автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение параметров точности прецизионных сферических поверхностей крупногабаритных деталей машин доводкой связанным абразивом

На правах рукописи

АРЗУМАНЯН Нина Сергеевна

Для служебного польэовани» Экз.№ д

УДК 621.923,74

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОЧНОСТИ ПРЕЦИЗИОННЫХ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КРУПНОГАБАРИНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДОВОДКОЙ СВЯЗАННЫМ АБРАЗИВОМ

Специальность 05.02.08 - Технологи* машиностроения

• АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических ваук

Москва -2000.

Работа выполнена в Московском Государственном Открытом Университете

Научный руководитель -

кандидат технических наук, доцент Сагателян Г.Р.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, Венцлавский И.В. кандидат технических наук, Ефремов А.А.

Ведущее предприятие -

Воронежский механический завод

Зашита диссертации состоится « '

¿cjotfj^

2000 г.

На заседании дисертационного совета К053.15.09 Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана. По адресу: 107005 г. Москва, 2-я Бауманская ул., 5.

Ваши отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанном)' адресу.

С диссертацией ыохшо ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана

Ученый секретарь длсертационного совета доктор технических паук, профессор

/

РОССИЙСКАЯ ГОСУДА РСТВПННАЯ

БИБЛИОТЕКА _2000 _

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие новой техники характеризуется повышенными требованиями к качеству деталей различного назначения.особенно к точности их размеров формы и взаимного расположения одной-двух принадлежащей детали важнейших (функциональных ) поверхностей . Типичными представителями деталей указанного класса являются детали аэродинамических опор испытательных стендов ракетно-космической техники, лазерных металических зеркал и др.Такие детали являются крупногабаритными(диаметр около 500мм) и содержат функциональные поверхности высокой точности,например,при радиусе сферы 200мм отклонение от сферичности составляет всего 2мкм. Применяемая в настоящее время обработка свободным абразивом не всегда обеспечивает точностные параметры таких деталей ,кроме того она сложна при компютерном моделировании процесса обработки и имеют низкую производительность при большом расходе абразивных материа-лов.Применение обработки связанным образивом позволит создавать програмируе-мые процессы формообразования сложных профильных деталей машини возможность повысить производительность обработки.!? связи с этим исследования по технологическому обеспечению параметров точности прецизионных сферических поверхностей доводкой связанным абразивом являются весьма актуальными . .

.Цель работы. Обоснование, разработка и реализация технологического процесса доводки сферических поверхностей на основе прогнозируемого процесса формообразования, поддающегося адекватному компьютерному моделированию, обеспечивающему выбор технической характеристики оборудования в сочетании с назначением геометрических параметров рабочей поверхности инструмента при выполнении доводочных операций.

Методы исследования. Математический анализ, компьютерное моделирование, экспериментальные исследования на специализированном стенде, статистическая обработка результатов экспериментальных исследований.

Научная новизна. Выявлены закономерности формирования действительной формы обработанной поверхности при доводке наружных и внутренних сфер связанным абразивом с применением метода неподвижных осей вращения заготовки и инструмента. Установлены и классифицированы возможные отклонения действительных форм доведенных поверхностей от сферичности. Эти отклонения взаимоувязаны с кинематическими н геометрическими параметрами, характеризующими доводочные операции, и на этой основе установлен механизм влияния на показатели точности доведенных сферических поверхностей структуры технологического процесса доводки.

Установлена взаимосвязь между аналитически рассчитываемыми и экспери-ме1Ггальио получаемыми действительными формами обработанной поверхности, и на этой основе показано влияние удаляемых при выполнении операций доводки прецизионных сферических поверхностей припу сков на возможности исправления погрешностей формы заготовки.

Практическая ценность. На основе теоретических и экспериментальных исследований решены вопросы повышения точности изготовления деталей с прецизионными крупногабаритными сферическими поверхностями при одновременном снижении технологической затратности операций сферодоводки.

Разработана методика определения оптимальных параметров технологической системы на основе применения компьютерного моделирования процесса формирования действительной формы обработанной поверхности в процессе доводки наружных и внутренних сферических поверхностей.

Разработан пакет прикладных программ, позволяющий производить в интерактивном режиме проектирование технологических операций доводки сферических поверхностей.

Реализация работы в промышленности. Результаты работы использованы в ракетно-космической отрасли на федеративном уровне: на Самарском заводе «Прогресс» созданы станок и технологическая оснастка для доводки прецизионных сферических поверхностей деталей испытательного стенда с прецизионными сферическими поверхностями. Изготовлена опытная партии этих деталей. Годовой экономический эффект составил 100000 рублей.

Апробация работы. Материалы работы доложены на:

- семинаре :" Концептуальные технологические и экологические проблемы космонавтики и проблемы производства ракетно-космических систем" (Москва, Академия космонавтики им. К.Э.Циолковского, 28 мая 1999 г);

-Международном научном симпозиуме "Автотракторостроение,промышленность и высшая школа" (Москва, МАМИ, 29 - 30 сентября 1999 г.);

- НТС "Размерная обработка"(Москва, ГП НПО Техномаш ,4 июня 1996 г.);

- Международной отраслевой конференции "Высокие наукоемкие и ноосфер-ные технологии! Москва,Федерация Космонавтики России , 3-5 июня 1998г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 печатные работы и 2 отчета

по НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, обших выводов, списка использованной литературы, включающего 100 наименований, и приложения. Работа содержит 95 страниц машинописного текста, 50 рисунков, 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность тематики выполненных исследований, сформулировано основное содержание работы, указана связь проведенной работы с дру гими научными исследованиями с данной облает»;, показана достоверность полученных результатов.

Глава I. О&еснечеаиг точности сфсрвческиг поверхностей прецкзнешшх лгталгй истодам;: дозодки (обзор).

Рассмотрены недостатки процесса доводки сферических поверхностей по методу свободного пршира, всесторонне исследованного М.Н.Ссмибратовым. Показано, что на станке нельзя заранее установить заданный радиус обработанной сферической поверхности. Этот радиус достигается путем правки инструмента и перенастройки станка в процессе выполнения операций доводки. Существенным продвижением в направлении формирования аналитического подхода к расчету ожидаемой формы обработанной поверхности при доводке является разработанная П.Н.Орловым

методика расчета по длинам дуг контакта. Однако обе методики базируются на формуле Ф.Престона, которая по нашему мнению недостаточно аналитически обоснована

Определенный интерес представляет описание закономерностей изнашивания деталей сопряжений, сформулированное А.С.Пронниковым. Основным недостатком его модели с точки зрения ее применения для аналитического исследования процесса формообразования обработанной поверхности при доводке является необходимость решения контактных задач теории упругости для определения распределения давления в зоне контакта инструмента с заготовкой.

Рассмотрены возможности доводки прецизионных сферических поверхностей методом жестких осей (рис. 1). Преимущества метода "жестких осей" при сферодоводке сформулировал К.Г.Куманин. В качестве недостатка метода "жестких осей" необходимо отметить следующее.. Эффект формирования номинально сферической поверхности возможен лишь при применении тонкостенного "трубчатого" инструмента, т.е. при приближении величины внутреннего радиуса инструмента к величине наружного. Однако при этом возникают значительные отклонения реальной формы поверхности от номинальной сферы.

На основе анализа работ таких ученых как Ю.Ф.Назаров, ПД-Ящерицын, А.В.Хрульков, В.Н.Гриднев, А.З.Рамм и другие рассмотрены оценки влияния факторов процесса доводки на выходные параметры доводочных операций. Сделано заключение о том, что для получения наибольшего эффекта от применение метода "жестких осей" при доводке следует отказаться от свободного абразива и исследовать возможности замены системы притир - свободные абразивные зерна специальным инструментом, содержащим связанные абразивные зерна и используемым для доводки.

Сформулированы особенности характеристик технологической системы для доводки прецизионных сферических поверхностей. Применительно к деталям из вязких материалов, к категории которых относятся и спеченные алюминиевые сплавы, предусмотренные для применения в конструкциях рассматриваемых деталей, разработаны и применяются высокопористые, а также эластичные инструменты для доводки.

В работе поставлены следующие задачи:

1. Разработать методику расчета ожидаемой формы обработанной поверхности при доводке наружных и внутренних сферических поверхностей инструментами -притирами, изготавливаемыми на основе связанных абразивных зерен применительно к сферодоводке по методу пересекающихся неподвижных осей заготовки и инструмента.

2. Выполнить компьютерное моделирование процесса формообразования при сферодоводке и на этой основе исследовать зависимость параметров формы обработанной поверхности от сочетания варьируемых факторов процесса доводки. Показать возможности получения необходимых реальных форм обработанной поверхности и хая рассматриваемых конструкций деталей предложить параметры настройки технологической системы, обеспечивающие получение требуемого характера отклонений реальной доведенной поверхности от номинальной сферы.

3. Провести экспериментальные исследования процесса формообразования при доводке связанным абразивом на специальном стенде. На основе экспериментальных исследований показать адекватность результатов компьютерного моделирования

формам доведенных на стенде поверхностей, а также получить необходимые для инженерных расчетов эмпирические данные

4. Предложить конструкцию станка для сферодоводки, реализующую применительно к рассматриваемым деталям результаты выполненных аналитических и экспериментальных исследований.

Глава 2. Разработка математической модели доводки сферических поверхностей пр«цнзнэ1шых деталей маглнн.

Рассмотрено формообразование сферических поверхностей при доводке связанным абразивом. Определенные аналитически параметры должны обеспечивать требуемый характер ожидаемых отклонений формы в процессе формообразования обрабатываемой сферической поверхности заготовки при ее доводке.

В основе решения сформулированной задачи лежит кинематический анализ относительного движения рабочей поверхности инструмента по обрабатываемой поверхности заготовки. Поскольку поставлена задача определения ожидаемой формы обработанной поверхности заготовки, то необходимо иметь положение любой точки, лежащей на рабочей поверхности инструмента, в системе координат заготовки. Пусть точка Г, лежащая на рабочей поверхности инструместа, имеет координаты х, у, г в

Пё

/е

Рис. I. Параметры схемы доводки по методу «жестких осей»

системе координат инструмента и координаты X, К, Z в системе координат заготовки (рис. 2). Тогда положение этой точки ( точки Г ) в системе координат заготовки выражается через координаты х, у, z и углы Эйлера, которые затем заменяем углами псворотов заготовки а и инструмента va следующим образом :

X = [cosa cos( va) - costfsina sin(var)]x + [- sina cos( va) -- cosicosa sin(ra)ly-[sin#sin(va)]r;

Y = [cosasin(va) + cos^sinorcos(va)]x + [-sinasin(va)+ (i) + cos 0 cos a cos( va )ly + [sin# cos( va)]z; Z = Hsin6>sina]x-[sin#cosa]y + [cos#]z.

Обрабатываемая поверхность заготовки, совпадающая с рабочей поверхностью инструмента, описывается следующим уравнением:

X2 +Y2 +Z2 =х2 +у2 +z2 = R2t. (2)

Моделирование процесса обработки основано на расчетах объемов материала, удаляемого единичным закрепленным абразивным зерном в различных зонах обрабатываемой поверхности заготовки с последующим суммированием этих объемов по всей рабочей поверхности инструмента. Разработано следующее алгоритмическое решение сформулированной задачи.

1. Обрабатываемую сферическую поверхность заготовки разбивают на шаровые слои вдоль оси OZ и определяют площадь каждого из этих слоев.

2. Задаваясь дискретой угла поворота заготовки Да, задают ал гор irrM им ее кую процедуру поворота заготовки. Это позволяет однозначно детерминировать кинематику обработки, поскольку угол поворота инструме!гга пропорционален углу поворота заготовки.

3. Рассматривают точки рабочей поверхности инструмента, лежащие в плоскости у = 0. Координаты х этих точек лежат в пределах от г„ до R„. Определяют соответствующие координаты : . Рассмотрение начинают с точки, лежащей на внутреннем диаметре инструмента. Определяют величину drт . задаваясь высотами dh шаровых слоев рабочей поверхности инструмента. Определяют площадь элементарной площадки d.S, расположенной в окрестности рассматриваемой точки рабочей поверхности инструмента.

4. Поскольку определение элементарных объемов удаленного материала dV сводится фактически к определению длин элементарных перемещений dL точки с координатами х. у, i в системе координат A'OYZ, определяют эти перемещения по формуле

dL = ,¡{dXY + (dry + (dZ)!, (3)

а затем рассчитывают элементарный объем dV удаленного материала.

5. Рассчитывают координату Z рассматриваемой точки и определяют, в каком из выделенных на обрабатываемой поверхности заготовки шаровых слоев находится рассматриваемая точка рабочей поверхности инструмента в данном положении. Определяют соответствующий линейный съем обрабатываемого материала и прибавляют эту величину к уже имеющейся для данного шарового слоя.

Рис2.Взаимосвязь между углами Эйлера (<?, ц/, в) и углами поворота заготовки а и ин-

струмта ¡3.

6. Переходят к следующей точке на рабочей поверхности инструмента и повторяют вычисления ч соответствии с п. 4 н 5. Производят накапливание сумм линейных съемов обрабатываемого материала в пределах выделенных на обрабатываемой поверхности шаровых слоев.

7. Увеличивают угол поворота заготовки а и повторяют расчеты по п. 3 - 6.

В результате получается эпюра распределения линейных съемов обрабатываемого материала вдоль сечения сферической обрабатываемой поверхности. Разность между исходной формой обрабатываемой поверхности заготовки и полученной эпюрой представляет собой расчетную ожидаемую форму обработанной поверхности.

Разработанный алгоритм реализован в разработанной САПР параметров технологической системы при доводке сферических поверхностей для определения кинематических параметров подлежащих разработке сферодоводоводочных технологических систем. Данная САПР представляет собой пакет прикладных компьютерных программ, позволяющих моделировать процесс съема материала с обрабатываемой поверхности при доводке сферических поверхностей. Сущность работы с системой поясняется приведенным на рис.3 состоянием изображения на экране монитора в процессе моделирования процесса доводки. Основным элементом изображения является показываемая в двух проекциях обрабатываемая сферическая поверхность. На этих проекциях можно наблюдать траекторию движения единичного абразивного зерна, находящегося на наружном контуре инструмента, по обрабатываемой поверхности. На профильной проекции показывается эпюра съема обрабатываемого мате-рихта вдоль профиля сечения обрабатываемой поверхности. Таким образом, система позволяет оценивать ход процесса доводки в определенном масштабе времени. Эпюра распределения линейного съема вдоль профиля сечения заготовки соответствует ожидаемой форме обработанной поверхности.

' Необходимо иметь реальную форму обрабатываемой поверхности на заготовке :ред выполнением доводочной операции, и при помоши данной системы вести попе компенсирующих ожидаемых форм обработанной поверхности.

Глава 3. Исследование влияния кинематических и геометрических факто-)В процесса доводки сферических поверхностей на отклонения формы об работной поверхности методом компьютерного моделирования.

Разработаны математические описания параметров отклонений формы реаль-зй сферической поверхности, а также кинематических и геометрических факторов эоцесса доводки сферических поверхностей Из рассмотрения эпюр ожидаемого >ема обрабатываемого материала, видно, что реальная форма обработанной поверх-эсти может отличаться от идеальной тем, что преимущественный съем материала ^полагается либо ближе к экватору сферы, либо ближе к ее плюсу. Будем называть 1кое свойство номинально сферической поверхности, когда ее отклонения от впи-шной сферы расположены преимущественно к ее полюсу, вытянутостью ожидаемой 5работанной поверхности. Аналогично, когда преимущественные отклонения от писанной сферы расположены ближе к экватору внутренней сферической поверхно-ги, такую форму будем называть приплюснутостью.

Однако такие свойства формы обработанной поверхности, как вытянутость и риплюснутость, не исчерпывают всех ожидаемых форм сферических поверхностей, оторые встречаются при компьютерном моделировании процесса доводки. Другие арактерные ожидаемые формы обработанной поверхности следует идентифициро-ать как бочкообразность и корсетность сферической поверхности.

Таким образом, независимых свойств, описывающих ожидаемую форму сфе-ической поверхности, три, а именно: 1) вытянутость или приплюснутость; 2) бочко-бразность; 3) корсетность. Далее, каждое из трех свойств (напомним, что эти свойст-а являются параметрами реальной сферической поверхности) оценивается числом, (ежащим в диапазоне от 0 до +1. Конкретное численное значение определяется сте-генью соответствия конкретной ожидаемой формы обработанной поверхности соот-1етствующему словесному описанию параметров.

Перейдем к описанию факторов, влияющих на параметры ожидаемой формы юработанной поверхности.Соотношение между частотами вращения инструмента пи I заготовки п6 характеризуется двумя факторами. Первый из этих факторов описыва-гг собственно это соотношение, а второй - то обстоятельство, являются ли налравле-шя вращений заготовки и инструмента попутными или встречными.

Мы предлагаем в качестве двух упомянутых выше факторов применять сле-хуюшие:

п

п

1=\%— .если — >0 "д "д

(4)

и

\

п

п

/=1В

V о

и

если

(5)

О 0 fa... О

R*<liu* of afar«

i D*t«tl: -rJ

№»f - lJ гоо ...

io«i * 0 Г ЗАО -r;

Msi; (гоо -TJ

( inttruMnt: -p

(ы г 0 (эоо TJ

id i s lJ 1 160 -TJ

1 Paranaten: -v

1Ir^O Гз о -rJ

iHd » £J < -loo -rJ

Ih* = Ы Гзоо и

= Ы 5. 423 -u

lspfver:lx! If>9 de -p

fproc«» rYJ

i -V

a

lip» 0 iw 0 Го..* ■ fl

f'rvyv«^ 0 I P 0 ) 11 » V

( D«tail:

Iftsf = Ы 200 -v

iod i |J 1 360 -v

1сК» = U 200 -v

1 Iwtrurwnt: -v

ID* = U l ЗОО —V

Mi * (J I 160

I P«ranet«n:

1 зо -YJ

|н«1 = О -too -i)

\Hl - 0 ( 30о -r;

s LH 5.423 $

fip#>«r:L-1 l ns c*e -v

I Process (J

fen-tf

б

Рис. 3. Состояние экрана при назначении параметров (а) и при моделировании обработки (б)

Следующий рассматриваемый фактор должен характеризовать размер инструмента:

*=тг6 • <б)

сф

где £>„ - наружный диаметр кольцевой рабочей поверхности инструмента; Ясф - радиус доводимой сферической поверхности.

Еще один подлежащий рассмотрению фактор характеризует ширину кольцевой

рабочей поверхности инструмента и определяется следующим соотношением: - <7)

и

где ¿и - внутренний диаметр кольцевой рабочей поверхности инструмента.

Последним из рассматриваемых факторов является угол, пет которым ось вращения инструмента наклонена к оси вращения заготовки:

• (8)

где в - угол между осями вращения заготовгн и инструмента. Влияние факторов процесса доводки сферических поверхностей на параметры отклонений ожидаемой формы внутренней сферической поверхности сводятся к следующему:

1. Вытянутость обработанной поверхности увеличивается с возрастанием факторов / и у .

2. Приплюснутость обработанной поверхности увеличивается с уменьшением факторов / и у , а также с увеличением фактора g .

3. Корсетность обработанной поверхности возрастает с Увеличением фактора

* .

4. Бочкообразность обработанной поверхности возрастает с уменьшением факторов к \\ а.

Влияние факторов процесса доводки на ожидаемую форму наружных сферических поверхностей заключается в следующем:

1. Вытянутость обработанной поверхности возрастает с уменьшением значений факторов I и } , а также с увеличением значений фактора а в диапазоне а > 0.7 .

2. Приплюснутость обработанной поверхности возрастает с увеличением значений факторов / и] .

3. Корсетность обработанной поверхности возрастает с увеличением значений фактора к , а также при увеличении значений фактора а в диапазоне а > 0,7 .

4. Бочкообразное гь обработанной поверхности возрастает с увеличением значений фактора к. а также (слабо) с увеличением значений факторов ; и/ .

Полученные в результате компьютерного моделирования факты, относящиеся к зависимости параметров формы обработанной поверхности, применили к доводке сферических поверхностей деталей аэростатических опор.

Естественно полагать, что доводочный этап технологического процесса изготовления детали с внутренними сферическими поверхностями будет состоять из двух технологических операций. Особенностью второй технологической операции является то. что в процессе ее проведения инструмент не должен затрагивать уже обработанную узкую кольцевую внутреннюю сферическую поверхность, располагающуюся

по контуру полости рассматриваемой детали. Оказывается, что инструмент для этой операции должен иметь достаточно малый наружный диаметр, поскольку инструмент не должен затрагивать уже обработанную на предыдущей операции поверхность. Поэтому, на второй технологической операции будет формироваться бочкообразность обработанной поверхности. Поскольку величина поля допуска на выдерживаемый размер при доводке этой поверхности весьма мала (она составляет 2 мкм), а отклонения формы, естественно, должны укладываться в пределы указанного поля допуска, то необходимо заранее, еще при проведении первой доводочной операции, предусмотреть образование формы, имеющей компенсационный резерв, т.е. корсегность.

Расчетная форма обработанной поверхности после первой доводочной операции приведена на рис. 4,а. , а после второй доводочной операции - на рис. 4,6 и 4,в. Следует указать на то, что после первой доводочной операции в узкой зоне по периферии доведенной сферы имеет место достаточно равномерный съем обрабатываемого материала, что позволяет обеспечить требуемую точность формы узкой кольцевой поверхности, расположенной по периферии внутренней сферы, уже на этой операции.

Сравнивая формы обработанной поверхности, показанные на рис. 4,6 и 4,в, можно прийти к заключению что, применяя взаимно компенсирующие режимы доводки, можно повысить точность формы обработанной поверхности.

При доводке наружной сферической поверхности нет необходимости поиска взаимно компенсирующих режимов доводки. В этом случае следует добиваться максимальной равномерности съема обрабатываемого материала со всей обрабатываемой поверхности. Расчетная форма обработанной поверхности показана на рис. 4,г, из рассмотрения которого видно, что обработанная поверхность имеет форму, достаточно близкую к идеально сферической.

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований. Реализации разработанной технологии.

Целью экспериментальных исследований являлось установление взаимосвязи между расчетной и получаемой эмпирически действительной формами обработанной поверхности. Экспериментальные исследования проводили на специализированном стенде для доводки связанным абразивом плоских поверхностей. Обрабатывали образцы из алюминиевого сплава АМГ-4 с диаметрами плоской кольцевой поверхности 130x40 мм. Обработку производили инструментом со связкой из вспененного полистирола. Варьированию подвергали следующие факторы: наружный (£>„ = 50-80 мм) и внутренний (dx - 10-30 мм) диаметры рабочей кольцевой поверхности инструмента; соотношение между частотами вращения инструмента и заготовки. Замеряли съем обрабатываемого материала по поверхности заготовки и строили эмпирическую эпюру распределения съема материала.

В результате сравнения эмпирической и теоретической эпюр съема обрабатываемого материала установлено, что в зависимости от сочетания кинематических и геометрических факторов процесса доводки величина передаточного отношения

= расчетная форма обработанной поверхности характеризуется соотношением

¿»их - , где ¿„и, и ¿ти - наибольшее и наименьшее значение в теоретической эпюре съема обрабатываемого материала, а при реализации того же кинематического режима эмпирически полученная действительная форма обработанной поверхности характеризуется соотношением

где и Urmn - каболывее и наи-

меньшее значения действительного съема обрабатываемого материла находится в пределах к = 1 - 2,5.

Минимальный припуск Zmm на операцию сферодоводки, реализуемую на-разработанном специализиованном станке, рассчитывается по следующей формуле:

•ptxlur fufar

Z =--——, (9)

**,-l

где 7**'" и 7*"" • поля допусков до и после выполнения данной доводочной операции.

Применительно к крупногабаритным деталям аэростатического подвеса реализована следующая технология. Обработку производят на станке, разработанном и изготовленном в соответствии с данными исследованиями. Инструменты - специальные со связкой из вспененного полистирола для доводки деталей из спеченного алюминиевого сплава и из специальным образом вулканизованной резины для доводки деталей из закаленной стали. Для доводки спеченного алюминиевого сплава применялся абразив 24АМ28, а для доводки закаленной стали - синтетический алмаз АСМ10/7. Исходную сферическую поверхность на заготовке перед первой доводочной операцией получают чистовым точением с полем допуска 7го4= 50 мкм.

Технологический процесс доводки деталей с внутренней сферической поверхностью состоит из двух технологических операций. Минимальный припуск под первую доводочную операцию должен составлять ZmmJO'' = 20 мкм.

Для проведения первой доводочной операции внутренней сферической поверхности: наружный диаметр инструмента D„ = 300 мм; внутренний диаметр инструмента d„ = 160 мм; угол между осями вращения заготовки и инструмента в = 40°; частота вращения заготовки пд= 100 об/мин; частота вращения инструмента л. = 50 об/мин; направление вращения инструмента относительно направления вращения заготовки - попутное. В результате выполнения этой операции на узкой кольцевой поверхности, расположенной по периферии внутренней сферы, отклонения формы не превышают 1 мкм. На остальной части внутренней сферы (здесь далее формируется отстоящая сфера) поле допуска формы составляет 7™"' = 3 мкм.

Вторую доводочную операцию внутренней сферической поверхности проводят при следующем сочетании кинематических и геометрических факторов процесса доводки: наружный диаметр инструмента D, = 160 мм; внутренний диаметр инструмента d„ - 10 мм; угол между осями вращения заготовки и инструмента в = 35°; частота вращения заготовки пд = 200 об/мин; частота вращения инструмента пи ~ 100 об/мин; направление вращения инструмента относительно направления вращения заготовки - встречное. Здесь максимальный припуск составляет ZmlxJOI,'! = 10 мкм. После этой операции обеспечивается требуемая точность формы - отклонения от сферичности не превышают 2 мкм. Технологический процесс доводки наружной сферической поверхности состоит из одной операции, выполняемой при следующем сочетание факторов технологического процесса: наружный диаметр инструмента D„ - 400 мм: внутренний диаметр инструмента du = 40 мм; угол между осями вращения заготовки и инструмента в = 65°; частота вращения заготовки пл = 170 об/мин; частота вращения инструмента п„ = 100 об/мин. Направление вращения - встречное. При этом также эбеспечивается требуемая точность обработанной поверхности - суммарные отклонено! формы и размера не превышают 2 мкм.

ч ^

) 4

¥ а

г

Рис. 4. Действительные формы обработанной поверхности при доводке внутренней (а. б, в) и наружной (г) сферических поверхностей

Выводы

1. Разработана технологическая система, реализующая процесс сферодоводки прецизионных крупногабаритных деталей, на функциональных сферических поверхностях которых большого размера технологически обеспечиваются отклонения от требуемой формы в пределах 2 мкм при высокой производительности труда.

2. Технологическое обеспечение показателей точности рассматриваемого класса деталей возможно лишь на основе прогнозируемого процесса формообразования при сферодоводке, который анализируется методом компьютерного моделирования. Для реализации компьютерного моделирования разработана новая методикам расчета ожидаемой формы обработанной поверхности при доводке сферических поверхностей.

3. Разработана САПР кинематических параметров процесса доводки сферических поверхностей, основанная на имитационном моделировании перемещения рабочей поверхности инструмента по обрабатываемой поверхности заготовки в процессе доводки с одновременным расчетом ожидаемой реально;'! формы обработанной по-

5ерхности детали. Система представляет собой пакет прикладных программ и позво-тяет моделировать обработку как внутренней, так и наружной сферы.

4. Показано, что применение разработанной САПР позволяет определять оптимальные кинематические параметры доводки сферических поверхностей. При этом в качестве критериев оптимальности могут использоваться как минимальность отклонений ожидаемой реальной формы обработанной поверхности от требуемой (отклонений от сферичности), так и наличие альтернативных кинематических параметров юводки, обеспечивающих преимущественный съем материала с обрабатываемой поверхности заготовки либо к периферии, либо к центу сферы.

5. В качестве параметров необходимо рассматривать приплюснутость, вытяну-гость, бочкообразность и корсетность обработанной поверхности. Введены факторы процесса сферодоводки, а именно: фактор / , описывающий соотношение частот вращения инструмента и заготовки при их попутном вращении; фактор у" , описывающий соотношение частот вращения инструмента и заготовки при их встречном вращении; фактор g, описывающий размер инструмента; фактор к , описывающий ширину рабочей кольцевой поверхности инструмента и фактор С , описывающий угол между осями вращения инструмента й заготовки. Указанные параметры и факторы позволяют оценить атияние факторов процесса доводки сферических поверхностей на действительную форму обработанной поверхности.

6. Адекватность полученных зависимостей подтверждена при компьютерном моделировании и практической реализации разработанного этапа технологического процесса, состоящего из двух операций доводки внутренних сфер и одной операции доводки наружной сферы на деталях специального изделия. Показана целесообразность применения как взаимно компенсирующих действительных форм обработанной поверхности, так и форм, максимально приближенных к идеальной сфере.

7. На основе разработанной методики расчета минимальных припусков под доводочные операции можно задавать требуемые параметры точности сферической поверхности после операций точения. Данная методика основана на соотнесении эмпирических и расчетных эпюр распределения съема обрабатываемого материала.

8. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать технологическое обеспечение изготовления прецизионных деталей машин с заданной точностью их сферических поверхностей с использованием доводки связанным абразивом .Внедрение разработанной технологии и средств технологического оснащения на Самарском заводе "Прогресс" обеспечило годовой экономический эффект 100000 рублей.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Арзуманян Н.С. Технологическое обеспечение качества сопрягаемых деталей с большим радиусом сферы // Автотракторостроение, промышленность и высшая школа :Тезисы докладов Международного научного симпозиума. - М„ 1999. - С. 26 - 29.

2. Арзуманян Н.С. .Сагатглян Г.Р. Формообразование сферических поверхностей при доводке детален машин // НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ : Научно-технический информационный бюллетень. - МГОУ. - ¡999.- .N»4.- С. 26-31.

3. Арзуманян Н.С., Балакирев В.Н., Сагателян Г.Р Особенности изготовления деталей с большим радиусом сферы. // Семинар направлений: Концептуальных технологических и экологических проблем космонавтики, виды технико-экономической

деятельности и Проблем производства ракетно-космических систем: Тезисы , доклады.-М., 28мая 1999. - С. 50-54

4. Арзуманян Н.С., Сагателян Г.Р., Соколов A.A. Композиционный материал для изолирования ультразвуковых колебаний. // НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ : Научно-технический информационный бюллетень. - МГОУ. - 1999. - №6. - С. 29-33

5. Арзуманян Н.С. .Сагателян Г.Р., Мельников О.Н. Справочник // Инженерный журнал. - 2000.- №4.- С. 28-3!.