Підвищення ефективності шліфування зі схрещеними осями інструмента і деталі з профілем у вигляді дуги кола - Автореферат

Деталі, які мають поверхні з профілем у вигляді дуги кола широко розповсюджені в сучасному машинобудуванні. Для шліфування поверхонь з профілем у вигляді дуги кола кут схрещення осей круга і деталі є параметром, від якого залежить продуктивність і якість шліфування. Отже, розробка перспективних способів шліфування поверхонь з профілем у вигляді дуги кола зі схрещеними осями інструмента і деталі, визначення раціональних кутів схрещування осей і профілювання інструмента дозволять істотно підвищити продуктивність і точність обробки, стійкість абразивного круга і забезпечать необхідну якість оброблюваних поверхонь, що є науковою і технологічною проблемою та мають важливе значення для верстатобудівної, підшипникової і автомобільної промисловостей, трубовальцевого виробництва і енергетики України та складають зміст дисертаційного дослідження. Дослідження проводилися відповідно до держбюджетної тематики кафедри інтегрованих технологій машинобудування і автомобілів Чернігівського державного технологічного університету: „Розробка наукових основ та нових способів шліфування цілеспрямованим керуванням схрещуванням осей інструменту та деталі” (Наказ МОН України № 1044 від 27.11.2007 р.); грант Президента України молодим вченим "Наукові основи ефективного шліфування із схрещеними осями абразивного інструмента та оброблюваної деталі" (GP/F260186), де здобувач був виконавцем окремих розділів. Розроблено й впроваджено у виробництво практичні рекомендації з використання наукових розробок на Чернігівському ВАТ «ЧЕКСІЛ» - "Спосіб шліфування поверхонь обертання зі схрещеними осями інструмента й деталі", а також "Методика розрахунку кута схрещування осей інструмента й деталі "; на ЗАТ "Чернігівський автозавод" - "Спосіб шліфування зі схрещеними осями інструмента й деталі із профілем у вигляді дуги кола", а також "Методика розрахунку кута схрещування осей інструмента й деталі".Моделювання процесу формоутворення деталей з профілем у вигляді дуги кола спрощується при переведенні циліндричного модуля в сферичний, оскільки поверхня обертання з профілем у вигляді дуги кола описується радіусом і двома незалежними кутовими параметрами. Для розробки загальної моделі процесу обробки деталі з профілем у вигляді дуги кола необхідно розвязати пряму задачу теорії формоутворення, для чого необхідно математично описати поверхню комплексної деталі, що являє собою загальний випадок всіх можливих поверхонь з профілем у вигляді дуги кола. Сферичний модуль, що описує деталь, є добутком однокоординатних матриць де: zд - осьова координата зміщення профілю, яка забезпечує гвинтову поверхню, (мм); - координата, що визначає відстань від центра профілю до осі обертання деталі, (мм); - координата, що визначає радіус профілю деталі, (мм). Гвинтова поверхня з профілем у вигляді дуги кола характеризується залежністю кутової координати гвинта zд від кута повороту деталі , сталістю відстані від центра профілю до осі обертання деталі й радіуса профілю деталі ?д. Радіус-вектор круга описується сферичним модулем, що подібний до аналогічного модуля деталі (1), але зі своїми параметрами де: - радіус-вектор точок поверхні інструмента; - сферичний модуль, який являє собою матрицю переходу від початкової точки в систему координат інструмента; qи - кут повороту навколо осі OИZИ обертання інструмента, (?); уи=Rи - відстань від центра профілю інструмента до його осі обертання, (мм); ?и - кут повороту навколо осі ОИУИ, (?); уп=?и - радіус профілю круга, (мм).Спосіб шліфування кільцевого жолоба відрізняється від існуючих тим, що в процесі зняття припуску та формоутворення, круг зміщується в площині перпендикулярній осьовому перерізу таким чином, щоб пряма, яка зєднує центр кривизни дна стрічки жолоба і центр круга, проходила через точку контакту на дні стрічки, які повинні лежати в одній горизонтальній площині, що проходить через вісь обертання деталі. Спосіб шліфування випуклих торових поверхонь відрізняється тим, що в процесі обробки круг з радіусом профілю, більшим за радіус профілю заготовки, переміщується вздовж прямої, яка перпендикулярна осям заготовки та деталі, і яка проходить через вершину торової поверхні і центр профілю осьового перерізу деталі, і повертається навколо цієї ж прямої, при цьому максимальний кут повороту відповідає куту повороту круга при його правці з умови контакту інструмента і деталі. Розроблені загальні модульні 3D моделі процесів зняття припуску, формоутворення й профілювання круга у вигляді добутку сферичних модулів дозволили адекватно описати поверхні з профілем у вигляді дуги кола. Запропоновано загальну тривимірну модель номінальної поверхні комплексної деталі з профілем у вигляді дуги кола, що описується сферичним модулем з лінійним параметром ?д і двома незалежними кутовими параметрами qд й ?д. Розроблено загальну тривимірну модульну модель обробленої поверхні комплексної деталі з профілем у вигляді дуги кола, що складається із двох сферичних модулів: формоутворення поверхні д

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності шліфування деталей з профілем у вигляді дуги кола шляхом розробки перспективних способів, які ґрунтуються на модульному 3D моделюванні процесу обробки, за результатами якої зроблені наступні висновки: 1. Розроблено і математично обґрунтовано способи обробки кільцевого жолоба змінного радіусного профілю й випуклих торових поверхонь методом копіювання зі схрещеними осями інструмента й деталі. Представлені способи дозволяють підвищити продуктивність обробки завдяки зняттю еквідистантного припуску і здійсненню обробки по всій довжині твірної лінії. Спосіб шліфування кільцевого жолоба відрізняється від існуючих тим, що в процесі зняття припуску та формоутворення, круг зміщується в площині перпендикулярній осьовому перерізу таким чином, щоб пряма, яка зєднує центр кривизни дна стрічки жолоба і центр круга, проходила через точку контакту на дні стрічки, які повинні лежати в одній горизонтальній площині, що проходить через вісь обертання деталі. Спосіб шліфування випуклих торових поверхонь відрізняється тим, що в процесі обробки круг з радіусом профілю, більшим за радіус профілю заготовки, переміщується вздовж прямої, яка перпендикулярна осям заготовки та деталі, і яка проходить через вершину торової поверхні і центр профілю осьового перерізу деталі, і повертається навколо цієї ж прямої, при цьому максимальний кут повороту відповідає куту повороту круга при його правці з умови контакту інструмента і деталі. Для розроблених способів шліфування визначено умови і області їх раціонального використання. На способи отримано два позитивних рішення про видачу патентів України.

2. Розроблені загальні модульні 3D моделі процесів зняття припуску, формоутворення й профілювання круга у вигляді добутку сферичних модулів дозволили адекватно описати поверхні з профілем у вигляді дуги кола.

3. Запропоновано загальну тривимірну модель номінальної поверхні комплексної деталі з профілем у вигляді дуги кола, що описується сферичним модулем з лінійним параметром ?д і двома незалежними кутовими параметрами qд й ?д. На основі аналізу загальної моделі розроблено окремі моделі поверхонь з профілем у вигляді дуги кола. Моделі профілю деталі дозволили розробити загальну 3D модель профілювання інструмента. Матриця переходу з системи координат деталі в систему координат інструмента складається з двох сферичних модулів: формоутворення й орієнтації. Розроблено загальну тривимірну модульну модель обробленої поверхні комплексної деталі з профілем у вигляді дуги кола, що складається із двох сферичних модулів: формоутворення поверхні деталі й орієнтації інструмента.

4. Проведено теоретичні дослідження товщини шару, що зрізується різальною кромкою, які дозволяють знаходити її під час обробки орієнтованим абразивним інструментом, з огляду на кінематику процесу різання, матеріал інструмента, стан його робочої поверхні, відносну кутову орієнтацію й зміну даних параметрів у процесі обробки. Розроблено методику визначення складових сили різання, як локальних, так і загальних, яка враховує зерна, що ріжуть і деформують метал.

5. Запропоновано загальну залежність продуктивності шліфування поверхонь з профілем у вигляді дуги кола, які описані сферичними модулями. Проаналізовано загальну модель точності шліфування поверхонь з профілем у вигляді дуги кола. Запропоновано загальну схему ефективності шліфування зі схрещеними осями інструмента і деталі з профілем у вигляді дуги кола, що дозволяє використовувати системний підхід до аналізу процесу шліфування. Приведено методику часового аналізу абразивної обробки, що дозволяє призначати допуски на тривалість обробки.

6. Проведено обчислювальний експеримент процесу шліфування поверхні зі змінним радіусним профілем методом копіювання по всій довжині твірної й методом послідовного копіювання. У результаті моделювання визначено радіус дуги кола, яким замінюється профіль круга при правці. Розраховано величини відхилення розрахункових координат точок профілю від точок дуги кола, якою замінюється профіль круга. При раціональних параметрах процесу шліфування, визначених здобувачем, відхилення не перевищують 7% допуску на форму профілю.

7. На основі динамічного розрахунку системи верстата встановлено, що при обробці деталі зі змінним радіусним профілем динамічна складова в загальній похибці обробки не перевищує 5%.

8. Проведено планування повного факторного експерименту з трьома факторами й підтверджена значимість коефіцієнтів регресії. Аналіз рівняння регресії показав, що найбільший вплив на точність профілю здійснює взаємодія кута нахилу круга й центрального кута профілю, а взаємодія кута нахилу круга й висоти круга не впливають на результати експерименту. Експериментом підтверджена гіпотеза про зняття еквідистантного припуску. Проводилася обробка й вимірювання круглості профілю деталі зі змінним радіусним профілем і деталі з гвинтовою поверхнею з профілем у вигляді дуги кола. Після обробки деталі були визначені залишкові поверхневі напруження.

9. Розроблений "Спосіб шліфування зі схрещеними осями інструмента й деталі з профілем у вигляді дуги кола" і "Методика розрахунку кута схрещування осей інструмента й деталі" впроваджені у виробництво на Чернігівському ВАТ «ЧЕКСІЛ» і на ЗАТ "Чернігівський автозавод". Загальний економічний ефект від впровадження результатів роботи склав більше 22 тис. грн.

Результати й методики дисертації використовуються в навчальному процесі на кафедрі інтегрованих технологій машинобудування і автомобілів Чернігівського державного технологічного університету.

1. Єрошенко А.М. Часові звязки виробничого процесу / Єрошенко А.М., Бондаренко С.Г. // Вісник Чернігівського технологічного інституту. - Чернігів, 1996. - №3. - С. 37-39. Здобувачем було проаналізовано часові звязки процесу.

2. Єрошенко А.М. Особливості часових ланцюгів виробничого процесу / Єрошенко А.М., Чередніков О.М. // Вісник Чернігівського технологічного інституту. - Чернігів, 1997. - №4. - С. 23-26. Здобувачу належить методика розрахунку часових ланцюгів.

3. Єрошенко А.М. Дослідження особливостей часових звязків виробничого процесу / Єрошенко А.М., Бондаренко С.Г., Чередніков О.М. // Наукові нотатки. - Луцьк: Луцький державний технічний університет, 1998. - №4. - С. 84-89. Здобувачу належить розробка положень методики часового аналізу механічної обробки.

4. Єрошенко А.М., Чередніков О.М., Кухаренко О.В. Порядок розвязання часових ланцюгів при розрахунку тривалості технологічного циклу під час паралельно-послідовного руху предметів праці / Єрошенко А.М., Чередніков О.М., Кухаренко О.В. // Вісник Чернігівського державного технологічного університету. - Чернігів, 1999. - №9. - С. 93-101. Здобувачем запропоновано порядок розрахунку часових ланцюгів в залежності від виду рухів предметів праці.

5. Єрошенко А.М. Уніфікація розрахунків розмірних і часових звязків технологічного процесу / Єрошенко А.М. // Вісник Інженерної академії наук. - Київ, 2006. - №2-3. - С. 94-95.

6. Кальченко В.В. Модульное 3D моделирование шлифования наружных торовых поверхностей со скрещивающимися осями круга и детали / Кальченко В.В., Ерошенко А.М. // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. - Симферополь, 2008. - Вып. 16. - С. 30-33. Здобувачем було розроблено моделі шліфування зовнішніх поверхонь, які представлені сферичними модулями.

7. Кальченко В.В. Шлифование винтовых поверхностей со скрещивающимися осями инструмента и детали с круговым профилем / Кальченко В.В., Єрошенко А.М. // Машинобудування. Збірник наукових праць. - Харків: Українська інженерно-педагогічна академія (УІПА), 2008. - Випуск 3. - С. 132-139. Здобувачем було розроблено новий спосіб шліфування гвинтових поверхонь і проведено його модульне 3D моделювання.

8. Кальченко В.В. Шліфування методом копіювання кільцевого жолоба змінного профілю зі схрещеними осями інструмента і деталі / Кальченко В.В., Єрошенко А.М. // Вісник Тернопільського держ. технічн. ун-ту. Науковий журнал. - Тернопіль, 2008. - Том. 13, №4. - С. 94-99. Здобувачем було розроблено новий спосіб шліфування і проведено його модульне 3D моделювання.

9. Кальченко В.В. Модульне 3D моделювання зняття припуску і формоутворення випуклих торових поверхонь зі схрещеними осями інструмента і деталі / Кальченко В.В., Єрошенко А.М. // Наукові нотатки.- Луцьк: Луцький державний технічний університет, 2008. - №3. - С. 73-77. Здобувачем було розроблено моделі шліфування випуклих торових поверхонь, які представлені сферичними модулями.

10. Кальченко В.В. Модульне 3D моделювання зняття припуску і формоутворення внутрішніх канавок шарошок бурових доліт зі схрещеними осями інструмента і деталі / Кальченко В.В., Єрошенко А.М. // Нафтогазова енергетика. - Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2008. - №9. - С. 63-67. Здобувачем було розроблено моделі шліфування внутрішніх торових поверхонь, які представлені сферичними модулями.

11. Єрошенко А.М. Теоретичні та експериментальні дослідження процесу шліфування зі схрещеними осями інструмента і деталі з профілем у вигляді дуги кола / Єрошенко А.М. // Вісник Чернігівського державного технологічного університету. - Чернігів, 2008. - №36. - С. 5-24.

12. Ерошенко А.М. Оптимизация временных связей технологического процесса / Ерошенко А.М. // Проблемы и пути реализации научно-технического потенциала военнопромышленного комплекса: тезисы докладов Международной научно-практической конференции, г. Киев, АТМ Украины, 15-17 марта 2000 г. - Киев: АТМ Украины, 2000. - С. 57-59.

13. Кальченко В.В. Шлифование методом последовательного копирования кольцевого желоба переменного профиля трубопрокатных валков ориентированным инструментом / Кальченко В.В., Ерошенко А.М. // Динаміка, надійність і довговічнисть механічних і біомеханічних систем та елементів їхніх конструкцій: матер. міжнародн. науково-техн. конф., (2-5 вересня 2008 р. Севастополь) - Севастополь: СЕВНТУ, 2008. - С. 435-444. Здобувачем було розроблено 3D моделі шліфування поверхні змінного радіусного профілю.

14. Кальченко В.В. Модульне 3D моделювання зняття припуску і формоутворення випуклих торових поверхонь зі схрещеними осями інструмента і деталі / Кальченко В.В., Єрошенко А.М. // Машинобудування очима молодих: матер. VIII всеукр. науково-техн. конф., (29-31 жовтня 2008 р. Луцьк) - Луцьк: ЛНТУ, 2008. - С. 32-34. величина шару, що зрізується різальним лезом