Введение к работе
Актуальность работы. Детали с винтовыми поверхностями широко распространены в современном машиностроении. Основными достоинствами винтовых механизмов являются постоянное передаточное отношение, возможность получения больших осевых усилий, легкость достижения самоторможения, высокая точность перемещения, надежность и долговечность. В таких изделиях образующая может состоять из набора прямых и кривых второго и более порядков. Такая образующая получила название составной.
Известны различные методики, позволяющие повысить эффективность обработки различных винтовых поверхностей, однако они не подходят для обработки сложных винтовых поверхностей из-за непростой кинематики процесса и затруднительного подвода инструмента в зону несвободного резания.
В связи с этим В.Д. Цветковым при разработке системы автоматизированного проектирования технологических процессов такие сложные поверхности были выделены в отдельный подкласс и представлены как полузакрытые.
При обработке таких поверхностей необходимо совместить операции по профилированию инструмента и анализу процессов резания. Особенность проектирования инструмента обуславливается отсутствием однозначного соответствия между профилем инструмента и профилем полузакрытой винтовой поверхности в любом из сечений.
Полузакрытые винтовые поверхности с составными образующими применяются в конструкции объемных камерных счетчиков, предназначенных для измерения расхода нефтепродуктов при перекачке. Особенностью объемных камерных счетчиков является измерение жидкости маленькими порциями, заключенными в замкнутом объеме. В такой конструкции винтов счетчиков нефтепродуктов образующая состоит из прямой, окружности и эпициклоиды, что обуславливает большую сложность профилирования инструмента для ее обработки.
В связи с увеличением добычи и переработки нефти, с повышением стоимости топлива, важность вопроса контроля нефтепродуктов при перекачке стала одной из основных для любого промышленного предприятия. Точность измерений расхода жидкости преимущественно зависит от точности профиля винтовой поверхности в целом. В соответствии с эксплуатационным назначением винт имеет сложную геометрическую форму. Из-за неточности изготовления, неизбежных погрешностей установки деталей при сборке механизма счетчика, постоянный минимальный зазор не обеспечивается и имеют место быть протечки жидкостей, что безусловно сказывается на показаниях регистрируемого прибора.
Известно, что внедрение в производство винтовой поверхности другого профиля и конфигурации, появление новых инструментальных и обрабатываемых материалов заставляет заново проводить трудоемкие и дорогостоящие исследования по определению режимов резания, степени их влияния на точность поверхности. Вследствие этого необходимо проведение теоретического исследования влияния метода и режима обработки, а также параметров винтовой поверхности на кинематические, силовые характеристики процесса, шероховатость получаемой канавки, износ инструмента и производительность процесса.
Использование комплексного анализа параметров полузакрытой винтовой поверхности, физико-механических свойств инструментального материала и материала заготовки, параметров геометрии инструмента и заготовки, кинематических и динамических характеристик процессов обработки винтов счетчиков позволит сделать адекватный выбор метода обработки и сочетания режимов резания для полузакрытой винтовой поверхности с составными образующими, обеспечивающих получение требуемых показателей качества и максимальной производительности процесса, а также профилирования инструментов на стадии предварительного проектирования.
Цель работы. Повышение эффективности обработки полузакрытых поверхностей винтов с составными образующими применением торцовых фрез, профилируемых с учетом комплексного управления параметрами процесса резания и распределения срезаемого слоя между формообразующими и неформобразующими зубьями.
Для достижения цели необходимо решить комплекс взаимосвязанных задач:
1. Разработать комплекс универсальных математических моделей формообразования и профилирования инструмента для обработки полузакрытых винтовых поверхностей с составными образующими.
2. Провести анализ кинематических характеристик процесса обработки полузакрытых винтовых поверхностей, включающий в себя расчет толщин срезаемого слоя и рабочих углов по периметру режущего лезвия на основе разработанного отображения схемы резания.
3. Определить величины составляющих сил резания, установить их зависимость от метода обработки, геометрических параметров инструмента, схем резания и режимов обработки.
4. Разработать алгоритм и программу выбора эффективной схемы распределения срезаемого слоя между формообразующими и неформообразующими режущими зубьями инструмента.
5. Выработать практические рекомендации, направленные на повышение производительности процесса, а также возможное снижение погрешности и шероховатости поверхности винтов счетчиков жидкостей.
Научная новизна работы. Разработаны математические модели и общие принципы проектирования инструмента для обработки полузакрытых винтовых поверхностей на основании комплексного анализа параметров процесса резания, учитывающего конструкторско-технологические и внутренние факторы, а также их влияние на геометрические параметры качества поверхностного слоя.
Выявлены закономерности рационального распределения срезаемого слоя между формообразующими и неформообразующими режущими лезвиями, обоснованные расчетом сил резания, деформаций технологической системы и шероховатости обработанной поверхности.
Практическая значимость заключается в разработке автоматизированной системы проектирования неформообразующих лезвий инструмента, определении рациональных технологических режимов фрезерования полузакрытых винтовых поверхностей, обеспечивающих требуемую точность образующей с составным профилем; снижение максимальных составляющих сил резания в 1,5 раза; увеличение стойкости инструмента в 1,8 раза; экономию инструментального материала на 30%; повышение производительности обработки до 35%
Реализация результатов работы. Результаты исследований апробированы и внедрены на ОАО «Промприбор» (г. Ливны Орловская обл.), ООО «Инструмент» (г. Ливны Орловская обл.).
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных и региональных научно-технических конференциях: «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии» (г. Орел, 2008, 2009, 2010 г.); «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2009 г.); «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (Брянск, 2008 г); «Научный потенциал Орловщины в модернизации промышленного комплекса малых городов России» (Орёл-Ливны, 2010 г); на научных конференциях Орел ГТУ в 2007-2010.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, 5 из которых опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК, для публикации трудов на соискание ученых степеней. Получено 4 патента Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 156 страницах основного текста, содержит 76 рисунков и 11 таблиц. Состоит из введения, четырех глав, списка литературы, включающего 95 наименований, 4 приложения.
