Введение к работе
Актуальность работы. В современном машиностроении широко используются изделия, содержащие сложные фасонные поверхности, для обработки которых проектируется специальный инструмент. Одной из наиболее сложной и трудоемкой задачей инструментального производства является профилирование инструмента для обработки винтовых поверхностей, работающего по методу бесцентроидного огибания, при котором профиль представляют как огибающую различных положений режущих кромок инструмента, при отсутствии центроиды на инструменте и заготовке. Особенность проектирования инструмента обуславливается отсутствием однозначного соответствия между профилем инструмента и профилем винтовой поверхности в любом из сечений. Еще более сложной проблемой является решение ряда сопутствующих профилированию задач по оптимизации получения профиля инструмента и процесса обработки. Например, определение допустимых погрешностей установки инструмента на станке, определение допустимого износа инструмента.
В тоже время условия жесткой конкуренции требуют уменьшения сроков на проектные работы. Поэтому основополагающим критерием для новых методов профилирования должна служить возможность создания САПР на их основе. Существующие методы профилирования, различающиеся степенью формализации и видом математического описания, не всегда полностью поддаются полной автоматизации в силу заложенных в них противоречий. Слабое использование в отечественном машиностроении автоматизированного проектирования инструмента серьезно сказывается на качестве и себестоимости конечного продукта. Поэтому разработка метода профилирования обеспечивающего полную автоматизацию проектирования, является актуальной научной проблемой.
Оптимальным решением по автоматизации проектных работ являются интерактивные программные системы, в которые закладывается возможность активного взаимодействия проектируемой системы с человеком.
Цели и задачи исследования: Повышение производительности и точности процесса профилирования фрез для обработки винтовых поверхностей за счет универсализации подхода к задачам профилирования, формализации решения сопутствующих профилированию задач, с целью повышения производительности и снижению себестоимости обработки винтовых поверхностей.
Поставленная цель требует решения следующих задач:
- разработка методологии поиска пространственной линии касания производящей и номинальной поверхностей, основанного на построении пространственного отображения схемы формообразования;
- сокращение времени на профилирование инструмента, за счет применения интерактивной программной системы профилирования, основанной на разработанном методе;
- разработка способов универсализации управления исходными данными, в рамках интерактивной программной системы профилирования;
- расчет производящей поверхности торцевой фрезы для обработки полузакрытой винтовой поверхности и поиска рационального сочетания ее параметров установки с целью повышения производительности и снижению трудоемкости процесса резания;
- расширение возможностей метода, за счет решения задач по оптимизации параметров установки инструмента и оценки влияния их на конечную точность обработки поверхности;
- формирование образа процесса обработки поверхности, который позволит оценить правильность сопряжения производящей и номинальной поверхностей;
- формирование методов определения переходных кривых и подрезов на профиле номинальной поверхности, а также разрывов на профиле инструмента.
Научная новизна заключается в развитии теории профилирования фрез для обработки винтовых поверхностей с аксиально-радиальной образующей, включая полузакрытые, и создании универсальной методики определения производящей поверхности инструмента, представленной:
- математическим аппаратом пространственного дискретного взаимодействия производящей и номинальной поверхностей с определением профиля инструмента;
- алгоритмом вычисления вида и характера взаимосвязи между параметрами профиля инструмента и схемы его установки;
Методы исследований. Исследование процесса формообразования проводилось на основе аналитических методов расчета на безе фундаментальных положений теории проектирования режущих инструментов с использованием дифференциальной геометрии, теории математического программирования, теории фракталов.
Практическая ценность результатов заключается:
- в сокращении до 10 раз сроков проектирования инструмента в рамках подготовки производства деталей с фасонными винтовыми поверхностями при использовании разработанной интерактивной программной системы профилирования инструментальной поверхности;
- в сокращении, не менее чем в 3 раза, инструментальных проверок профиля обрабатываемой фасонной винтовой поверхности детали при наладке на станке за счет предварительного расчета погрешности профилирования с учетом допусков на установку;
- в создании САПР, позволяющей исследовать влияние различных кинематических факторов на качество обрабатываемой винтовой поверхности.
Апробация работы. Основные положения и наиболее важные разделы работы доложены на: всероссийской научно-технической интернет-конференции: “Высокие технологии в машиностроении”, г. Самара, 22-25 октября 2007 г.; IX Международной научно-практическая конференция: “Современные технологии в машиностроении”, г. Пенза, 2007 г.; 6-ой международная научно-техническая конференции: “Проблемы качества машин и их конкурентоспособности” г. Брянск 26-27 мая 2008 г.; IX Международной научно-технической конференции: “Фундаментальные и прикладные проблемы в машиностроении” г. Орел 20-27 апреля 2008 г.; X Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы в машиностроительном комплексе» «Технология - 2008» г. Орел 22-24 сентября 2008 г.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 4 – в изданиях, рекомендованных ВАК, 4 патентах и одной зарегистрированной программе.
Внедрение результатов. Основные результаты работы использованы при разработке и внедрении фасонной фрезы для обработки винтовой поверхности «Винта левого» 23-81-5-1.02.01 и «Винта правого» 23-81-5-1.05.22 жидкостного счетчика, изготовляемого на предприятии ОАО «Промприбор» г. Ливны, а также при профилировании инструмента для предприятия ОАО «Ливгидромаш».
Кроме того, результаты работы используются в учебном процессе при проведении практических и лабораторных занятий по курсам: «Автоматизированное проектирование инструментов, инструментальной оснастки и технологии их изготовления», «Проектирование инструментального производства», «Процессы и операции формообразования и инструментальная техника».
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 154 страницах основного текста, содержит 65 рисунок и 14 таблиц. Состоит из введения, трех глав, списка литературы, включающего 93 наименования, 2-х приложений.
