Введение к работе
Актуальность работы.
Основной деталью шпиндельных бабок металлорежущих станков являются корпуса, представляющие собой конструкцию, имеющую основные отверстия шпиндельной оси, точность которых в значительной степени определяет точность изготовления всего сборочного узла. Эти отверстия являются местами установки подшипников и к ним предъявляются высокие требования не только по точности их размеров, формы, но и по точности их взаимного расположения. Точность сборки шпиндельной бабки и станка в значительной степени зависит от соосности этих отверстий. Отклонение от соосности относительно общей оси при изготовлении составляет для отверстий диаметром 180-320 мм 3-5 мкм.
Незначительное снижение геометрической точности поверхностей вызывает трудности при сборке и монтаже узлов, повышает уровень шума при их работе и существенно снижает надежность и долговечность изделий.
Существующие способы растачивания отверстий на горизонтально-расточных станках консольным инструментом не всегда обеспечивают достижение соосности расточенных отверстий.
Известны традиционные методы повышения точности растачивания отверстий шпиндельной оси, которые сводятся к увеличению жесткости несущих систем станков, выбору рациональной конструкции приспособлений и инструмента. Они практически достигли предельного уровня влияния на точность растачивания. Дальнейшие шаги в этом направлении приводят к существенному удорожанию стоимости оборудования и технологической оснастки. Одним из наиболее перспективных путей повышения точности растачивания отверстий шпиндельной оси является обработка в приспособлении с аэростатическими опорами.
Цель работы - повышение точности растачивания основных отверстий корпусных деталей за счет применения приспособлений с аэростатическими опорами.
В связи с выше изложенным, в работе были сформулированы следующие задачи исследования:
исследование влияния давления сжатого воздуха и величины смазочного зазора на отклонение от соосности относительно общей оси при обработке деталей в приспособлениях с аэростатическими опорами;
проведение анализа статистических данных точности растачивания отверстий корпусных деталей при обработке борштангой в угольниках и в приспособлении с аэростатическими опорами;
осуществить экспериментальное исследование влияния деформаций бор-штанги приспособления на точность растачивания;
провести опытно-промышленную проверку предложенных разработок и осуществить их внедрение в действующее производство.
Методы исследований: для достижения поставленной цели в работе реализована методология системного подхода к изучению закономерностей процесса растачивания и формирования точностных показателей отверстий.
Экспериментальные исследования проводились на основе разработанной методики и стандартных испытаний с использованием методов моделирования и математической статистики. Обработка и анализ теоретических и экспериментальных данных проводились с использованием средств автоматизации.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждена: во-первых, сопоставлением теоретических результатов с экспериментальными данными, в том числе, с результатами других авторов; во-вторых, путем оценки погрешностей эксперимента статистическими методами; в-третьих, применением корректных математических методов; в-четвертых, положительными результатами испытаний в условиях эксплуатации. Научная новизна
В результате проведения теоретических исследований получены следующие новые научные результаты:
1. предложена методика стабилизации оси вращения инструмента для обработки отверстий шпиндельной оси корпусных деталей;
разработана математическая модель установления функциональной зависимости давления сжатого воздуха и величины смазочного зазора на отклонение от соосности в аэростатических опорах для стабилизации положения оси при обработке;
установлена функциональная связь между конструкцией аэростатических опор и параметрами режущего инструмента.
Практическая значимость. 1. Разработаны приспособления с аэростатическими опорами для растачивания прецизионных отверстий, позволяющие методом регулировки оптимизировать режимы резания (скорость резания и глубину резания), обеспечивающие снижение затрат на изготовление.
Установлено влияние давления сжатого воздуха в опорах приспособления и величины смазочного зазора в аэростатических втулках на соосность отверстий при обработке в приспособлениях с аэростатическими опорами.
Растачивание отверстий корпусных деталей в приспособлениях с аэростатическими опорами обеспечивает повышение точности растачивания по сравнению с растачиванием борштангой в кондукторных втулках. Внедрение технологии позволило обеспечить экономический эффект 3 407 600 руб. за оцениваемый период 4 года (при годовом выпуске 400 деталей). Статический срок окупаемости - 2,3 года.
Личный вклад соискателя. Автор участвовал в постановке задачи, в проведении экспериментальных исследований и в обработке полученных результатов; в подтверждении основных математических зависимостей для проектирования аэростатических опор; в сотрудничестве с научным руководителем результаты работы внедрены в производство.
Апробация работы. Новый способ, а также рекомендации по наиболее эффективному использованию прошли опытно-промышленную проверку и внедрение на ООО «Рязанский станкостроительный завод» на операции чистового растачивания отверстий.
Основные положения диссертации докладывались на заседаниях кафедры "Технология автоматизированного производства" МГОУ (г. Москва, 2000, 2001
г.), кафедры специальных дисциплин Рязанского института (филиала) МГОУ (г.Рязань, 2002 г.); на научно-технической конференции "Студент и научно-технический прогресс" (г.Рязань, 2002 г.); на заседании бюро новой техники ОАО «Рязанского станкостроительного завода» (г.Рязань, 2000 г.); на межвузовском научно-практическом семинаре "Компьютерные технологии в задачах моделирования и автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства изделий машиностроения" (г.Рязань, 2004 г.); на научных конференциях кафедры механико-технологических дисциплин Рязанского института (филиала) МГОУ (г.Рязань, 2004, 2005, 2006 г.), на заседании кафедры Технология машиностроения МГТУ «Станкин» (г.Москва, 2005 г.), на заседании кафедры Технологическая информатика и технология машиностроения МГУПИ (г. Москва, 2008, 2009 г). На защиту выносятся:
Методика стабилизации оси вращения инструмента для обработки отверстий шпиндельной оси корпусных деталей средних размеров, повышающий точность обработки.
Математическая модель установления функциональной зависимости давления сжатого воздуха и величиной смазочного зазора на отклонение от соосности в аэростатических опорах для стабилизации положения оси при обработке.
Основные требования к конструкции аэростатических опор (материал, глубина микроканавок, материал и конструкция дросселей) и особенностям эксплуатации приспособлений с учетом использования сжатого воздуха.
Анализ статистических данных об отклонениях от соосности относительно общей оси, отклонениях от размера и отклонениях от круглости расточенных отверстий корпусных деталей.
5. Результаты лабораторных и производственных испытаний, под
тверждающих повышение точности растачивания корпусных деталей по
сравнению с растачиванием борштангой в кондукторных втулках.
Публикации. Основные теоретические и методические положения диссертационной работы опубликованы в 9 научных работах общим объемом 1,84
печ. л., в которых автору в совокупности принадлежит 1,54 печ. л., две из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, изложенных на 147 страницах машинописного текста, списка использованной литературы, включающем 134 наименования, из них 3 на иностранных языках, 38 таблиц и 34 рисунков.
