автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Влияние состояния технологического оборудования на качество поверхности обрабатываемых деталей

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ВЛИЯНИЯ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА КАЧЕСТВО

ПОВЕРХНОСТИ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ.

1.1. Характеристика состояния технологического оборудования.

1.1.1. Процессы происходящие при обработке деталей на металлорежущих станках.

1.1.2 Методы оценки технического состояния станков.

1.1.3 Жесткость станков.

1.2 Влияние состояния технологического оборудования на шероховатость и волнистость обработанной поверхности.

1.2.1 Причины образования волнистости и шероховатости.

1.2.2 Влияние автоколебаний на параметры волнистости и шероховатости обработанной поверхности.

1.2.3 Зависимость амплитуд автоколебаний от жесткости колебательной системы станка.

1.3 Задачи исследований.

2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Материал и применяемые образцы.

2.2. Оборудование, приборы и оснастка.

2.2.1 Автоматизированная система измерения динамической жесткости станков.

2.3 методы и средства контроля микрогеометрических параметров обработанных поверхностей.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЖЕСТКОСТИ СТАНКОВ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ПРИ

МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ.

3.1 Зависимости, математически описывающих физическую картину формирования параметров качества деталей машин

3.2 Расчеты по определению степени влияния жесткости технологического оборудования на параметры качества поверхностного слоя деталей машин.

3.3. Анализ результатов расчета.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ

СОСТОЯНИЯ СТАНКОВ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ

ОБРАБОТАННЫХ ДЕТАЛЕЙ.

4.1. Исследования влияния состояния токарных станков на качество поверхности обработанных деталей.

4.1.1. Математический аппарат, используемый при проведении эксперимента по изучению влияния состояния токарных станков на качество поверхности обработанных деталей.

4.1.2. Исследование влияния динамической жесткости токарных станков и режимов обработки на шероховатость обработанной поверхности.

4.1.3. Исследование влияния динамической жесткости станка и режимов обработки на средний шаг неровностей профиля шероховатости обработанной поверхности 8ш

4.1.4. Исследование влияния динамической жесткости станка и режимов обработки на высоту волнистости Wz.

4.1.5. Исследование влияния динамической жесткости станка и режимов обработки на средний шаг волн обработанной поверхности 8т\у.

4.2. Исследования влияния состояния фрезерных станков на качество поверхности обработанных деталей.

4.2.1. Математический метод, используемый при проведении эксперимента по изучению влияния состояния фрезерных станков на качество поверхности обработанных деталей.

4.2.2. Исследование влияния динамической жесткости станка и режимов обработки на шероховатость обработанной поверхности

4.2.3. Исследование влияния динамической жесткости станка и режимов обработки на средний шаг неровностей профиля шероховатости обработанной поверхности 8ш.

4.2.4. Исследование влияния динамической жесткости станка и режимов обработки на высоту волнистости

4.2.5. Исследование влияния динамической жесткости станка и режимов обработки на средний шаг волн обработанной поверхности 8ш\у.

5. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА.

5.1. Разработка нормализованного метода определения динамической жесткости токарных и фрезерных станков.

5.1.1. Рекомендации для испытаний токарных станков.

5.1.2. Рекомендации для испытания фрезерных станков.

5.2 Экспериментальные -исследования определения динамической жесткости токарных и фрезерных станков по нормализованному методу.

5.3 Расчет технологической себестоимости и приведенных затрат сравниваемых методов.

5.4 Расчет ожидаемого экономического эффекта.

Повышение качества обработки деталей - непременное условие выживания машиностроительных предприятий в условиях жесткой конкуренции.

Актуальность темы. Качество обрабатываемых деталей в значительной мере зависит от состояния технологического оборудования. В настоящее время парк металлорежущих станков в большинстве своем остается вне поля зрения систематического контроля.

На текущий момент времени существующие методики оценки состояния технологического оборудования имеют ряд недостатков. Одни могут использоваться только в специализированных лабораториях со сложным и дорогим оборудованием, другие используемые в производственных условиях очень трудоемки и неточны.

Поэтому актуальнейшим вопросом являлось установление достаточно простого и легко контролируемого параметра станка, характеризующего его состояние.

Проведенный теоретический анализ и экспериментальные исследования позволили сделать заключение, что таким параметром является динамическая жесткость станка.

Причем до сих пор нет нормализованного метода определения параметров, характеризующих состояние металлорежущих станков. Это, а также необходимость дальнейшего повышение качества обработки поверхностей деталей машин при токарной и фрезерной обработке на стадии проектирования технологического процесса - обстоятельства, побудившие провести теоретические и экспериментальные исследования по установлению такого показателя, его нормализованному оперативному контролю.

Цель работы. Установление зависимости качества поверхности обрабатываемых деталей от состояния технологического оборудования и разработка средств оперативного его контроля.

Научная новизна.

1. Установлен показатель, характеризующий влияние состояния технологического оборудования на качество обработанной поверхности детали - динамическая жесткость станков.

2. Теоретически установлена степень влияния динамической жесткости станка на формируемые параметры шероховатости и волнистости поверхности деталей при точении.

3. Получены математические уравнения, описывающие взаимосвязь параметров качества обработанных поверхностей деталей с условиями обработки и динамической жесткостью станка.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработана методика определения состояния технологического оборудования по критерию динамической жесткости.

2. Разработаны и изготовлены приборы и приспособления для автоматизированного оперативного определения динамической жесткости станков различных групп.

3. Разработан нормализованный метод определения динамической жесткости токарных и фрезерных станков.

1. Современное состояние вопроса. Цель и задачи исследования.

Основные выводы по работе

1. Установлен показатель, характеризующий влияние состояния технологического оборудования на качество обработанной поверхности детали - динамическая жесткость станков.

2. Установлена степень влияния динамической жесткости станка на формируемые выходные параметры шероховатости Яа, Бш и волнистости -\Уг, Ягпш при лезвийной обработке.

3. Получены математические уравнения, описывающие взаимосвязь параметров качества обработанных поверхностей деталей с условиями обработки и динамической жесткостью станков (токарного и фрезерного).

4. Разработаны и изготовлены приборы, приспособления и программа для оперативного автоматизированного определения динамической жесткости станков различных групп, рекомендуемые для серийного производства.

5. Разработана методика нормализованного определения динамической жесткости станков, рекомендуемая для реализации в промышленности.

1. Адаптивное управление станками/ Под ред. Б. С. Балакшина. М.: Машиностроение, 1973. 688 с.

2. Армарего И. Д., Браун Р.Х. Обработка металлов резанием. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1977. -325 с.

3. Аршанский М.М., Козлов В.И. Формализация записи динамической характеристики технологической системы обработки материалов резанием // Известия вузов. 1986. №4. С. 143-144.

4. Аршанский М.М., Щербаков В.П. Вибродиагностика и управление точностью обработки на металлорежущих станках. М.: Машиностроение, 1988,- 136 с.

5. Амосов И.С., Скраган В.А. Точность, вибрации и чистота поверхности при токарной обработке. М.; Л.: Машгиэ, 1953. 67 с.

6. Бармин Б.П. Вибрации и режимы резания. М.: Машиностроение, 1972.-71 с.

7. Биргер И. А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978.-240 с.

8. Бушуев В.В. Жесткость станков // Станки и инструмент. 1996. №№8,9.

9. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. 344 с.

10. Боголюбов H.H., Мигропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Физматгиз, 1963. 410 с.

11. Васильев C.B. Измерение ЭДС резания // Станки и инструмент. 1984. №6.

12. Вейц B.JL, Дондошанский В.К., Чиряев В.И. Вынужденные колебания в металлорежущих станках. M.; JI.: Машгиз, 1959. 288 с.

13. Вибрационное резание металлов/ Под ред. В. С. Камалова. М., 1963.-311 с.

14. Вибрации в технике // Справочник в 6-ти томах. — Т. 1. Колебания линейных систем/Под ред. В.В. Болотина. М.: Машиностроение, 1987. 352 с.

15. Вульф A.M. Резание металлов. J1.: Машиностроение, 1973. 483с.

16. Гулида Э.Н. Измерение сил резания и крутящих моментов при зубофрезеровании. Львов: Изд-во Львов, ун-та, 1966. 140 с.

17. Дальский A.M. Жесткость и технологическая наследственность при обработке высокоточных деталей, сб. «Жесткость машиностроительных конструкций», тезисы докл. Всесоюзной научно-техн. конференции, Брянск, 1976.

18. Динамика станков: Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции 4-6 июня 1980 г. Куйбышев: 1980. 347 с.

19. Дунин-Барковский И. В., Карташова А. Н. Измерение и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности.—М.: Машиностроение, 1975. 230 с.

20. Досько С.И., Хомяков B.C. Об учете демпфирования при динамических расчетах станков // Станки и инструмент. 1990. № 11.

21. Добрынин С. А. Методы автоматизированного исследования вибраций машин. М.: Машиностроение, 1987. 224 с.

22. Дыков А.Т., Ясинский Г.И. Прогрессивный режущий инструмент в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1972. 224 с.

23. Еремин A.B. Влияние компоновки на динамические характеристики токарных станков // Станки и инструмент. 1991. № 7.

24. Жарков И.Г., Попов И.Г. Влияние автоколебаний на стойкость инструмента // Станки и инструмент. 1971. № 5.

25. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. 184 с.

26. Заковоротный В.Л. Исследование динамической характеристики резания при автоколебаниях инструмента. В кн.: Изв. техн. науки. Ростов:

27. Ростов, ин-т с.-х. машиностроения, 1976. 44 с.

28. Зверев И.А., Фецак С.И. Оценка технического состояния привода главного движения токарных станков // Станки и инструмент. 1991. №8.

29. Ильинский И.И. Колебания в металлорежущих станках и пути их устранения. М.; Свердловск: Машгиз, 1958. 168 с.

30. Каминская В В. Расчет колебаний несущих систем станков под воздействием импульсных возмущений // Станки и инструмент. 1986. № 12.

31. Качество машин: Справочник. В 2 т. Т.2/А.Г. Суслов, Ю.В. Гуляев, A.M. Дальский и др. М.: Машиностроение, 1995. - 430 с.

32. Кедров С.С. Колебания металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1978. 199 с.

33. Клебанов М.К., Болотов Б.Е. Экспериментальное определение частот некоторых форм свободных колебаний металлорежущих станков с помощью емкостного виброметра // Изв. вузов. Машиностроение. 1972. №3.

34. Контроль и диагностирование автоматического оборудования/Е.Г. Нахапетян. М.: Наука, 1990. - 272 с.

35. Корсаков B.C., Мамедов P.C. Влияние упругих деформаций технологических систем СПИД на точность обработки деталей с криволинейными поверхностями на токарных станках с ЧПУ. — Изв. вузов. Машиностроение, 1979. № 3. 151 с.

36. Кочинев H.A., Сабиров Ф.С., Савинов Ю.И. Определение баланса упругих смещений несущей системы станка квазистатическим методом // Станки и инструмент. 1991. № 6.

37. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967.357 с.

38. Кудинов В.А. Динамические расчеты станков // Станки и инструмент. 1995. № 8.

39. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982. 320 с.

40. Лоповок Т.С. Волнистость поверхности и ее измерение. М.: Изд-во стандартов, 1973. 184 с.

41. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул : Учеб. пособие. М.: Высшая школа. 1982 - 224 с.

42. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976. 278 с.

43. Марочник сталей и сплавов . В.Г. Сорокин, A.B. Волосникова. М.: Машиностроение, 1989. -640 с.

44. Маталин A.A. Точность механической обработки и проектирования технологических процессов. Л.: Машиностроение, 1970. 319 с.

45. Математические методы в математических исследованиях / Рыжов. Э.В., Горленко O.A. Отв. ред. Гавриш А.Г.; А.Н. УССР. Ин-т сверхтверд. материалов. Киев: Наук думка, 1990. 184 с.

46. Медведев Д. Д. Уточненный метод определения жесткости технологической системы // Известия вузов. Машиностроение, М., МВТУ, 1971 №9.

47. Методика испытаний токарных станков средних размеров общего назначения на виброустойчивость при резании. М., ОНТИ ЭНИМС. 1961.

48. Методические рекомендации по комплексной оценке эффективности мероприятий направленных на ускорение научно технического прогресса// Бюллетень нормативных актов Министерств и ведомств СССР-1988.-№7.-с. 10-20.

49. Мурашкин Л.С., Мурашкин С.Л. Прикладная нелинейная механика станков. Л.: Машиностроение, 1977. 192 с.

50. Надежность и диагностирование технологического оборудования /Под ред. акад. К. В. Фролова, Е. Г. Нахапетяна.— М.: Наука, 1987. 232 с.

51. Нерубай М.С. Исследование эффективности вынужденных ультразвуковых колебаний при обработке резанием жаропрочных и титановых сплавов. — В кн.высокопроизводительное резание в машиностроении.1. M.: Наука. 1966.-93 с.

52. Обработка резанием жаропрочных, высокопрочных и титановых сплавов/ Н.И. Резников, Е. В. Бурмистров, И. Г. Жарков и др. М.: Машиностроение, 1972. 200 с.

53. Орликов M.J1. Динамика станков: Учеб. пособие для вузов. -Киев: Вища школа, 1980. 256 с.

54. Ота Н., Коно К. О самовозбуждаюшихся вибрациях станка или обрабатываемой детали, вызванных регенеративным влиянием следа и запаздыванием. В кн.конструирование и технология машиностроения: Тр. американ. общ-ва инж.-механиков. М. Мир, 1974. №4.

55. Пестунов В.М. Нагружающие устройства для металлорежущих станков // Станки и инструмент. 1991. №7.

56. Повышение устойчивости и динамического качества металлорежущих станков: Межвуз. сб., Куйбышев, 1977, вып. 1. 160 е.; 1979,вып. 2. -174 с.

57. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин /Под ред. А. М Сулима, В. А. Шулова, Ю. Д. Ягодкина.— М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

58. Подпоркин В.Г. Обработка нежестких деталей. М.: Машгиз, 1959. -208 с.

59. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. М.: Машиностроение, 1970. -351 с.

60. К теории гашения автоколебаний при механической обработке с осциллирующей подачей/ Подураев В.Н., Горнев В.Ф., Бурмистров В. В. // Изв. вузов. Машиностроение. 1974. №11.

61. Планирование эксперимента в технологических исследованиях. Винарский М.С., Лурье М.В. «Техшка», 1975. 168 с.

62. Полетика М.Ф. Приборы для измерения сил резания и крутящих моментов. М.; Свердловск: Машгиз, 1963. 108 с.

63. Прилуцкий В.А. Технологические методы снижения волнистостиповерхности. М.: Машиностроение, 1978. 136 с.

64. Проников A.C. Программный метод испутания металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1985. 288 с.

65. Проников A.C. Оценка качества металлорежущих станков по выходным параметрам точности. // Станки и инструмент. 1980. № 6.

66. Пуш A.B. Исследование шпиндельных узлов методом статического моделирования. // Станки и инструмент. 1982. №1.

67. Пуш A.B. Формирование баз данных для статических испытаний при прогнозировании выходных характеристик станков. // Известия вузов. М.: Машиностроение. 1984. № 10.

68. Пуш A.B. Оценка качества станков по областям состояний их динамических характеристик. // Станки и инструмент. 1984. № 7.

69. Пуш В.Э., Пигерт Р., Сосонкин В.Л. Автоматические станочные системы. М.: Машиностроение, 1982. 319 с.

70. Типовые методики и программы испытаний металлорежущих станков М • НИИМАШ, 1984. 172 с.

71. Технические средства диагностирования: Справочник /Под общ. ред. чл.-корр. АН СССР В. В. Клюева,— М.: Машиностроение, 1989. 672 с.

72. Решетов Д. Н. Методы снижения интенсивности колебаний в металлорежущих станках, М., ЦБТИ, 1956.

73. Рыжков Д.Н. Вибрации при резании металлов и методы их устранения. М.;Л.: Машгиз, 1961.-201 с.

74. Рыжов З.В. Горленко O.A. Технологическое управление качеством и эксплуатационными свойствами поверхности. Брянск, 1980 с.

75. Смирницкий Е.К. Экономические показатели промышленности: Справочник.-З-е изд., перераб. и доп.-М.: Экономика, 1989-334 с.

76. Соколовский А.П. Жесткость в технологии машиностроения. М.; Л.: Маш-гиз, 1946.-206 с.

77. Скраган В. А. Производственный метод определения жесткостиметаллообрабатывающего оборудования, М., Машгиз, 1950.

78. Статистические методы в математических исследованиях: Учеб. пособие / Бородюк В.П. и др.; Под ред. Г.К. Круга. М.: Высшая школа, 1983 -216 е., ил.

79. Справочник технолога-машиностроителя: В 2 т. /Под ред. А.Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова.-4-е изд. перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1986, т. 2.-496 с.

80. Справочник по сопротивлению материалов/ Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев B.B.-2-e изд. перераб. и доп. -Киев: Наук, думка, 1988.-736 с.

81. Сридхар, Хон, Лонг. К вопросу об автоколебаниях в металлорежущих станках. В кн.: Конструирование и технология машиностроения: Тр. американ. об-ва. инж.-механиков. М.: Мир, 1973, №2. - 146 с.

82. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1987. - 208 с.

83. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение . 2000. 320 с.

84. Технология машиностроения: В 2 т. Т.1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов / В.М. Бурцев, A.C. Васильев, A.M. Дальский и др.; Под ред. A.M. Дальского. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. - 564 с.

85. Тлусты И. Автоколебания в металлорежущих станках/ Пер. с. чеш. М.:Машгиз, 1956. -395 с.

86. Федотенок A.A. Кинематическая структура металлорежущих станков. М.Машиностроение, 1970. -400 с.

87. Фикс-Марголин Г.Б. Оценка качества станков по характеристикам жесткости. Ташкент, Издательство "Фан", 1978. 92 с.

88. Фикс-Марголин Г. Б. Характеристики и классификация нагру-зочно-разгрузочных кривых жесткости станков, Тезисы докладов Всесоюзной научно-техн. конференции «Жесткость машиностроительных кон