Введение к работе
Актуальность проблемы.
На современном этапе развития совершенствование технологии машиностроения идет по пути широкой автоматизации технологических процессов на базе применения автоматического оборудования и автоматизированной системы технологической подіі/говки производства, основанной иа использовании математических методов и средств вычислительной техники. Причем ставится задача создания и реализация высокоэффективных технологических процессов, работающих в оптимальных условиях, с учетом всего многообразия связей в звеньях технологической цепи. Поэтому традиционный подход к оптимизации технологического процесса механической обработки через режимы резания окалывается недостаточным. Необходима оптимизация процесса в целом, имея в виду не только режимы резания, но и прочие технологические условия обработки, такие как исходные погрешности и жесткость элементов технологической системы, коиструктивіцле, геометрические параметры и степень износа инструмента, свойства обрабатываемого и инструментального материалов и пр. в оптимальном сочетании, т.е. с максимальной полнотой обеспечивающих требовашія к точности и качеству поверхиости обрабатываемых изделий, себестоимости и производительности.
Использование в полной мере имеющегося математического аппарата оптимизации и всех возможностей вычислительной техники, а также реализация их часто "затруднены из-за отсутствия а ряде случаев надежных математических зависимостей, связывающих входные и выходные параметры технологического процесса и отражающих все многообразие связей физических явлений а нем.
Выдающиеся ученые: И.М. Бсспрозванный, В.Ф. Бобров, Г.И. Грановский, Н.Н. Зорен, АИ. Исаев, М.Н. Ларин, Т.Н. Лодадзе, АН. Резников, AM. Розенберг, В.Н. Подураев, М.Ф. Полетика и др. заложили основы современной науки о резании. Однако дальнейшее развитие фундаментальных и прикладных наук в смежных областях требует приведения в соответствие ряда положений в теории резания. Так, с созданием новых методов решения контактных задач в теории упругости и успехов науки о трении появилась возможность углубить представления о контактных процессах на задней поверхности инструментов и механизме формирования макро- и микропро<} ля обработанной поверхности. С появлением станков с ЧПУ, особенно
з многооперационных, остро встал вопрос об обеспечении координатной точности при бескондукторной обработке отверстий многолезвийным инструментом и т.д.
В связи со всем сказанным, видно, что требуется новый системный подход к разработке модели процесса обработки, учитывающий все многообразие связен в технологической цепочке станок - приспособление - деталь - инструмент - режимы резания на основе современных представлений о физических явлениях при резании металла, в определенной степени ломающий традиционное деление единого физического процесса на обособленные зоны изучения. В данной работе сделана попытка в какой-то степени решить эти проблемы применительно к процессу бескондукторной обработки отверстий осевым многолезвийным инструмент- л.
Цель работы.
Повышение эффективности, точности, качества обработки отверстий осевым многолезвийным инструментом за счет применения технологических процессов, режимов резания и конструкций инструментов, основанных на использовании модели процесса, базирующейся на результатах комплексного исследования физических явлений во всех эзеньях технологической системы и обобщения выявленных закономерностей.
Методы исследования.
Теоретические исследования базируются на основных положения теории резания, технологии машиностроения, теории колебаний, теории пластичности и упругости. Дія решения поставленных задач использовался математический аппарат векторного анализа, дифференциального, интегрального и вариационного исчислений, а также численные методы решения контактных и оптимизационных задач с использованием ЭВМ. При экспериментальных исследованиях использовалась теорій планирования экспериментов, статистические методы обработки результатов, применялись металлографические методы, тензометрия, .осіціллографшроваиие, электронная и микрофотография.
Научная новизна.
В результатах комплексного исследования процесса обработки отверстий осевым многолезвийным инструментом, основанного на системном анализе и
4 включающего практически все компоненты технологического процесса, обобщения и формализации вскрытых закономерностей, более глубоко отражающих характер физических явлений обработки отверстии, чем это представлялось ранее, разработана модель процесса, на базе которой реализованы новые подходы в решении пройтеиы высокоэффективной и качественной обработки отверстий на основе оптимизации его параметров, включая режимы резания, конструкцию инструмента, жесткость и исходные погрешности технологической системы и др. Это обобщенный научный итог работы. Кроме того на различных этапах комплексного исследования получены научные результаты, имеющие собственную ценность и использованные в модели процесса; ниже они перечислены.
I. Схемы процессов образования погрешностей и микропрофиля поверхности отверстий, основанные на. представлении о действии двухкомпонентного вектора неуравновешенной силы, наличии исходных унифицированных погрешностей технологической системы, возможности срезания микронеровностей и врезания в обработанную поверхность режущих и калибрующих кромок инструмента, первичном и вторичном состоянии обработанной поверхности, наложении наростных и вибрационных явлений, неравномерной жесткости элементов технологической системы, учете взаимных и обратных связей и др.
2. Дальнейшее развитие теории контактных процессов на задней поверхности . инструмента, основанное на новых решениях контактных задач теории упругости и трибологии и отказе от ряда традиционно принимавшихся допущений, позволившее в разнообразных устовиях рассмотреть процесс контактирования инструмента а обрабатываемой поверхности от момента касания их до срезания сплошной стружки, выявить характерные фазы и варианты- протекания врезания лезвия, углубить представления о врезании с рывком, связав юс с образованием погрешностей обработки отверстий, И получить формулы силы, при которой начинается срезание микронеровностей и врезание в сплошной металл.
4. Формулы для расчета-сил резания при тонких. срезах, учитывающие
специфику процесса резания и результаты проведенного исследования контактных
процессов на задней поверхности инструмента.
5. Простраііствешше схемы деформаций шпиндельне "і и суппортной групп
станков, учитывающие неравномерную жесткость их, связанную с перемещением
узлов и наличием зон повышенного износа. Методы контроля и расчета
жесткостных параметров станков.
-
Модель процесса образования волнистости поверхности отверстий при обработке многолезвийным инструментом, позволившая решить ряд задач по безволнистой обработке отверстий и конструкций инструмента.
-
Модель образования погрешностей координат оси при бескондукторной обработке отверстий многолезвийным инструментом. Функциональные зависимости неуравновешенной силы резания, смещения и увода оси обработанного отверстия от влияющих факторов. Установленное теоретически и подтвержденное экспериментально положение, чта погрешности координат оси отверстия вызываются вектором неуравновешенной силы, неподвижным относительно ггготоски, и что он и начал нос смещение оси обработанного отверстия не совпадают по направлению с исходной погрешностью и что ось обработанного отверстия является пространственной кривой; ее положение определяется действием неуравновешенной силы, врезаниями калибрующих кромок и др.
-
Выявление характерных зон износа задней поверхности инструмента, их природы и связи с микрорельефом обработанной поверхности. Гипотеза о "точечном царосте", его генезисе и влиянии на качество обработанной поверхности. Математические зависимости -нового Типа доя стойкости многолезвийного инструмента. Положение о несовпадении величины технологической стойкости по различным критериям и методология выбора зоны режимов резания в зависимости от технологических требований. Взаимосвязь физических явлений и параметров в процессе обработки отверстий многолезвийным инструментом.
-
Общая и частные оптимизационные математические модели процесса обработки отверстий многолезвийным инструментом. Воздействие на влияющие факторы с целью совмещения зон ограничений по различным показателям, что обеспечивает более полное использование эксплуатационного ресурса инструмента
во различным критериям износа.
Практическая ценность.
-
Разработаны методики расчета погрешностей обработки отверстий многолезвийным инструментом и условий, позволяющих- выдерживать их в определенных пределах.
-
Даны рекомендации по выбору комплекса технологических факторов, обеспечивающих Жданные точность в качество поверхности обработанных отверстий, производптсльноеть труда и себестоимость операции.
-
Разработан ряд мероприятий в области технологии обработки отверстий я конструирования инструментов, повышающих эффективность и. качество процесса обработки отверстий.
-
Разработаны оптимизационные математические модели процесса обработки отверстий осевым многолезвийным инструментом, на базе которых возможно определение оптимальных режимов резания, обеспечивающих удовлетворение ряда требований технико-экономического характера.
-
Материалы работы используются в учебном процессе, включены в методические руководства ц разделы лекционного курса «Теория проектирования инструмента» КТУ и используются при дипломном проектировании.
Реализация работы.
Результаты работы были использованы на предприятиях различных отраслей промышленности Кыргызской Республики и России. Разработаны общемашиностроительные нормативы режимов резания, норм износа, стойкости и расхода инструмента при зенкерований и развертывании отверстий, используемые практически на всех машиностроительных заводах бывшего СССР. Материалы автора вошли в справочник «Общемашиностроительные нормативы режимов резания» в 2-х томах, М., Машиностроение, 1991. Габота проводіиась в рамках Координационного плана ГКИТ СССР и целевых комплексных программ АН СССР и АН Кыгр.ССР. Общий акоиомичеекпй аффект использования результатов работы в промышленности 2 млн. руб. (в ценах 1985 г.)."
Апробация работы.
Основные положеній работы докладывались на 44-х Международных, Всесоюзных, региональных и Республиканских научно-технических конференциях и семинарах, в том числе: 1970-90 гт. - Москва; 1973 г. - Севастополь, Ворошиловград; 1979 г. - Рига, Рыбинск; 1989 г. - Прага и до.
В полном объеме диссертация обсуждалась на семинарах кафедр МГГУ им. Баумана, на объединенном семинаре кафедр механического факультета КТУ и др. Результаты работы автора отражены в депонированных отчетах НИР: КТУ за 1970-93 гг.; ИСМ АН Украины за 1982-87 гг., ГСПКТБ «Оргпрнминструмент» за 1930-85 гг.; НПО ЭНИМС за 1982-83 гг.
Публикации.
Основные результаты диссертации отражены в 142 публикациях, в том числе: монографий - 2, технических справочников - 4 и др.
Структура и объем работы.