Кальченко Володимир Віталійович. Наукові основи ефективного шліфування зі схрещеними осями абразивного інструменту та оброблюваної деталі

Краткое описание

Кальченко Володимир Віталійович. Наукові основи ефективного шліфування зі схрещеними осями абразивного інструменту та оброблюваної деталі : Дис... д-ра наук: 05.03.01 2006

Кальченко В.В.Наукові основи ефективного шліфування зі схрещеними осями абразивного інструмента та оброблюваної деталі. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.01 Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2006.
У дисертації вирішено науково-технічну проблему підвищення ефективності абразивного шліфування різноманітних поверхонь за рахунок раціонального профілювання та перехрещення осей інструмента і деталі в процесі зняття припуску і формоутворення. Вперше на базі трьох модулів розроблено ієрархію загальних 3D геометричних моделей формоутворювальних систем верстатів, процесу зняття припуску, формоутворення, інструментальних і оброблюваних поверхонь. Запропоновано нову концепцію профілювання абразивного інструмента і відповідну загальну 3D геометричну модель, які враховують кількість одночасно оброблюваних деталей одним кругом, форму заготовки і оброблюваної деталі, цикл шліфування та кут схрещення осей інструмента і деталі. Теоретично обґрунтовано новий принцип поздовжнього шліфування циліндричних і криволінійних поверхонь на верстатах з ЧПК з компенсацією зносу шліфувального круга. Вперше визначено і регламентовано вплив стабілізації положення центрів сфер і осей обертання циліндричних деталей на геометричну точність при безцентровому поздовжньому шліфуванні. Розроблено нову концепцію визначення потужності різання, теплового потоку та зносу профілю круга на базі загальної моделі продуктивності шліфування в залежності від об’ємів металу, що зрізається і деформується. На базі аналізу модульних 3D моделей розроблено та впроваджено у виробництво нові способи шліфування.

1. Сформульовані і реалізовані наукові положення про те, що цілеспрямоване управління схрещуванням осей абразивних кругів і оброблюваних деталей має потужний потенціал впливу на процеси формоутворення поверхонь, фізико-механічні явища, які відбуваються в зоні шліфування, характер та інтенсивність зносу інструменту, точність і якість обробки деталей.
2. Запропоновано наукове положення про можливість і доцільність вирішення прямої і зворотної задач теорії формоутворення за допомогою тривимірних геометричних моделей, які представлені у вигляді добутку уніфікованих модулів (циліндричного, прямокутного, сферичного). Кожен з модулів являє собою добуток трьох однокоординатних матриць четвертого порядку і має постійне математичне описання не залежно від його функціонального призначення.
3. Розроблена методика управління схрещенням осей абразивного інструмента і оброблюваної деталі, яка є загальною для широкої номенклатури розповсюджених поверхонь (циліндричних, торцевих, сферичних, торових, гвинтових, голчастих, криволінійних). Вона узагальнює низку способів: шліфування з фіксованим положенням однієї деталі, оброблюваної одним інструментом; безцентрове шліфування зі змінним поточним положенням осі оброблюваної деталі; групове шліфування декількох деталей одним інструментом. Методика може бути використана не тільки для нових способів шліфування зі схрещеними, але і для традиційного шліфування з паралельними осями інструмента і деталі.
4. Реалізовано нову концепцію профілювання абразивного інструмента, яка враховує кількість одночасно оброблюваних деталей одним кругом, форми заготовки і деталі, точність її поверхні, цикл шліфування і кут схрещування осей.
5. На базі запропонованої методики управління схрещенням осей абразивного інструменту і оброблюваної деталі розроблена загальна модель продуктивності шліфування для деталей з циліндричними, торцевими, сферичними, голчастими, торовими, гвинтовими і криволінійними поверхнями. Вона дає можливість за однією програмою розраховувати локальну, питому, миттєву і середню продуктивності обробки різних поверхонь. Визначення потужності різання, теплового потоку і зносу профіля круга в залежності від об’єму матеріалу, що зрізається та деформується, здійснюється також на основі аналізу розробленої загальної моделі продуктивності шліфування.
6. Розроблено класифікацію функціонального призначення схрещення осей абразивного інструменту і оброблюваної деталі при шліфуванні різноманітних поверхонь і методику визначення їх точності в залежності від кута схрещення. Вона враховує похибки схеми формоутворення, положення і переміщення вузлів верстата, профілювання інструмента і форми круга в результаті його зносу.
7. Запропонований в роботі принцип модульного 3D моделювання і розроблена на його базі сукупність загальних тривимірних моделей формоутворювальних систем шліфувальних верстатів, інструментальних і оброблюваних поверхонь, процесу зняття припуску і точності формоутворення служать геометричною базою автоматизованих систем проектування і виробництва CAD/CAM технологічного і інструментального призначення.
8. Розроблена в дисертації нова концепція поздовжнього шліфування циліндричних і криволінійних поверхонь на верстатах з ЧПК, коли вісь повороту абразивного круга, перпендикулярна до осі його обертання, поєднується з нормаллю в опорній точці оброблюваної поверхні і при компенсації зносу круг переміщується вздовж цієї нормалі, підвищила стійкість круга і дала можливість спростити розробку керуючих програм, яка тепер не залежить від величини припуску, що знімається, і змін діаметру круга, а також його профілю внаслідок зносу.
9. Завдяки використанню запропонованої нової концепції профілювання шліфувального, повідного кругів і опорного ножа (для сфер опорно-повідного диска) досягнуто підвищення продуктивності і точності безцентрового глибинного шліфування циліндричних і сферичних поверхонь, за рахунок забезпечення стабілізації положення центрів сфер і осі обертання заготовок циліндричних деталей в процесі зняття припуску і формоутворення. Розроблені алгоритми і програми комп'ютерного розрахунку раціональних форм повідного і шліфувального кругів залежно від геометричних параметрів оброблюваної деталі, заготовки і припуску, що знімається.
10. Реалізація виявленої частини потенціалу схрещення осей дала можливість підвищити точність, а також зменшити припуск, який знімається по координаті обробки при двосторонньому шліфуванні торців циліндричних деталей за рахунок того, що на торцях кругів виконують формоутворювальні ділянки, які не беруть участі в знятті припуску, а його робоча поверхня на верстатах з ЧПК має профіль у вигляді монотонної опуклої кривої.
11. За рахунок керованого положення осі обертання шліфувального круга у вертикальній площині відносно осі обертання робочого валика досягнуто підвищення точності формоутворення і заточування голчастої циліндричної поверхні при обробці на верстатах з ЧПК торцем інструмента. Це дало можливість регулювати напрям вектора результуючої швидкості заточування, який визначає її якість.
Підвищення продуктивності і якості фінішної обробки голчастої поверхні отримано за допомогою керування схрещенням осей інструменту і деталі, де шліфувальні бруски з круговим поступальним переміщенням за час торкання торця голки роблять не менше одного оберту, що перешкоджає виникненню задирок на оброблюваній поверхні. Точність твірної, порівняно з обробкою на верстатах «Oktir» (Італія) і «Bеfama» (Польща), де шліфування здійснюється периферією круга, підвищується завдяки руху торців брусків в площині формоутворення. Це перешкоджає виникненню «сідлоподібності» голчастої поверхні, яка утворюється на відомих верстатах і залежить від непаралельності переміщення циліндричного круга відносно осі барабана. Для впровадження виявленого потенціалу схрещення осей розроблено і виготовлено універсальний пристрій, який можна використовувати як при шліфуванні голчастих поверхонь валиків на стаціонарних верстатах, так і при шліфуванні важких голчастих барабанів на їх робочому місці в агрегаті для прочісування. Для цього вузли пристрою (напрямна, шліфувальна головка, пульт з системою управління) виготовлені з масою не більш 30-35 кг, що поліпшило їх транспортабельність і умови наладки при установці на агрегатах.
12. Запропоновано нову концепцію регулювання кривизни формоутворювальної ділянки круга за рахунок орієнтації його по напрямній лінії, що підвищило продуктивність при шліфуванні методом копіювання на верстатах з ЧПК криволінійних поверхонь барабанів пилорам, шківів ремінних передач, формувальних валків трубовальцевих станів, неповних сферичних поверхонь та інших деталей.
13. Для підвищення продуктивності і точності обробки, а також забезпечення раціонального використання абразиву розроблено новий підхід до центрового і безцентрового шліфування зовнішніх і внутрішніх торових поверхонь валків трубовальцевих станів, шарошок бурових доліт, кілець вальниць, а також гвинтових поверхонь гвинтів і гайок кочення, який полягає в тому, що шліфувальний круг правиться по радіусу меншому, ніж радіус заготовки. Величина врізання більше припуску, який знімається, на величину зносу круга і здійснюється за рахунок узгоджених двох рухів круга поперечного і синхронного з ним кутового. Це забезпечило зняття припуску по еквідистантним кривим з постійною глибиною різання і раціональними умовами шліфування вздовж профілю. Зняття абразиву при правках зменшилося в 2 і більше разів залежно від геометричних параметрів деталі.
14. Нові способи заточування голчастих поверхонь барабанів і валиків текстильних машин, а також методика визначення допустимих кутів схрещування осей абразивного інструмента і чесального барабана впроваджені на Чернігівському підприємстві «ЧЕКСІЛ-Аріадна», нова технологія обробки опуклих неповних сферичних поверхонь впроваджена на Прилуцькому заводі «ПОЖСПЕЦМАШ» для обробки кранів пожежних машин, новий спосіб шліфування опуклих криволінійних поверхонь обертання охоплювальним інструментом впроваджений в Чернігівському науково-виробничому об'єднанні «МАГР», нова технологія глибинного шліфування поверхонь обертання з осями, що схрещуються, впроваджена при шліфуванні вальцювальних валків на Харківському заводі верстатобудування «ХАРВЕРСТ» і Новокраматорському машинобудівному заводі. Загальний економічний ефект від впровадження результатів роботи склав більше 360 тис. грн.
Результати і методики дисертації використовуються в начальному процесі на кафедрі металорізальних верстатів та систем Чернігівського державного технологічного університету.