Тернопільський державний технічний університет імені ІВана Пулюя

Заблоцький Валентин Юрійович

УДК 621.822:681.2:369.64

підвищення якості оброблення кілець роликопідшипників на токарно-автоматних операціях

05.02.08 – технологія машинобудування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Тернопіль – 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луцькому державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Марчук Віктор Іванович,

Луцький державний технічний університет,

завідувач кафедри “Приладобудування”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Петрина Юрій Дмитрович,

Івано-Франківський технічний університет нафти і газу,

завідувач кафедри Технологія нафтогазового машинобудування;

кандидат технічних наук, доцент

Матвійчук Анатолій Васильович,

Тернопільський державний технічний університет

імені Івана Пулюя,

доцент кафедри технологія машинобудування.

Провідна установа: Харківський науково-дослідний інститут

технології машинобудування міністерства мінпромполітики України, м. Харків

Захист відбудеться “__” травня 2006 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К58.052.03 в Тернопільському державному технічному університеті ім. І. Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Тернопільського державного технічного університету ім. І. Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

Автореферат розісланий “__” квітня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ____________ Данильченко Л.М.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Безперервний розвиток багатьох галузей техніки, зокрема приладо- та верстатобудівної, автомобільної, сільськогосподарської, електро- та енерго- машинобудівної та інших пов’язаний з використанням великої кількості підшипників кочення як опор різних коливальних чи обертальних механізмів, причому, в більшості випадків якість функціонування всього пристрою або машини залежить від динамічних і експлуатаційних характеристик підшипникових опор. В умовах функціонування високошвидкісних роторних механізмів підшипникові опори стають основним джерелом виникнення небажаних вібрацій, шумів та передчасної втрати початкових експлуатаційних властивостей машин. В зв’язку з цим, вимоги до якості виготовлення підшипників кочення та їх експлуатаційних показників постійно зростають, а технологічне забезпечення цих вимог стає все проблематичнішим.

Для підвищення ефективності операцій механічного оброблення деталей підшипників, а також забезпечення необхідної якості робочих поверхонь кілець в умовах автоматизованого переналагоджувального виробництва, необхідно розробити нові ефективніші методи проектування і керування технологічними процесами виготовлення окремих деталей підшипників вцілому та кілець підшипників, зокрема. Тому, тема дисертаційної роботи є актуальною і спрямована на розв’язання важливої науково-технічної задачі технологічного забезпечення якості формоутворення оптимальних параметрів мікрорельєфу робочих поверхонь кілець та експлуатаційних властивостей роликопідшипників в умовах автоматизованого переналагоджувального підшипникового виробництва.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі приладобудування Луцького державного технічного університету відповідно до плану держбюджетної та госпдоговірної роботи “Модернізація системи автоматичного керування точністю оброблення деталей підшипників на верстатах МЕ 280 СО”, № 122L; згідно координаційного плану Комітету з питань науки і техніки України, розділ “Машинобудування” (поз. 43) “Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні на 2000–2005рр.”

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є вдосконалення технології формоутворення поверхонь обертання кілець на токарно-автоматних операціях для стабілізації параметрів геометричної структури поверхні (ГСП) та експлуатаційних властивостей роликопідшипників в умовах переналагоджувального підшипникового виробництва.

Для досягнення мети в роботі поставлені такі завдання:

1. Встановити взаємозв’язки параметрів макро- та мікрогеометрії робочих поверхонь кілець з експлуатаційними властивостями деталей роликопідшипників.

2. Дослідити технологічні особливості формування макро- та мікротопографії робочих поверхонь кілець на операціях механічного оброблення та визначити стратегію технологічного забезпечення точності формоутворення кілець для досягнення необхідних експлуатаційних властивостей роликопідшипників.

3. Визначити вплив фактора технологічної спадковості на формування кінцевих макро- та мікрогеометричних параметрів робочих поверхонь кілець роликопідшипників в умовах переналагоджувального багатономенклатурного виробництва.

4. Виявити основні причини виникнення відхилень форми та визначити технологічні методи керування хвилястістю поверхонь обертання на багатоінструментальних токарно-автоматних операціях формоутворення доріжок кочення кілець.

5. Розробити математичну модель динаміки формоутворення поверхонь обертання на токарно-автоматних операціях для керування параметрами ГСП.

6. Провести комплекс експериментальних досліджень впливу конструктивно-технологічних чинників формоутворення на параметри хвилястості поверхонь обертання в процесі перебігу формоутворюючих токарно-автоматних операцій.

7. Перевірити ступінь сходжуваності розроблених математичних моделей з результатами експериментальних досліджень.

8. Розробити інженерну методику технологічного керування амплітудними та кроковими параметрами хвилястості робочих поверхонь кілець на багатоінструментальних токарно-автоматних операціях для умов переналагоджувального підшипникового виробництва.

9. Вдосконалити конструктивно-технологічні елементи інструментальних налагоджень багатошпиндельного токарного автомата для підвищення рівня технологічної гнучкості і ефективності токарно-автоматних операцій.

Об’єкт дослідження – технологічні процеси формоутворення поверхонь обертання кілець роликопідшипників на багатопозиційних токарно-автоматних операціях переналагоджувального підшипникового виробництва.

Предмет дослідження – закономірності формування параметрів макро- та мікротопографії і методи керування формоутворенням поверхонь обертання роликопідшипників на токарно-автоматних операціях механічного оброблення для забезпечення та стабілізації оптимальних параметрів точності кілець та експлуатаційних характеристик роликопідшипників.

Методи дослідження. В основу досліджень було покладено загальні положення технології машинобудування, теорії різання матеріалів; теорії коливань, методів розв’язань диференційних рівнянь для формування динамічної моделі формоутворення, гармонічного аналізу для дослідження віброактивності робочих поверхонь кілець роликопідшипників; апарат перетворень Фур’є для моделювання нерівностей оброблюваних поверхонь та зв’язків хвилястості з віброактивністю робочих поверхонь кілець; методів планування експерименту й математичної статистики для проведення експериментальних досліджень та аналізу й оброблення їх результатів.

Для аналізу геометричної структури поверхні, а також в процесі дослідження параметрів відхилення від форми використовували сучасне метрологічне автоматизоване устаткування – автоматизований дослідницький комплекс Talyskan – 150 з керуючою програмою Mountain Map Universal для дослідження мікротопографії поверхні в 3D системі.

Для проведення гармонічного аналізу поверхонь обертання використовувалась автоматизована установка MVA 160В. Макрогеометричні параметри поверхонь обертання, а також круглограми поверхонь, досліджувались за допомогою автоматизованих установок Talyrond виробництва Taylor Hobson.

Для дослідження рівня шуму та вібрацій підшипників використовувалась дослідна установка спеціального призначення.

Наукова новизна одержаних результатів. В роботі вирішено актуальну науково-технічну задачу встановлення взаємозв’язків параметрів макро- та мікрогеометрії робочих поверхонь кілець з їх експлуатаційними властивостями, функціональних залежностей між конструктивно-технологічними та кінематичними особливостями багатоінструментального токарно-автоматного оброблення поверхонь обертання, режимами і показниками процесу формоутворення та параметрами мікрорельєфу оброблюваних поверхонь. Для цього вперше:

- запропоновано комплексний показник визначення експлуатаційних властивостей поверхні за мікрогеометричними параметрами – віброактивність робочої поверхні, значення якого встановлено гармонічним аналізом і залежить від амплітудних та крокових параметрів хвилястості поверхні обертання кільця, а також від числа тіл кочення в підшипнику;

- запропоновано метод моделювання амплітудних і крокових параметрів мікрорельєфу в процесі багатоінструментального формоутворення поверхонь обертання, який дозволяє ще на стадії технологічного проектування прогнозувати параметри мікрогеометрії поверхні;

- розроблено модель динаміки формоутворення робочих поверхонь кілець для виявлення взаємозв’язків технологічних факторів багатоінструментального формоутворення з параметрами мікрорельєфу та експлуатаційними властивостями поверхонь обертання кілець.

Практичне значення одержаних результатів. Найважливіше практичне значення одержаних результатів роботи полягає в удосконаленні технології формоутворення поверхонь кочення роликопідшипників на токарно-автоматних операціях, модернізації системи пришвидшеного налагодження, що дозволило підвищити якість геометричної структури оброблюваної поверхні, стабілізувати комплексний експлуатаційний показник – віброактивність робочих поверхонь кілець та віброакустичну характеристику роликопідшипників, підвищити ефективність токарно-автоматних операцій в умовах переналагоджувального виробництва.

Запропонована конструкція комплексної суцільно-штампованої заготовки комплекту з двох кілець для кожного типорозміру підшипника дозволила на 30% скоротити працемісткість заготівельних і токарно-автоматних операцій, на 12% зменшити собівартість заготовок внутрішнього й зовнішнього кілець та на 14% зменшити собівартість токарних операцій для одного типорозміру роликопідшипника, підвищити технологічну продуктивність і якість формоутворення.

Розроблений і реалізований на практиці метод технологічного керування хвилястістю поверхонь кочення на операціях лезового оброблення кілець роликопідшипників дозволив вилучити з технологічного маршруту операцію чорнового шліфування робочих поверхонь за рахунок розподілення припуску між операціями токарного оброблення і чистового шліфування, що в загальному дозволило на 24% зменшити собівартість роликопідшипників серії 7000 за умов практично щоденної зміни номенклатури виробів з широким коливанням величин партій запуску комплектуючих деталей у виробництво.

Результати роботи використовуються в навчальному процесі кафедр “Приладобудування” і “Сучасних технологій в машинобудуванні” ЛДТУ для проведення лабораторних робіт і лекційних занять з курсів “Технологія приладобудування”, “Спеціальні технології приладобудування”, “Технологія машинобудування”, “Математичне моделювання приладів та систем”.

Особистий внесок здобувача. Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень, що виносяться на захист, отримані автором самостійно.

Особистий внесок дисертанта в роботах, виконаних у співавторстві [1-12], полягає в обґрунтуванні наукового напрямку [7], формулюванні мети роботи; обґрунтуванні та розробленні методик експериментальних досліджень, участі у постановці й проведенні експериментальних досліджень [10, 11]; розробленні математичних моделей [12], встановленні теоретичних залежностей [5]; формулюванні новизни й основних висновків за результатами роботи; аналізі та узагальненні отриманих результатів дослідження.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертації доповідались та обговорювались на: 1-ій міжнародній науково-технічній конференції “Машинобудування та металооброблення – 2003”, (Кіровоград, 2003); 1-ій українсько-польській науковій конференції “Сучасні технології виробництва в розвитку економічної інтеграції та підприємництва” (смт. Сатанів, Хмельницький, 2003), (Технологічний університет поділля – Краківський політехнічний університет); міжнародній науково-технічній конференції “Промислова гідравліка і пневматика”, присвячена 100-річчю від дня народження проф. Т.М. Башти (НАУ, НТУУ “КПІ”) (Київ, 2004); 4-у Міжнародному науково-технічному семінарі “Современные проблемы подготовки заготовительного производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении” (Свалява, 2004).

Публікації. Основний зміст і результати дисертації опубліковані у 12 працях, серед яких – 6 у фахових виданнях, 6 – у тезах науково-технічних конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Повний обсяг дисертації – 260 сторінок машинописного тексту, в тому числі – 55 ілюстрацій, 25 таблиць, 11 додатків та список використаних джерел з 170 найменувань.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, об’єкт, предмет досліджень та завдання, які розв’язуються в роботі. Окреслено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію про апробацію, структуру та обсяг роботи. Сформульовано основні положення, що розглядаються в дисертаційній роботі, та найважливіші результати, що виносяться на захист.

У першому розділі на підставі аналізу літературних джерел, виробничих дефектів кілець та заготовок кілець підшипників встановлено, що існуючі технології не забезпечують необхідної продуктивності та якості їх виготовлення підшипників.

Досліджено характерні конструктивні особливості, технічні вимоги та норми точності щодо оброблення кілець підшипників на токарно-автоматних операціях. Основними технічними вимогами є забезпечення точності мікрогеометричних параметрів робочих поверхонь деталей підшипників 4-5 класів точності та відхилення форми в межах 0,5-2 мкм.

На основі узагальнення результатів багатьох досліджень приведено якісну характеристику впливу технологічних факторів оброблення різанням, які пов’язані з показниками якості поверхні та експлуатаційними властивостями деталей.

Аналіз результатів досліджень дозволив дати якісну, а в деяких випадках, і кількісну оцінку відповідності експлуатаційних вимог методам формоутворення поверхонь деталей, що служить основою для моделювання зв’язків конструктивно-технологічних чинників технологічних операцій з показниками якості та експлуатаційними характеристиками виробів.

Встановлено, що параметри якості робочих поверхонь роликопідшипників та їх експлуатаційні властивості розпочинають формуватись ще на заготівельних операціях, активно формуються на операціях токарного оброблення і завершують своє формування на фінішних операціях чорнового та чистового шліфування й доведення та суперфінішу. На віброакустичні характеристики роликових підшипників, їх точність та зносостійкість домінуючий вплив спричиняють похибки форми, хвилястість та шорсткість контактуючих поверхонь.

Аналіз виробничих дефектів показав, що причинами виникнення похибок форми під час токарного оброблення зовнішніх кілець є деформування спричинені затискними елементами шпиндельного патрона токарного верстата. Одним з шляхів усунення таких дефектів є зміна конструкцій заготовки кільця на комплексну конструкцію, яка поєднує в собі заготовки зовнішнього та внутрішнього кілець. Це дало змогу окреслити основний напрям дослідження, спрямований на вдосконалення технології токарно-автоматного оброблення кілець для досягнення необхідних параметрів якості поверхонь кочення.

Сформульовано мету та задачі дослідження.

У другому розділі наведено аналіз взаємозв’язків параметрів ГСП з конструктивно-технологічними чинниками технологічних операцій формоутворення кілець роликопідшипників в структурі життєвого циклу деталі (рис.1).

Основними причинами виникнення хвилястості є динамічні процеси оброблення деталей на металорізальних верстатах, пов’язані з втратою стійкості системи від (верстат-інструмент-деталь), вібрації в процесі різання виникають внаслідок автоколивань, вимушених коливань та деформування кілець. Автоколивання є результатом втрати властивості заданого руху в процесі різання, вимушені коливання викликаються зовнішніми збуреннями.

Причинами утворення хвилястості є також вимушені коливання системи, викликані різними періодичними збуреннями, що виникають внаслідок неврівноваженості ланок системи від (оброблювана деталь, шпиндель верстату, вали, шестерні тощо). Залежно від співвідношення частоти коливань та швидкості відносного руху інструменту й деталі змінюється характер порушення форми поверхні. Вирішальним фактором, який впливає на форму деталі, є відношення частоти гармонічного коливання інструменту та оброблюваної деталі ч до частоти обертання деталі п. Коли відношення ч/п є цілим числом, то гармонічне коливання не впливає на форму поздовжнього перерізу деталі.

Отримано аналітичні залежності для моделювання зв’язків параметрів мікро- та макрогеометрії поверхонь деталей з конструктивно-технологічними чинниками процесу формоутворення. Проведено дослідження зв’язків режимів оброблення з параметрами хвилястості робочих поверхонь кілець підшипників, які довели, що хвилястість носить спадковий характер. Формування хвилястості починається ще на заготівельних операціях, а спостерігати її появу можна на чистових токарних операціях (рис. 2).

Проведені експериментальні дослідження підтверджують теоретичні передумови, проте, найчастіше спадковість проявляється у використанні комбінованих методів оброблення (лезових, алмазно-абразивних, термічних операцій), які використовуються в технологічному процесі виготовлення деталей підшипників. Причому спадковість спостерігається не лише на фінішних операціях, а й під час експлуатації підшипника в складі виробу в результаті впливу зовнішніх факторів та умов експлуатації.

З позиції технологічно-експлуатаційної спадковості встановлено зв’язок технологічних операцій і переходів із зносостійкістю, міцністю та іншими експлуатаційними властивостями підшипників. В технологічному циклі вплив перших операцій та переходів зазвичай є меншим, ніж фінішних, проте його ігнорування є помилковим.

Рис.2 Спадковий характер походження хвилястості:

а) круглограма доріжки кочення внутрішнього кільця після токарної операції, б) полярна діаграма доріжки кочення внутрішнього кільця після операції шліфування

У третьому розділі досліджено особливості гармонічного аналізу хвилястості робочих поверхонь кілець підшипників після механічного оброблення. На реальних поверхнях кочення виникають нерівності з різними кроком та амплітудою відхилень. Під час обертання внутрішнього кільця підшипника одночасна взаємодія відхилень на поверхнях кочення обох кілець та тіл кочення викликає коливання зовнішнього кільця підшипника, тобто його вібрації. Переміщення зовнішнього кільця описується складною періодичною функцією у вигляді ряду Фур’є, яка складається з простих гармонічних коливань з частотами, кратними основній:

, (1)

де ао - деяке постійне значення радіус-вектору; k - номер гармоніки; Ak - амплітуда k-ї гармоніки; Ц0k - початкова фаза гармоніки.

Поклавши амплітуди гармонік а0 , одержимо нульову гармоніку розкладу, яка є постійною складовою ряду:

. (2)

Для першої гармоніки розкладу (k = 1) відхилення контуру L від базового кола відповідає залежності:

(3)

Із зменшенням амплітуди гармонік форма контуру наближається до базового кола, а відхилення виявляються в огранці контуру за кількістю граней, що відповідає номеру гармоніки (рис. 3).

Рис. 3. Форми контуру з огранкою, що відповідають третій (а), четвертій (б) і п’ятій (в) гармонікам розкладу періодичної функції з періодом 2 в ряд Фур’є для нульових початкових фаз і малих амплітуд

Використання спектрального аналізу вібрації підшипника у співставленні з віброактивністю робочих поверхонь дозволило виявити важливу закономірність, що найгірші віброакустичні характеристики підшипника з’являються при співпадінні числа хвиль к-ї гармоніки на доріжці кочення внутрішнього або зовнішнього кілець з числом тіл обертання в підшипнику чи кратному цьому числу, тобто , де - число хвиль основної к-ї гармоніки на доріжці кочення.

Рис. 4. Експериментальна установка для проведення гармонічного аналізу робочих поверхонь кілець підшипників MVA 160V: а) загальний вигляд установки; б) робочий простір з досліджуваним зразком

Спектральний аналіз нерівностей робочих поверхонь деталей підшипників відкриває перспективу для діагностування причин появи технологічних дефектів. Графічна інтерпретація ряду Фур’є є ефективним засобом аналізу процесів оброблення кілець підшипників. Спектр дозволяє виявити головні (переважаючі) гармоніки, які присутні в розкладі ряду. Дослідження, проведені за допомогою установки (рис. 4), дозволили встановити оптимальні величини гармонік та запропонувати схему допусків на значення віброактивності поверхні для спектру гармонік (рис. 5). Запропонований механізм моделювання віброактивності поверхні дозволяє вирішувати серію прикладних задач розроблення і оптимізації технології формоутворення мікрогеометричних параметрів поверхонь тіл обертання.

Рис. 5. Спектрограма допусків для гармонік спектру досліджуваного кільця підшипника з числом тіл кочення Z=20

У четвертому розділі наведені результати теоретичних та експериментальних досліджень процесів механічного оброблення поверхонь тіл обертання на токарних операціях з метою розроблення методики моделювання параметрів формоутворення мікрорельєфу оброблюваних поверхонь для керування процесом формоутворення.

В основу моделювання параметрів мікротопографії покладено принцип багатокоординатного формоутворення як результат відносних переміщень деталі та інструменту. Висотні параметри мікрорельєфу визначаються характером та величиною радіальних переміщень інструменту відносно заготовки. Крокові параметри мікрорельєфу залежать від співвідношень величин поздовжніх подач інструменту і частот обертання заготовки. Вигляд робочого простору токарного автомата 1Б265П-6К, та розрахункова схема динамічної моделі процесу формоутворення показані на рис. 6, 7. Динамічна розрахункова схема включає маси шпинделя з деталлю m1, поперечного та поздовжнього супортів m2-m3, з’єднаних пружними ланками С1-С5. Сц – кутова жорсткість приводу; Мд та Мр – моменти різання; х1, х2 – координати переміщень мас m1 та m2 вздовж осі х; у1, у3 – координати переміщень мас m1 та m3 вздовж осі у; ц1 цп – координати кутових переміщень обертових мас; Ft(t), Fr(t), Fa(t) – сили різання. Оскільки коливання мас супортів відбувається вздовж взаємо перпендикулярних осей та пов’язані безпосередньо через оброблювану деталь, виникає необхідність врахування взаємного демпфування коливань.

Рівняння коливання мас динамічної системи шпинделя описано формулами у відповідних напрямках обертання:

- в напрямку руху поперечного супорта вздовж осі х:

(4)

- в напрямку руху поздовжнього супорта вздовж осі у:

(5)

- крутні коливання шпинделя:

(6)

де б та в – коефіцієнти демпфування відповідно поперечного та поздовжнього супортів; Fб(t), Fr(t), Ft(t) – сили, які діють на відповідні ланки в процесі оброблення заготовки.

Встановлено залежності хвилястості від параметрів оброблення з різними частотами обертання шпинделя верстата (табл. 1). Результати експериментальних досліджень підтверджують теоретичні розрахунки з рівнем розходження 15-20%.

Таблиця 1

Залежність амплітуд коливання шпинделів різального інструменту від частоти обертання

Частота обертання,

об/хв. | Амплітуда коливання по осі Х, мкмАмплітуда коливання по осі У, мкм | Експ. | Теорія | Експ. | Теорія

1800 | 1,336 | 1,453 | 0,924 | 1,115

1200 | 2,376 | 2,863 | 1,645 | 1,862

800 | 5,349 | 5,121 | 3,702 | 3,241

560 | 1,093 | 1,125 | 0,756 | 0,907

280 | 4,366 | 3,985 | 3,023 | 2,912

На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень побудовано графіки залежності амплітуди коливань різального інструменту під час оброблення кілець підшипників від частоти обертання шпинделя (рис. 9).

Рис. 8. Залежність амплітуди поперечних коливань від частот обертання шпинделя верстата

Для експериментального дослідження впливу технологічних факторів на параметри мікрорельєфу оброблюваних поверхонь використано автоматизовану дослідницьку установку на основі токарного верстата і персонального комп’ютера, а також автоматизований дослідницький комплекс Tаlyskan–150 для дослідження мікрорельєфу в системі 3D рис. 10, 11.

Рис. 9. Залежність амплітуди поздовжніх коливань від частот обертання шпинделя верстату

В п’ятому розділі реалізовано результати теоретичних та експериментальних досліджень у вигляді запропонованої інженерної методики автоматизованого проектування інструментальних налагоджень багатошпиндельних токарних автоматів (БТА) з підпрограмою корегування хвилястості на стадії визначення режимів формоутворення. В результаті запропонованої суцільної заготовки комплекту 2-х кілець роликопідшипника (рис. 12) змінено структуру технологічного процесу виготовлення кілець. Завдяки впровадженню у виробництво запропонованої конструкції заготовки вдалось уникнути систематичних дефектів токарного оброблення зовнішніх кілець, пов’язаних з деформуванням від затискних елементів шпиндельних патронів.

Технологічні вимоги: різностінність - до 0,8 мм; непостійність діаметра - до 0,6 мм; непостійність ширини - до 0,6 мм; тріщини не допускаються; *розмір для довідок; допускається заусениці в осьовому напрямку - мах 1мм з максимальною товщиною 1 мм; твердість поковки НВ 179.. .207. Дефекти поверхні: виступи від зношування і сколу інструменту - до 0,5 мм

Розроблена інженерна методика пришвидшеного налагодження багатошпиндельних токарних автоматів в умовах багатономенклатурного підшипникового виробництва дала можливість оптимізувати продуктивність верстату за рахунок зміни структури технологічного процесу виготовлення кілець роликопідшипників; запропонувати оптимальні режими різання для інструментів з різними значеннями прогнозованої стійкості.

На основі проведених досліджень розроблено алгоритм автоматизованого проектування структур та параметрів багатоінструментальних налагоджень токарних автоматів, що дозволило на стадії технологічного проектування прогнозувати оптимальні параметри хвилястості. Для цього розроблено процедуру корегування хвилястості робочої поверхні кільця підщипника (рис. 13), яка дозволила стабілізувати експлуатаційні характеристики роликових підшипників.

Висновки

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукової задачі, що виявляється в розробленні високопродуктивних методів виготовлення кілець роликових підшипників, які характеризуються покращеними експлуатаційними характеристиками і є особистим розробленням автора. Задача вирішена за рахунок того, що автор вивів аналітичні залежності, які дозволяють визначити найраціональніші конструктивні параметри заготовок кілець роликових підшипників удосконаленої конструкції, дослідив динамічну модель формоутворення робочих поверхонь кілець, які забезпечують високу технологічність і продуктивність процесу виготовлення кілець роликових підшипників.

2. В результаті проведених теоретичних та експериментальних досліджень встановлені взаємозв’язки між параметрами мікрорельєфу робочих поверхонь кілець і експлуатаційними характеристиками роликопідшипника. Виявлено, що на віброакустичні характеристики підшипника впливає не лише висота та крок хвилястості, а й співвідношення числа хвиль критичних гармонік з числом тіл обертання. Так, при рівності або кратності числа хвиль критичних гармонік на доріжці кочення кільця з числом тіл обертання в підшипнику спостерігаються найгірші віброакустичні характеристики та експлуатаційні властивості підшипника.

3. Для оцінки впливу геометричних параметрів поверхонь обертання кілець на експлуатаційні властивості підшипника запропоновано комплексний функціонально-параметричний показник – віброактивність поверхні, за допомогою якого з’явилась можливість на стадії технологічного проектування операцій формоутворення прогнозувати віброакустичні характеристики робочих поверхонь кілець і експлуатаційні властивості підшипника. Таким чином, задача керування експлуатаційними властивостями підшипника на стадії його виготовлення зводиться до задачі технологічного керування мікрорельєфом робочих поверхонь кілець на операціях формоутворення.

4. Встановлено, що хвилястість та відхилення форми робочих поверхонь кілець носять спадковий характер, започатковуються на заготівельних (10-15%), токарних формоутворюючих (40-55%) та термообробних (10-15%) операціях і остаточно формуються на викінчувальних операціях чорнового та чистового шліфування (20-25%). Отже, встановлено, що керування параметрами хвилястості та точності формоутворення робочих поверхонь кілець підшипників необхідно здійснювати протягом усього періоду життєвого циклу виготовлення кілець розпочинаючи з заготівельних, токарних формоутворюючих операцій і закінчуючи викінчувальними шліфувальними.

5. Встановлено, що основними причинами виникнення хвилястості та відхилень форми робочих поверхонь кілець є недосконалість конструкцій заготовок і процесів формоутворення, наявність залишкових деформацій від затискних елементів механообробних верстатів, динамічні коливання формоутворюючих елементів верстатів, пристроїв та інструментів, що пов’язані з режимами формоутворення та конструктивними особливостями технологічної системи ВІД (автоколивання). Крокові параметри хвилястості критичних гармонік пов’язані з співвідношенням частот обертання заготовки та коливань формоутворюючих інструментів, амплітудні параметри – з амплітудою їх коливальних рухів. Так, для співвідношення частот обертання заготовки n та частоти коливань інструменту k 1/2 має місце відхилення форми у вигляді овалу, а для співвідношення частот 1/6 спостерігається відхилення форми, наближене до шестигранника. Хвилястість 12-ї гармоніки є результатом співвідношення частот 1/12.

6. На основі методу гармонічного аналізу поверхонь обертання кілець запропоновано поле допусків значень динамічної хвилястості робочих поверхонь кілець (мкм/с) (спектрограма хвилястості) для спектру гармонік від 0 до 500 залежно від співвідношень тіл обертання в підшипнику і порядку хвилястості (номером критичної гармоніки). Це дало змогу оптимізувати границю економічно доцільних значень віброшвидкостей критичних гармонік, а отже, і амплітуд хвилястості в межах зазначеного спектру.

7. Розроблена модель динаміки формоутворення поверхонь обертання на токарно-автоматних операціях стала основною передумовою розроблення методу технологічного керування амплітудними та кроковими параметрами хвилястості робочих поверхонь кілець з урахуванням конструктивно-технологічних особливостей формоутворюючих операцій і режимів формоутворення. Доведено, що технологічне керування параметрами хвилястості поверхонь обертання зводиться до керування режимами формоутворення або жорсткістю технологічної системи ВІД.

8. Проведено комплекс експериментальних досліджень впливу конструктивно-технологічних факторів формоутворюючих токарно-автоматних операцій на параметри хвилястості поверхонь обертання. Результати експериментальних досліджень підтверджують теоретичні розрахунки з рівнем розходження 15-20%. Доведено, що для запобігання виникнення дефектів технологічного характеру під час формоутворення робочих поверхонь кілець слід уникати перевищення визначених допусків за хвилястістю для гармонік рівних або кратних числу тіл обертання в підшипнику. Головними слід вважати гармоніки хвилястості порядку , де z – число тіл обертання в підшипнику.

9. Розроблена інженерна методика технологічного проектування формоутворюючих операцій механічного оброблення та керування геометричною структурою робочих поверхонь кілець дозволила підвищити ефективність токарно-автоматних операцій, стабілізувати параметри мікротопографії поверхонь і забезпечити необхідні експлуатаційні характеристики роликопідшипників за рахунок використання комплексної заготовки та зміни технологічного процесу, в якому вдалось уникнути використання операції чорнового точіння, а також використати лише один токарний автомат для оброблення обох кілець. Собівартість заготовок кілець знизилась на 30%, працемісткість виконання формоутворюючих токарних операцій на 40%.

10. В результаті проведених досліджень запропоновано принципово новий підхід до технологічного керування геометричною структурою робочих поверхонь кілець та експлуатаційними характеристиками роликопідшипників на стадії їх виготовлення, що дало можливість за рахунок підвищення точності та якості формоутворення вилучити з технологічного процесу виготовлення кілець щонайменше дві операції і знизити собівартість виготовлення підшипника на 27%. Результати досліджень впроваджено на ВАТ “ЛПЗ” (м. Луцьк) з річним економічним ефектом 186 тис. грн.

11. За рахунок вдосконалення елементів технологічної підготовки багатошпиндельних токарних автоматів підвищено рівень технологічної гнучкості токарно-автоматних операцій, скорочені на 60% терміни технологічної підготовки багатономенклатурного підшипникового виробництва.

Список опублікованих автором праць за темою дисертації

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

Анотація

Заблоцький В.Ю. Підвищення якості оброблення кілець роликопідшипників на токарно-автоматних операціях. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.02.08– технологія машинобудування.– Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2006.

Робота присвячена підвищенню продуктивності праці та якості виготовлення кілець конічних роликових підшипників. Розроблено динамічну модель оброблення комплексної заготовки кілець підшипників на токарно-автоматних операціях, яка дозволила виявити вплив технологічних чинників на утворення параметру хвилястості робочих поверхонь кілець. Вперше вирішено актуальну науково-технічну задачу встановлення взаємозв’язків параметрів макро- та мікрогеометрії робочих поверхонь кілець з їх експлуатаційними властивостями, функціональних залежностей між конструктивно-технологічними та кінематичними особливостями багатоінструментальної токарно-автоматної оброблення поверхонь обертання, режимами і показниками процесу формоутворення та параметрами мікрорельєфу оброблюваних поверхонь. Розроблено нові конструкції комплексної заготовки кілець підшипників, та технологічне спорядження, що дозволило розширити технологічні можливості механізмів та процесів, зменшило ресурсовитрати на 25-27% , та забезпечило пониження працемісткості токарного оброблення кілець підшипників на 35-40%

Ключові слова: технологічний процес, конічний роликопідшипник, робоча поверхня, зовнішнє кільце, внутрішнє кільце, хвилястість, мікрогеометрія.

Аннотация

Заблоцкий В.Ю. Повышение качества обработки колец роликоподшипников на токарно-автоматных операциях. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 – технология машиностроения.– Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2006.

Работа посвящена повышению производительности труда и качества изготовления колец конических роликовых подшипников. Разработана динамическая модель обработки комплексной заготовки колец подшипников на токарно-автоматных операциях, которая позволила выявить влияние технологических факторов на образование параметра волнистости рабочих поверхностей колец. Впервые решена актуальная научно-техническая задача установления взаимосвязей параметров макро- и микрогеометрии рабочих поверхностей колец с их эксплуатационными свойствами, функциональных зависимостей между конструктивно-технологическими и кинематическими особенностями многоинструментальной токарно-автоматной обработки поверхностей вращения, режимами и показателями процесса формообразования и параметрами микрорельефа обрабатываемых поверхностей.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений.

В первом разделе исследованы характерные конструктивные особенности, технические требования и нормы точности относительно обработки колец подшипников на токарно-автоматных операциях. На основе обобщения результатов многих исследований приведена качественная характеристика влияния технологических факторов обработки резанием, которые связанные с показателями качества поверхности и эксплуатационными свойствами деталей.

Во втором разделе приведен анализ взаимосвязей параметров ГСП с конструктивно-технологическими факторами технологических операций формообразования колец роликоподшипников в структуре жизненного цикла детали. Основными причинами возникновения волнистости являются динамические процессы обработки деталей на металлорежущих станках, связанные с потерей стойкости системы станок-инструмент-деталь, вибрации в процессе резания возникают в результате автоколебаний, вынужденных колебаний и деформации колец.

В третьем разделе исследованы особенности гармонического анализа волнистости рабочих поверхностей колец подшипников после механической обработки. На реальных поверхностях качения возникают неравенству с разными шагом и амплитудой отклонений. Во время вращения внутреннего кольца подшипника одновременное взаимодействие отклонений на поверхностях качения обоих колец и тел качения вызывает колебание внешнего кольца подшипника, то есть его вибрации.

В четвертом разделе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов механической обработки поверхностей тел вращения на токарных операциях с целью разработки методики моделирования параметров формообразования микрорельефа поверхностей обрабатываемых деталей для управления процессом формообразования. В основу моделирования параметров микротопографии положен принцип многокоординатного формообразования как результат относительных перемещений детали и инструмента.

В пятом разделе реализованы результаты теоретических и экспериментальных исследований в виде предложенной инженерной методики автоматизированного проектирования инструментальных налаживаний многошпиндельных токарных автоматов с подпрограммой корректирования волнистости на стадии определения режимов формообразования. В результате предложенной комплексной заготовки комплекта 2-х колец роликоподшипника изменена структура технологического процесса изготовления колец.

Ключевые слова: технологический процесс, конический роликоподшипник, рабочая поверхность, внешнее кольцо, внутреннее кольцо, волнистость, микрогеометрия.

Annotation

Zablotsky, V.Yu. Rise of quality of processy rings of the roller bearings on the submachine lathe-gun operations. – Manuscript.

Dissertation for obtaining a scientific degree of candidate of technical sciences specialty 05.02.08 – technology of machine building – Ivan Puluj Ternopil State Technical University, Ternopil, 2006.

The thesis is devoted to the rise of labor and quality of the making rings of the conical roller bearing productivity. A dynamic model of processing of complex purveyance of rings of the bearing on the submachine lathe-gun operations, which allows exposing influence of technological factors on formation of parameter of waviness of working surfaces of rings, is developed. An urgent task of scientific and technical establishment of relation of parameters of macro- and micro geometry of working surfaces of rings with their operating properties are solved. Furthermore functional dependences between the structural-technological and kinematics features of multi-instrumental submachine lathe-gun processing of rotation surfaces, throught modes and indexes of process of forming and parameters of micro relief of processed surfaces have been revaled.

New constructions of complex purveyance of rings of the bearing are developed, both technological rigging, that settled to broaden technological possibilities of machineries and processes, decreased expenditure of resources by 25-27, and provided cut of labor intensive of lathe processing of rings of the bearing by 35-40 per cent.

Key words: technological process, conical roller bearing, working surface, external ring, inlaying ring, waveness, micro geometry.

НАУКОВЕ ВИДАННЯ

Заблоцький Валентин Юрійович

автореферат

дисертації на здобуття

наукового ступеня

кандидата технічних наук

Комп’ютерний набір: Заблоцький В.Ю.

Коректор: Максимова Н.Д.

Технічний редактор: Баборига С.А.

Здано у виробн. 13.04.06. Підписано до друку 14.04.06

Формат 60Ч84/16. Папір офісний. Гарнітура Times New Roman

Ум. друк. арк. 0,9. Наклад 100 прим. Замовлення № 45

Віддруковано у відділі інформаційного забезпечення

та редакційно-видавничої діяльності ВІЕМ.

43020, Україна, Луцьк, вул. Електроапаратна, 3.