Введение к работе
ЛКП'ЛЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. На современном этапе социальные и экономические потребности общества требуют дальнейшей интенсификации различных технологических процессов. Рацион&тьное использование известных, а также создание новых механизмов является одним из действенных средств повышения производительности и качества труда.
Существует значительное число отраслей хозяйства (машиностроение, приборостроение, сельское хозяйство, пищевая промышленность и др.), где большой крут задач требует перемещения исполнительного органа машины по криволинейной траектории. К ним относятся перемещение захватывающих устройств сельскохозяйственных машин, роботов, манипуляторов, грузоподъемных и т.п. машин; перемещение режущих инструментов на станках специального назначения, например при шлифовании аэродинамических и других поверхностей сложного профиля; при автоматической сварке фасонных швов; на станках, у которых подача режущего инструмента должна осуществляться по криволинейной траектории относительно обрабатываемой детали в продольном или поперечном направлении и т.д.
Рабочие органы машин первых групп базируются чаще всего на кри-вошипно-ползунных механизмах, механизмах с качающейся или вращающейся кулисой, кулисных механизмах с шатуном, многошарнирных, кулачковых и других. Для образования фасонного профиля детали в продольном направлении хорошо себя зарекомендовали механизмы, работающие от копира (гидро- и электрокопировальные устройства).
Перемещений режущего инструмента по криволинейной траектории в поперечном к обрабатываемой детали направлении требуют прогрессивные методы обработки: циклоидальное (подача резца осуществляется по эпициклоиде) и спиральное (подача резца осуществляется по плоской спирали) точения. Эти методы при обработке деталей с короткими поверхностями вращения (кольца подшипников, блоки шестерен, шкивы и т.п.) обеспечивают рост производительности труда на 25...400% в зависимости от параметров обрабатываемой детали.
Для реализации таких способов обработки в основу суппорта станка должен быть положен механизм специатьной конструкции, способный обеспечивать режущему инструменту спиральные и циклоидальные траектории перемещения. Разработка и исследование такого механизма является актуальной задачей.
Предварительный анализ показал, что циклоидальные траектории могут воспроизводить дифференциальные механизмы. Такие механизмы имеют широкие, ещё не раскрытые возможности по использованию их при обработке материалов для перемещения режущего инструмента по сложным траекториям. Изучение сателлитных кривых, описываемых различными точками их сателлитов, ограничивалось передаточными отношениями в пределах 0,5...5 с довольно крупным шагом, что не позволило вскрыть в полном объёме возможности этих механизмов как построителей сложных траекторий.
Однако наличие двух независимых приводных цепей снижает надёжность дифференциальных механизмов при использовании их в металлорежущем оборудовании и вызывает затруднения при размещении в ограниченном пространстве.
ЦЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Целью работы является создание механизма для построения криволинейных траекторий перемещения режущего инструмента на металлорежущих станках, разработка теоретических основ его проектирования и определение области использования.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать схему одноприводного дифференциального механизма, обеспечивающего рабочему органу, связанному с сателлитом, криволинейные, в том числе спиральные, траектории перемещения.
-
Теоретически и экспериментально установить связь между кинематическими параметрами механизма и видом траектории, воспроизводимой его выходным звеном.
-
Исследовать скорости и ускорения перемещения точки исполнительного органа по сателлитной кривой.
-
Оценить кинематическую точность воспроизведения криволинейной траектории.
-
Теоретически и экспериментально установить связь между движущими силами или моментами, прилагаемыми к ведущему звену, и силами полезных сопротивлений на ведомом звене, определить коэффициент полезного действия механизма.
-
Разработать методику проектирования изучаемого механизма и пакет программ для его расчета и проектирования.
-
Дать конструктивное решение механизма для различных случаев его использования.
-
Оценить экономическую эффективность нового механизма применительно к конкретному случаю его использования.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. При проведении исследований использован аналитический аппарат научных основ теории машин и механизмов, аппарат линейной алгебры, дифференциального исчисления, методы машинного моделирования. Достоверность проведённых исследований подтверждена натурными испытаниями на специально разработанной экспериментальной установке.
НАЬ'ЧНУЮ НОВИЗНУ РАБОТЫ составляют:
новый вид дифференциального механизма для воспроизведения криволинейных траекторий - дифференциальный преобразователь движения (ДПД) и кинематические схемы его осуществления;
установленные закон движения рабочего органа механизма в зависимости от его базовых параметров и закон изменения видов траекторий в системе координат передаточных отношений в кинематических цепях ДПД;
установленные зависимости скорости и ускорения перемещения рабочего органа ДПД по сателлитным кривым и точности их воспроизведения от его основных кинематических параметров;
установленные зависимости потоков мощности в кинематических цепях и КПД механизма от передаточного отношения замкнутого контура;
установленные зависимости между движущими силами (моментами) и силами (моментами) полезных сопротивлений в ДПД и разработанная методика оценки эффективности его схемы.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в следующем:
предложенный механизм - ДПД - позволяет реализовать на практике высокопроизводительные методы обработки с криволинейными траекториями перемещения режущего инструмента: спиральное точение, циклоидальное точение, перициклоидалъное фрезерование и др.;
полученные аналитические зависимости, связывающие кинематические и силовые характеристики ДПД с его базовыми параметрами, и разработанная методика его проектирования позволяют на основе ДПД спроектировать устройство для конкретного служебного назначения.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Полученные результаты использовались при разработке:
- конструкции суппорта к станку спирального точения внутреннего
кольца подшипника 1316, внедрение в производство которого в условиях
ГПЗ-1 позволит повысить производительность обработки в 1,25 раза с го
довым экономическим эффектом в 34.5 тыс. руб.;
- конструкции фрезерной силовой головки к продольно-фрезерному
станку;
- лабораторной установки ДПД для учебных целей
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы докладывались и
обсуждались на всероссийских научно-технических конференциях «Актуальные проблемы машиностроения на современном этапе» (Владимир, 1995 г.), «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» (Владимир, 1998 г.), «Актуальные проблемы повышения качества машиностроительной продукции» (Владимир, 1998 г.), научно-технических конференциях ВлГУ (1995, 1996,1998гг.).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам, изложенным в диссертации, опубликовано 10 работ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и рекомендаций и приложений. Общий объём работы 201 страница; содержит 74 рисунка, 18 таблиц, список использованной литературы из 52 наименований и 3 приложения на 10 страницах, включая акт внедрения результатов работы.