Введение к работе
Актуальность работы.. Машиностроению, как отрасли, обеспечивающей все сферы народного хйзяйства'современнымн машинами и оборудованием, принадлежит лервостепенная роль.
Значительный удельный вес в трудоемкости изготовления дета
лей машин приходится на токарную обработку. Станки токарной
группы составляют свыше 40% всего станочного парка нашей страны.
Поэтому повышение точности и производительности токарной обра
ботки является важной задачей, решение которой будет способство
вать дальнейшему прогрессу. v
Предлагаемая работа :» глется" продолжением серии работ по виброустойчивости технологических систем, выполненных в Тульском государственном университете /Доротоін Н.Б., Кузнецов В.П., Эккерт С.А., Кошелева А.А, Сержаїпова Е.Н., Васин Л.А., Васин С.А./.
Функциональное назначение отдельных деталей, а также стремление к снижению металлоемкости механизмов и машин обусловили необходимость применения класса так называемых нежестких деталей высокой точности, отличающихся непропорциональностью габаритных размеров, малой жесткостью в определенных сечениях и направлениях. Высокие требования предъявляются к параметрам точности геометрических форм и взаимному расположению поверхностей, линейных размеров и качеству поверхности нежестких деталей.
Процесс токарной обработки нежестких заготовок сопровождается вибрациями, которые оказывают вредноз влияние на шероховатость поверхности, размерную точность, стойкость инструмента и долговечность станка.
В этой связи проблемы повышения точности формообразования, совершенствования технологических способов и средств управления обработкой нежестких деталей являются весьма актуальными. /
Научно-исследовательские работы по* теме связаны с тематическим планом госбюджетных НИР ТулГУ и выполнялись в соответствии с грантом МОПО "Повышение выброустоичипости процесса токарной обработки на основе выбора инструмента по динамическим параметрам"-.
Целі. работы. Повышение качества токарной обработки за Счсг стабилизации силы резании и снижения уровня колебаний в технологической системе.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи. .
-
Разработка математической модели динамики процесса точения с учетом колебаний подсистемы "инструмент - заготовка".
-
Нахождение численного решения модели й разработка программного обеспечения.
-
Опенка вибраций и устойчивости процесса точения для технологических систем с заданными параметрами.
-
Разработка, изготовление, отладка и экспериментальные исследования статических и динамических характеристик адаптивного устройства, стабилизирующего силу резания.
5. Проведение технологических испытаний и определение ра
циональных сфер применения адаптивного устройства.
Методы їісследеоаккя. РаО*,..: включает в себя комплекс теоретических исследований и моделирование на ЭВМ. При математическом описании колебательных процессов использовались осноаные положения теории упругости. Для научного обоснования результатов использовались элементы теории резания и теории адаптивных технологических систем. Для получения решения совокупности дифферен---циальиых уравнений в частных производных был применен численный метод сеток. При определении технологических возможностей устройства стабилизации силы резания проводились натурные испытания, путем обтачивания заготовок различной жесткости й погрешности исходной формы поперечного сечения.
Автор защищает;
-
Уточненную математическую модель силы резания, учитывающую эксцентриситет заготовки и механические колебания подсистемы "инструмент-заготовка".
-
Математическую модель динамики процесса точения.
-
Алгоритм и программное обеспечение, разработанное с использованием метода сеток, для получения численного решения системы дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих динамику процесса резания.
-
Результаты численного моделирования динамики процесса то-чния длинных валов при закреплении в патроне и поджатых задним центром.
-
Конструкцию адаптивного устройства стабилизации силы резания, методику и результаты ее статических испытаний, а также способы согласования силовых характеристик электромагнитной и пружинной частей привода.
-
Результаты технологических испытаний адаптивного устройства.
-
Рекомендации по применению разработанной адаптивной системы, как самостоятельного устройства, так и в качестве быстродействующего элемента более сложной адаптнпной системы управлением станком.
Научная новизна. Разработана уточненная динамическая модель процесса точения, позволяющая более объективно описать взаимную связь между параметрами технологической системы, режимами резания и учитывающая колебания подсистемы "инструмент-заготовка", а также связанное с ними мгновенное значение силы резания. Разработана и обосіюпа.ча методика проектирования адаптивного устройства стабилизации силы резания, быстродействие которой, как установлено экспериментально, значительно превосходит аналогичный параметр всех известных адаптивных технологических систем (около 2-Ю"4 с) при ошибке регулирования не более 3%. Предложен нопьш тип здапгнвных систем, идея которых заключается в последовательном использовании двух адаптивных элементов, первый из которых отвечает за быстродействие системы, второй - за поддержание значений параметра регулирования в рабочем диапазоне.
Достоверность научных результатов подтверждается корректным применением современного математического аппарата, классической теории упругости, численного моделирования с использованием ЭВМ, а также статическими и динамическими испытаниями разработанной адаптипной системы стабилизации силы резания.
Ценность длц науки заключается в том, что полученцые результаты расширяют и дополняют теорию колебаний технологических систем, теорию проектирования и методику применения адаптивных технологических систем.
Драігтичесгсая ценность. Разработанная математическая модель и созданное на ее основе программное обеспечение позволяют зара-
6 '
nee, без проведення реального эксперимента па практике, выбрать оптимальный режим резания, учитывая требуемую точность обработки и ! заданные параметры заготойки. Предложенная методика проектирования адаптивного устройства позволяет создать адаптивное устройство с заданными характеристиками. Это устройство позволяет при стабилизации осевой составляющее силы резания стабилизировать размер динамической^ настРйкН И снизить шероховатость обработанной поверхности в два раза, а при стабилизации радиальной составляющей силы резания - обеспечить постоянство снимаемого припуска с заготовки, имеющей существенные отклонения от круглоты.
Реализации результатов работы заключается в проведении лабораторных технологических испытаний и в разработке рекомендаций по аналитическому определению безвибрационных режимов обработки на обычных станках и по оптимальному применению адаптивного устройства стабилизации силы резания.
Рекомендации приняты к внедрению на тульском заводе.
"Точмащ". ' . ^
Апробации работьі. Основные положения и результаты работы был;; представлены на ежегодных научно-технических конференциях ТулГУ в 1995-1997 годах, а также на 3-м международном конгрессе "Консірукторско-техііологическая информатика" - Щ'И-96 (май 1996 года, Москва, МГТУ "Станкин") и юбилгйцон научно-технической конференции "Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения" (сентябрь 1996 года, "Гула, ТулГУ).
Пуб-тнканнн- Основное "содержание работы опубликовано в 8 статьях и 3 тезисах докладов.
Структура и дбъем работы. Диссертация состоит из введения, . четырех глав, общих выводов, 0нблиографич.сского списка и приложений. Работа изложена па }00 страницах машинописного текста, ил-люсірировапногр 42 рисунками, имеет библиографический список, состоящий из 88 наименований.
