МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СЕВАСТОПОЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Голубєв Олексій В'ячеславович

УДК 621.9.01

ІМПУЛЬСНА АВТОМАТИЧНА КОМПЕНСАЦІЯ РАДІАЛЬНИХ ПРУЖНИХ ПЕРЕМІЩЕНЬ ТОНКОСТІННИХ ЦИЛІНДРИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ТОЧІННІ

Спеціальність 05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Севастополь - 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі автоматизації технологічних процесів і виробництв Севастопольського національного технічного університету Міністерства освіти і науки України .

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Пашков Євген Валентинович,

проректор по науковій роботі Севастопольського національного

технічного університету.

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Торлін Вадим Миколайович,

завідувач кафедри технології машинобудування;

- кандидат технічних наук, Вохмянін Аркадій Миколайович,

доцент кафедри вищої математики й інформатики Кримського інституту економіки і господарського права

Провідна організація: Дніпропетровський національний гірничий університет,

Міністерство освіти і науки України

Захист відбудеться “16”_____12_____ 2004 р. о _14_ годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д50.052.02 у Севастопольському національному технічному університеті за адресою: 99053, м. Севастополь, Стрілецька бухта, Студмістечко.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Севастопольського національного університету

99053, м. Севастополь, Стрілецька бухта, Студмістечко, бібліотека Севнту.

Автореферат розіслано

“_10_” ________11_______ 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої

ради кандидат технічних наук, доцент В.О. Крамар

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми

Однією з основних задач машино- і приладобудування в галузі автоматизованої обробки точінням є забезпечення необхідних показників точності і якості виготовлення деталей.

Ця задача актуальна для чистової токарської обробки тонкостінних циліндричних деталей (ТЦД), досягнення заданої точності форми і якості поверхні яких через низьку жорсткість у радіальному напрямку вимагає великих витрат часу. Аналіз чинних способів обробки ТЦД точінням показав їхню малу ефективність в умовах автоматизованого виробництва.

Підвищення ефективності можливе при використанні сучасних методів обробки, заснованих на вібраційних автоматизованих технологіях.

До таких методів належить різання з імпульсною динамічною компенсацією пружних прогинів стінки ТЦД. Даний метод позбавлений недоліків, властивих багатьом іншим методам токарської обробки. Однак широкого практичного застосування він не знайшов, тому що в технічній літературі відсутнє його науково-технічне обґрунтування і рекомендації з використання в умовах автоматизованого виробництва.

Зв'язок дисертації з науковими програмами, планами, темами

Робота виконувалася в межах закінчених держбюджетних тем №0197U001829 “Створення наукових основ вібролевітаційної технології обробки прецизійних деталей машин і приладів в умовах автоматизованого виробництва” (1998-2000 рр) і №0101U001185 “Дослідження фізичних процесів левітаційного і вібролевітаційного точіння з використанням аналітичних і чисельних машинних експериментів” (2001-2002 рр).

Мета дисертаційної роботи

Метою роботи є підвищення точності автоматизованої обробки точінням з імпульсною динамічною компенсацією пружних прогинів ТЦД.

Реалізація поставленої мети передбачає розв’язання таких завдань:

проаналізувати механізм утворення похибок форми деталей при різних схемах закріплення і способах обробки;

розробити і дослідити метод обробки ТЦД, заснований на динамічній компенсації пружних переміщень нежорсткої циліндричної деталі при точінні з застосуванням безконтактного технологічного оснащення, що дозволяє автоматизувати процес обробки ТЦД за умови забезпечення заданого класу точності форми і розмірів;

створити математичну модель процесу обробки ТЦД, що дозволяє управляти пружноздеформованим станом деталі, описати поводження технологічної системи, прогнозувати параметри продуктивності і якості при зміні режимів обробки і розмірних параметрів деталі;

визначити режими обробки ТЦД, що забезпечують одержання заданої якості виробів, розробити алгоритми і програми їхнього розрахунку;

розробити пристрої, що реалізують метод динамічної компенсації пружних переміщень нежорсткої циліндричної деталі при точінні з застосуванням безконтактних механізмів базування, центрування й обертання;

експериментально дослідити функціональні можливості розроблених пристроїв для практичної реалізації методу динамічної компенсації пружних переміщень ТЦД.

Методи дослідження

Теоретичні і експериментальні дослідження проводились з використанням основних положень теорії пружних коливань, теорії плоского вигину балки, теорії оболонок, закону збереження імпульсу, математичної статистики.

Наукова новизна

1.

2.

Практичне значення і реалізація отриманих результатів

На основі отриманих математичних моделей розроблена автоматизована технологія обробки ТЦД, що дозволяє підвищити точність форми деталі. Розроблено ряд оригінальних пристроїв, що реалізують метод імпульсної динамічної компенсації з використанням безконтактних механізмів у складі технологічного оснащення. Запропоновано алгоритми керування, що дозволяють автоматизувати процес компенсації пружних прогинів ТЦД при обробці.

Особистий внесок здобувача

В основу дисертаційної роботи покладені ідеї автора і його самостійні розробки. Особистий внесок здобувача в роботах, виконаних у співавторстві полягає в тому, що він брав активну участь у постановці проблеми і її вирішенні [4,5], в одержанні результатів теоретичних і експериментальних досліджень [1…3,6,7], у розробці оригінального технологічного оснащення [8…10].

Апробація результатів дисертації

Основні положення дисертації доповідалися й обговорювалися на науково-технічних конференціях “Вибротехнология – 98” м. Одеса, 1998 р., “Автомобильный транспорт” м. Севастополь, 1998 р., “Процеси механічної обробки, верстати та інструменти” г. Житомир, 1999 р. та на міжкафедральних наукових семінарах з автоматизації і системам керування Севнту в 1999, 2001, 2002, 2003 р.

Публікації

Результати досліджень відбиті у восьми статтях у фахових наукових журналах і збірниках наукових праць і захищені двома патентами.

Структура и обсяг роботи

Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (101 позиція) та 4 додатка. Текст роботи виконаний на 126 сторінках, містить 60 малюнків, 7 таблиць. Загальний обсяг роботи складає 144 сторінки.

.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито стан дослідження питання, пов'язаного з підвищенням ефективності автоматизованого виробництва нежорстких деталей, обґрунтована актуальність теми, визначені мета і задачі дослідження, визначені основні положення, що відбивають наукове і практичне значення роботи.

У першому розділі зроблено огляд існуючих типів тонкостінних циліндричних деталей, аналізуються відомі способи обробки з використанням універсального і спеціального технологічного оснащення, виявляються основні, властиві їм недоліки і визначаються шляхи їхнього усунення.

Основною причиною виникнення похибок форми ТЦД при токарській обробці є їхня нездатність, унаслідок малої радіальної жорсткості, протистояти дії зовнішніх сил як при установці на верстаті, так і в процесі обробки.

Збільшення жорсткості елементів технологічної системи (ТС), у першу чергу в напрямку дії радіальної складової сили різання, сприяє підвищенню точності обробки, але застосовувані для цього способи і технічні засоби, викликають деформацію деталей, перенесення теплових і силових деформацій верстата і пристосування на деталь.

Способи точіння, засновані на використанні традиційних методів, а також на збільшенні жорсткості за допомогою додаткового технологічного оснащення чи на керуванні пружноздеформованним станом деталей, не дозволяють уникнути похибки форми, конструктивно складні, метало- і енергоємні, а також не ефективні в умовах автоматизованого виробництва через низьку продуктивність і гнучкість.

За конструктивними особливостями і характеру взаємодії затискних елементів з оброблюваними деталями верстатні затискні пристосування поділяються на три основні групи: пристосування з зосередженими зусиллями затискування; пристосування з розподіленими по колу зусиллями затискування; пристосування з осьовим затискуванням.

Технологічне устаткування, побудоване на використанні безконтактних, у тому числі аеростатичних опор, максимально зменшуючи вплив елементів динамічної системи верстата на оброблювану деталь, забезпечує підвищення точності обробки.

Пропонується спосіб динамічної компенсації пружних переміщень стінки ТЦД із застосуванням безконтактного технологічного оснащення, що, з'єднуючи в собі переваги розглянутих відомих методів обробки, дозволяє комплексно вирішити проблему досягнення необхідної точності форми ТЦД, і сприяє підвищенню рівня автоматизації цього процесу.

Для теоретичного обґрунтування запропонованого методу обробки і забезпечення його практичного впровадження, сформульовані мета і задачі досліджень, що базуються на результатах аналізу технологічних особливостей обробки ТЦД в умовах автоматизованого виробництва.

Другий розділ присвячений розробці способу імпульсної динамічної компенсації пружних переміщень ТЦД при точінні, дослідженню механізму пружного деформування тонкостінної циліндричної заготовки під дією радіальної складової сили різання, розробці математичної моделі процесу динамічної компенсації. Вирішено задачу врахування зміни координати, що визначає місце сили різання при русі різця уздовж заготовки для довгомірних циліндричних оболонок.

Для усунення радіальних пружних квазистатичних переміщень тонкостінних циліндричних оболонок, обумовлених навантажуванням радіальної складової сили різання при автоматичній токарській обробці, пропонується використовувати періодичний імпульсний вплив, що прикладається в напрямку протилежному дії радіальної складової сили різання. Це дозволяє стабілізувати вихідне положення стінки циліндра. Параметри динамічного імпульсного впливу вибираються з умовою забезпечення рівності прогинів від дії компенсуючої сили і від дії сили різання в зоні обробки. Таким чином, критерієм компенсації пружних переміщень є рівність нулю сумарного переміщення деталі в зоні обробки.

Для вивчення процесу компенсації пружних прогинів розглядається механізм пружного деформування тонкостінної циліндричної деталі, що знаходиться під дією зосередженої сили, що має складні складові, а саме: прогин локальний, що має форму плями деформації, і загальний прогин осі циліндра як балки.

Проведено чисельний аналіз балкової складової радіального переміщення і локальної складової для ТЦД (рисунок 1) при дії зосередженої радіальної складової сили різання .

Прогин оболонки з вільно обпертими краями (як балки) обчислюється за формулою

,

де - модуль пружності; - товщина оболонки; - безрозмірна осьова координата; - серединний радіус оболонки; ; - довжина оболонки; - кутова координата.

Локальний прогин оболонки, зобумовлений її місцевими деформаціями, визначається виразом

,

де , - коефіцієнт Пуассона; - число, найближче до

Загальний прогин (радіальне переміщення у точці прикладання сили Pу)

.

Узагальнений коефіцієнт жорсткості, використовуваний у диференціальному рівнянні руху маси “плями” оболонки, обчислюється (при , ) за залежністю

.

Локальне пружне переміщення стінки деталі під дією сили різання Py, а також напрямок дії динамічної компенсуючої сили Fy(t) показано на рисунку 2.

Динамічний характер впливу дозволяє не тільки повернути переріз оброблюваної деталі у вихідний недеформований стан, але і безупинно підтримувати цей стан у процесі точіння.

Особливістю динамічної компенсації є імпульсний характер сил, що діють на деталь (рисунок 3). Задача пошуку величини (характеру) таких впливів може мати багато рішень, тобто можна знайти досить велику кількість динамічних впливів, що забезпечують відновлення положення рівноваги.

У першому наближенні локальні переміщення тонкостінної деталі в зоні прикладання динамічного впливу описуються диференціальним рівнянням з імпульсною правою частиною, що має вигляд

де - прогин стінки деталі в зоні прикладання імпульсного впливу; ; - коефіцієнт лінійно-в’язкого опору; - маса коливаної зони деформування для тонкостінних оболонок (рисунок 2); r1 - радіус плями деформації; r - радіус серединної поверхні тонкостінної деталі; - власна частота коливань без врахування загасання; - коефіцієнт жорсткості деталі в зоні імпульсного прикладання впливу; - силовий вплив на одиницю маси; - динамічний вплив; - тривалість імпульсу (рисунок 3); - період проходження імпульсів.

Оскільки права частина рівняння має імпульсний характер, то поведінка стінки деталі в процесі динамічного навантаження описується диференціальними рівняннями, справедливими на відповідних інтервалах часу.

Рисунок 4. – Графіки: залежність сили різання і компенсуючого впливу (а); і переміщення

стінки деталі при імпульсному впливові (б)

Розв’язок рівняння з періодичною правою частиною може бути знайдений після розкладу його в тригонометричний ряд, але в даному випадку доцільне одержання точного рішення, що грунтується на методі припасовування.

За допомогою отриманих виразів моделювався процес переміщення стінки деталі при імпульсному динамічному впливі. Графік руху (рисунок 4, б) побудований для прикладу за такими вихідними даними: рад/с, с-1, Н/кг, с, с. При прикладанні імпульсного впливу (з підбором параметрів , , ) по лінії дії радіальної складової сили різання Ру = 0,25 Н (рисунок 4, а), що деформує стінку деталі на величину W = 0,0025 м, забезпечується повернення стінки циліндра у вихідний недеформований стан і стабілізація стану квазистатичного положення рівноваги.

Метод динамічної компенсації пружних прогинів може використовуватися при обробці і довгомірних циліндричних деталей, з прикладанням компенсуючого впливу в одній фіксованій точці.

У зв'язку зі зміною подовжньої координати, що визначає положення сили різання при точінні довгомірних деталей, виникає необхідність у корекції імпульсного впливу, що забезпечує неперервне усунення переміщення деталі у напрямку дії радіальної складової сили різання. Пропонується здійснювати корекцію впливу з використанням функції впливу , що змінює величину імпульсного впливу в залежності від координати дії сили різання по довжині деталі (рисунок 5,а):

де - імпульсний компенсуючий вплив, що попередньо знаходиться без врахування зміни координати положення сили різання, тобто при збігові координати сили різання (при ) з координатою прикладання (у даному випадку ).

Функція впливу знаходиться з таких міркувань: визначається такий вплив у заданому фіксованому перетині , при якому переміщення деталі у напрямку дії радіальної складової сили різання в перетині з довільною координатою положення сили Py дорівнювало би абсолютній величині прогину від одиничної сили .

Алгоритм пошуку ілюструється такими прикладами. На рисунку 5, а приведена схема прикладання навантажень для деталі із шарнірним закріпленням кінців. У цьому випадку функція впливу знаходиться для двох ділянок, у перетині з координатою ( )

;

при

Для випадку консольного закріплення деталі (рисунок 6, а), у результаті аналітичних перетворень отримана функція впливу

Узагальнена структура розімкнутої системи керування процесом імпульсної компенсації пружних прогинів при точінні представлена на рисунку 7. Система керування має блок завдання параметрів (БЗП), у який заносяться геометричні розміри деталі, послідовність її обробки і режими різання. Ці дані надходять у блок розрахунку компенсуючого впливу, (БРКВ), у якому відповідно до режимів різання визначається величина і відбувається формування керуючого сигналу. Цей сигнал, пройшовши через блок перевірки припустимих значень (БППЗ), через перетворювач (П) надходить на виконавчий орган (ВО), що забезпечує імпульсний вплив. У БППЗ порівнюється необхідне значення керуючого сигналу і гранично припустиме значення сигналу для даного типу ВО. У випадку, коли необхідне значення перевищує гранично припустиме, сигнал надходить у блок корекції режимів різання БКРР, що формує нові значення режимів різання і направляє їх у БЗП, після чого цикл повторюється, доти, поки необхідне значення сигналу не буде перевищувати гранично допустимого значення.

Дана структура системи керування є в значній мірі спрощена і може змінюватися (ускладнюватися) у залежності від типу використовуваного віброупора.

В третьому розділі аналізуються результати експериментальних досліджень імпульсного впливу на нежорстку деталь, отримані при використанні оригінальної установки , що моделює процес імпульсного компенсуючого впливу.

Експериментальний пристрій спроектований і створений в навчальному центрі “Festo-Didactic” з використанням матеріальної бази кафедри “Автоматизації технологічних процесів і виробництв” Севастопольського національного технічного університету. З його допомогою моделюється (досліджується) процес динамічного імпульсного компенсуючого впливу одного знака на нежорстку деталь при токарській обробці, що дозволяє практично визначити вплив основних параметрів впливу на динамічну поведінку пружного об'єкта.

Пристрій (рисунок 8) включає плиту 1 з порожньою втулкою 6, що має вісім горизонтальних отворів. На втулці 6 розміщена обойма 7, що має внутрішню кільцеву проточку, а також різьбові отвори, у які вгвинчені штуцери 10. Усередині обойми за допомогою гвинтів 9 кріпиться нижнє кільце 2, що має внутрішній конічний профіль. На втулці 6 із зазором відносно нижнього кільця за допомогою нарізного сполучення установлене верхнє кільце 4, що також має внутрішній конічний профіль; при цьому нижнє і верхнє кільця розташовані таким чином, щоб кут між їхніми внутрішніми поверхнями складав 900. Між нижнім і верхнім кільцями знаходиться кулька 3. У заданому положенні верхнє кільце фіксує стопорна гайка 5.

Об'єктом дослідження є нежорстка металева пластина 14 (пружний об'єкт), що по згинаючій жорсткості еквівалентна жорсткості відповідної тонкостінної циліндричної оболонки в радіальному напрямку. Пластина за допомогою болтів 17 і шайб 16 закріплена на опорах 13, установлених з можливістю переміщення в пазах на основі 1. Для регулювання натягу пластини, а отже її жорсткості, використовується кронштейн 20 і регулююча гайка 21, установлені на рухомій у пазах основі опорі 18.

Датчик 23 моделі 212 ПС для виміру пружних переміщень пластини розташован на стійці 15. На плиті 1 закріплена опора 27, призначена для щупа 26.

Стиснене повітря через штуцер 10 подається між кільцями 2 і 4, зумовлює обертання кульки 3 по окружності з кутовою швидкістю щ. При обертанні кулька через вікно в обоймі періодично взаємодіє з пластиною, забезпечуючи, таким чином, її періодичне імпульсне динамічне навантаження.

Величина зусилля, яке періодично прикладається до пластини, відповідає відцентровій силі кульки і визначається з виразу , де m – маса кульки, r – відстань від центра обертання до центра ваги кульки, - кругова швидкість центра маси кульки.

Під дією періодичного імпульсного навантаження пластина пружно прогинається. Значення прогину виміряється за допомогою датчика переміщення, установленого напроти вікна обойми. Частота обертання кульки визначається за допомогою стробоскопічного тахометра СТ-5. Джерелом тиску служить переносний компресор фірми “Festo”, оснащений ресивером. З метою забезпечення постійного напору повітря в повітряне коло включений стабілізатор тиску. Значення величини тиску визначалися за допомогою манометра зразкового ДСТ 6521-60.

Для дослідження впливу й особливостей імпульсної динамічної дії на деталь розроблені методика і програма експерименту. Проведено дослідження впливу основних параметрів на величину динамічних прогинів стінки деталі, до яких належить частота обертання f, маса кульки m, що визначають зусилля, з яким кулька впливає на пластину, а також шпаруватість проходження імпульсів і геометричних параметрів, що визначають жорсткість C пластини.

Рисунок 8 – Експерементальний пристрій

Для оцінки відповідності експериментальних досліджень теоретичним була розроблена методика розрахунку основних параметрів імпульсного впливу.

Оцінка переміщень пружного об'єкта (пластини) під дією імпульсних динамічних навантажень, спричинених ударним впливом кульки, проведена в другому розділі. Визначені параметри імпульсного впливу (Fц – сила одного удару кульки, t – тривалість удару, Т – період обертання кульки).

Ударний імпульс визначається за формулою

,

де - коефіцієнт відновлення, що може бути знайдений експериментально і розраховується за допомогою виразу

.

Сила Q (рисунок 9) визначається як проекція відцентрової сили на вісь поперечного переміщення пластини:

,

де m – маса кульки, r – радіус обертання кульки, ? - кутова швидкість кульки, V0 – лінійна швидкість кульки.

Час імпульсу визначається з виразу

На рисунку 10 представлені результати експериментальних і теоретичних досліджень впливу частоти обертання кульки на переміщення пружного об'єкта (пластини). Видно, що при збільшенні частоти обертання кульки експериментальна і теоретична деформація пластини збільшувалася.

Також видно, що при низьких частотах розбіжності між теоретичними й експериментальними даними дуже значні, але при збільшенні частоти похибка зменшується. Істотна розбіжність між теоретичними й експериментальними даними на низьких частотах пов'язана з ударним резонансом, коли період імпульсів Т близький чи збігається з періодом першого тону власних коливань пластини.

На рисунку 11 представлені результати експериментальних і теоретичних досліджень впливу жорсткості пружного об'єкта на його переміщення. Видно, що при збільшенні жорсткості пластини експериментальна і теоретична деформація зменшувались. При цьому розбіжності експериментальних і теоретичних даних не перевищували 35%.

На рисунку 12 представлені результати експериментальних досліджень впливу маси кульки на переміщення пружного об'єкта. Видно, що при збільшенні маси кульки експериментальна і теоретична деформація пластини збільшувалися. При цьому розбіжності експериментальних і теоретичних даних не перевищували 32 %.

Узагальнюючи отримані результати експериментів можна зробити висновок, що застосування імпульсного впливу при автоматичній токарській обробці оболонок малої жорсткості дозволяє значно знизити і навіть усунути радіальні переміщення, обумовлені радіальною складовою сили різання, і тим самим зменшити погрішності обробки. При цьому параметри імпульсного впливу повинні вибиратися з урахуванням виключення явища ударного резонансу.

В четвертому розділі представлене оригінальне технологічне оснащення, яке використовується при обробці ТЦД на основі безконтактних механізмів базування, центрування, обертання і переміщення, що дозволяє на практиці реалізовувати метод динамічної компенсації пружних прогинів при точінні із широким діапазоном частот (до 22 кгц); здійснювати як контактну, так і безконтактну компенсацію. Пристрої характеризуються відносною простотою, високою надійністю і широкими функціональними можливостями.

На рисунку 13 представлен п’єзокерамичний віброопор, виконаний на базі багатошарового кільцевого п'єзоелектричного перетворювача 1 з цирконата-титаната свинцю (кераміка ЦТС), що дозволяє компенсувати дію радіальної складової сили різання за допомогою створюваних їм радіальних ультразвукових коливань. Він змонтований у корпусі виброупора за допомогою радіальних 3 і осьових 2, 4 аеростатичних підшипників. Підведення живлення до обкладинок перетворювача здійснюється за допомогою щіткового вузла 5.

Рисунок 13 – П’єзокерамічний обертовий віброупор

Розроблені конструкції аеростатичних оправок дозволяють установлювати на верстаті й обертати ТЦД без прямого механічного контакту; рівномірно розподіляти зусилля центрування по установлювальній поверхні деталі, виключаючи її деформацію; полегшити процес установлювання деталі на оправлення, за рахунок зміни свого діаметра; демпфірувати коливання, виключаючи у такий спосіб виникнення некерованих автоколиваннь у зоні різання.

Сутність такого виду оснащення полягає в тому, що тонкостінна деталь установлюється за допомогою газомагнітных, гідро- чи аеростатичних опор і обертається, а також переміщається в осьовому напрямку магнітними потоками. Тонкостінна деталь розміщається з гарантованим зазором або усередині статора при розточуванні, на полюсних наконечниках якого рівномірно по колу виконані кишені (канавки), у які нагнітається повітря (рідина) під тиском, що витікає в атмосферу через зазор між статором і зовнішньою поверхнею деталі, або на статорному оправленні, при зовнішній обробці. Під дією тиску, рівномірно розподіленого по базовій поверхні, деталь спливає, центруючись щодо полюсних наконечників зовнішнього статора, фазні обмотки якого живляться перемінним струмом. У результаті створюється обертове магнітне поле й у тонкостінній деталі магнітними потоками індуктується ЭРС, спрямована по утворюючій циліндра. Під дією ЭРС у деталі виникають вихрові струми, що, взаємодіючи з обертовим магнітним полем, створюють електромагнітні сили й обертаючий момент. Напрямок обертання магнітного поля сполучають з необхідним напрямком обертання деталі. У такий спосіб можна обробляти ТЦД із магнітних і немагнітних матеріалів (алюміній, латунь, титан і ін.)

Представлені конструктивні рішення підтверджені розрахунками.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

Аналіз сучасного машино- і приладобудівного виробництва підтверджує низький рівень автоматизації токарської обробки ТЦД, що зв'язано зі складністю усунення радіальних прогинів стінки деталі, що виникають як при впливі радіальної складової сили різання так і сил затиску. Існуючі способи їхнього усунення мають ряд істотних недоліків, що полягають у складності переналагодження і управління , низької надійності, необхідності допоміжних операцій і т.п.

Доведена можливість підвищення точності автоматизованої токарської обробки ТЦД із використанням імпульсної динамічної компенсації пружних прогинів від дії радіальної складової сили різання.

Досліджено процес усунення (компенсації) пружних прогинів ТЦД із використанням імпульсного динамічного впливу.

Розроблено математичну модель імпульсної динамічної компенсації пружних прогинів ТЦД у процесі автоматизованої токарської обробки. Модель дозволяє описати механічні процеси, що відбуваються у деталі під дією на неї імпульсного впливу, а також знайти необхідні для компенсації параметри динамічного впливу на основі даних про режими різання, параметри і вимоги до точності оброблюваної деталі, управляти її пружноздеформованим станом.

Аналіз отриманих теоретичних залежностей показав, що можлива повна компенсація прогинів ТЦД від дії радіальної складової сили різання при автоматизованій токарській обробці.

Проведені експериментальні дослідження впливу імпульсного динамічного впливу на нежорстку деталь підтверджують адекватність розробленої математичної моделі і показують можливість практичної реалізації методу компенсації пружних прогинів ТЦД, що виникають під дією радіальної складової сили різання.

Розроблені оригінальні пристрої , захищені патентами, що реалізують метод імпульсної динамічної компенсації з застосуванням безконтактних механізмів базування, центрування й обертання, що характеризуються відносною простотою і надійністю, можуть бути ефективно використані при обробці нежорстких деталей машинобудівної, приладобудівної, авіакосмічної, суднобудівної й іншої галузей промисловості.

Отримані результати і розроблені рекомендації можуть бути ефективно використані при вирішенні задач автоматизації розроблених технологічних процесів точіння ТЦД, а також техпроцесів обробки нежорстких деталей класу валів і дисків.

Основні результати дисертації опубліковані в наступних роботах:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Анотація

Голубєв О. В. Імпульсна автоматична компенсація радіальних пружних переміщень токостінних циліндричних детьалей при точінні. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – Автоматизація технологічних процесів. – Севастопольський національний технічний університет, Севастополь, 2003.

У роботі розробляється нове конструкторсько-технологічне рішення питання створення гнучких автоматизованих обробних систем, заснованих на застосуванні динамічного компенсуючого впливу з використанням безконтактного технологічного оснащення. Застосування безконтактних механізмів і імпульсного вібраційного впливу дозволяє усунути деформації тонкостінних циліндричних деталей, які створюються силами різання. Розроблені моделі, підтверджені експериментальними дослідженнями, свідчать про можливість керування пружно-здеформованим станом ТЦД із використанням імпульсного динамічного компенсуючого впливу. Запропоновані оригінальні конструктивні рішення технологічного оснащення.

Ключові слова: тонкостінна циліндрична деталь, автоматизація, вібраційне точіння, динамічна компенсація, аеростатична опора, математичне моделювання, радіальна деформація.

Аннотация

Голубев А. В. Импульсная автоматическая компенсация радиальных упругих перемещений тонкостенных цилиндрических деталей при точении. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05. 13. 07 – Автоматизация технологических процессов. – Севастопольский национальный технический университет, Севастополь, 2004.

В работе развивается новое конструкторско-технологическое решение вопроса создания гибких автоматизированных обрабатывающих систем, основанных на применении динамического компенсирующего воздействия с использованием бесконтактной технологической оснастки. Применение бесконтактных механизмов и импульсного вибрационного воздействия позволяет устранить деформации тонкостенных цилиндрических деталей, создаваемые силами резания. Разработанные модели, подтвержденные экспериментальными исследованиями, показывают возможность управления упругодеформированным состоянием ТЦД с использованием импульсного динамического компенсирующего воздействия.

В первом разделе приведен обзор существующих типов тонкостенных цилиндрических деталей (ТЦД) производства машино-приборостроительных отраслей промышленности, анализируются известные способы обработки с использованием универсальной и специальной технологической оснастки, выявлены основные, присущие им недостатки и определены пути их устранения. Анализ современных тенденций в развитии технологии обработки показывает, что следует существенным образом пересмотреть подходы к решению задач достижения требуемых точностных параметров, уделив особое внимание бесконтактной и вибрационной технологии.

Во втором разделе представлен способ импульсной динамической компенсации упругих перемещений ТЦД при точении. Исследован механизм упругого деформирования тонкостенной цилиндрической заготовки под действием радиальной составляющей силы резания. Разработана математическая модель процесса стабилизации локального равновесного квазистатического состояния тонкостенной цилиндрической оболочки, нагруженной силой резания, при использовании компенсирующего динамического воздействия в виде периодически повторяющихся импульсов одного знака. Решена задача учета изменения координаты положения режущего инструмента при его движении вдоль заготовки для длинномерных цилиндрических оболочек, при автоматической токарной обработке. Разработана структура и алгоритм работы системы управления импульсной виброобработкой.

В третьем разделе проведен анализ результатов экспериментальных исследований импульсного воздействия на нежесткую деталь, полученных при использовании оригинальной установки, моделирующей процесс импульсного компенсирующего воздействия. Показано, что при соблюдении всех необходимых для нормальной работы установки условий, расхождение между экспериментальными и теоретическими данными не превышает 35%

В четвертом разделе представлена оригинальная технологическая оснастка, используемая при обработке ТЦД с динамической компенсацией упругих прогибов, позволяющая осуществлять как контактную, так и бесконтактную компенсацию. Также представлены бесконтактные механизмы базирования, позволяющие устанавливать на станке и вращать ТЦД без прямого механического контакта; равномерно распределяют усилия центрирования по установочной поверхности детали, исключая ее деформацию; облегчают процесс установки детали на оправку, за счет изменения своего диаметра.

Результатом работы является разработанная автоматизированная технология обработки ТЦД, позволяющая повысить точность формы детали за счет устранения прогибов стенки детали в зоне резания от действия радиальной составляющей силы резания, используя периодическое импульсное воздействие, прикладываемое в направлении противоположном действию радиальной составляющей силы резания.

Ключевые слова: тонкостенная цилиндрическая деталь, автоматизация, вибрационное точение, динамическая компенсация, аэростатическая опора, математическое моделирование, радиальная деформация.

Annotation

Golubev A.V. Impulse automatic compensation of radial elastic displacement of thin-walled cylindrical parts while turning. – Manuscript.

Thesis for a candidate degree in engineering science, speciality 05.13.07 – Automation of technological processes. – Sevastopol national technical university, Sevastopol, 2004.

A new designing-technological approach of creating flexible automated machining systems based on the application of dynamic compensation effect using contactless technological equipment is developed. The application of contactless devices and impulse vibrating effect allows to eliminate the deformation of thin-walled cylindrical parts created by cutting forces. The developed models, confirmed by experimental study, show the possibility to control the state of elastic deformation of thin-walled sleeves using impulse dynamic compensating effects. A new designing approach of technological equipment is suggested.

Key words: a thin-walled cylindrical part, automation, vibroturning, dynamic compensation, aerostatical support, mathematical modeling, radial deformation.

Здано в набір 19.08.2004 р. Підп. до друку 22.09.2004 р. Формат 60?90. Папір офс. № 1. Друк офс. Ум. др. арк. 0,9. Тираж 100 прим. Зам. № 292.

Видавництво СевНТУ, Севастополь 99053, Стрілецька балка, Студмістечко, НМЦ.