Астахов, Сергей Алексеевич. Высокопроизводительное точение тонкостенных закалённых цилиндрических заготовок

Краткое описание

Астахов, Сергей Алексеевич. Высокопроизводительное точение тонкостенных закалённых цилиндрических заготовок : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.08 / Астахов Сергей Алексеевич; [Место защиты: Тул. гос. ун-т].- Тула, 2012.- 245 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/3261

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
Астахов Сергей Алексеевич
ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЕ ТОЧЕНИЕ ТОНКОСТЕННЫХ ЗАКАЛЁННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК
Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук,
профессор Грязев Михаил Васильевич
Тула - 2012
ВВЕДЕНИЕ 6
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К ДЕТАЛЯМ ТИПА
ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ. СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ 16
1.1. Технические требования на изготовление деталей типа
тонкостенных труб 16
1.2. Технологический процесс изготовления тонкостенных цилиндров. Пути повышения производительности обработки наружной поверхности.... 19
1.3. Обзор существующих способов повышения точности.
Перспективы применения процесса точения МРГ 27
1.4 Причины возникновения автоколебаний при резании. Известные пути снижения вибраций 34
1.4.1. Теории возникновения автоколебаний при резании металлов .... 35
1.4.2. Вибрации при многорезцовой обработке 45
1.5. Выводы, цель работы и задачи исследования 49
2. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧНОСТИ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИПОВЫХ ТОНКОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ 51
2.1. Оценка точности обработки диаметральных параметров 51
2.2. Образование погрешности при обработке наружной поверхности 60
2.3. Гармонический анализ погрешностей формы тонкостенных
цилиндров 65
2.4. Измерение диаметральных параметров тонкостенных цилиндров 68
2.5. Погрешности взаимного положения цилиндрических поверхностей
77
2.6 ВЫВОДЫ 88
з
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ
ЖЕСТКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ 90
3.1. Жесткость станков 90
3.2. Жесткость зажимного приспособления 97
3.3. Деформации обрабатываемой заготовки.... 102
3.4. ВЫВОДЫ 123
4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВИБРОУСТОЙЧИВОСТИ
ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ МНОГОРЕЗЦОВЫМИ ГОЛОВКАМИ 125
4.1. Модель упругих колебаний технологической системы 126
4ЛЛ. Математическая модель процесса обработки точением
тонкостенных труб 127
4Л.2. Математическая модель процесса многорезцового точения тонкостенных труб 135
4.2. Структурный критерий устойчивости технологической системы 140
4.3 Математическая модель определения отклонения диаметрального
размера при токарной обработке деталей типа тонкостенных труб 142
4.4. Алгоритм определения устойчивости системы по структурному
критерию Л 45
4.5 Алгоритм численного расчета погрешности формы 146
4.6. Анализ результатов математического моделирования
устойчивости процесса многорезцового точения тонкостенных труб 150
4.7 Экспериментальное определение демпфирующих и
технологических свойств системы 152
4.7Л Экспресс-метод расчета показателей качества технологической
системы (логарифмического декремента колебаний) 152
4.7.2 Экспериментальное определение параметров безвибрационного резания 155
4.8 Выводы 163
5. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ТОЧЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ
ЦИЛИНДРОВ МРГ 165
5.1. Технологическая оснастка 165
5ЛЛ. Резцовые головки 165
5Л.2. Заточка и контроль твердосплавных пластин 173
5.2. Точность точения МРГ 175
5.2Л. Продольные погрешности 175
5.2.2. Погрешности формы в поперечном сечении при точении МРГ 181
5.2.3 Погрешности взаимного положения наружной и внутренней
поверхностей 183
5.3 Пути повышения точности и виброустойчивости процесса точении МРГ 186
5.3.1. Применение двух групп резцов 186
5.3.2. Оптимизация геометрических параметров инструмента 194
5.3.3. Точение нежестких заготовок многорезцовыми головками с
подвижным люнетом-виброгасителем 202
5.4. Выводы 208
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 209
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 212
Приложение 1. Результаты статистического анализа точности
получения параметра 054-0,25 225
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Программа расчета устойчивости процесса
многорезцового точения тонкостенных труб 228
Приложение 2.1. Тест программы расчета устойчивости процесса
многорезцового точения тонкостенных труб 228
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.2. Результаты расчета программы определения
устойчивости процесса многорезцового точения тонкостенных труб 231
Приложение 2.2.1. Процесс многорезцового точения тонкостенных труб (3 резца) 231
Приложение 2.2.2. Процесс многорезцового точения тонкостенных
труб (6 резцов) 234
Приложение 2.3. Форма ввода исходных данных программы расчета
устойчивости процесса многорезцового точения тонкостенных труб 237
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Экспериментальное определение сил резания при
точении резцами с виброгасящей (зачистной) кромкой 238
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Документы о внедрении 244

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
В диссертации всесторонне исследованы операции чистовой обработки наружного диаметра тонкостенных цилиндров, осуществляемые единичным резцом и точением многорезцовыми головками, то есть несколькими резца¬ми, радиально расположенными в плоскости, перпендикулярной продольной оси детали. Теоретически обоснована возможность повышения производи¬тельности и точности обработки при переходе к точению многорезцовыми головками. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили объективно оценить конкурирующие процессы по наиболее ответ¬ственному и важному для функционирования изделия критерию - точности обработки. Таким образом, можно считать, что в диссертации решена важная для машиностроения научная задача: повышение производительности токар¬ной обработки наружных цилиндрических поверхностей тонкостенных заго¬товок при обеспечении их заданной точности и виброутойчивости процесса резания.
1. Показано, что низкая точность обработки тонкостенных цилиндров единичными резцами определяется погрешностями формы в продольном и поперечных сечениях, а также погрешностями взаимного положения цилин-дрических поверхностей, образование которых в значительной степени свя¬зано с деформациями ТС. В общем балансе погрешностей наибольший удельный вес, примерно 60%, составляют погрешности, связанные с дефор¬мациями заготовки, а 30% - разжимной оправки. Наиболее существенные по¬грешности формы - в продольном направлении - возникают вследствие про¬гиба оси и стенок заготовки. Степень влияния каждого вида деформации на точность обработки зависит от приведенной толщины стенки.
2. Установлено, что вследствие деформаций разжимной оправки возни¬кает специфическая для обработки тонкостенных цилиндров погрешность - неравнофокусный эллипс. Непосредственной причиной образования нерав-нофокусного эллипса является неодинаковая жесткость оправки в различных радиальных направлениях.
3. Погрешности формы, характерные для тонкостенных цилиндров, возникают как при однорезцовой, так и при точении многорезцовыми голов¬ками. Однако в последнем случае погрешности могут быть существенно уменьшены за счет уравновешивания действующих радиальных сил резания.
4. Доказано, что удовлетворительные по точности результаты при об¬работке тонкостенных цилиндров точением многорезцовыми головками мо¬гут быть получены лишь в случае оснащения головки двумя группами чере¬дующихся резцов с различной геометрией.
5. В диссертации разработана методика определения условий для без-вибрационного точения многорезцовыми головками, включающая математи¬ческий аппарат для качественной оценки виброустойчивости технологиче¬ской системы и количественной оценки влияния упругих колебаний на дина¬мические характеристики процесса многорезцового точения, который позво¬лил построить алгоритм по выбору безвибрационных режимов. Для реализа¬ции структурного критерия определения виброустойчивости процесса точе¬ния была разработана программа для ЭВМ, определяющая численную зави¬симость минимально допустимой жесткости технологической системы от её логарифмического декремента и режимов резания при точении МРГ. При на¬рушении устойчивости системы следует менять режимы резания, геометрию резцов (задний угол на вспомогательной кромке) или применять дополни¬тельные виброгасящие устройства.
Для внедрения процесса точения МРГ разработан комплекс техноло¬гической оснастки и проведена модернизация станков на операции чистовой обработки наружной поверхности детали 1 изделия черт. 9-01520 и ствола охотничьего ружья Т03-34. Эффективность разработанного процесса точе¬ния МРГ подтверждена результатами внедрения, позволившими повысить точность получения геометрических параметров в 2,2 раза; увеличить произ¬водительность операции чистовой обточки с 450 до 780 деталей в смену, со¬кратить потери от брака на 60%