Введение к работе
Актуальность темы. При обработке изношенных колесных пар подвижного состава требуется индивидуальный режущий инструмент, рабочая часть которого должна проектироваться с учетом исходного профиля рабочей части колес.
Известные методы точения профиля рабочих дорожек колесных пар позволяют достичь удовлетворительных технологических показателей при проведении операций на специальном оборудовании, имеющемся на предприятиях отрасли. Однако это связано с разборкой подвижного состава, транспортировкой узлов на ремонтные предприятия и неизбежным простоем техники.
На крупных предприятиях по обслуживанию железнодорожного транспорта появились установки (в основном зарубежного производства) для восстановления точности и качества поверхностного слоя колесных пар без снятия их с локомотивов и других рельсовых транспортных средств. В процессе освоения такой техники выяснилось, что каждая партия колесных пар требует инструмента с оригинальной рабочей частью. Потребовались методики ускоренного проектирования профиля режущих кромок смежных элементов сборных фрез, корпусов, оснастки, новые технологии их изготовления и технологического использования.
Подвижный состав относится к технике повышенной опасности, поэтому к колесным парам предъявляются высокие требования по точности рабочих контуров и качеству поверхностного слоя при минимальных затратах на их осуществление. От точности проектирования и изготовления рабочих элементов сборных фрез зависит качество восстановленных колесных пар.
Время проектирования инструмента определяет общую трудоемкость ремонта и возможность быстрого возвращения в эксплуатацию подвижного состава, что является одной из задач государственного плана развития в РФ транспортной сети.
Современная вычислительная техника позволяет реализовать методы проектирования рабочего профиля съемных элементов фасонных фрез с индивидуальным контуром режущей кромки, технологией их изготовления и применения на имеющемся оборудовании для восстановления колесных пар непосредственно на подвижном составе. Такая проблема актуальна для транспортной сети России, имеющей железные дороги с наибольшей протяженностью по сравнению с другими странами.
Работа выполнялась в соответствии с программой АТН РФ «Развитие новых высоких промышленных технологий на 2000-2010 годы»; в рамках темы 1.9.09, выполняемой по заданию Федерального агентства по образованию Курскому государственному техническому университету на проведение в 2009 году научных исследований по тематическому плану научно-исследовательских работ; и в рамках федеральной целевой
программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы направления 1 «Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий» в рамках мероприятия 1.2.1 «Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук» по проекту «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Станкостроение».
Целью работы является создание мобильной системы технологической подготовки производства для эффективного использования технологии ремонта колесных пар без их демонтажа с подвижного состава, обеспечивающей технологические показатели не ниже установленных для новых изделий и с минимальными сроками восстановления транспортных средств.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
Разработка индивидуальных требований к сборным сложнопрофильным фрезам в зависимости от особенностей износа рабочих контуров колесных пар, требующих восстановления контактных участков.
Создание механизма формирования рабочего профиля инструмента, обеспечивающего получение заданных показателей по точности и качеству поверхностного слоя колесных пар, восстанавливаемых без переборки узлов.
Создание системы математического обеспечения для формообразования рабочего профиля вставных частей сборных фрез и элементов инструмента, учитывающих индивидуальные особенности восстанавливаемых колесных пар и возможности оборудования для таких целей.
Разработка системы ускоренной технологической подготовки производства инструмента и другой оснастки с использованием численных значений оценочных показателей для типовых случаев восстановления геометрии и качества поверхностного слоя рабочих поверхностей колесных пар.
Разработка технологии формирования рабочего контура вставных и базовых элементов сборных фрез с учетом специфики их использования на оборудовании для восстановления колесных пар без их демонтажа с подвижного состава.
Методы исследований и достоверность результатов. Для достижения поставленной цели использовались классические закономерности процессов резания, системы автоматизированного проектирования рабочей части режущего инструмента, теоретические положения и опыт расчетов и оптимизации параметров и инструмента, методы отработки технологичности конструкции и совершенствования системы технологической подготовки производства.
Достоверность работы подтверждена положительными результатами автоматизированного проектирования сборных фасонных фрез для обработки профиля колесных пар и успешным применением разработанного
технологического процесса восстановления транспортных средств без переборки узлов.
Научная новизна работы включает:
1. Установление связей между заданными технологическими
показателями для восстановленных рабочих элементов колесных пар,
режимами обработки и геометрией режущих элементов сборных фрез при
осуществлении операции на транспортном средстве.
Разработку механизма и алгоритмов ускоренного проектирования режущей части фрез с учетом закономерностей износа профиля колесных пар рельсового транспорта.
Построение методов расчета параметров технологической наладки инструмента по координатам узловых точек, эквидистантных движению инструмента.
Практическая значимость:
Ускорение технологической подготовки производства при восстановлении рельсового транспорта без демонтажа колесных пар.
Повышение коэффициента использования уникального дорогостоящего оборудования для ускоренного восстановления рабочего профиля колесных пар непосредственно на транспортном средстве.
Создание системы автоматизированного проектирования рабочей части сборных фрез, включающей новый подход к методике разработки управляющих программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ).
Разработка методики расчета параметров технологической наладки, учитывающей индивидуальные требования к обработке при восстановлении рабочего профиля колесных пар с различной геометрией и наследственными показателями качества поверхностного слоя.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международной научно-технической конференции «Технологические системы в машиностроении» (Тула, 2002), Международной научно-технической конференции «Сертификация и управление качеством продукции» (Брянск, 2002), Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование в машиностроении и металлургии» (Липецк, 2002), I, II, IV Международных научно-технических конференциях «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2003, 2004, 2006), на научных семинарах ВГТУ (Воронеж, 2008, 2009).
Использование результатов. Результаты работы представлены в виде технологических процессов, методик, программного обеспечения и рекомендаций по проектированию и изготовлению сборных фасонных фрез, оснащенных сменными твердосплавными пластинами, внедрены на ОАО «Геомаш» (г. Щигры, Курской области), на ЗАО Станкостроительный завод (г. Курск), на ПФК ОАО ВСЗ «Холдинг» (г. Воронеж), используются в
учебном процессе кафедры «Машиностроительные технологии и оборудование» Курского государственного технического университета, кафедры «Технология машиностроения» Воронежского государственного технического университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 1 - в издании, рекомендованном ВАК РФ, 1 - книга, получено 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ (№ 2007612555 и № 2007612556) на систему автоматизированного проектирования корпуса фрез для восстановления профиля колесных пар и расчет дискретного представления образующей фрезы для восстановления профиля колесных пар, опубликовано 9 научных работ в сборниках трудов и материалов конференции.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат:
[1] - построение системы проектирования корпусов; [2] - технология восстановления профиля рельсов; [3] - пути повышения качества изделий за счет совершенствования инструмента; [4] - методы автоматизации процедур при проектировании инструмента; [5] - методы оптимизации технологических процессов восстановления колесных пар; [6] - система моделирования процесса обработки; [7] - применение CALS-технологий при автоматизированном проектировании режущего инструмента; [8] - методика применения САПР корпусов фрез; [9] - закономерности построения технологического процесса фрезерования колесных пар; [10] - динамика формообразования образующей в процессе обработки; [11] - построение системы проектирования; [12] -алгоритмы дискретного проектирования фрез; [13] - приложение математических моделей к проектированию инструмента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 100 наименований и двух приложений. Основная часть работы изложена на 114 страницах, содержит 60 рисунков, 4 таблицы.
