостовиком, СТИН, №6,1979, с 19-20.

9. Расчет и конструирование вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ. Методические рекомендации. М.: ВНИИиструмент, 1979, - 41 с.

10. Подсистема вспомогательного инструмента длягтзнков с ЧПУ сверлиль-но - расточной и фрезерной групп. РТМ 2 П10-2-79.М.: ЭНИМС, 1979, с. 3031 (совместно с Семенченко Д. И. и Чиликовьш В. Т.).

11. Сборный вспомогательный инструмент для станков с ЧПУ. Оборудование с ЧПУ» вып. №2 М.: НИИМАШ,Л 980, с. 4-6

12. Систематизация вспомогательной инструментальной оснастки для станков с ЧПУ. СТИН, №12,1980, - с. 21-23 (совместно с Юхвидом М. Е. и Байковым А. Н).

13- Измерение радиальных перемещений спиральных сверл в процессе ре-

зания. «Обработка резанием» вып. 31. М.: НИИМАШ, 1983, с. 16-20 (совме стно с Балковым В. П.).

14. Разработка основных принципов комплексного инструментообеспече ния автоматических линий и комплектов оборудования. Отчет о НШ м.: ЭНИМС, 1983, -110 с. (совместно с Черпаковым Б. И.).

15. Инструментальная оснастка гибких производственных систем. СТИН № 9,1984, с. 35-36

16. Современные тенденции в конструировании специального режущего i вспомогательного инструмента для автоматизированных производсгЕ М.: ВНИИТЭМР, 1985, - 48 с.

17. Анализ эксплуатации вспомогательного инструмента на станках с ЧПУ i производственных условиях и его совершенствование. Отчет о НШ М.: ВНИИинструмент, 1985, - 147 с. (совместно с Чиликовым. В. Т. и Коро левым Е. Г.). № г. р. 01850033040.

18. Совершенствование системы инструментообеспечения и технологичес кой оснастки станков с ЧПУ. М.: ВНИИТЭМР, 1985, - 111 с. (совместно < Черпаковым Б. И. и Байковым А Н.).

19. Нормативная комплектация станков с ЧПУ и гибких производственны} модулей инструментом. М.: ВНИИТЭМР, 1986,48с.

20. Применение специальной инструментальной оснастки для повышена эффективности ГПМ. М.: ВНИИТЭМР, 1987, - 52 с. (совместно с Лихци ер Г. М.).

21. Создание инструментальной оснастки для Ш-модулей и ГП-систем. От чет о НИР. М.: ВНИИинструмент, 1987, - 131 с. (совместно с Чилико вым В. Т.) № г. р. 01870053816.

22. Инструментообеспечение гибкого производства корпусных деталей СТИН, № 5,1988, с. 9-1 о (совместно с Агеевым А Д.).

23. Оснастка ГПМ, повышающая стойкость инструмента. Тольятти,: АвтоВАЗ 1989, с. 25-29.

24. Оснастка для станков с ЧПУ. Справочник Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1990, - 512 с. (совместно с Кузнецовым Ю. И. и Байко вым А. Н.).

25. Инструмент для станков с ЧПУ, многоцелевых станков и ГПС. М.: Машиностроение, 190, - 270 с. (совместно с Фадюшиным И. Л., Музыкантом Я. А и Мещеряковым А И.).

26. Новые способы крепления инструмента на металлорежущих станках М.: ВНИИЭМР, 1991, - 24 С.

27. Автоматизированное проектирование специального инструмента дш обработки ступенчатых отверстий. Л.: ЛДНТП, 1991, с. 26-32 (совместно ( Семенченко Е. Д.).

28. Нормирование параметров точности вспомогательного инструмента СТИН, №5,1992, - с. 22-23.

29. Системы автоматической идентификации для автоматизированные производств. М.: ВНИИТЭМР, 1993, - 52 с. (совместно с Солиным Ю. В.).

30. Справочник конструктора - инструментальщика. М.: Машиностроение 1994, - 560 с. (совместно с Баранчиковым В. И., Боровским Г. В., Гречишни ковым В. А, Кирсановым Г. Н и др.).

31. Области применения специальных сверл. «Инструмент, технология, обо рудование». №1,1995, - с. 26

32. Приспособления для металлорежущего инструмента. Справочник

М.: Машиностроение, 1996, - 240 с.

3. Проектирование приспособлений для металлообрабатывающего инструмента. Методические рекомендации. М.: Оргприминструмент, 1997, -42 с.

4. Авторские свидетельства № 701740, № 860991, № 1604509.

5. The effect of taper accuracy on tool - holding quality. «Machines&Tooling» N 5, Vol. X LIII (1972), - p. 34-35 England PERA, 1972.

6. Auxiliary tools for multi - operation NC machine-tools. In the book: New Tool Designs, Fixturing: Steel and alloy properties. London.: British Library, № 1, 1972.-p. 13-25.

7. Tooling for NC drilling and milling machines «Machines & Tooling» № 3, Vol. XLV (1974), p. 13-16. England PERA, 1974.

8. Systematizing tooling accessories for NC machine tools, Machines & Tooling, № 12, Vol. LI (1980) p. 28-30 England, PERA, 1980

9. Sortiment und Hauptabmessungen, Haupt - und Anschubmabe der Hilfwerkzeuge fuz NC-Fras-und Bohrmaschinen sowie Bearbeitungzentren. KarlMarx-Stadt.: FZW. 1980, - 25p.

0. Standartized Set-up of Machine Tools with Numerical Control and Flexible Manufacturing Modules with a Tool: Review Information, VNIITEMR, Moscow, 1986/-46 p.

1. Vyvoj vysokoproduktivnych nastrojov pre NC - stroje. VUNAR, Nove Zamky, 1987, s. 37-50.

2. Ancillary tooling for NC machining center. Engineering Research № 2, Vol. 8, (1988), p. 100-103. New York.: Allerton press, 1988

3. Standartization of accuracy parameters of an auxiliary tool for machine tools with numerical Control. Engineering Research N° 5, Vol. 11, (1991). p. 143-144. New York.: Allerton press, 1988.

4. Wplyw sztywnosci stykowei na odksztalcenia trzpieni. Kzakow.: IOS, 1989, - 5s.

5. Rotary Coolant Adapter with Mounting Block for drilling on NC - mfchines. Budapest.: FORKON, 1990, - 11 p.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора те: ческих наук

Маслов Андрей Руффович.

Разработка методов и средств проектирования и изготовления систе вспомогательного инструмента для автоматизированного машиносроите. ного производства

Сдано в набор

Формат 60x90/16 Объем 2.5 уч. - изд. л.

Подписано в печать 01.09.98 Бумага 80 гр/м2 Тираж 100 экз. Заказ №

Издательство "Станкин" 101472, Москва, Вадковкий пер.,

ПДЦ № 53-227 от 09.02.96г.

УУ~3 /

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Л оъ/гуг ^¿9/01Г

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

"СТАНКИН"

езидиум ВАК России

»' - о" " ¿^Г 19 г.. №

_ чеиую степень

_____¿с. уС

I Начальник управле I '

1 Мити иг

_ наук ния ВАК России

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИСТЕМ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант доктор технических наук, профессор В.А. Гречишников

Москва 1998 г.

ь СОДЕРЖАНИЕ Стр ВВЕДЕНИЕ.......................................................5

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ КРИТЕРИЕВ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ...............................10

1.1 Классификация систем базирования и закрепления режущего инструмента и их применение в автоматизированном производстве.......................................................... 13

1.2. Анализ влияния вспомогательного инструмента на эффективность обработки.............................................. 20

1.3 Постановка задачи исследования по разработке методов проектирования систем вспомогательного инструмента................ 36

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ И ЗАКРЕПЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ.................... 39

2.1 Расчетная модель взаимодействия вспомогательного и режущего инструмента, станка и детали в процессе обработки............ 39

2.2 Анализ результатов расчетных исследований и постановка экспериментальных задач....................................... 58

* Выводы по главе......................................... 61

ГЛАВАЗ. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА С УЗЛАМИ СТАНКОВ.... „

ы

3.1 Общая методика экспериментальных исследований........... 62

3.2 Исследование статических параметров базирования и закрепления инструмента........................................... ^

3.3 Исследование динамических характеристик соединений и 89 узлов.......................................................

3.4 Результаты экспериментов в производственных условиях. .. 96 ^ Выводы по главе............................................. 98

* ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СИСТЕМ, ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ С РЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ........................................................

4.1 Исследование систем базирования инструмента на цилиндрические поверхности с односторонним расположением крепежных элементов.................................................... 100

4.2 Исследование систем базирования инструмента с самоцентри- ^ рующимися элементами...................................

4.3 Исследование элементов предупреждения поломок режущего ^ инструмента.................................................

»

Выводы по главе............................................. 137

ГЛАВА5. ОЦЕНКА КОМПОНОВОК ИНСТРУМЕНТА ПО СОВОКУПНОСТИ КРИТЕРИЕВ................................... 139

5.1 Условия компоновки систем................................ 139

5.2 Анализ возможных вариантов компоновок по критерию сниже- ^ ния себестоимости обработки..................................

5.3 Обоснование размерных параметров компоновок по критерию ^ заданной точности обработки..................................

5.4 Оценка компоновок по критерию соответствия требованиям

, 163 » эксплуатации оборудования...................................

Выводы по главе.............................................176

ГЛАВА6. СИНТЕЗ СИСТЕМ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ...... 178

6.1 Анализ результатов исследования элементов и компоновок сис- ^ тем базирования и закрепления режущего инструмента............

6.2 Разработка вариантов систем для различных типов автоматизи-

_ 1о6 рованного оборудования.......................................

6.3 Сопоставление расчетных и экспериментальных оценок систем. 200 Выводы по главе............................................. 207

ГЛАВА 7. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕНЫХ

• ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ....................... 209

7.1 Разработка нормативных документов, регламентирующих про- ^ ектирование систем вспомогательного инструмента...............

7.2 Внедрение результатов исследований в промышленность....... 210

7.3 Экономическая эффективность внедрения результатов

исследования............................................... 224

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.................. 229

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.................... 233

ПРИЛОЖЕНИЕ................................................. 243

1. Методика расчета точности обработки по параметрам вспомогательного инструмента................................................

2. Методика расчета допускаемых отклонений размеров, формы и взаимного расположения присоединительных поверхностей вспомогательного инструмента................................................

3. Методика расчета габаритных размеров базисных и сменных агрегатов вспомогательного инструмента.................................

4. Методика определения номенклатуры режущего инструмента по заданной номенклатуре обрабатываемых деталей......................

5. Методика определения состава комплекта вспомогательного инструмента для гибких производственных участков.......................

6. Методика расчета экономического эффекта от внедрения систем вспомогательного инструмента.................................... 32^

7. Документы, подтверждающие внедрение результатов исследования в промышленность................................................ 33^

1 ВВЕДЕНИЕ

Основными направлениями развития технологических процессов в металлообработке в настоящее время являются производительность и гибкость. Это связано со значительным ростом номенклатуры деталей в серийном и мелкосерийном производстве и необходимостью автоматизировать их производство. Это достигается путем применения станков с ЧПУ, ГПМ и ГПС. Современные достижения в этой области позволяют достичь высокой степени автоматизации процессов обработки деталей при малых затратах времени на переналадку и высоком качестве изделий.

Однако дополнительные затраты на автоматизацию приводят к значительному удорожанию оборудования и росту стоимости станко-часа. Возникает необходимость интенсификации процессов обработки с целью сокращения сроков оку-Ь» паемости затрат на автоматизацию и повышения их эффективности.

Наряду с другими мероприятиями эффективность автоматизированного производства может быть повышена за счет применения специальных конструкций инструмента.

Для достижения заданной высокой производительности обработки этот инструмент должен обладать повышенной режущей способностью, а время технического обслуживания на его замену и подналадку должно быть минимизировано. Кроме того, инструмент должен быть достаточно точным, так как из-за отсутствия в большинстве случаев кондукторов, копиров, упоров и других приспособлений точность обработки в большой степени зависит от точности инструмента. Для автоматического цикла обработки особенно важны: высокая степень надежности инструмента, стабильный стружковод, долговечность и другие показатели.

Номенклатура инструмента должна включать все необходимые конструкции, * необходимые для обработки заданной номенклатуры деталей. Значительность величины диапазона этой номенклатуры обусловливает необходимость существенного снижения затрат на изготовление инструмента для автоматизированных производств и снижения затрат на его эксплуатацию и хранение.

Для выполнения перечисленных требований рассматриваемый инструмент систематизируют. Системы инструмента, как правило, разнообразны в связи с требованиями конкуренции на рынках сбыта. Тем не менее общим для этих систем является разделение на собственно режущий инструмент и на приспособления для его базирования и закрепления, с одной стороны, и для базирования и закрепления возникающих комбинаций на станке с другой.

Это разделение обусловлено стремлением производителей инструмента удовлетворить потребности рынка в широкой номенклатуре разнообразного инструмента с необходимой гибкостью реагирования и, одновременно, снизить затраты на изготовление инструмента путем разделения его на унифицированные узлы и детали. Последнее обеспечивает повышение серийности инструментального про-I» изводства и уменьшение сроков изготовления заказов.

Очевидно, что в таком подходе объективно заложен ряд противоречий, среди которых главным является противоречие между дифференцированием инструмента на взаимозаменяемые элементарные объемы и обеспечением интегральных свойств инструмента в соответствии с вышеперечисленными требованиями.

Разрешение этих противоречий требует создания методов проектирования рациональных систем инструмента, удовлетворяющих требованиям эффективной эксплуатации оборудования автоматизированных производств и требованиям серийного изготовления инструмента.

Создание этих методов сдерживается недостаточной разработкой теоретических положений. Значительная часть комплекса свойств, которыми должен обладать рассматриваемый инструмент оставалась ранее вне сферы внимания большинства специалистов, что не позволяет эффективно управлять качеством инструмента.

В условиях автоматизированного производства особое значение имеет изучение тех показателей надежности технологических переходов, которые обусловлены точностью, жесткостью и динамической устойчивостью соединений узлов станков и инструмента.

Точность и стабильность базирования и закрепления предварительно собранных и настроенных компоновок вспомогательного и режущего инструмента в условиях автоматической смены инструмента мало изучены.

Специальные свойства рассматриваемого инструмента, а также математические модели, описывающие его функционирование, могут быть получены на основе большого объема статистических данных, методика получения которых нуждается в разработке.

Сложность принятия решения в условиях гибкого производства деталей, необходимость рассмотрения многих элементов технологической системы требуют создания методов многокритериальной и многопараметрической оптимизации систем вспомогательного инструмента на основе обобщенных моделей. Последние должны учитывать ранее не изученные факторы.

В связи с изложенным исследование и разработка методов многокритериального проектирования систем вспомогательного инструмента, как совокупности типоразмеров их элементов, а также теоретическое обоснование комплекса конструктивных, технологических и эксплуатационных мероприятий по повышению качества вспомогательного инструмента с целью повышения эффективности автоматизированного производства является актуальной задачей.

Настоящая работа является логическим завершением большого комплекса работ, выполненных автором и коллективом научных сотрудников и инженеров под его руководством во Всероссийском научно-исследовательском инструментальном институте (ВНИИ инструмент) и Экспериментальном научно-исследовательском инструментальном институте металлорежущих станков (ЭНИМС). Настоящая диссертационная работа являлась составной частью работ

»

по проблеме 0.16.06 ГКНТ СССР, которые имели своей целью разработку вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ, ГПМ и ГПС.

Для реализации поставленной цели создана система критериев и методик оценки качества систем вспомогательного инструмента на различных стадиях их проектирования на основе математического описания взаимодействия металлорежущего инструмента, систем его базирования и закрепления, станка и детали в процессе обработки, многокритериальной оптимизации параметров вспомогательного инструмента и оптимизации его типоразмерных рядов с использованием раз работанных моделей.

Наиболее существенными результатами, которые выносятся на защиту, являются следующие:

- созданы и обоснованы расчетные схемы и описывающая её математическая модель взаимосвязей параметров технологического процесса, взаимодействия металлорежущего и вспомогательного инструмента, станка и детали в процессе обработки;

- определены зависимости погрешностей базирования и закрепления металлорежущего инструмента относительно станка от величин угловых и радиальных зазоров в различных соединениях станок - инструмент, что позволило дополнить теорию размерных цепей новыми сведениями о существенно влияющих на величину замыкающего звена векторных звеньях зазорах, возникающих в конических и цилиндрических соединениях и новыми сведениями о величинах этих звеньев;

- установлены зависимости жесткости закрепления от его размерных параметров инструмента при его базировании на цилиндрические и конические поверхности с новыми, нашедшими широкое применение конструкциями крепежных элементов, что позволило дополнить существующие методы расчета контактной жесткости машин и определить пути повышения суммарной жесткости технологических систем;

- созданы и обоснованы расчетные схемы и описывающие их математические модели силовых характеристик вспомогательного инструмента при базировании режущего инструмента на дуговые участки цилиндрических поверхностей с радиальными зазорами, компенсированными объемными и контактными деформациями, что позволило создать методы оптимизации конструкций регулируемого инструмента по критериям безотказности в процессе резания, обеспечения заданной точности обработки и высокого уровня унификации вспомогательного инструмента;

- установлены взаимосвязи конструктивных параметров систем вспомогательного инструмента с точностью обработки и шероховатостью обработанных поверхностей, подтверждающие правильность выбранных методов оценки качества базирования закрепления металлорежущего инструмента и путей повышения эффективности его использования;

- определены эксплуатационные показатели различных систем вспомогательного инструмента и создан банк данных о конструкциях этого инструмента, что позволило разработать их научно-обоснованную классификацию, осуществить морфологический анализ конструктивных, технологических и экономических показателей и установить эффективные варианты оснащения автоматизированного оборудования комплектами вспомогательного инструмента;

- разработаны на базе выполненных теоретических и экспериментальных исследований инженерные методики расчета:

- точности обработки с учетом параметров вспомогательного инструмента;

- допускаемых отклонений на размеры, форму и взаимное расположение присоединительных поверхностей вспомогательного инструмента;

- основных размеров вспомогательного инструмента;

- сил закрепления инструмента с базированием на цилиндрические поверхности;

- оптимального состава комплекта вспомогательного инструмента.

Результаты работы реализованы при разработке государственных и отраслевых стандартов на системы вспомогательного инструмента, на их основные элементы и на нормы точности этих элементов; при разработке методических рекомендаций по расчету и конструированию вспомогательного инструмента для станков с ЧПУ, ГПЯ и ГПС, по проверке качества этого инструмента для ГПС; при оснащении автоматизированных станочных комплексов, управляемых ЭВМ, системами вспомогательного инструмента; при создании учебников для студентов машиностроительных ВУЗов и учебных пособий «Металлорежущие инструменты» и «Инструментальные системы автоматизированного производства»; при выполнении ряда курсовых работ и дипломных проектов.

Основные результаты работы доложены на Всесоюзных научно-технических конференциях «Автоматизация машиностроения на базе станков с ЧПУ и вычислительной техники» (Рига, 1989г.), на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Надежность режущего инструмента» (Краматорск, 1982г.); семинаре «Интегрированные системы в инструментальном производстве» (Москва, 1994г.), на отраслевой научно-технической конференции «Комплексная механизация и автоматизация производства в станкостроении на основе создания гибких автоматизированных систем» (Москва, 1986г.); на зональной конференции «Рациональное использование инструмента на станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах» (Пенза, 1987г.); на семинаре «Промышленное применение прогрессивного режущего инструмента» (Ленинград, 1991г.).

Результаты работы доложены на многосторонних и двухсторонних встречах рабочих групп специалистов Болгарии, Венгрии, Германии, Польши, Румынии,

Словакии, Чехии и Югославии в 1978 - 1990гг. в рамках комплексной программы научно-технического сотрудничества.

Основные положения диссертационной работы обсуждены и одобрены на заседаниях Научно-технического совета ВНИИ инструмент, Секции Научно-технического совета Минстанкопрома; секции Совета НТО Машпрома; секции Научно-технического совета ЭНИМС по проблеме создания станков с ЧПУ, унифицированных приводов, узлов и систем управления; на заседании кафедры «Инструментальная техника и компьютерное модел�