автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Теоретические основы и синтез систем автоматизированного вибролевитационного точения тонкостенных цилиндрических деталей

Севастопольський державний технічний університет

Пашков Євген Валентинович ,

УДК 621:65.011.56: 621.9.048.6:

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ТА СИНТЕЗ СИСТЕМ АВТОМАТИЗОВАНОГО ВШРОЛЕВГГАЩЙНОГО ТОЧІННЯ ТОНКОСТІННИХ ЦИЛІНДРИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ

Спеціальність 05.13.07-Автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеню доктора технічних наук

Севастополь

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у департаменті автоматизації технологічних процесів та виробництв Севастопольського державного технічного університету Міністерства освіти України.

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор

Копп Вадим Якович, директор департамент) приладобудування Севастопольського держав ного технічного університету.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук

Пуховський Євген Степанович, професор кафедрі технології машинобудування Національного техніч ного університету "Київський політехнічний інсти тут";

доктор технічних наук, професор

Ткачєв Віктор Васильович, зав. кафедрою автомати

зації виробничих процесів Національної гірничо

академії України;

доктор технічних наук

Торлін Вадим Миколайович, професор департамен ту систем автоматизованих виробництв Севасто польського державного технічного університету.

Провідна організація: Чорноморський науково-дослідний інститут тех нології суднобудування.

Захист відбудеться ".

/Ё» /Л- 199)2-р. о годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д11.03.0 Іпри Севастопольсько му державному технічному університеті за адресою: 335053, Севастополі Стрілецька балка, Студмістечко, СевДТУ.

З дисертаціао можна ознайомитися в бібліотеці СевДТУ.

Автореферат розісланий " " // 199т^р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради канд. техн.наук, доцент (%$&}

О.М. Шерешевський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Вирішення проблеми зниження металоємкості шробів у поєднанні, ж правило, з вимогами поліпшення точносних характеристик і функціональних параметрів, призвело до появи їростаючого числа деталей, що входять у ці вироби, які характеризуються як нежорсткі, одну із основних, груп яких складають тонкостінні щіліндричні деталі (ТЦД), що одержують переважно точінням.

Накопичений досвід показує, що традиційні способи обробки точінням, завантаження-розвантаження і транспортування ТЦД недостатньо ефективні в умовах автоматизованого виробництва, а Гх об'єднання у єдину технологічну систему часто не можливе. На практиці питання виготовлення ТЦД вирішуються в умовах згасористання ручного завантаження-розвантаження технологічного устаткування, введенням багатопрохідного точіння, зниженням режимів різання, застосуванням складних, таких що тяжко піддаються автоматизації технологічних прийомів, що малопродуктивно і неекономічно.

Найбільш перспективним напрямком рішення проблеми зиготовлення ТЦД є перехід до безконтактної технології.

Як безконтактну обробку можна розглядати імпульсне вібраційне точіння, оскільки із збільшенням частоти коливань інструменту силові і теплові впливи на деталь, що обробляється прагнуть до нуля.

Пошук шляхів підвищення точності і продуктивності обробки, що зазуготься на розкритті закономірностей поводження ТЦД, що нгаходяться в стані левітації (паріння) та під імпульсним впливом з боку ріжучого інструменту, здійснюючого коливашія, удосконалення існуючих та розробка прогресивних засобів автоматизації і методів керування основними та допоміжними операціями, зв'язаними з виготовленням таких деталей - актуальна проблема у галузі автоматизації технологічних процесів.

Зв'язок дисертації з науковими програмами, планами, темами

Робота виконувалася у складі госпдоговірних та таких, що фінансуються держбюджетних НДР департаменту автоматизації' технологічних процесів і виробництв Севастопольського державного технічного університету: г/д №№ 764, 848, 1/848, 953, 886, 1067, 1074, 1120, 1161; д/б - "Комплекс", КАМП-l, КАМП-2, "Вібролевітация". Перелічені НДР входили до складу комплексних програм MB ССО УРСР та АН СРСР "Роботи і робототехнічні системи" та "Праця", до програм НДР Міносвіти України на 1991-96 p.p., а зараз входять до

координаційного плану міжвузівських, що фінансуються НДР Міносвіти України на 1997-99 p.p. по тематиці "Високоефективні технологічні процеси у машинобудуванні".

■ Мета дисертаційної роботи

Метою роботи є створення теоретичних основ і технічних засобів вібролевітаційиого точіння в умовах комплексно автоматизованого виробництва, що сприяють досягненню необхідних точносних характеристик ТЦД.

Для досягнення поставленої мети необхідно:

розкрити механізм утворення відхилень форми деталей при різноманітних схемах закріплення і способах обробки;

установити можливості оцінки пружнодеформованого стану деталей у процесі транспортування, завантаження-розвантаження і обробки;

обгрунтувати принципи обробки точінням, транспортування, завантаження-розвантаження з застосуванням вібрації та левітаціі, та розробити на їх основі відповідні функціональні пристрої, поєднані конструктивно та технологічно;

розробити технологічні метода та засоби цілеспрямованого формування пружнодеформованого стану деталей з використанням негармонічнихколивань інструменту;

математично описати процеси точіння з застосуванням керованих негармонічних (бігармонічних та пиловидних) коливань інструменту, а також процеси захвату і удержання левітифуючих деталей при безконтактному транспортуванні та маніпулюванні;

встановити закономірності автоматичного забезпечення стійкого процесу формоутворення деталей.

Наукова новизна

1) Вперше запропонована концепція автоматизованої вібролевітаційної імпульсної обробки точінням ТЦД, заснована на використанні негармонічних керованих коливань інструменту та безконтактному методі базування.

2) Доведена можливість не тільки повного усунення радіальних деформацій оброблюваних деталей, але і зміни їх знаку на протилежний.

3) Одержала подальший розвиток концепція безконтактних гнучких автоматизованих виробництв, яка заснована на використанні безконтактних механізмів на всіх стадіях технологічного процесу.

з

4) Показана можливість зміни пружнодеформованого стану об'єктів обробки без зміни настроювального положення виконавчих органів технологічного обладнання.

5) Розроблені моделі процесів взаємодії різального інструменту, що здійснює радіальні негармонічні коливання, з деталями при контактному та безконтактному базуванні.

6) Розроблена модель безконтактного ТЦД з немагнітних матеріалів у процесі транспортування та маніпулювання.

Практичне значення та реалізація одержаних результатів. На основі створених математичішх моделей розроблена нова автоматизована технологія ТЦД, що дозволяє підвищити точність форми розмірів при мінімізації енергетичних витрат. Створені оригінальні пристрої для гранспортування, маніпулювання та обробки, які згуртовані єдиним конструктивно-технологічним підходом. Розроблені алгоритми і програми розрахунку пристроїв, що використовуються на всіх стадіях зеалізації техпроцесу обробки ТЦД.

Основні технічні рішення захищені 68-и авторськими свідоцтвами та патентами.

Результати виконаної роботи знайшли відображення у 3-х іавчальних посібниках, виданих з грифом Міносвіти України у 1987, 1992 і 1997 p.p., що використовуються при навчанні студентів у СевДТУ га інших вузах України за спеціальностями автоматизація виробничих іроцесів, технологія машинобудування, приладобудування, металорізальні верстати та інструменти.

Промислове впровадження результатів роботи здійснено у НВО 'Комплекс” (м. Новгород, Росія), в ВНДІ Електроапарато-будування (м. Сарків), на заводі "Фіолент" (м. Сімферополь), у ВО "Фотон" (м. Сімферополь) у складі роботизованих технологічних комплексів з агальним економічним ефектом понад 650 тис. карбованців (по курсу to 1990 p.), а також на ряді інших підприємств колишнього СРСР.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися і 'вговорювалися на слідуючих науково-технічних конфереіщіях, емінарах та нарадах: "Наукові основи технології і прогресивні ехнологічні процеси у машино- та приладобудуванні” (м. Москва, 970); “Розрахунок, конструювання та дослідження устаткування иробництва джерел струму" ( м.м. Москва-Одеса, 1970); "Прогресивні ехнологічні процеси у машинобудуванні” (м. Київ, 1971 p.);

Автоматизація виробничих процесів у машино- та приладобудуванні" л. Волгоград, 1971); "Роботи-маніпулятори для автоматизації ручних та опоміжних робіт” (м. Ленінград, 1972); "Автоматизація та

обчислювальна техніка в управлінні виробництвом” (м. Оренбург, 1974); "Оптимізація управління прогресивними технологічними процесами у машинобудуванні” (м. Єреван, 1980); "Робототехнічні системи" (м. Київ, 1980); "Заміна ручної праці машинною на базі промислових роботів і маніпуляторів" (м. Севастополь, 1981); "Прогресивна технологія і автоматизація технологічних процесів у машинобудуванні та приладобудуванні” (м. Ленінград, 1982); "Прогресивні технологічні процеси та устаткування для опорядження труб" (м. Челябінск, 1983); "Технологічне управління триботехнічними характеристиками вузлів машин" (м. Москва, 1983); "Технологічне забезпечення автоматизації виробничих процесів (м. Оренбург, 1983); "Розробка та впровадження прогресивних технологічних процесів та обладнання складально-монтажного виробництва" (м. Ленінград, 1984); "Верстати з числовим програмним управлінням і гнучкі автоматизовані металооброблювальні комплекси" (м. Новгород, 1985), "Прогнозування та обгрунтування точності механічної обробки деталей" (м. Севастополь, 1986, 1987); "Підвищення продуктивності та якості продукції в умовах гнучкої автоматизації машино- та приладобудування" ( м. Севастополь, 1988): "Проблеми автоматизації' переналажувальних виробництв у машинобудуванні" (м. Волгоград, 1988); "Прогресивна технолога машинобудування" (м. Дніпропетровськ, 1992); "Автоматика-96" (м Севастополь, 1996).

Публікації. Результати досліджень відбиті у 3-х монографіях (навчальних посібниках), у 15-ти статтях у наукових журналах ті збірках наукових праць, у 2-х брошурах товариства “Знання”, у 15-ті працях конференцій, семінарів та нарад і у 68-ми авторських свідоцтва; та патентах.

Структура та обсяг роботи

Дисертаційна робота складається із вступу, п’яти розділів висновків, списку джерел, що використовувалися з 248 найменувань додатків. Загальний обсяг роботи - 438 сторінок, в тому числі 13< рисунків і 27 таблиць.

ОСНОВНА ЧАСТИНА РОБОТИ

У введенні розкрита важливість обраної проблеми, обгрунтовані актуальність теми, визначена мета та завдання досліджень, наведеи основні положення, що відбивають наукове та практичне значенії роботи.

У першому розділі проведено аналіз методів та засобі автоматизованої обробки точіння ТЦД, що становлять замкнуті плоск

криволінійш стержні, у яких радіус кривизни т у 8... 10 разів переважає товщину стінок И. При г//і> 100 тонкостінні циліндричні деталі відносяться до оболонок.

Основною причиною виникнення погрішностей форми і розмірів ТЦД внаслідок точіння є їх неспроможність внаслідок малої радіальної жорсткості протистояти дії зовнішніх сім не тільки на стадії формоутворення, але і на стадах, транспортування, запантаження -розвантаження (маніпулювання).

Збільшення жорсткості елементів системи В ПІД у напрямку дії зовнішніх сил і, в першу чергу, радіальної складової сили різання, сприяє підвищенню точності обробки, однак відомі контактні способи, що застосовуються для цього та технічні засоби викликають деформування деталей, переносять теплові та силові деформації верстату і пристрою на деталь, і не можуть бути використані для усунення деформацій, що виникають на стадіях зберігання, транспортування, завантаження-розвантаження в умовах автоматизованого виробництва.

Способи точіння, засновані на використанні традиційних підходів, а також на збільшенні жорсткості за допомогою додаткового технологічного оснащення або на управлінні пружнодеформованим станом об'єктів обробки, не дозволяють уникнути погрішностей їх форми і розмірів, конструктивно складні, метало- та енергоємні, а також неефективні в умовах комплексно автоматизованого виробництва з причини затримування росту продуктивності та гнучкості.

Вібраційне точіння з застосуванням гармонійних коливань різального інструменту, у т.ч. ультразвукових, створюючи передумови для автоматизації виробництва та умови підвищення фіктивної жорсткості об'єктів обробки внаслідок зменшення радіальної складової сили різання, дозволяє зменшити більш, ніж у 10 разів деформації останніх, проте сприяти повному їх усуненню не ложе.

За конструктивними особливостями та характером взаємодії іатискних елементів з базовими поверхнями оброблюваних деталей снуючі верстатні затискні пристрої можуть бути об'єднані у три ■рули: пристрої з зосередженими зусиллями затиску; пристрої з ) о зпо діленими по колу зусиллями затиску; пристрої з осьовим іатиском.

Технологічне устаткування, засноване на застосувати Зезконтакгних, в тому числі аеростатичних опор, забезпечує підвищення

точності обробки, а існуючі методики розрахунку та конструктивне рішення опор можуть використовуватись стосовно умов обробки, операціям завантаження-розвангаження та транспортування ТЦД з урахуванням вагогабариггаїх та міцнісних характеристик останніх.

В умовах детермінованого виробництва, з урахуванням вагогабарштшх параметрів ТЦД та з метою забезпечення конструктивного поєднання з основним технологічним оснащенням, автоматизацію завантаження-розвантаження та транспортування доцільно здійснювати з допомогою пневматичних роботів та транспортних засобів, створюючих умови безкоіггактного захвату, утримання, переміщення і базування.

Сформульована мета і завдання досліджень, що базуються на результатах аналізу технологічних особливостей обробки ТЦД в умовах комплексно автоматизованого виробництва.

В другому розділі, присвяченому технологічним аспектам автоматизованої обробки точінням ТЦД, на основі аналізу погрішностей обробки та причин їх виникнення показано, що такими є погрішності установки деталей і динамічної настройки розмірних і кінематичних ланцюгів системи ВПІД.

Показано, що із всього балансу переміщувань у цьому ланцюгу найбільшу величину, при відносно високій жорсткості інструменту, шпінделя і його опор, корпусу, настановних та затискних елементів, стиків заготовка-загискні елементи - приводиш (розтискній) елемент, мають переміщення, які пов'язані з пружними деформаціями тонкостінної заготовки (деталі) силами затиску та радіальної сили, що складає сили різання.

У загальному обсязі засобів технологічного оснащення велику частку мають верстатні пристрої, призначені для установки і закріплення деталей, що обробляються, а також прилади для зміни статичних та динамічних характеристик системи ВПІД (або ц підсистем) (рис. 1). Підсистема пристрій-деталь (ПД), є найбільш слабкою ланкою стосовно жорсткості, яка залежить від способу силового впливу на деталь затискними елементами пристроїв та виявляє превалюючий вплив на точність форми і розмірів.

У одних випадках для забезпечення необхідної якості обробки необхідно і достатньо застосування тільки затискних пристроїв. У іншш випадках необхідне застосування додаткових пристроїв, що поліпшуюті статичні та динамічні характеристики системи ВПІД, або її підсистем.

Цьому сприяє застосування пристрою, які призначені ддо збільшення жорсткості підсистем, що входять до їх складу (наприклад підсистеми пристрій-деталь), а також застосування пристроїв для

Рис. 1. Класифікація верстатних пристроїв для обробки ТЦД

і

Пристрої для точііпія э зміною статичних та динамічних характеристик системи ВШД

вібраційного та левітаціоного точіння, що змінюють умови роботи рухомих, з’єднань у складі системи.

Надано методики розрахунку пружних деформацій ТЦД різного класу і при різних, схемах закріплення і зміни пружнодеформованого

стану деталей, а також від дії радіальної складової сили різання Ру, в

основу яких покладено чисельне співвідношення радіусу серединної поверхні і товщини стінки.

На відміну від схеми закріплення і обробки кілець і втулок, коли зусилля затиску і радіальна складова діють практично в одній площині, і

при цьому зусилля затиску розподілені по всій базовій поверхні

закріпленої деталі, а дія радіальної складової Ру сприймається

затискними елементами, схеми закріплення і обробки стаканів і гільз характеризуються тим, що поперечні перерізи, у яких діють зазначені сили, рознесені в осьовому напрямку і співпадають лише на початку і у кінці обробки.

При обробці гільз по зовнішній поверхні з використанням затискних пристроїв, утворюючих

відповідно, локальний тиск р та кільцеву силу q, діючих у перетинах 1-І (рис. 2), межі розповсюдження впливу

крайового ефекту, який викликано дією цих сил знаходяться у перетинах ІІ-ІІ, віддалених на відстань Ію від перетинів 1-І.

Після обробки гільз по всій довжині та зняття зусиль затиску, дільниці довжиною

ІКЛІД) і /„ > 2,ззТГ/і

будуть мати менший діаметр,

на відміну від дільниці довжиною ІоЄр.

Відомо, що при /> 1,29 ІИ і тЛі > 100 максимальна величина деформації від дії Ру при защемлених або опертих кінцях гільзи

5 У = Ру[1У^3 + и(г./Л)3/2]/[тсЯЙ],

де Е - модуль пружності матеріалу гільзи.

Рис. 2. Визначення прогибу тонкостінної гільзи ари дії радіальної складової сили різання

З достатньою для практичних цілей точністю можна вважати, що зона деформації має форму кола з радіусом ^ « 2,33л[гй, тобто кордони зони залежать від величини розповсюдження крайового ефекту.

При закріпленні і обробці тонкостінних кілець і втулок у пристроях з зосередженими зусиллями затиску максимальна величина деформації, що спостерігається у перетшгі між сусідніми затискішми елементами,

5тах =8г +53 = к2Р//(Шг) + кіР//(ШІ), де 52 - деформація від зусиль затиску Р,; 5, - деформація від дії радіальної складової сили різашія Р/, кг,кг~ коефіцієнти, що визначаються з табл. 1.

Для забезпечення іаданої точності форми необхідно, щоб виконувалася умова 6таі < Д, де Д - допуск форми циліндричної поверхні.

Максимально допустиме значення Ру, при якому забезпечується одержання необхідної точності форми з урахуванням допуску Д, визначається з умови

ру <Атг/вй,

де В0 ~ (18 7,5 к2/п+12к ? )/(ЕЬ<3), м/Н; п -число затискних елементів; Ь0-ширнна деталі.

Значення коефіцієнту В0 залежно від числа затискних елементів п, коефіцієнтів к2 та кі при Ь0 = 0,01 м наведені у табл. 1. При визначенні допустимого значення Ру для деталей щирішою Ц > Ьй, замість значення В0, вибраного з табл. 1, використовується відношення Вд/С1 , де С, = Ь- /Ь0 - безрозмірний коефіцієнт.

Таблиця 1

Значення коефіцієнтів к2, /с3 і В0 для визначення максимально допустимої величини Ру

Кількість затискних 2 3 4 6 8

елементів, п

Коефіцієнт, к2 0,0685 0,0141 0,005 0,0016 0,001

Коефіцієнт, кь 0,154 0,034 0,0246 0,0144 0,0098

сталь 3,996 0,58 0,26 0,1 0,07

В0хЮ9, м/Н латунь 8,41 1,22 0,54 0,22 0,13

алюміній 11,64 1,69 0,74 0,3 0,186

У третьому ро-

•r

а) |«-А

б)

зділі відображені дослідження, які пов’язані з розробкою теоретичних основ вібро-левітаційного точіння ТЦД.

Особливість ие-

Рис. 3. Схема сил, які діють иа деталь при точінні з коливаннями різця у напрямку Ру

ханізму точіння з використанням негармонійних коливань, показана на рис. З, міститься в тому, що створюються умови, які забезпечують появу ефекту

вібротранспортування східної стружки по передній поверхні різця як у напрямі її сходу, так і у зворотному напрямі, що перешкоджає сходу.

При звичайному точінні, тобто без вібрацій / - /2 =0 ( рис. З, а ). Надання різьцю коливань уздовж осі У з частотою підводу до деталі /, більшої, ніж частота відводу від деталі /2, викликає зміну схеми дії сил у зоні різання. При підводі відбувається відрив передньої поверхні різця від стружки на величину ^ (рис. 3,6), /V, = 0, Рх = 0. При відводі різця з

утворенням зазору =0, =0 (рис. З, в).

Збільшення часу відвода Дг2 у порівнянні з часом підводу Аг,, дозволяє забезпечити рівність імпульсів Ру при русі різця на деталь і у зворотному напрямі, тобто

де - N{fTP - сила тертя, що створюється відносним переміщенням стружки і передньої поверхні різця; /тр- коефіцієнт тертя; Nt=Pztcosy, N2 = Ру /cosip - нормальні сили; Р2 - тангенціальна складова сили різання.

При рівності лівої і правої частіш даного рівняння стінка деталі у зоні різання не зазнає деформацій від дії.

N2 coscpAf| =F| cosy cos фЛі2 +N, sin у cos срД/2

Процес поведінки тонкостінної деталі у зоні різання описується рівнянням з імпульсною правою частиною, що має вигляд

+ + к 52(г) = р;(0;

<ІГ Л х

І Л?2 совф, 5,(0 > (-К) -ь 52(0;

[-(|/'ї|С05(рС087 + Л^ 5ІЙ у соб 9), 8,(г) < (-К)+52(0,

де т = пг\1іут = 2,33тгут}г4гїі -маса коливальної зони деформації(рис. 2); -

питома вага матеріалу деталі; с=2к/тд -

коефіцієнт демпфірування; юа= лікіт -частота власних коливань деталі; к -Ру/ 52; §2(0 ‘ жорсткість деталі у зоні

різання; б2(0 - прогнуття стінки деталі у зоні різання; Р'у{г) - радіальна складова

сили різання при наявності вібрації; |/-,| -модуль сили тертя стружки об переді®) поверхю різця; 5, (т) - швидкість вібраційного руху різця; б2(0- швидкість руху стінки деталі, яка зазнає деформації; V - швидкість різання; і -час.

Переміщення різця, здійснюючого бігармонічні коливання, визначаються за допомогою виразу

5 (ч _ |51^ = а5іп(с>1г + Фі),5і(0 > 0;

* (8|'(0 = я5Іп(ю 2і + <

де а- амплітуда коливань різця; со, = 2п/]У <а2 = 1п/2 - кругові частоти коливань при прямому і зворотному рухах різця (а^ > ©2);/,,/2 - частоти коливань різця, відповідні Г, = 1//, та Т7 = 1(/2; р, та <р2 - фазові зміщення коливань.

Графічне зображення переміщування і швидкості різця має вигляд, показаний на рис. 4, а,б,

де = Т{ 12 = 71 /(О, +ІІ 2 = л[(ш, +0)2)/ю,0)2].

Рис. 4. Діаграми переміщення різця при точінні с бігармонійними коливаніїямн

Швидкість (- V) нанесена штриховою лінією на графік 51 (г). Точка з

координатами [(-У), г,] визначає зміну знаку і величини Р'у (г)- Графік

змін Ру ([) має вигляд, показаний на рис. 4, в.

Внаслідок того, що фазовий зсув не впливає на прогнуття, графік Ру (/) може бути для зручності математичного опису зміщений уздовж

осі праворуч на величину Аг. Використовуючи цей графік і одиничні функції Хевісайта, вираз для Ру (Г) на одному періоді т2 = 2Т, позначений ж Р(г), приводиться до вигляду

Р([) =Ру.Щ- (|^| +Ру ) • 1 (/ - т,) + ИІ-10 -т2),

Вихідне диференційне рівняння з урахуванням періодичності функції Р(1) у операторній формі при нульових початкових умовах 52 (г) = 0 та

б2(0 - 0 приймає вигляд

тр\{р) + срЬг(р) +к& 2(р) = [ру-(^Ру)е^МРі\е-2Тр\/[(1-е-2Тр)р\, звідки

2 (тр2 + ср+ к)(\ - е~2Тр)р ’

пер - оператор Лапласа.

Точне аналітичне визначення б2(г) викликає значні труднощі, тому

завдання вирішується наближено. Функції е1Трі ^^розкладаються у степеневий ряд і вираз для Ьг(р) приводиться до вигляду

52(^ = (^ Р1 Р+4ШР2 +І\Р +Ьі)(Р2 + 4\Р + ^)РІ Для виконання операцій, зворотних перетворенню (перехід від зображення до оригіналу), одержаний вираз розкладається на найпростіші дроби:

5 ф 4У-^іУ^о Ар+В [ Ср+Р [ Е

(рг+Ь[р + Ь1)(р1+(11р+(і1)р рг+І\р + Ь2 р7+(і1р+і12 р

Постійні А, В, С, Д Е знаходяться за методом невизначених коефіцієнтів.

+ 8і , мм

0,0625

0,05

0,0375

0,025

0.0125

0

Рис. 5.

Рішення вихідного рівняння залежить від коренів Р\)Рі поліному р2 +Ьір + Ь2. Так яккорені знаменника визначено, перехід від зображення

до оригіналу не викликає труднощі і тому через громіздкість виразів у авторефераті не наводиться.

За допомогою одержаних виразів моделювався описаний вище процес обробки сталевих, алюмінієвих та мідних гільз зі слідуючими параметрами: Ь=0,2 м - довжина гільзи; г=50-10-3м - радіус гільзи; її = 0,5-103 м - товщина гільзи; 1 = 5-Ю'2 м - відстань від торця

(перетину, у якому діють сили затиску ) до точки контакту різця з по-

8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 /{ ^ 10 ’ Гц

Залежність прогинів деталі віл частоти і амплітуди бігармонійних коливань

верхнею, яка оброблюється (рис. 2 ); І = 0,1; 0,2; 0,3 мм - глибина різання; 8 = 0,02; 0,04; 0,06 мм/об - подача; V = 0,3; 0,6; 0,9 м/с - швидкість різання. Результати моделювання надано на графіку ( рис. 5 ).

При аналізі одержаних результатів видно, що перехід до бігар-моиійних коливань дозволяє зменшити деформації деталі 8г в усьому діапазоні прийнятих величин глибини різання і, подачі і швидкості різання у 1,5...4 рази по відношенню до величин статичного прогнуття б2, а по відношенню до деформацій при гармонійних коливаннях (П =Гг) на 15...17%.

При використанні бігармонійних коливань час, необхідний для розгону різця до швидкості, що перевищує швидкість сходу стружки (Лі на рис. 4, б), знижує ефективність запропонованого засобу обробки, тому що зменшує відношення частот / /2.

Подальший розвиток засобу можливий за рахунок зміни закону коливань, зокрема, переходом до використання пиловидних негармонійних коливань, що забезпечують перевищення швидкості руху різця над швидкістю сходу стружки в усьому діапазоні переміщень від деталі (рис.

6).

В межах одного періоду переміщування різця 8,(0 (рис. 6, а)

„ ^ [Я|0-т, /2),0^<т,;

5,0,0 </< 27) = &(г) = \іК 1 * ‘

[-с,0 - т, - т3 / 2), 0 < і < 2Г = т2 ,

де а, = 2а і г,, с, = 2а / т3 - коефіцієнти пропорційності; т, = 7і/ю,; т3 = тс/со2;т2 = 2Т = т, 4-т3 =л(ю, -ью2)/о))сй2 .

Залежність швидкості (г) надано на рис. 6, б, з якого випливає, що слід виконувати умову V <с,, яка забезпечує одержання основного ефекту вібраційного точіння з застосуванням пиловидних коливань, що полягають у зменшенні Ру не тільки до нульового значення, але і до

від'ємних, і повністю виключають прогнуття стінки деталі та дозволяють керувати глибиною різання.

Враховуючи, що т3 = л/со2 і с, = 2а/т3, одержуємо ю2 >пУ На.

Рис. б. Діаграма переміщення різця пря точінні з ншюведними коливаннями

На рис. 6, в зображено графік зміни сили, яка діє на деталь у радіальному напрямі протягом одного періоду, що може бути виражена як

Р(І) = Р’0,0 <їй2Т) = Ру-КО-О^Ю-ІС'-Tj +/=!-1(г-т2).

Загальне рішення днференційного рівняння, що описує поведінку деталі у зоні різання з періодичною правою частиною, що має на одному періоді такий вигляд, подане вище. Моделювання показує стійкість режимів точішія при знехтувальноиалому часі перехідного процесу у порівнянні з часом обробки ( рис. 7 ).

При Імпульсній віброобробці * <?гмм сталевих, алюмінієвих і мідних гільз вдається досягнути не тільки нульових значень деформації деталі б2 у зоні різання, але і забезпечити одержання від'ємних значень прогнуття (рис. 8).

Збільшеній амплітуди коливань призводить до зменшення критичної частоти при ЯКІЙ СПО- -<?2,мм стерігасться імпульсний характер вібраційного різаїшя, знижує

і

0,024

0,02

0,015

0,125

0,01

- 0,006 - 0,01

■ 0.02

Пш овидні колива лнл Ст*дь

/ \

\ М«а

т v г — - у Алюиіііа

, у,- .

\ (/? V =0.3 frfr 8 { =0,1 м м/с 000 Ги n;S =0,02 ми/об

0,02//^ >1 о, Об 0, )8 0,1 0,І2 г,с ”| СтаякІ"

V =0.3 м/с U «МОООГо - 8000 Ге

Рис. 7. Вплив матеріалу деталі на час перехідного процесу

верхню межу частот /і, при яких проходить досягнення нульових та від'ємних прогнуттів деталі у зоні різання (рис. 8).

Показано вплив на одержанім нульових та від'ємних значень прогнуття деталі 62 переднього кута у.

При обробці ТЦД має місце чистове точіння з малими глибинами різання і малими подачами, що істотно змінює величину головного кута у плані ф.

При точінні різцями з радіусом закруглення вершини г, =0,5...1,0мм, максимальна глибина різання, тобто на практиці не перевищує 0,15...0,3 мм. У процесі точіння глибина різання періодично зростає на величину амплітуди коливати, що призводить до зменшення головного кута у плані. Залежність між глибиною різання і головним кутом у плані приймає вигляд

cos <р = [1 - 0,5(t -f а) І г, ]'

|0.5

+ им

0,025

0,02

0,015

0,01

0,005

-0.005

- 0,01

Рис. 8. Залежність прогинівдеталей від частоти коливань різця при точінні з амплітудою а =0,02 мм

Зменшення кута ф підвищує ефективність точіння за рахунок зниження величини деформації деталі у 2...3 рази.

У режимі стаціонарного точіння бігармонійними коливаннями при і -* оо величина прогнуття стінки деталі

62(00) = Ру іК-{{+Рд,)о)|[я-2агс8Іп(К/йа)2)]}/[А:7і(ю} + со2)]. івідки о)| = [(А'52 - Ру)®2І / {Ру ~ (1^11+Ру){к - 2агс5іп([/ / яга2)] - к^}.

При використаній пиловщцшх коливань, вираз для розрахунку ве-шчини прогнуття у зоні різання при! -у ж має вигляд 52(оо) = (Ру<аі-|^|о1)/[*(®1 +ю2)].

У ряді випадків при виборі параметрів процесу різання зручно користуватися не абсолютними значеннями частот /і і/2 , а їх співвідно-шеїшям q-f^ /Д При такому підході 52 = (Ру-!^іІ?)/[£(1 + ?)]•

Одержані вирази дозволяють визначити або со, при задаїшх <в2, і Ьг, або д при заданих §2, тобто

а, =[(Ру-А52)со21/(ЩІ+к52); <? = (Ру-Щ)/(І/-ЦШ2).

Для забезпечення необхідної точності форми величину прогнуття 5,

у виразах приймають за рівну А - допуску форми циліндричної поверхні залежно від заданого квалітегу допуску розміру.

Виходячи з міркувань енергетичних витрат, обробку доцільно здійснювати при використанні якомога більш низьких частот коливань інструменту, враховуючи при цьому, що нижня межа частоти обмежена умовою ц/К <28,8лсо2аГ£у , де у =1,2...1,3 - коефіцієнт запасу, що забезпечує стабільне імпульсне вібраційне точіння з відривом передньої поверхні різця від стружки.

Схема левітаійцного точіння представлена на рис. 9. Тонкостінна деталь 3, діаметром Он, розміщується з гарантованим зазором у отворі зовнішнього статора І діаметром £)с пристрою для точіння, з виконаними на полюсних наконечниках карманами 2,в у які нагнітається повітря (рідина) під тиском рй, центруючим деталь відносно полюсних наконечників. Зажив-леїпіям фазних обмоток статора

перемінним струмом, створює обертове магнітне поле і у тонкостінній деталі магнітними потоками Ф1 індукується ЕДС, спрямована по твірній циліндру. Під дією цієі' ЕДС у деталі виникають вихрьові струми, що, взаємодіючи з обертальним магнітним полем, створюють електро магнітні сили і обертаючий момент. Осьові переміщування деталі здійснюються за допомогою лінійних двигунів 5, створюючих, силу тяги Для зменшення втрат магнітних потоків ФІ і Ф2 може використову ватись внутрішній статор 4, розміщений всередині деталі, яка оброб ляється.

Узагальнений аналіз імпульсного вібраційного і левітаційного точіння показує, що їх об'єднання у один комбінований спосіб точіння дозволяє одержати принципово нову технологію обробки нежорстких деталей, адаптованих до умов гнучкого автоматизованого виробництва, завдяки можливостям зміни частоти і щілинності коливань, що притаманне імпульсному вібраційному точінню, а також жорсткості і демпфіруючої спроможності підсистеми пристрій - деталь, що властиво левітаційному точінню.

Узагальнена схема віброле-вітаційного точіння, представлена на рис. 10. Деталь 1, встановлена на аеростатичній оправці 2 і приводиться в обертання магнітним полем, що обертається, обробляється за допомогою різця 3, зв'язаного шляхом концентратора коливань з вібратором 4, змонтованим у корпусі

5, який закріплено у свою чергу

Рис. 10. Схема імпульсного вібролсвітацшного точіння

на супорті верстату 6.

—^ ^

При рівності імпульсів сил, тобто при Ру| ДГ] = Ру2 ДГ2,

де А ?! - час врізання, Дг2- час подачі деталі на різець, положення вершини різця відносно оброблюваної деталі у процесі різання можна вважати постійшім, тобто деформації деталі відсутні. При цьому створюються як би статичні умови, коли деталь та інструмент залишаються нерухомими відносно один одного, що робить можливим виконання особливо точної обробки.

При забезпеченні нерівності РУ2 Дг2 > Ру[ Д/| відбувається подача деталі на різець, тобто збільшення глибини різання без поперечної подачі

—> —>

супорту верстата, а при Ру{ > Ру2 Дг2 здійснюється або звичайне

вібраційне різання, зі всіма властивими йому характерними особливостями , або зменшення глибини різання за рахунок відтиску стінки деталі від різця.

Оскільки Лї) = 1//Ї, Дг2 = 11 ґ2, змінюючи співвідношення ? = У[//2, можна одержати процес різаіпш, який відповідає одній з трьох наведених вище умов обробки.

Сумарна величина переміщування стінки деталі у зоні різання 5£ =62 + 80 , де 52 - прогігуття стіики деталі, 50 - зміщення деталі у

напрямку дії Ру через податливості аеростатичної опори.

Порівішшя величин статичного прогину стінки деталі у зоні різання і радіального зміщення всієї деталі через податливість опори показує, що при практичних розрахунках останніми можна нехтувати. Крім того, ці зміщення можуть бути компенсовані за рахунок подачі стінки деталі на різець, оскільки величини від'ємних прогинів деталі спільномірні і навіть перевершують величини цих зміщень.

При реалізації обробки з більш інтенсивними режимами різання податливість аеростатичних опор може бути врахована за допомогою розглянутої у роботі двохмасної моделі імпульсного точіння.

Перехід до вібролевітаційно-го точіння дозволяє кардинально змінити у бік спрощешія кінематику верстатів, які використовуються для обробки ТЦД.

На рис. 11 схематично показана конструкція спеціалізованого верстату, налагодженого для вібролевітаційної обробки внутрішніх поверхонь циліндричішх деталей, де : ] - керований генератор імпульсів; 2 -вібратор; 3 - супорт; 4 - борштанга -хвилевід; 5 - пристрій для левітаційного точіння; 6 - ТЦД; 7 - левітуючий упор; 8, 9 - електронні комутатори обмоток двигунів обертального і поступального руху; 10 - аеростатичні напрямні супорта; 11, 12 - пропорційні електропневморозподільни-

Рис. Н. Схема токарного верстата для вібролевітаційного точіння

ки; 13 - електродвигун; 14 - вібратор; 15 - клиноремінна передача (у якості привідного для супорта може використовуватися ліншйний дви-

Структура розімкнутоі системи керування процесом імпульсної віброоброб-ки точіннііям показана на рис. 12.

На підставі значень V, а і у, що надходять із блоку завдання параметрів (БЗП), блок визначення частоти (БВЧ-1) виробляє значення критичної частоти коливання ІНСТрумеНТу І^р, що служить для визначення частоти Гг=( 1,1... 1,3>Гкр- У БВЧ-3 з урахуванням рівності 5г=А визначається частота Гі, значення якої після перевірки виконання умови й^тах, ЯКа здійснюється блоком перевірки досягнення частоти (БПДЧ), с підставою для визначення щільності сигналу ч=Гі/Г2, щ о реалізується блоком визначення щільності (БВЩ) генератора прямокутних імпульсів (ГПІ ). Сигнал від БВЩ крізь генератор, що задає прямокутні' імпульси (ЗГПІ) у вигляді напруги надходить на генератор струму (ГС) і далі на обмотку магнітострикційного перетворювача (МСП) віброінструмента, перетворюється у поздовжні коливання магнітопровода з амплітудою а, підсилюються акустичним трансформатором (АТ) і за допомогою хвилеводу (X), передається ріжучій частинш різця.

Якщо треба забезпечити П > Гтах, блок перевірки досяжності частоти (БПДЧ) виробляє сигнал для збільшення амплітуди коливання а, що дозволяє зменшити 1гР. Далі сигнал надходить у блок корекції амплітуди (БКА), після якого, пройшовши блок контролю

Г4! -

п

- -Г

ш

М.Е.

у Л,V,

V.

Т

БВЧ-1 БВЧ-2 БВЧ-3 6ПДЧ

1,

6КЛПА

з<а.„

БКА

а:=а+Да

6КГІВЛ ■"ВШ

с:=ї-лг

5:=5-Дз

\Z--V-AV

Рис. 12. Структурна схема системи керування імпульсним вібраційним точінням

граничних параметрів амплітуди (БКППА), при виконашіі умови а<агаах, надходить у БВЧ-1, викликаючи зниження критичної частоти Гіф, що у свою чергу приведе до зменшення частот Ґ2 та П. Ітераційний процес продовжується до ТИХ пір, ДОКИ не виконає умову а<атах.

При неможливості виконання умови а<атах сигнал від БКППА надходить у блок корекції вхідних параметрів (БКВП). При незмінності

0,Ь,Е,ум,А/тах і у зміні підлягають параметри, характеризуючі режими точіння, тобто 1,8 і У.

Від БКВП сигнал надходить у блок контролю граничних вхідних параметрів (БКПВП) І при виконанні умов У>Уішп, Штіп І 5>5тіп УШІП, надходить БЗП, що формує нові значеїшя 1,5 і V . Ітераційний процес зміни цих параметрів аналогічішй зазначеному вище для параметра а. Якщо зміну 1,8 і V не приведе до досягнення необхідних умов обробки, необхідно або змінювати величину переднього кута різця у, для чого потрібна заміна ріжучої частини віброінструмента, або змінювати параметри АТ у сторону збільшення коефіцієнту передачі Кк, що приведе до можливості досягнення більших значень амплітуди коливань ріжучої частини.

У четвертому розділі розглянуті оригінальні конструкції технологічного автоматизованого оснащення, покликаного забезпечити необхідну точність обробки ТЦД.

Проведений аналіз затискних пристроїв показує, що поліпшення точносних характеристик ТЦД може бути забезпечене або шляхом більш рівномірного розподілу зусиль затиска по периметру базової поверхні, або за рахунок зміни їх пружнодеформованого стану, що підвищує жорсткість стінок і всієї деталі у радіальному напрямку, або шляхом переходу до безконтактного базування і фіксування.

У кулачкових затискних пристроях підвищення рівномірності розподілу зусиль затиску досягається збільшенням числа затискних елементів, усуненням у центруючому механізмі рухомих з'єднань з гарантованим зазором, введенням у центруючий механізм пружних елементів, що гасять вібрацію, виникаючу у процесі обробки. Приведені конструкції кулачкових затискних, пристроїв із збільшеним числом затискних елементів, об'єднаних загальною спрямовуючою; цангових пристроїв з беззазорними центруючими механізмами; пристроїв з підвищеним числом пружногнучких пластинчатих затискних елементів (до 24).

До пристроїв з рівномірним розподілом зусиль затиску ВІДІІЄСЄН конструкції пристроїв з профільними спіральними затискнимі елементами, гольчаті самозатискні оправки та пристосування : розрізними кільцями перемінного перетину. Показана ефективність застосування розрізних кілець у складі пристроїв для левітаційногс точіння. Описані конструкції оправок, патронів, задніх бабок і росточних пристроїв на їх основі. Дана методика розрахунку і проектування стосовно до закріплення ТЦД.

, Пристрої для точіння зі зміною статичних та динамічних характеристик системи ВПІД являють сукупність затискних пристроїв і спеціальних конструктивних елементів, кінематично зв'язаних між собою, покликаних забезпечити необхідні умови обробки ТЦД і, в першу чергу, підвищення жорсткості підсистеми пристрій-деталь. Приведені конструкції і блок-схеми управління пристроями для придання пружнодеформованого стану деталям різного класу з застосуванням радіальних, осьових та крутильних спрямованих і керованих деформацій, такі як: рухомі люнети-деформагори; упори-віброгасителі, що змінюють по заданому закону свою жорсткость; центральні упори-деформатори, виконані у вигляді пружногнучких циліндрів, змінюючих свою форму під впливом керованого електромагнітного поля.

Показана можливість застосування навісних (змінних) елементів-супутників, що дозволяють збільшити радіальную жорсткість деталей на час обробки, таких як затискні (роз'ємні) кільця перемінного перетину і поліарілатові розпорні втулки.

Описані конструкції розташованих всередині ТЦД пристроїв з трубчатими кільцевими розпірними елементами з наповнювачами у вигляді кульок і карбонільного мілкодисперсного заліза, принцип роботи яких заснований на використанні центробіжних сил і електромагнітних, полів.

Пристрої для точіння з вібраціями представлені конструкціями віброінструменту з вздовжніми, крутильними і комбінованими коливаннямі; віброупорів, що становлять собою автономні коливальні системи механічного і гідравлічного типів, працюючі у високочастотному і ультразвуковому режимах. Приведені блок-схеми управління режимами роботи цих пристроїв.

Запропонована конструкція вібросупорта для дворізцевої обробки, застосування якого дозволяє виключити вплив періодичної зміни сили різання на кромках різців, які приводять до виникнення пружних зміщень та некерованих коливань оброблюваної деталі і ріжучого

інструменту, що носять нерегулярний характер і частоту, що має місце при звичайному дворізцевому точінні без вібраций.

Аналізується магнітна система мапгітостріпсційних перетворювачів (МСП) віброінструмента, розглянуті режими роботи МСП, приведена методика розрахунку коливальної системи. Показано, що, змінюючи робочу частоту збудження МСП, можна у широкому діапазоні керувати величиною амплітуди пружних коливань на виході коливальної системи. Приведена принципова схема системи управління пристроями для імпульсного вібраційного точіння з використанням прямокутних, експоненціальних та пилоподібних. імпульсів струму з перемінною щілинністю.

Описані конструкції пристроїв для левітаційного точіння ТЦД класу чіпів, гільз га стаканів.

Пятий розділ присвячений автоматизації транспортування, завантаження та розвантаження ТЦД з урахуванням запропонованої концепції вібролевітаційной обробки, що обумовлює необхідність створення нових методів і засобів автоматизації допоміжних операцій на основі принципу безконтактного базування, переміщування та маніпулювання.

Показана доцільність використання в умовах детермінованого виробництва, роботів з багагопозиційними (цифровими) пневмоприводами. Приведені конструкції демпфіруваних цифрових пневмоприводів поступального та обертального руху.

Для захвату і утримання ТЦД запропоновані конструкції вакуумних, електромагнітних та левітаційних захватних пристроїв (ЗП). Останні характеризуються відсутністю механічного контакту з об'єктами маніпулювати і враховують інерційние зміщення об'єктів у процесі розгону' і гальмування маніпулятора ПР, а також дія гравітаційних сил, викликаючих зміщення об'єктів відносно захватних елементів.

Виключення можливості пошкодження захватними пристроями тонкостінних деталей у процесі їх витягу із транспортної тари, у якості якої переважно використовуються касети, досягається застосуванням левітаційних касет. Приведені конструкції стаціонарної та змінної касети.

Для виключення контактів ТЦД на стадії транспортування з спрямовуючими елементами транспортних систем призначена конструкція левітаційного лотка-транспортера, представлена на рис. 13, що складається з траверси 1 з кронштейнами 2 і робочих секцій 4 з каналами 3 для підводу стислого повітря до аеростатичних опор,

виконаних на полюсних наконечниках дугостаторних лінійних асинхронних двигунів (ДЛД) 5, разділених плоским лінійним двигуном 6. Захват, центрування і утримання ТЦД здійснюється за рахунок урівноваження пневматичної підйомної сили РА і ваги деталі 0 магнітною силою Рт, створюваною обмотками дугостаторних двигунів, а переміщування уздовж лотка - за допомогою плоского лінійного двигуна. Динаміка процесу захвату і утримання ТЦД описується рівненням

шх, = РА (х,) - (х,) - кх],

де т - маса деталі; х|5 ХрХ, - відповідно ускорення, швидкість і переміщування ТЦД; Р^(х,) - пневматичне зусилля, що створене опорою; Рт(хі) ~ рівнодійна мапіітна сила утримання; С - вага ТЦД; к -коефіцієнт демпфірування, визначений експериментально, залежиш! від магнітної індукції і аеродинамічного опору у повітряному зазорі між ТЦД і полюсними наконечниками ДЛД.

Рівняння регресії має вигляд:

у = - 56625-1 (Носі +■ 2,9664- 10і 2-х2 + 0,023645-хз - 18559- 1(Р-Х4 + +56687-10^X5 - 48097-104-х6 + 29279, де у - тиск у зазорі 5; хі - величина зазору 5; х? - величина зазору 6 у квадраті; хз - тиск на вході; х* - відстань від осі отвору для подачі

гиску; х5 = х42 - перемінна регресивної моделі; хв=л:43 - перемінна зегресійної моделі

Лінійна залежність у =/(хі ,Х2,хз ,Х4) не дозволяє одфжати адекватну модель, т. як перевірка по критерію Фішера не виконується. Дослідження доказали, що для одержання адекватної моделі по зазначеному фИТерІІО, необхідно враховувати ПереМІШІІ ЧЛеНИ реГреСІЙНОЙ МОДеЛІ Х5 і Хб. На підставі N статистики всі перемінні є значиміши; Р- значення підтверджує адекватність моделі.

Пневматичне зусилля Р* у зазорі 8 визначається за допомогою виразу

ЇЛ = 1]{х,)2юс4(іхА =Ъ1х1тахЩ/2НЛх4тлх)/ЗНВх]тзу)/1ЦСх34тах)/5},

о

це К\ = -56625-Ю4ХІ + 2,9664- 10Ч*г2-+ 0,023645гз + 29279;

А-- 18559-102; В=56687-10> С = -48097-101

Результати розрахунку показують, що захоплена деталь осцшіус навколо значення ,хіа4-10-5 м (захват було проведено з відстані хі = 10-4 м), а розмах коливань не перевищує величину 3-10-5 м.

Експериментальні дослідження левітаційних захватних і транспортних пристроїв, зв'язані з визначенням силових характеристик і їіавантажувальЕшх характеристик, що входять до їх складу аеростатичних опор, застосовно до ТЦД з товщиною стінок 0,5 ... 2,0 мм і діаметром до 100 мм, підтверджують достовірність теоретичних розробок. Одержані залежності зміни діаметрального зазору у опорах від зусилля навантаження.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

У результаті роботи над проблемою вібролевітаційної обробки точінням тонкостінних циліндричних деталей в умовах автоматизованого виробництва створені теоретичні основи для її комплексного рішення.

На підставі загального аналізу і систематизованого вивчення процесів формоутворення ТЦД підтверджена придатність, ефективність та перспективність використання вібролевітаційної технології для створення гнучких автоматизованих оброблюючих систем. Створені методи керування процесами обробки базуються на розкритих закономірностях пружно-пластичного стану деталей на стадіях зберігання, транспортування, завантаження-розвантаження, закріплення

і обробки, що визначають точність і якість формоутворешія.

Виявлені зв'язки пружно-пластичного стану тонкостінних деталей з технологічними параметрами процесів обробки, показниками точності і стабільності форми втілені у нових способах

і конструкціях пристроїв для їх реалізації, захищених 68-и авторськими свідоцтвами і патентами.

Вперше показана і за допомогою математичних моделей кількісно обгрунтована можливість управління пружно-деформованим станом оброблюваних ТЦД за допомогою негармонійних коливань інструменту. Показано, що змінюючи щілинність негармонічних коливань інструменту можна одержати не тільки нульовое значення радіальної складової сили різання, а отже, і прогинів стінки деталі у напрямку її дії, але і зміннти її знак на протилежний, тобто керувати глибиною різання без зміни налагоджувального положення ріжучого інструменту.

Запропонована концепція вібр о левітаційної обробки, що базується на поєднанні імпульсної віброобробки і безконтактного методу базування ТЦД у робочій зоні, відкриває можливості синтезу принципово нових конструкцій спеціалізованого металорізального устаткування.

Показана перспективність застосуваїшя безконтактної технології для забезпечення необхідної точності формоутворення ТЦД, заснована на використанні газомагнітних опор у поєднанні з обертовими і магнітшімі полями, що переміщаються лінійно. На цій основі розроблена гама виконавчих пристроїв для автоматизації накопичення транспортування, захвату, завантаження-розвантаження і обробки ТЦД, конструктивно і технологічно сумісних між собою. Застосування аеростатичних опор при базуванні тонкостінних деталей пс внутрішньому діаметру дозволяє у 2 рази підвищити їх жорсткість ) радіальному напрямку.

Розроблені і створені демпфіруючі цифрові пневмопривода підвищеної точності позиціонування. Показана доцільність ї> використання у складі маніпулящшшх механізмів промислових роботів в умрвах детермінованого просторового розміщення нежорстких об'єкта обробки і виконавчих органів основного і допоміжного устаткуванні гнучких оброблюваних осердь.

Розроблені математичні моделі процесів взаємодії ріжучогс інструменту, що здійснює радіальні негармонічні коливання, : тонкостінними деталями при контактному і безконтактному базуваїш останніх у робочій зоні. Структура моделей і алгоритми функціювання

іозволяіоть автоматизувати процес розрахунку і управління тараметрами обробки.

Розроблена математична модель безконтактного захвату і утримання тонкостінних деталей у процесі транспортування і .іаніпулювашія, що зв'язує параметри робочих процесів з керуючими іеремінними, що дозволяє стабілізувати просторове розміщення деталей іідноспо виконавчих органів технологічного устаткування.

Експериментально підтверджена можливість розширення діапазону діаметральних, зазорів аеростатичних опор, використовуваних у складі основного і допоміжного технологічного оснащення для установки і Зазувашія ТЦД, що спрощує їх конструкцію, зменшує економічні [штрати при виготовленні і знижує вимога до точності позиціонування чаніпуляційних механізмів ПР.

Впровадження розроблених на основі нової наукової концепції методів і засобів автоматизованої обробки ТЦД дозволяє вирішити проблему забезпечення необхідної точності їх форми і розмірів, підвищити продуктивність за рахунок істотного скорочення основного і допоміжного часу обробки.

Одержані результати і розроблені рекомендації можуть бути афективно використані при вирішенні завдань автоматизації різноманітних технологічних процесів і, в першу чергу, техпроцесів обробки різанням нежорспсих деталей класу валів та дисків.

Економічний ефект, одержаний за рахунок автоматизації технологічних процесів, високої експлуатаційної точності готових деталей і зниження енерго- та матеріалозатрат складає більш 650, 0 тис. руб. (за станом на 1990 рік). Теоретичні положення і практичні розробки впроваджені в навчальний процес і використані при написанні трьох навчальних посібників з грифом Міносвіти України.

Основні результати дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Робототехнические системы в сборочном производстве/ Под ред. Е.В.Пашкова . - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1987. - 272 с.

2. Пашков Е.В., Копп В.Я., Карлов А.Г. Транспортно-накопительные и загрузочные системы в сборочном производстве. - К.: УМК ВО, 1992. - 536 с.

3. Пашков Е.В., Осинский Ю.А., Четверкин А.А. Электропневмоавтоматика в призводственных процессах: Учебное пособие. - Севастополь: Изд-во СевГТУ, 1997. - 368 с.

4. Пашков Е.В. Технологические приемы повышения точности обработки тонкостенных цилиндрических деталей. - К.: Общество "Знание” Украины, 1980. - 24 с.

5. Пашков Е.В. Вибролевитационая токарная обработка

тонкостенных деталей. - К.: Общество "Знание" Украины, 1990. - 22 с.

6. Пашков Е.В. Определение величины деформаций тонкостенных цилиндрических деталей при закреплении их в технологической оснастке // Технология и организация производства. - К.: УкрНИИНТИ, 1971. -№1. - С. 103-104.

- 7. Пашков Е.В., Копи В.Я. Вибрационное точение тонкостенных цилиндров с применением бигармонических колебаний // Вестник СевГТУ: Автоматизация процессов и управление: Севастоп. гос. техн. ун-т. - 1996. - Вып. 2. - С. 23-34.

8. Рабинович А.Н., Пашков Е.В. К вопросу обработки тонкостенных цилиндрических деталей // Механообработка, надежность машин. - Краматорск, 1971. - № 11. - С. 38-40.

9. Рабинович А.Н., Пашков Е.В. Метод зажима тонкостенных цилиндрических деталей // Приборостроение, К.: Техника, 1971. - № 10. - С. 90-94.

10. Пашков Е.В., Копи В.Я., Сошш Ю.К. Моделирование процесса захвата и удержания тонкостенных цилиндров в левитационных транспортных механизмах // Вестник СевГТУ: Моделирование и эксперимент в инженерных задачах; Севастоп. гос. техн. ун-т. - 1995. - Вып. 1. - С. 69-75.

11. Пашков Е.В. О повышении точности обработки тонкостенных цилиндрических деталей на металлорежущем оборудовании // Технология и автоматизация машиностроения. - К.: Технка, 1974. - № 14. - С. 23-25.

12. Пашков Е.В., Копп В.Я. Позиционное демпфирование приводов поворота промышленных роботов и манипуляторов // Приборостроение- К.: Технка, 1980. - № 28. - С. 19-23.

13. Пашков Е.В. Определение параметров управления ’вибрационным точением при бигармонических и пилообразных колебанях инструмента // Вестник СевГТУ: Автоматизация процессов и управление: Севастоп. гос. техн. ун-т. - 1997. - Вып. 7. - С. 39-44.

14. Пашков Е.В., Копп В.Я., Макухина Г.Г. Электромагнитный порошковый демпфер промышленного робота с позиционным управлением // Приборостроение. - К.: Техниса, 1981. - №30. - С. 52-56.

15. Пашков Е.В. Центровая оправка для закрепления тонкостенных цилиндрических деталей И Технология и организация производства. - К.: УкрНИИНТИ, 1973. - № 7. - С. 35-37.

16. Бохонский А.И., Пашков Е.В., Рыжкова Н.П. Некоторые особенности токарной обработки тонкостенных цилиндрических оболочек// Приборостроение. - К.: Техника, 1984. - № 36. - С. 11-16.

17. Карлов А.Г., Пашков Е.В., Погорелов Б.В. Сборочные и ориентирующие манипуляторы на базе цифровых пневмоприводов. - В кн. "Роботизация сборочных процессов". - М.: Наука, 1985. - С. 53-58.

18. Пашков Е.В., Карлов А.Г., Наймушин В.С., Кузьмин В.В., Цветков В.Е. Вопросы создания сборочных роботизированных участков на базе промышленных роботов серии РС. - В кн. “Роботи-

зация сборочных процессов”. - М.: Наука, 1985. - С. 45-53.

19. Круговой А.Н., Пашков Е.В. Малогабаритный электро-пневматический преобразователь /У Машиностроитель, 1987. -№3. - С. 11.

20. Круговой А.Н., Пашков Е.В. Элеюропневмопреобразователь для управления промышленными роботами // Механизация и автоматизация производства, 1987. - №7. - С. 16-17.

21. Pashkov E.V. Robotic Systems for the Manipulation with the Thin -Walled Cylindrical Objects in Manufacturing and Assembly/ IEEE International Symposium on industrial Electronics, China, 25...27 May, 1992.

- P. 409-413.

22.A.C. 487719 СССР, МКИ В 23 В 31/40. Способ зажима тонкостенных цилиндрических деталей / Е.В. Пашков, В.А. Яхимович (СССР). - № 1935735/25; Заявлено 27.06.73; Опубл. 15.10.75, Бюл. № 39.

23. А.с. 852447 СССР, МКИ В 23 В 1/00. Способ обработки нежестких деталей типа валов / Е.В. Пашков, Н.П. Рыжкова, Т.В. Мозолевская (СССР).

- № 2834372/25; Заявлено 01.11.79; Опубл. 07.08.81, Бюл. № 29.

24. А.с. 963694 СССР, МКИ В 23 В 1/00. Способ обработки

тонкостенных цилиндрических деталей / Е.В. Пашков, Н.П. Рыжкова (СССР). - № 3006172/25; Заявлено 21.11.80; Опубл. 07.10.82, Бюл. № 37.

25. А.с. 1057182 СССР, МКИ В 23 В 1/00. Способ обработки

тонкостенных цилиндрических деталей / Е.В. Пашков (СССР). - № 3298632/25; Заявлено 18.03.81; Опубл. 30.11.83, Бюл. № 44.

26. А.с. 1127691 СССР, МКИ В 23 В 1/00. Способ обработки

тонкостенных цилиндрических деталей / Е.В. Пашков (СССР). - № 3580644/25; Заявлено 04.0283; Опубл. 07.12.84, Бюл. № 45.

27. А.с. 1152711 СССР, МКИ В 23 В 1/00. Способ обработки

тонкостенных цилиндрических деталей / Е.В. Пашков (СССР). -№ 3670548/25; Заявлено 08.12.83; Опубл. 30.04.85, Бюл. № 16.

28. А.с. 1171208 СССР, МКИ В 23 В 1/00. Способ обработки тонкостенных цилиндров / Е.В. Пашков (СССР). - № 3703344/25; Заявлено 22.0284; Опубл. 07.08.85, Бюл. № 29.

29. А.с. 1189594 СССР, МКИ В 23 В 31/40. Способ закрепления полой цилиндрической детали / Е.В. Пашков, И.Б. Харин (СССР). -№ 3712099/25; Заявлено 21.03.84; Опубл. 07.11.85, Бюл. № 41.

30. А.с. 1225694 СССР, МКИ В23 В 1/00, 31/40. Способ подготовки нежесткой цилиндрической детали для обработки и устройство для его осуществления / И.Б. Харин, Е.В. Пашков (СССР). - № 3741232/25; Заявлено 25.05.84; Опубл. 23.04.86, Бюл. № 15.

31. А.с.1247167 СССР, МКИ В 23 В 1/00. Способ обработки тонкостенных цилиндрических деталей 1 Е.В. Пашков, И.Б. Харин (СССР). - №3862658/25; Заявлено 25.02.85; Опубл. 30.07.86, Бюл. № 28.

32. А.с. 1280772 СССР, МКИ В 23 В 1/00. Способ токарной обработки нежестких деталей / Е.В, Пашков, Б.В. Погорелов (СССР). -№3890774/25; Заявлено 26.04.85, ДСП.

зо

33.А.с. 1443289 СССР, МКИ В 23 В 1/00. Способ обработки тонкостенных цилиндров точением с вибрациями / Е.В. Пашков (СССР). - № 4075507/25; Заявлено 12.06.86, ДСП.

34. Заявка № 95020456. Способ обработки тонкостенных

цилиндрических деталей / Е.В. Пашков; Заявлено 01.02.95. Решение о выдаче патента Украины от 31.01.97 г.

35. Патент 1798183 Россия, МКИ В 25 I 15/00. Захватное устройство / Е.В. Пашков (Украина). - №4834935/25; Заявлено 05.06.90; Опубл. 28.02.93, Бюл. № 8.

Крім перелічених вище авторських свідоцтв і патентів на способи обробки ТЦД, науково-технічна новизна дисертаційної роботи захищена 54-ма авторськими свідоцтвами і патентами на пристрої для транспортування, маніпулювання, захвату, закріплення і обробки, 27 із яких одержані особисто автором:

386719, 386720, 712364, 722697, 729004, 750144, 750145, 751621, 754126, 768632, 837922, 852537,853203, 856660, 876420, 891245, 904895, 906646, 952443, 952581, 956168, 971647, 986602, 986624, 986630, 1047598, 1092011, 1099141, 1140887, 1140888, 1171211, 1180170, 1180171, 1228976, 1232388, 1280771, 1301648, 1301700, 1360978, 1392989, 1533125, 1561344, 1563843, 1565675, 1569082, 1569097, 1583217, 1626565, 1776490, 1808694.

Заяви на патент України з позитивним рішенням:

93006518, рішення від 04.04.97; 94022059, рішення від 24.09.96;

94022120, рішення від 24.09.96; 94021923, рішення від 06.05.97.

Пашков Е.В. Теоретические основы и синтез систем автоматизированного вибролевитационного точения тонкостенных цилиндрических деталей. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов. - Севастопольский государственный технический университет, Севастополь, 1997.

В работе развивается новое направление создания гибких автоматизированных обрабатывающих систем, основанное на концепции вибролевитационной технологии. Применение бесконтактных механизмов и імпульсного вибрационного точения позволяет устранить деформации тонкостенных цилиндрических деталей (ТЦД) от действия внешних нагрузок. Разработанные модели точения показывают возможность управления упр уго деф о р м ир о в а і шым состоянием ТЦД при придании инструменту негармонических колебаний в радиальном направлении. Предложены оригинальные конструктивные решения технологического оборудования и оснастки с улучшенными техническими характеристиками.

Ключевые слова: автоматизация, точение, иегармошіческие

колебания, аэростатическая опора, математическое моделирование, радиальная деформация, тонкостенная цилиндрическая деталь.

Пашков Є.В. Теоретичні основи і синтез систем автоматизованого зібролевігаційного точіння тонкостінних циліндричних деталей. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук іа спеціальністю 05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів. -Севастопольський державний технічний університет, Севастополь, 1997.

У роботі розвивається новий напрямок створення гнучких штоматизованих оброблюючих систем на підставі коїщепції (ібролевітаційної технології. Застосуваня безконтактних механізмів і мпульсного вібраційного точіння дозволяє усунути деформації онкостінних іцигіндричних деталей (ТЦД) від впливу зовнішніх іавантажень. Розроблені моделі точіння показують можливість :ерування пружнодеформовашт станом ТЦД при приданні інструменту гегармонійних коливань у радіальному напрямку. Запропоновані ригінальні конструктивні рішення технологічного обладнання і снастки з покращеними технічними характеристиками.

Ключові слова: автоматизація, точіння, негармонійні коливання, еростатичішй опір, математичне моделювання, радіальна деформація, онкостінна щигіндрична деталь.

Pashkov E.V. Theoretical basis and synthesis of the systems of utomatic vibro-levitation turning of the thin-walled cylindrical details. -Manuscript.

Thesis for a scientific degree of Doctor of Technical Sciences by speciality 5.13.07 - Automation of technological processes.- Sevastopol State Technical fniversity, Sevastopol, 1997.

A new approach for the creation of the flexible automatic processing /stems, based on the concept of vibro-levitation technology has been uveloped in the dissertation. Application of the non-contact mechanisms and ulsed vibrational turning enables deformations of thin-walled cylindrical ;tails (TCD), due to the influence of the external loading, to be eliminated, he developed models of turning show the possibility of control of elastic “formation conditions of TCD under the influence on the instrument of non-rnnonic oscillations in radial direction. Original constructive decisions of chnological equipment with improved technical characteristics have been iggested.

Key words: automation, turning, non-harmonic oscillations, aerostatic ise, mathematical modeling, radial deformation, thin-walled cylindrical :tail.