Повышение эффективности шлифования глубоких отверстий малого диаметра тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Никифоров, Игорь Петрович

• Никифоров, Игорь Петрович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Никифоров, Игорь Петрович

Перечень принятых сокращений:.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА.

1.1. Эксплуатационные и технологические требования к глубоким отверстиям малого диаметра.

1.2. Методы обработки глубоких отверстий малого диаметра.

1.3. Особенности внутреннего шлифования методом продольной подачи

1.4. Пути повышения производительности и точности процесса внутреннего шлифования.

1.5. Факторы, сдерживающие повышение производительности и точности обработки.

1.6. Схема снятия припуска при внутреннем шлифовании методом продольной подачи.

1.7. Изменение радиальной составляющей силы резания с учетом величины снимаемого припуска.

1.8. Работа зерен круга по съему металла и формированию поверхности обработки.

1.9. Изменение формы образующей круга в процессе внутреннего шлифования.

1.10. Перспективы использования АМП для управления процессом шлифования

1.11. Выводы.

1.12. Цель и задачи исследований.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Оборудование.

2.2. Оснастка.

2.3. Средства измерения.

2.4. Методы доказательства адекватности модели.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ ОСЕЙ КРУГА И ОТВЕРСТИЯ ЗАГОТОВКИ НА ПРОЦЕСС ВНУТРЕННЕГО ШЛИФОВАНИЯ.

3.1. Методика математического описания. Принятые допущения и упрощения

3.2. Теоретические предпосылки для активизации зерен шлифовального круга.

3.3. Оценка неравномерности глубины внедрения зерен вдоль образующей круга.

3.4. Определение величины повышения результирующей силы Ру2 за счет увеличения нагрузки на активные режущие зерна круга.

3.5. Определение технологически обоснованных пределов повышения значений поперечных подач за двойной ход.

3.6. Определение коэффициента увеличения средней толщины среза.

3.7. Определение коэффициента увеличения количества активных зерен.

3.8. Определение коэффициента повышения приведенной режущей способности круга.

3.9. Схема снятия припуска при отклонении от параллельности осей круга и отверстия заготовки.

3.10. Выводы.

4. ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ РОТОРА.

4.1. Выбор и обоснование математической модели.

4.2. Описание объекта исследований.

4.3. Общее уравнение движения. Методика формирования матриц.

4.4. Формирование вектор-столбцов силовых воздействий.

4.5. Определение взаимного расположения образующих круга и обрабатываемого отверстия в процессе шлифования.

4.5.1. Конкретизация поставленной задачи.

4.5.2. Методика формирования глобального вектор-столбца.

4.5.3. Выбор метода решения нелинейного уравнения.

4.6. Анализ полученных результатов.

4.6.1. Движение ротора в процессе внутреннего шлифования.

4.6.2. Влияние положения образующей круга на особенности его износа.

4.7. Построение и анализ амплитудно-частотной характеристики.

4.8. Математическая модель эффективности процесса шлифования.

4.9. Выводы.

5. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ УМЕНЬШЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ ОСЕЙ КРУГА

И ОТВЕРСТИЯ ЗАГОТОВКИ.

5.1. Постановка задачи.

5.2. Характеристика способов восстановления параллельности осей.

5.2.1. Адаптивное управление.

5.2.2. Программное управление.

5.2.3. Предварительный поворот оси круга с использованием оснащения

5.3. Выводы.

6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА.

6.1. Методика обработки экспериментальных данных.

6.2. Анализ результатов эксперимента.

6.2.1. Опытные данные.

6.2.2. Построение полиномиальной модели по параметру Y] (изменение приведенной режущей способности круга).

6.2.3. Проверка адекватности эмпирической модели процесса по параметру Y].

6.2.4. Построение полиномиальной модели по параметру Y2 (оценка изменения количества режущих зерен круга).

6.2.5. Проверка адекватности эмпирической модели процесса по параметру Y2.

6.2.6. Сопоставление по режущей способности кругов, точности шероховатости поверхности деталей, полученных по традиционной и новой технологии.

6.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности шлифования глубоких отверстий малого диаметра»

В настоящее время шлифование составляет около 20% от всех видов механической обработки. На некоторых специализированных предприятиях по выпуску, например, подшипников, деталей гидро- и пневмоприводов, топливной аппаратуры и др., этот показатель достигает 60%. Поэтому вопросы связанные с совершенствованием технологии обработки поверхностей методом шлифования являются актуальными.

Шлифование глубоких отверстий малого диаметра, которое бы надежно обеспечивало высокое качество обработки при достаточно высокой производительности, представляет собой технологически и технически сложную проблему. Наибольшая трудность связана с тем, что обработка ведется в условиях пониженной жесткости технологической системы, повысить которую до обоснованных значений в большинстве случаев не представляется возможным.

В связи с этим, совершенствование и создание новых технологий, а также разработка научных основ для их практического использования, с целью повышения производительности, качества обработки, а также экономного расходования режущего инструмента, имеют важное народнохозяйственное значение.

Основная цель работы - повышение эффективности шлифования глубоких отверстий малого диаметра.

Представленные в данной работе исследования основываются на анализе взаимного расположения образующих круга и поверхности обработки в процессе шлифования глубоких отверстий малого диаметра.

Теоретически и экспериментально доказано негативное влияние отклонения от параллельности осей круга и отверстия заготовки на качественные показатели процесса шлифования.

Указанное отклонение возникает из-за поворота в пространстве осей ротора шпинделя, оправки и круга, приводящее к повороту сечений круга, перпендикулярных его оси.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Разработана математическая модель, содержащая зависимости, которые связывают конструктивно-технологические параметры податливой системы (геометрические размеры ротора шпинделя, инструмента и режимы резания) с выходными показателями процесса шлифования (изменение приведенной режущей способности шлифовального круга, средней толщины среза и количества режущих зерен), позволяющая определить мгновенные положения оси круга в процессе обработки глубоких отверстий малого диаметра.

2. Предложен способ шлифования отверстий в податливых системах, обеспечивающий параллельность образующих круга и обрабатываемого отверстия за счет автоматического управления положением оси шпинделя инструмента в пространстве на основе разработанной математической модели. По данному способу имеется решение о выдаче патента на изобретение.

3. На основе математической модели по п. 1 предложены алгоритм и программа для управления дополнительно введенной угловой координатой оси шпинделя инструмента, посредством системы ЧПУ внутрипшифовального станка.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что:

1. Разработано техническое предложение по созданию новых прецизионных внутришлифовальных станков, оснащенных устройствами программного или адаптивного управления дополнительной угловой координатой положения оси шпинделя инструмента.

2. На основе математической модели создана методика и программа, позволяющая технологу вычислять необходимые параметры для реализации предложенного технологического процесса.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Никифоров, Игорь Петрович

5.3. Выводы

1. Предложены два проекта для управления отклонением от параллельности осей круга и детали: адаптивное управление и программное управление. Разработаны механические устройства для предварительного поворота оси шпинделя на расчетные углы (р и цг{см- Рис- 3.1, 5.6).

2. Необходимо налаживать промышленное производство новых прецизионных внутришлифовальных станков, оснащенных устройствами программного или адаптивного управления дополнительной угловой координатой положения оси шпинделя инструмента.

3. Исследованиями установлено, что правка круга на конус и пассивная приработка круга применять нецелесообразно, так как практически не дают необходимого эффекта. Первый - из-за повышенного расхода абразива, второй -из-за снижения точности обработки и неравномерности износа круга.

4. Наиболее перспективным из вышеуказанных способом, на наш взгляд, является адаптивное управление при помощи АМП. Реализация данной идеи становится возможной благодаря тому, что между ротором и статором имеется зазор, в пределах которого можно управлять положением оси. Кроме адаптивного управления достаточно эффективными являются: программное управление и предварительный поворот оси круга

Начало

Постоянные входные данные: г - длина г-го конечного элемента ротора; ф - диаметр /-го конечного элемента ротора; Е{ - модуль упругости материала /-го элемента ротора; - плотности материала /-го элемента ротора; ]пк - радиальная жесткость подшипника в к-оы сечении.

Ввод данных в ЭВМ

4-< 4I

Переменные входные данные:

Одет - номинальный диаметр обрабатываемого отверстия;

Дф - диаметр круга;

Н- высота круга; пкр - частота вращения круга;

8поп - поперечная подача за двойной ход;

Зпр - продольная подача за двойной ход;

К1 - коэффициент, учитывающий твердость круга;

К2 - коэффициент, учитывающий твердость круга;

М- зернистость круга.

Компьютерная обработка данных

МаЛАВ)

Рекомендуемые значения частоты вращения шпинделя из области устойчивости системы

Выходные данные:

Кд - коэффициент повышения режущей способности круга; ср - угол поворота сечений в горизонтальной плоскости; у/- угол поворота сечений в вертикальной плоскости; 2- координата корректировки оси центров; А1,А2,Аз~ деления, устанавливаемые по лимбам.

-ч

Конец

Рис. 5.6. Алгоритм определения данных для настройки приспособления

6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА

6.1. Методика обработки экспериментальных данных

В качестве критериев эффективности процесса шлифования выбраны относительные параметры: изменение приведенной режущей способности круга (параметр Yi) и количества активных режущих зерен круга, расположенных на его поверхности (параметр Y2), по сравнению с традиционным способом шлифования.

Данные об основных влияющих факторах, учитываемых при проведении эксперимента, сведены в таблицу 6.1.

Примечание: Как показывают расчеты одним из основных влияющих на параметры 7/ и Y2 факторов является диаметр оправки. Однако при проведении эксперимента отсутствовала возможность варьирования им, так как цанговый зажим не предусматривал закрепление оправок диаметром более 3-х мм. При установке же оправок меньшего диаметра из-за низкой жесткости происходила их поломка. Поэтому диаметр оправки был равен 3 мм и в ходе проведения эксперимента не менялся.

В соответствии с теорией полнофакторного эксперимента была составлена матрица планирования эксперимента с числом опытов в одной серии: /V=24=16. Матрица планирования эксперимента приведена в таблице 6.2.

Для повышения достоверности результатов опыта эксперимент проводился в три серии, с выходными величинами 7/ и Т2 по каждой. Порядок проведения опытов был рандомизирован для снижения влияния систематических погрешностей.

Анализ результатов проведен с помощью программы статистического анализа Statgraphics и программы Excel ("электронные таблицы").