Логико-математическое моделирование процессов нарезания резьб мерными инструментами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Лю Шухуа

• Лю Шухуа
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лю Шухуа

ВВЕДЕНИЕ.

1. Анализ способов резьбонарезания и точность резьб, полученных при обработке мерными инструментами.

1.1 Обзор способов резьбонарезания.

1.2. Механизм образования погрешностей резьбы, обработанной мерными инструментами.

1.2.1. Геометрические погрешности резьбонарезания.

1.2.1.1. Погрешности изготовления инструмента.

1.2.1.2. Геометрические погрешности приведенного среднего диаметра резьбы.

1.2.2. Кинематические погрешности резьбонарезания.

1.2.3. Динамические погрешности резьбы.

2. Разработка логико-математической модели процесса резьбонареза- 24 ния мерными инструментами.

2.1. Логическая модель заготовки для нарезания резьбы.

2.2. Логическая модель мерных инструментов для нарезания резьбы.

2.2.1. Алгоритм формирования логических матриц - моделей зубьев мерных инструментов с плоской передней поверхностью

2.2.1.1. Геометрические параметры произвольного прямобоч-ного профиля резьбы.

2.2.1.2. Математические модели режущих кромок мерных рез-бонарезных инструментов для формирования ПЛМ.

2.2.2. Мерные инструменты с осевыми стружечными канавками, плоской передней поверхностью и положительным передним углом.

2.2.3. Мерный резьбонарезной инструмент как система логических моделей режущих элементов (зубьев).

2.3. Методика определения составляющих силы резания при логико-математическом моделировании процессов резьбонарезания мерными инструментами.

2.4. Логико-математическое моделирование точности обработки резьб мерными инструментами.

2.4.1. Преобразование координат элементов ПЛМ инструмента в систему координат заготовки.

2.4.1.1. Анализ векторов положения элементов ПЛМ инструмента.

2.4.1.2. Взаимосвязь единичных векторов различных систем координат.

2.4.1.3. Преобразование координат элементов ПЛМ.

3. Разработка программного обеспечения для моделирования процессов резьбонарезания мерными инструментами.

3.1. Блок-схема алгоритма вычислений.

3.2. Разработка компьютерной программы моделирования процесса резьбонарезания.

4. Компьютерное моделирование процесса резьбонарезания мерными инструментами и экспериментальная проверка достоверности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Логико-математическое моделирование процессов нарезания резьб мерными инструментами»

Среди всего ассортимента машин трудно найти изделие, не содержащее деталей с резьбовыми поверхностями, основная функция которых - крепление одних деталей или узлов относительно других или преобразование вращательного движения в поступательное. К качеству резьб предъявляются все возрастающие требования.

Резьбы в настоящее время получают двумя способами:

1) резанием,

2) пластическим деформирование.

При всех преимуществах второго способа получения резьбовых поверхностей (высокая производительность, точность и качество поверхности ), резание не может быть вытеснено полностью, так как ряд материалов и деталей сложных форм не могут быть обработаны пластическим деформированием. В настоящее время обработка резьб, резанием является наиболее распространённым способом.

Точность нарезания резьб зависит от следующих факторов:

1) правильность схемы формообразования,

2) типа, точности и жёсткости оборудования и оснастки,

3) типа, точности геометрической формы и жёсткости режущего инструментов.

Погрешности резьбовой поверхности складываются из геометрических погрешностей профиля и диаметральных размеров резьбы и погрешностей хода винтовой линии. На точность профиля и диаметров резьбы оказывает влияние в основном точность геометрии режущего инструмента и точность установки инструмента относительно детали.

Точность хода винтовой линии резьб достигается двумя способами:

1) принудительной подачей инструмента, согласованной со скоростью вращения заготовки, что обеспечивается кинематикой оборудования нарезание резьб резцом на токарно-винторезных станках, резьбофрезерование и т.п.)

2) использованием принципа "самозатягивания", то есть ввинчивание резьбонарезного инструмента по виткам уже нарезанной резьбы (нарезание резьб метчиками, круглыми плашками, резьбонарезными головками и т. п.).

Принцип самозатягивания (самоподачи) применяется при обработке резьб • мерными инструментами, то есть такими инструментами, профиль и диаметральные размеры которых переносятся на обрабатываемую деталь. Однако из-за погрешностей, возникающих в процессе резьбонарезания, профиль и размеры мерных инструментов, не будут скопированы на детали абсолютно точно. Как установлено исследованиями [5] [7] [18] [19] [21] [22] наибольшее влияние на точность резьбообработки мерными инструментами оказывают динамические факторы — изменение величины, направления и точки приложения сил резания.

Наибольший удельный вес в группе динамических погрешностей имеет динамическая погрешность шага, обусловленная изменяющимися в процессе обработки осевыми силами на инструменте. Для частичной компенсации динамических погрешностей резьбонарезания мерные инструменты имеют достаточно длинную (5-12 витков) калибрующую (направляющую) часть, значительно (в 2-5 раз) превышающую длину режущей части инструмента. Более полная компенсация динамических погрешностей осуществляется принудительной подачей мерных инструментов на всю длину нарезки или на её заход-ном участке.

Современное машиностроение, имеющее тенденцию к преобладающему развитию средне и мелкосерийного производств, предъявляет жесткие требования к их максимально быстрой и эффективной технологической подготовке. Выполнению этого требования способствует использование систем автоматизированного. проектирования технологических процессов, важной составной 6

частью которых являются подсистемы прогнозирования точности и качества обработки деталей машин при использовании различных видов механической обработки и сборки. Подсистемы прогнозирования в САПР основаны на математическом моделировании процессов и точность прогноза технологических показателей того или иного вида обработки зависит от достоверности используемых математических моделей, учета максимального количества факторов процесса.

Некоторые виды обработки резанием и, в частности, однопроходное резь-бонарезание мерными инструментами, имеют очень сложный и громоздкий математический аппарат, оценивающий силовые процессы при резании и точность обработки. В ряде случаев вообще возникают проблемы в математическом описании непрерывно протекающего процесса многолезвийной обработки. Поэтому актуальна задача создания и изучения' новых способов моделирования технологических процессов, более приближенных по своей сути к физике процесса резания (съема конструкционного материала режущими кромками инструмента). 1

Цель данной работы - создать методику оценки (прогнозирования) точности механической обработки резьб мерными инструментами на основе логико-математического моделирования процесса в замкнутой системе заготовка-инструмент.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Лю Шухуа

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. В результате теоретических исследований разработана методика логико-математического моделирования процессов резьбонарезания мерными инструментами типа метчиков, круглых плашек, резьбонарезных головок с быстрорежущими гребенками, работающими со скоростями резания до 25 м/мин.

2. Разработан алгоритм и специальная компьютерная программа, моделирующая обработку резьб мерными инструментами. Практической апробацией разработанной компьютерной программы и сопоставлением результатов ее работы с экспериментальными данными контроля геометрических параметров партии (50 шт.) обработанных стандартной круглой плашкой резьб М24х2 установлена достаточно высокая достоверность методики логико-математического моделирования.

3. Теоретически и экспериментально доказана возможность моделирования процессов механической обработки (резьбонарезание, зенкерование, раз

90 вертывание, протягивание и т.п.), выполняемых мерными инструментами с относительно низкими скоростями резания (до 25 м/мин) с безынтегральным описанием следов режущих кромок за счет представления заготовки и многолезвийного инструмента матричными моделями и формообразования как ки-нето-статического процесса движения инструмента относительно заготовки с силовым и моментным равновесием системы «инструмент-заготовка» в любой (заданный) момент времени.

4. Для уточнения разработанной методики логико-математического моделирования процессов обработки мерными инструментами необходимы отдельные исследования в области теории резания для определения более достоверных математических моделей удельной силы резания от площади срезаемого слоя, а также введение в программное обеспечение генераторов случайных параметров процесса (припуска, биения, твердости, погрешности установки и т.д.) С

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лю Шухуа, 2000 год

1. Армарего И. Дж А., Браун Р. X. Обработка металлов резанием, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1977.

2. Бобров В.Ф. Многопроходное нарезание крепежных резьб резьцом. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1982.

3. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. Изд. 2-е, перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1975. -344с.

4. Вульф А. М. Резание металлов, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1973.

5. Выбойщик E.H. Разработка конструкций компенсирующих устройств для нарезания точных резьб метчиками/ Сб. научных трудов "Технология машиностроения", вып. 26, Тула, ТулПИ, 1972.

6. ГОСТ 9150. Основные нормы взаимозаменяемости. Технические условия.

7. ГОСТ 9740. Плашки круглые. Конструкция, размеры и технические требования.

8. ГОСТ 17587. Плашки круглые для метрической резьбы. Допуски на резьбу.

9. Коганов И.А., Скрипаль А.И. Экспериментальное определение погрешностей шага при нарезании упорной резьбы многорезцовой головкой/ Сб. научных трудов "Технология машиностроения", вып. 26, Тула, ТулПИ, 1972.

10. Козин Б.Г., Третьяков В.Б. Резьбообработка: Справочник, М.: Машгиз, 1963.

11. Г.Корн, Т.Корн Справочник по математике для научных работников и инженеров. Пер. с англ., М.: Наука, 1980.

12. Лазарев Г.С. Устойчивость процессов резания металлов. М.: Высшая школа, 1973. - 184с.

13. Левашов А. В. Основы расчёта кинематических цепей металлорежущих стонков. перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1966.

14. Матвеев В.В. Нарезание точных резьб. Изд. 2-е, перераб. и доп. М: Машиностроение,1 1978.

15. Матвеев В.В. Основы теории обработки точных резьб метчиками/ Дис. . доктора техн. наук, Челябинск, Челябинский политехи, ин-т, 1972.

16. Мягков Ю.В. Разработка и исследование процесса нарезания внутренних резьб на закаленных деталях многорезцовыми головками. Дис. . канд. техн. наук, Тула: ТПИ, 1980. - 171с.

17. Никифоров А. Д. Точность и технология изготовления метрических резьб. -М.: Высшая школа, 1963.

18. Попов М.А. Структура адаптивной самообучающейся технологической системы для токарной многопроходной обработки. Дис. . канд. техн. наук, Тульский гос. ун-т, Тула. 1999.

19. Скрипаль А.И. Разработка и исследование метода однопроходного нарезания наружной упорной резьбы большого диаметра многорезцовой головкой/ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тульский политехнический институт, Тула. 1973.

20. Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. М.: Машгиз, 1955.

21. Уразаев З.Ф., Фадеев A.M. Измерение жесткости металлорежущих станков по углу поворота шпинделя. "Станки и инструмент", №5, 1966.

22. Федин Е. И., Разработка исследование адаптивной технологической системы для , процесса резьбонарезания мерными инструментами / Дис. . канд. техн. наук, Тульский политехи, ин-т, Тула. 1974.

23. Федин Е.И., Лю Шухуа. Матричный метод определения параметров срезаемого слоя при моделировании процессов резьбонарезания мерными инструментами. Деп. в ВИНИТИ per. № 1603-В99 от 19.05.99.

24. Федин Е.И., Лю Шухуа. Методика определения составляющих силы резания при логико-математическом моделировании процессов резьбонарезания мерными инструментами. Деп. в ВИНИТИ per. № 1959-В99 от 17.06.99.93

25. Федин Е.И., Лю Шухуа. Логико-математическое моделирование точности обработки резьб мерными инструментами. Деп. в ВИНИТИ per. № 2596-В99 от 09.08.1999.

26. Эльясберг М.Е. Расчет металлорежущих станков на устойчивость процесса резания. Станки и инструмент. - 1959, №3. С.3-7.

27. Ямников A.C., Мягков Ю.В., Федин Е.И. Анализ механизма образования динамических погрешностей при нарезании резьб мерными инструментами и возможности их компенсации. Деп. в НИИМАШ 30.10.1974, № 74.