Повышение точности сверления отверстий на основе моделирования и управления траекториями формообразования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Быков, Сергей Юрьевич

• Быков, Сергей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Быков, Сергей Юрьевич

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования.

1.1.Необходимость повышения качества обработки на металлорежущих станках.

1.2.Точность обработки отверстий сверлением.

1.3.Движение формообразующих элементов металлорежущих станков.

1.4. Цели и задачи исследования.

Глава 2. Точность отверстий обрабатываемых сверлением.

2.1. Силы, действующие на спиральное сверло.

2.1.1. Силы резания, действующие на передней поверхности спирального сверла.

2.1.2. Силы, действующие на задних поверхностях.

2.2.Влияние видов контактного взаимодействия на силы резания.

2.2.1. Контактное взаимодействие с образованием элементных и суставчатых стружек.

2.2.2. Контактное взаимодействие с существованием пульсирующей зоны.

2.2.3. Контактное взаимодействие с образованием нароста.

2.2.4. Контактное взаимодействие с существованием участков пластического и вязкого контактов.;.

2.3. Погрешности, возникающие при обработке отверстий.

2.3.1. Разбивка отверстий.

2.3.2.Увод сверла.

2.3.3. Влияние динамики процесса сверления на точность обрабатываемых отверстий.

2.4. Построение геометрического образа обрабатываемой поверхности при сверлении.

2.5. Определение показателей точности детали.

2.6. Моделирование деформаций инструмента в среде ЗоПсП^огкз.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Исследования точности сверления отверстий.

3.1. Исследование податливости и теплостойкости станка.

3.2. Исследование траекторий формообразования при сверлении.

3.2.1. Экспериментальная установка для измерения траекторий формообразования.

3.2.2. Тарировка датчиков.

3.2.3. Оценка погрешностей измерений.

3.2.4. Обработка экспериментальных данных.

3.2.5. Траектории оси вращения шпинделя.

3.3. Влияние режимов резания на траектории формообразования.

3.4. Сравнение траекторий оси сверла и геометрического образа обработанного отверстия.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Повышение точности обработки отверстий сверлением.

4.1. Параметры, характеризующие качество процесса обработки отверстий сверлением.

4.1.1. Выбор оптимальных значений показателей назначения.

4.2. Факторы, определяющие качество процесса сверления спиральными сверлами.

4.2.1. Анализ факторов, влияющих на точность сверления отверстий спиральными сверлами.

4.3. Повышение точности обработки отверстий сверлением на основе управления процессом.

4.3.1. Управление траекториями формообразования.

4.3.2. Повышение точности обработки отверстий сверлением на основе применения методов планирования эксперимента.

4.3.3. Повышение точности обработки отверстий сверлением на основе статистического управления процессами.

Выводы по главе 4.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение точности сверления отверстий на основе моделирования и управления траекториями формообразования»

Одной из основных тенденций современного развития машиностроения является повышение точности. Анализ технологии изготовления деталей на металлообрабатывающих станках нормальной точности (Н) показывает, что точность традиционных методов обработки достигла величин близких к 1 мкм. Потребность промышленности в изделиях повышенной точности приведет к еще большему ужесточению параметров точности.

Высокоточные отверстия (7, 8 квалитет) являются конструктивными элементами большого числа деталей и узлов современных машин. К ним относятся отверстия под подшипники, штифты, установочные поверхности зубчатых колес. Такие отверстия обрабатываются за несколько технологических переходов. При этом их точность определяется на первом переходе, которым для отверстий малого диаметра, как правило, является сверление.

Сверление спиральными сверлами - один из основных методов обработки отверстий. Этому процессу посвящено достаточно большое количество публикаций. Однако большинство из них направлены на исследования стойкости, производительности обработки отверстий, технологии изготовления, конструкции и условиям эксплуатации сверл. Количество работ, посвященных исследованию точности обработки отверстий невелико. Это объясняется сложностью процесса сверления, в частности: отсутствием доступа к режущим кромкам, переменной скоростью резания и, связанной с этим неоднородностью стружкообразования вдоль режущих кромок, относительно малой жесткостью сверла, наличием крутильных колебаний.

В связи с этим актуальным является исследование влияния перечисленных факторов на точность обрабатываемого отверстия непосредственно в процессе обработки, и при этом рассматривать станок, инструмент и деталь как единую технологическую систему.

Прогнозирование точности в процессе изготовления детали является новым направлением в технологической науке, сформировавшимся в середине 90-х годов XX века.

Для оценки точности обработки отверстий могут использоваться траектории формообразующих движений. Это позволяет с высокой точностью прогнозировать перемещение инструмента относительно заготовки детали. Следует отметить, что измерения траекторий формообразования при сверлении до настоящего времени не проводились.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Быков, Сергей Юрьевич

Выводы

1. Разработанная математическая модель построения геометрического образа обрабатываемого отверстия при сверлении и методика построения геометрического образа и прогнозирования точности обработки отверстия на основе измерения траекторий формообразования позволяют производить расчет и построение геометрического образа обрабатываемого отверстия в трехмерном пространстве и на его основе определять показатели точности обрабатываемого отверстия.

2. Разработанная экспериментальная установка позволяет осуществлять измерение траекторий формообразования при обработке на станке в ходе процесса резания в реальном масштабе времени.

3. В результате проведения экспериментальных исследований по измерению траекторий оси вращения шпинделя станка и инструмента в ходе процесса резания установлены зависимости изменения формы и размеров траекторий оси вращения шпинделя и сверла от скорости резания и подачи при заглублении инструмента.

4. В результате исследования влияния режимов обработки на траектории формообразования установлено, что изменение формы и размеров траекторий формообразования соответствует смене видов контактного взаимодействия инструментального и обрабатываемого материалов с изменением скоростей резания.

5. На основе проведенного сравнения траекторий формообразования и геометрического образа обработанного отверстия предложено выделить два этапа в процессе сверления сквозных отверстий, различающихся схемами действующих сил, формой траектории движения инструмента и возникающими погрешностями геометрической формы отверстия: 1) сверление до выхода главных режущих кромок из заготовки детали и 2) сверление после выхода главных режущих кромок из заготовки детали.

6. Разработанная методика управления траекториями формообразования на основе управления факторами, определяющими форму и размеры траекторий формообразования, позволяет повысить точность обработки отверстий спиральными сверлами. На основе анализа факторов, определяющих форму и размеры траекторий формообразования, выявлены те, которые оказывают наибольшее влияние на точность обрабатываемого отверстия. Разработаны рекомендации по снижению негативного влияния этих факторов на точность обработки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Быков, Сергей Юрьевич, 2006 год

1. ГОСТ 10356-63 «Отклонения формы и расположения поверхностей»

2. ГОСТ 15895 «Статистические методы управления качеством продукции».

3. ГОСТ 17734-88 «Станки фрезерные консольные. Нормы точности и жесткости».

4. ГОСТ Р ИСО 9000:2000. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь.

5. РДМУ 109-77. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологических процессов. Методические указания.

6. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий,- М.: «Наука», 1976.-280 с.

7. Балакшин Б.С, Базров Б.М. Адаптивное управление станками. М.: Машиностроение. 1973 с.

8. Бечин Г.В.Влияние погрешностей заточки спиральных сверл на их стойкость и качество отверстий. //Спиральные сверла. Сб. материалов Всесоюзного совещания по спиральным сверлам. М.:НИИМАШ, 1966. -с.120-134.

9. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М., Машиностроение, 1975.

10. Бородачев H.A. Обоснование методики расчета допусков и ошибок кинематических цепей. М.:Изд-во АН СССР, 1943. 4.1.

11. Быков Ю.М. Процессный подход при внедрении систем менеджмента качества в соответствии со стандартами ИСО серии 9000. Учебное пособие. - РПК «Политехник», Волгоград, 2003.

12. Быков Ю.М. Системы управления качеством в соответствии со стандартами ИСО серии 9000: Учеб. пособие; М-во общ. и проф. образования Рос. Федерации, Волгогр. гос. техн. ун-т. 87 с. Волгоград, Политехник 1999.

13. Васенис Г.А., Раманаускас П.Б. Обзор работ проведенных на Вильнюсском заводе сверл по исследованию процесса сверления, конструкции, эксплуатации и изготовления спиральных сверл. Вильнюс, 1974.-20 с.

14. Васин С.А., Верещака A.C. и Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системам взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. Вузов. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.-448с.

15. Волосов С.С. Активный контроль размеров. М.: Машиностроение, -1984. -224с.

16. Гисин В.И. Исследование технологического процесса развертывания отверстий плавающими инструментами: Дисс. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, РИСМ, 1977.-189с.

17. Гмурман В.Е. Теория вероятности и математическая статистика. М.: Высшая школа, 2004. - 479 с.

18. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М., «Металлургия», 1974.

19. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для вузов. М.: Высшая школа., 1985. - 304 с.

20. Грановский Г.И., Даниленко Б.Д. Режущие свойства сверл, изготовленных из различных марок быстрорежущих сталей, Материалы научно технического симпозиума «Прогрессивные конструкции сверл и их рациональная эксплуатация». Вильнюс, 1974.-20 с.

21. Грановский Г.И.Кинематика резания. М.: Машгиз, 1948. 199 с.

22. Дибнер Л.Г. Исследование формообразования главных задних поверхностей спиральных сверл. Дисс. канд. техн. наук. М.:Станкин, 1963.

23. Дибнер Л.Г., Шкурин Ю.П. Заточка спиральных сверл. М.: Машиностроение, 1967.

24. Допуски и посадки: Справочник в 2-х ч. 4.1/ Под ред. В.Д. Мягкова. -JI.Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1978 544 с.

25. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Расчет допусков размеров.-М. Машиностроение, 1992.-240 с.

26. Жилис В.И. Некоторые проблемы, связанные со стойкостными испытаниями спиральных сверл. Материалы научно технического симпозиума «Прогрессивные конструкции сверл и их рациональная эксплуатация». Вильнюс, 1974.-32 с.

27. Жилис В.И. Современные конструкции спиральных сверл. РИНТИП ЛитССР, Вильнюс, 1966, 57 с.

28. Жилис В.И. Экспериментальное исследование порчности жесткости скручиванию и стойкости спиральных сверл. - «Станкостроение Литвы», сб. научных трудов., т.1, «Минтис», г. Вильнюс, 1967, с.198.,210.

29. Жилис В.И., Васенис Г.А. Влияние длины и способа изготовления сверл на их стойкость и точность отверстий. Станки и инструмент, 1974, №2, с.24-26.

30. Жилис В.И., Васенис Г.А., Казокайтис В.Ф. Исследование спиральных сверл и процесса сверления. // Материалы научно технического симпозиума «Прогрессивные конструкции сверл и их рациональная эксплуатация». Вильнюс, 1974.-20 с

31. Заковоротный В. Л., Бородачев Е. В., Алексейчик М. И. Диагностический мониторинг состояния процесса резания. //СТИН. 1998. -№12.-с.6-13.

32. Зорев H.H. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956. 367 с.

33. Имаи M. Кайдзен: ключ к успеху японских компаний/ Пер. с англ.-М.:Альпина Бизнес Букс, 2005. -274 с.

34. Инструменты для обработки точных отверстий. Кирсанов C.B., Гречишников В.А., Схиртладзе А.Г., Кокарев В.И. -М.:Машиностроение, 2005.-336 с.

35. Искра Д.Е. Высокоточная обработка на токарных станках с использованием диагностической системы. Труды IV международного конгресса "Конструкторско-технологическая информатика 2000" Москва (МГТУ "СТАНКИН") 2000 г. 233-236 с.

36. Искра Д.Е. Обработка деталей с высокой точностью на токарных станках с использованием устройства управления точностью. Тезисы докладов IV международной научно-технической конференции "Качество машин" Брянск (БГТУ) 2001 г. с. 56-58

37. Искра Д.Е. Повышение точности движений формообразования на основе диагностики и управления технологическими процессами (на примере токарной обработки). Дисс. к.т.н., М., 2002.

38. Кабалдин Ю. Г. Шпилев А. М. Самоорганизующиеся процессы втехнологических системах обработки резанием. Диагностика, управление -Владивосток: Дальнаука, 1998. 295 с.

39. Карсунцев А.И. Повышение точности отверстий за счет рационального врезания инструментов одностороннего резания: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Челябинск, ЧГТУ, 1997.-27с.

40. Кирсанов C.B. Повышение производительности и точнсоти обработки отверстий мерными инструментами: Дисс. д-ра техн. наук.- Томск, ТПУ,2000.-272 с.

41. Кирсанов C.B. Пути повышения точности обработки отверстий мерными инструментами / Машиностроительное производство. Сер. Технлогия и оборуд. обработки металлов резанием: Обзор информ. Вып.2,-М.:ВНИИТЭМР, 1992.-48 с.

42. Кирсанов C.B., Черкасов А.И. Исследование влияния конструкции инструмента на структурную схему самоустанавливающегося приспособления// Вестник машиностроения. -1995.-№1.-с. 14-15.

43. Кожевников Д.В. Распределение температуры по режущим кромкам быстрорежущих сверл// «Станки и инструмент», 1961, №8.

44. Лисенков А.Н., Маркова Е.В., Адлер Ю.П. О классификации экспериментальных планов. Информационные материалы Совета по кибернетике. М., 1970, №8 (45), с.21.

45. Маркова Е.В., Лисенков А.Н. Планирование экспериментов в условиях неоднородностей. М.: «Наука», 1973.

46. Мартынов А.Д. О контроле симметричности заточки режущих кромок сверла. //Спиральные сверла. Сб. материалов Всесоюзного совещания по спиральным сверлам. М.:НИИМАШ, 1966. с.267-270.

47. Менеджмент систем качества: Учебное пособие/ М.Г.Круглов, С.К.Сергеев, В.А.Такташов и др. М.: ИПК Издательство стандартов, 1997.368 с.

48. Миттаг X., Ринне X. Статистические методы обеспечения качества/ Пер. с нем.; Под ред. Б.Н. Маркова.- М.Машиностроение, 1995. 616с.

49. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов.

50. Осман М.О.М., Латинович В. Усовершенствование многолезвийного инструмента для расточки отверстий по способу БТА// Конструирование и технология машиностроения.-1976.-№2.-с.93-100.

51. Остафьев В.А. Исследование скоростного сверления отверстий в высокопрочных чугунах. Дисс.канд.техн.наук. Киевский политехнический институт, 1962.

52. Пат. 2123923 РФ: В23 Q15/00. Способ диагностики токарных станков по параметрам точности и устройство для его осуществления.

53. Пат. 2124966 РФ: В23 В25/06. Способ диагностики шпиндельного узла.

54. Пат. 2154565 РФ: В23 Q 15/007. Устройство диагностики токарных станков по параметрам точности изготавливаемой детали

55. Пат. 2186660 РФ: В23 Q 17/20. Устройство контроля точности изготовления деталей на фрезерных станках

56. Пат. 2210479 РФ: В23 Q 15/007. Способ прогнозирования в процессе изготовления детали и ее погрешностей по окончании обработки на основе ее виртуальной копии

57. Пат. №2123923,B23Q15/w. Способ диагностики токарных станков по параметрам точности и устройство для его осуществления/ Юркевич В.В.

58. Пат. №2154565, B23Q15/007. Устройство диагностики токарных станков по параметрам точности изготавливаемой детали/ Юркевич В.В.

59. Пат.2131802 РФ: В23 Q 15/007. Способ автоматического управления точностью токарного станка

60. Повышение эффективности обработки точных отверстий в машиностроении. Кирсанов C.B., Гречишников В.А., Схиртладзе А.Г., Кокарев В.И. и др.-М.:Глобус,2001. -181с.

61. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. М.: Машиностроение, 1969. 150 с.

62. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем : Справочник учебник. В 3-х томах .Под общей ред. А.С.Проникова - М. :Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1994.

63. Пуш A.B. Шпиндельные узлы: качество и надежность. -М.: Машиностроение, 992.- 288с.

64. Пуш A.B., Ежков A.B., Иванников С.Н. Измерительно-диагностический комплекс для оценки качества и надежности станков. // СТИЦ. -1987.- №9.- с. 8-12

65. Пуш A.B., Пхакадзе С.Д., Пьянов B.JI. Прогнозирование точности обработки поверхностей. // СТИН. -1995. -N5. -с. 12-17.

66. Развитие науки о резании металлов. В.С.Бобров, Г.И.Грановский, Н.Н.Зорев и др. М.: Машиностроение, 1967, 416с.

67. Расчеты на прочность в машиностроении. / С.Д. Пономарев, В.Л. Бидерман, К.К. Лихарев и др., т.З. М.: Машгиз, 1959. 1118 с.

68. Резников А.Н., Смирнов М.Д., Яшин Г.Г. Исследование напряжений в сверлах. Станки и инструменты, №9, 1965.

69. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для ВУЗов.-М. Машиностроение, 1989.-496 с.

70. Родин П.Р. Металлорежущие инструменты. Киев: Вища школа, 1974. 399 с.

71. Синелыциков А.К. Некоторые факторы, влияющие на некруглость отверстия и отклонение от соосности при сверлении. -Сб. трудов ВНИИ. М.:1970, №3, с.17-19.

72. Синелыциков А.К. О радиальной податливости спиральных сверл. -Сб.: «Металлорежущий и контрольно измерительный инструмент». НИИМАШ. -М.,1971, №10.

73. Соколовский А.П. Точность механической обработки и пути ее повышения. М.: Машиностроение, 1951.- 488с.

74. Солнцева Т.Е. Анализ современных методов заточки сверл // «Вестник машиностроения», 1959, №6.

75. Спиральные сверла. Сб. материалов Всесоюзного совещания по спиральным сверлам. М.:НИИМАШ, 1966

76. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.1./Под. ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.Машиностроение, 1985. - 656 с.

77. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т.2./Под. ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.Машиностроение, 1985. - 496 с.

78. Схиртладзе А.Г. Повышение производительности при однорезцовом консольном растачивании. Диссер. к.т.н., М., 1975.

79. Таити Оно. Производственная система Тойоты. Уходя от массового производства / Пер. с англ. М.: Институт комплексных стратегических исследований, 2005. -192 с.

80. Талантов Н. В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992. - 240 с.

81. Тезисы докладов на научно техническом симпозиуме «Прогрессивные конструкции сверл и их рациональная эксплуатация». Вильнюс, 1974.-17с.

82. Типовые методики и программы испытаний металлорежущих станков.М. :ЭНИМС, 1984.-172с.

83. Управление качеством. Робастное проектирование. Метод Тагути/ Под. ред. A.M. Талалая,- М.:000»СЭЙФИ», 2002.-382 с.

84. Федорец A.B. Влияние точности расположения осей шпинделя на точность обработки детали// Технология и автомаизация машиностроения.-1968.-№3.-с.42-49.

85. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М., «Наука», 1971.

86. Холмогорцев Ю.П. Высокопроизводительное сверление. Челябинск, Книжное издательство, 1963. 96 с.

87. Холмогорцев Ю.П. Оптимизация процессов обработки отверстий.-М.Машиностроение, 1984-184 с.

88. Холмогорцев Ю.П. Прогрессивные конструкции режущих инструментов Челябинского тракторного завода. Машиностроитель, 1966, №6, с.32-35.

89. Юркевич В.В. Использование геометрического образа обработанной поверхности при определении показателей точности детали // СТИН, 2000. №4. с. 8-10.

90. Юркевич В.В. Испытания металлорежущих станков. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», 2004.- 124с.

91. Юркевич В.В. Контроль и диагностика процесса формообразования при обработке на токарных станках // Контроль и диагностика. 2005. №1. с. 45-50.

92. Юркевич В.В. Определение точности обработки на токарном станке. //СТИН.-1999.№4~с. 15-17

93. Юркевич B.B. Параметрическая точность токарного станка //Вестник машиностроения, 1999. -№9. -с. 30-32

94. Юркевич В.В. Система прогнозирования точности токарных станков // Вестник машиностроения.2001. №8. с. 44-48.

95. Galloway D.F. Some Experiments on the Influence of Various Factors on Drill Performance/ Transactions of the ASME, 1957, v.79, p.191-231

96. ISO/TR 10017:2003 «Guidance on statistical techniques for ISO 9001:2000»

97. Konig W. The present position of the metal cutting process. Adv. Mash. Tool Des. and Res. 1969, Oxford et al., 1970, p.215-240.

98. Leathley B.R. How to get More and Better Hole from your twist drills. Mashine and Tool Blue Book, v.51, №7, 8; 1956.

99. Oxford C.J. On the drilling of metals. 1. Basic mechanics of the process. Transaction of the ASME, v.77. №2, 1955.

100. Pfleghar F. Aspekte zur konstruktiven Gestaltung von Tiefbohrverkzeugen// Werstattstechnik, 1997, 67, №4, S/211-218.

101. Sakuma K., Taguchi K., Katsuki A. Study on Deep-Hole Boring by ВТА System Solid Bohring Tool Behavior of Tool and Effects on Profile of Mashined Hole//Japan Society Precision Engineering,-1980,-14, №3,p. 143-148.

102. Stockert R., Weber U. Auslegung von einschneidigen Tiefbohrwerkzeugen mit zwey Einzelschneiden// VDI-Zeitschrift, 1978, V.120, №22, S.1057-1061.

103. Swanson, Roger C. The Quality Improvement Handbook: Team Guide to Tools and Techniques. Kogan Page, London, England, 1995.