Технологічне забезпечення точності деталей роликопідшипників в умовах автоматизованого переналагоджувального виробництва

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

УДК 621.822

Спеціальність 05.02.08 - технологія машинобудування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТОЧНОСТІ ДЕТАЛЕЙ РОЛИКОПІДШИПНИКІВ В УМОВАХ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПЕРЕНАЛАГОДЖУВАЛЬНОГО ВИРОБНИЦТВА

МИХАЛЕВИЧ ВОЛОДИМИР ТЕОФІЛОВИЧ

Тернопіль - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луцькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Марчук Віктор Іванович Луцький національний технічний університет, завідувач кафедри "Приладобудування".

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Ларшин Василь Петрович Одеський національний політехнічний університет, професор кафедри "Технологія машинобудування";

кандидат технічних наук, доцент Стойко Ігор Іванович Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя,

Захист відбудеться на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.03 Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, доцент Данильченко Л.М.

Анотації

Михалевич В.Т. Технологічне забезпечення точності деталей роликопідшипників в умовах автоматизованого переналагоджувального виробництва. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування. - Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя. - Тернопіль, 2009.

Робота присвячена питанням підвищення розмірної точності поверхонь кілець роликопідшипників шляхом розроблення раціональних технологічних процесів для викінчувальних шліфувальних операцій на базі автоматизованих систем управління в умовах переналагоджувального виробництва. шліфувальний переналагоджувальний управління

Розроблено математичну модель процесу виникнення похибок оброблення в технологічних системах та динамічних похибок в системах управляючого контролю. Встановлено взаємозв'язки між факторами, що приводять до виникнення розмірних похибок - температурних деформацій, відхилень форми заготовки, метрологічних характеристик технічного оснащення та параметрами технологічного процесу - швидкості різання, подачі, часу оброблен 6ня тощо. Проведено аналітичні дослідження різноваріантних процесів безцентрового шліфування.

Приводяться результати порівняльних експериментальних досліджень шліфування внутрішнього отвору кільця підшипника у традиційному технологічному процесі та в процесі, побудованому на основі використання управляючої програми.

Подано інженерну методику практичної реалізації аналітичних та експериментальних досліджень для призначення раціональних режимів різання на внутрішліфувальних верстатах-автоматах.

Ключові слова: технологічний процес, управляючий контроль, похибки оброблення, безцентрове шліфування, швидкість різання, виходжування.

Михалевич В.Т. Технологическое обеспечение точности деталей роликоподшипников в условиях автоматизированного переналаживаемого производства. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения. - Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя. - Тернополь, 2009.

Работа посвящена вопросам повышения размерной точности поверхностей колец роликоподшипников путем разработки рациональных технологических процессов для заключительных шлифовальных операций на базе автоматизированных систем управления в условиях переналаживаемого производства.

В первом разделе проведен обзор литературных источников, в которых рассматриваются технологические системы по шлифованию деталей подшипников и их применение в автоматизированных переналаживаемых производствах, а также особенности построения технологических процессов окончательной размерной обработки поверхностей вращения.

Рассматриваются метрологические и технологические подходы к оценке размерных параметров, намечены задачи теоретических и экспериментальных исследований.

Во втором разделе исследованы причины возникновения погрешностей размерной обработки. Рассмотрены основные факторы, оказывающие прямое или косвенное влияние на точность обработки: погрешности, вносимые техническим оснащением, несовершенством технологического процесса, параметрами заготовки, состоянием режущего инструмента и вспомогательных материалов.

В третьем разделе разработана математическая модель возникновения погрешностей обработки в технологических системах. Установлены взаимосвязи между температурными деформациями, динамикой операционных измерений и результирующими размерными параметрами обработанных поверхностей. Произведено аналитическое исследование процесса бесцентрового шлифования с целью оптимизации структуры и параметров операции обработки.

В четвертом разделе приведена программа, методика проведения и результаты экспериментальных исследований операций по окончательной обработке отверстия внутреннего кольца подшипника в производственных условиях. Приводятся данные сравнительного анализа традиционного технологического процесса и процесса, построенного на рассмотренных теоретических положениях и реализованного на основании использования управляющей программы. Установлено, что значение размаха рассеивания общей погрешности обработки снизилось с 8,5 мкм до 6,0 мкм для партии деталей 90шт., что становит гарантированное повышение точности обработки на 25%.

В пятом разделе приведена практическая реализация методики построения процесса для бесцентрового окончательного шлифования отверстия внутреннего кольца подшипника. Разработан алгоритм управления процессом и корректирования частоты вращения детали, а также разработаны прикладные программы для практического использования при подготовке производства на промышленных предприятиях.

Приведены расчеты ожидаемых технико-экономических показателей, а также общей эффективности научно-технических разработок, представленных в диссертации.

Ключевые слова: технологический процесс, управляющий контроль; погрешности обработки; бесцентровое шлифование, скорость резания, выхаживание.

Mykhalevych V. The Technological providing of exactness of details of roller-bearings in the conditions of the automated device production. - The manuscript.

Dissertation on completion of graduate degree of candidate of engineering sciences in speciality 05.02.08 - The Technology of Machine Building. - Ternopil state technical university by the name of Ivan Puluy. - Ternopil, 2009.

Work is devoted the questions of increase of size exactness of surfaces of rings of roller-bearings by development of rational technological processes for finishing of polishing operations on the base of CASS of management in the conditions of device production.

The mathematical model of process of origin of errors of treatment in the technological systems and dynamic errors is developed in the systems of control manager. Intercommunications are set between factors, which result in the origin of size errors - temperature deformations, rejections of form of purveyance, metrology descriptions of the technical rigging, and by the parameters of technological process, are speeds of cutting, serve, time of оброблення, and others like that. Analytical researches of variant processes of the centerless grinding are conducted.

Results over of comparative experimental researches of polishing of the internal opening of bearing ring are brought in a traditional technological process and in a process, built on the basis of the use of the управляючої program.

The engineering method of practical realization of analytical and experimental researches is given for setting of the rational modes of cutting on inner-grinding machine-tools-automats.

Keywords: technological process, manager control, errors of treatment, centerless grinding, speed of cutting, nursing.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розвиток машинобудування на сучасному етапі вимагає прискорення темпів науково-технічного прогресу, підвищення продуктивності праці на основі ефективного використання трудових і матеріальних ресурсів, швидкого оновлення засобів виробництва, широкого впровадження прогресивних технологій на базі автоматизованих гнучких виробництв.

Успішний розвиток багатьох галузей промисловості, зокрема, автомобілебудування, сільгосптехніки, авіаційної техніки, верстатобудування та багатьох інших пов'язаний з використанням великої кількості підшипників кочення. Часто якість функціонування багатьох з цих машин і механізмів залежить від експлуатаційних характеристик підшипникових вузлів, а показники якості окремого пристрою чи машини в цілому прямо залежать від експлуатаційних характеристик підшипників. Через це вимоги до якості виготовлення підшипників і до їх експлуатаційних показників постійно зростають, а технологічне забезпечення цих вимог стає все проблематичнішим.

Характерною особливістю сучасного машинобудування є широке застосування серійних і дрібносерійних виробництв; 80 - 85% виробів від загального об'єму продукції, що випускається, виготовляються в умовах серійного та дрібносерійного виробництва, які поступаються масовому і великосерійному виробництву за технологічною продуктивністю та техніко-економічними показниками. У цих умовах актуальною є проблема виявлення резервів підвищення розмірної точності оброблюваних поверхонь на основі використання технологічних принципів масового та великосерійного виробництва.

Тому технологічне забезпечення точності деталей роликопідшипників під час їх виготовлення в умовах автоматизованого переналагоджувального виробництва є актуальною науковою проблемою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась в Луцькому національному технічному університеті відповідно до координаційних планів Державної програми Міністерства освіти і науки України за напрямками "Виробництво машин та технологічного обладнання для сільськогосподарської, харчової та переробних промисловостей", держбюджетно теми № 86-09 "Технологічне забезпечення якості робочих поверхонь кілець роликопідшипників на операціях безцентрового шліфування", затвердженої наказом МОНУ № 1043 від 17.11.08 р., а також у відповідності з координаційним планом Комітету з питань науки і техніки України, розділу "Машинобудування" (позиція 43) "Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні" на 2004-2008 роки.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення точності розмірних параметрів кілець роликопідшипників шляхом виявлення механізму взаємозв'язків конструктивно-технологічних особливостей деталей, які обробляються, та структурою й режимами операцій викінчувального безцентрового шліфування і, на цій основі, створення методів направленого технологічного впливу на процеси розмірного оброблення деталей підшипників в умовах автоматизованого переналагоджувального виробництва.

Для досягнення поставленої мети передбачалось вирішити такі завдання:

1. Провести дослідження залежності розмірних параметрів оброблюваних деталей від режимів шліфувальної операції, впливу супроводжуючих чинників та характеристик використовуваного обладнання і на основі виявлених залежностей та взаємозв'язків розробити модель формування технологічної операції в автоматизованих системах управління точністю обробки кілець підшипників.

2. Дослідити вплив режимів різання та їх циклової послідовності у формоутворюючих операціях на кінцеві розмірні параметри поверхонь деталей підшипників.

3. Розробити методику моделювання взаємозв'язків в технологічній системі: верстат - інструмент - прилад активного контролю - деталь.

4. Розробити математичну модель формоутворення поверхонь на операціях безцентрового шліфування для алгоритмізації задач технологічного забезпечення точністних параметрів деталей підшипників.

5. Дослідити методи оцінювання ефективності технологічних систем для формоутворюючих викінчуваних операцій з метою прогнозування стабільності їх точністних характеристик.

6. Розробити інженерну методику керування показниками процесу безцентрового шліфування з метою підвищення та стабілізації точності оброблення поверхонь кілець роликопідшипників.

Об'єкт дослідження - прогресивні технологічні процеси та обладнання переналагоджувального підшипникового виробництва для викінчувального оброблення деталей роликопідшипників.

Предмет дослідження - закономірності формування розмірних параметрів і методи керування формоутворенням робочих поверхонь на операціях безцентрового шліфування внутрішніх кілець роликопідшипників у модульних автоматизованих переналагоджувальних дільницях.

Методи дослідження. Методологічною основою роботи є системний підхід до визначення досліджуваного об'єкту - технологічних процесів формоутворення поверхонь обертання з врахуванням зв'язків технологічних факторів із розмірними параметрами поверхні. В основу дисертаційних досліджень було покладено загальні положення технології машинобудування, теорії різання металів, а також математичний апарат аналізу і синтезу для моделювання розмірних параметрів поверхонь обертання в процесі їх формоутворення на операціях безцентрового шліфування, теорії гармонічного аналізу для дослідження механізму виникнення похибок розмірного контролю та причин, що їх викликають, математичної статистики під час аналізу причин виникнення дефектів оброблення в технологічних системах, теорії автоматичного керування процесом шліфування; методів планування експерименту для проведення експериментальних досліджень, аналізу та оброблення результатів.

Для аналізу динаміки процесу формоутворення, а також для дослідження впливу системних чинників, що викликають розмірні похибки було використано сучасне метрологічне автоматизоване устаткування - випробувальні стенди та контрольно-вимірювальну апаратуру. Результати теоретичних досліджень були підтверджені аналітичними розрахунками і експериментальним шляхом моделювання на ЕОМ, а також опробувані у виробничих умовах.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі комплексного підходу та використаної методики аналізу й синтезу взаємозв'язків у структурі процесу виготовлення деталей вирішена важлива наукова проблема в галузі технології машинобудування, яка полягає у створенні способу технологічного забезпечення й стабілізації точності розмірних параметрів поверхонь обертання деталей роликопідшипників на операціях безцентрового шліфування в умовах автоматизованого переналагоджувального виробництва.

Для цього вперше:

- теоретично обґрунтовано функціональні зв'язки між кінематичними та метрологічними характеристиками технологічного устаткування, режимами й структурою технологічних циклів на операціях безцентрового шліфування з точністними показниками розмірних параметрів кілець підшипників;

- розроблено математичну модель формування розмірних параметрів деталей на шліфувальних операціях, що дало можливість виявити резерви для підвищення точності формоутворення поверхонь кілець роликопідшипників;

- виведено аналітичні залежності для створення алгоритмів раціонального управління процесом шліфування на викінчувальних операціях в автоматизованому переналагоджувальному виробництві;

- розроблено динамічну модель операційного автоматизованого безперервного активного контролю розмірних параметрів, що дозволило забезпечити корегування режимів формоутворення поверхонь для стабілізації точності.

Практичне значення одержаних результатів.

Теоретичні й експериментальні дослідження використано для забезпечення й стабілізації точності розмірних параметрів кілець роликопідшипників на операціях безцентрового шліфування в умовах автоматизованого переналагоджувального виробництва.

- розроблено та реалізовано на практиці метод технологічного керування точністю оброблення з використанням програми управління циклом на операціях безцентрового шліфування кілець підшипників;

- експериментально підтверджені теоретичні залежності для забезпечення стабільності робочих процесів в системах автоматизованого управління точністю оброблення на операціях чистового шліфування на верстатах SIW-3B;

- прийняті до використання на ВАТ "СКФ Україна" Луцький підшипниковий завод в якості керівних технічних матеріалів процедурні інструкції "Експлуатація, ремонт і налагодження приладів активного контролю" та "Введення управляючих програм в системах активного контролю для шліфувальних операцій".

Окремі результати роботи впроваджено в навчальний процес підготовки фахівців з напряму 6.0909 "Прилади" для проведення лабораторних робіт і лекційних занять з курсів "Технологія приладобудування", "Автоматизовані вимірювальні комплекси" на кафедрі приладобудування в Луцькому національному технічному університеті. Технічну новизну захищено деклараційним патентом України на винахід.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи виконано автором самостійно [6,9,11,12]. У працях, опублікованих у співавторстві, здобувачем розроблено теоретичні [7, 8] та технологічні [2,13,14] передумови формування точністних параметрів розмірів деталей, досліджено процеси шліфування та контролю кілець [4], проведено комплекс експериментальних досліджень [3, 5].

Постановка задач, аналіз і трактування результатів виконано спільно з науковим керівником та, частково, з співавторами публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались й обговорювались на: науково-практичних конференціях Луцького національного університету у 2002-2008 р.р.; міжнародній науково-технічній конференції "Автоматизация: проблемы, идеи, решения" (м. Севастополь, 20-24 травня 2002 р.); восьмій Всеукраїнській молодіжній науково-технічній конференції "Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї - наука - виробництво". Робота доповідалась й отримала позитивний відгук на розширеному засіданні науково-технічного семінару Луцького національного технічного університету.

Публікації. Основний зміст і результати роботи опубліковані в 14 друкованих працях, серед яких 13 статей (5 одноосібно) в наукових журналах, збірниках, тезах доповідей, з них 9 у фахових виданнях, отримано один патент на корисну модель.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг дисертації - 234 сторінки, в тому числі - 76 ілюстрацій, 10 таблиць, список використаних джерел з 137 найменувань та 8 додатків на 34 сторінках. Обсяг основного тексту дисертації - 200 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми, визначено мету та задачі дослідження. Окреслено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів. Подано інформацію щодо апробації, структури та обсягу роботи.

У першому розділі проведено детальний аналіз сучасного стану проблеми технологічного забезпечення точністних параметрів кілець роликопідшипників в умовах автоматизованого переналагоджувального виробництва. Розглянуто технологію виготовлення деталей підшипників та особливості побудови і використання систем управління точністю оброблення.

Питання розвитку модульних технологій в машинобудуванні та розгляд шляхів підвищення точності оброблення висвітлені в роботах Б.М. Базрова, А.В. Якимова, Ф.В. Новікова, В.П. Ларшина, П.Н. Беляніна, П.Н. Лещенка, В.І.Марчука, Є.П. Балашова, Є.П. Долгієнкова, В.В. Божидарніка, В.Н. Старкова, В.Д. Фрумкіна, Н.А. Рубічева, П.А. Корабльова, А.А. Маталіна, В.С. Корсакова, В.А. Шабайковича, Є.І. Педя, Б.М. Сорочкіна, Л.Н. Воронцова, С.Ф. Корндорфа. На основі проведеного аналізу визначено наукові підходи та напрямки досліджень в якості вихідних для вирішення поставлених у дисертаційній роботі задач.

В результаті аналізу літературних джерел і статистичного аналізу виробничого досвіду втановлено, що проблема забезпечення точності розмірних параметрів носить комплексний характер і залежить від ряду чинників

Висвітлено сучасний методологічний підхід до технологічного керування точністю оброблення, намічено основні завдання та послідовність проведення теоретичних та експериментальних досліджень.

У другому розділі проведено дослідження причин виникнення похибок розмірного оброблення. Сумарна похибка оброблення може бути визначена встановленням математичних залежностей похибок від факторів, що їх визначають, та обчисленням окремих складових

(1)

де - похибка, спричинена і - тим фактором.

Всі похибки можуть бути згруповані за певною ознакою або походженням: внесені технічним оснащенням; спричинені технологічною недосконалістю формоутворюючих операцій; станом й параметрами заготовки; різального інструменту тощо. Особливий інтерес становлять похибки викликані технологічною недосконалістю операцій, так як їх можна зменшити методами раціональної побудови структури техпроцесу та оптимізацією його параметрів.

Процес шліфування поверхонь характеризується двома етапами:

І етап: врізне шліфування - шліфувальний круг подається радіально до поверхні оброблення, припуск знімається під дією подачі, в технологічні системі виникають пружні деформації;

ІІ етап: виходжування - радіальна подача припиняється і зняття припуску відбувається за рахунок відновлення ненапруженого стану технологічної системи.

Збільшення швидкості знімання припуску під час врізного шліфування приводить до суттєвої нестабільності різання перед заключними етапами оброблення і, відповідно, до їх впливу на кінцеву точність виробу.

У цьому випадку отримати задану точність можна, застосувавши комбіноване управління процесом за результатами контролю припуску, що залишився, та інших параметрів, які відображають стан процесу різання.

, (2)

де Тр - постійна різання системи.

Зміна початкового припуску на оброблення ДD0 або подачі и викликає зміну кінцевої швидкості зняття припуску vК, що приводить до виникнення розмірної похибки оброблення. Залежність, що зв'язує величину припуску на оброблення з припуском на виходжування, має вигляд

, (3)

де и - величина подачі.

Якщо параметри, що входять у (3), постійні, то залишається незмінною і величина припуску на виходжування. Одним з методів стабілізації величини початкового припуску є проведення попереднього шліфування деталі або застосування багатоступеневих операцій шліфування.

Похибки форми заготовки, а точніше некруглість, виявляє практичний вплив на вимірювання діаметра, а отже, може впливати на дійсний розмір деталі під час її виготовлення. Визначення правильності форми вимагає вимірювання непостійності - хвилястості, або виступів та впадин, і огранки, що виражається регулярно повторюваними нерівностями. Це особливо важливо для забезпечення необхідної точності, так як хвилястість та огранка є неодмінними атрибутами будь-якого верстатного оброблення.

Важливе значення у формуванні розмірних параметрів відіграють призначені режими різання та їх дотримання у технологічному процесі та під час налагодження шліфувального обладнання. Отже, для забезпечення стабільних вихідних розмірних параметрів кілець підшипників, ще на етапі підготовки виробництва, основна увага повинна приділятись призначуваним режимам шліфування.

У третьому розділі розглянуто теоретичні передумови, технологічні особливості операції шліфування та активного контролю поточного розміру і розроблено математичну модель виникнення похибок оброблення.

З метою успішного вирішення поставленої задачі, після встановлення причин і області варіацій параметрів та умов протікання процесу, вибір алгоритму управління і структурної схеми управління точністю оброблення виконується у наступній послідовності:

1. Розроблення математичної моделі процесу шліфування і процесу формування похибки оброблення.

2. Аналітичне дослідження процесу шліфування. Визначення параметрів управління. Формування вимог до структури циклу, характеру протікання процесу, до структурної схеми і точності системи управління процесом.

3. Експериментальне дослідження процесу шліфування з метою комплексного вивчення зв'язків між параметрами технологічної системи та показниками якості оброблення.

4. Розроблення алгоритму управління процесом і системи управляючого контролю для його реалізації.

Якщо припустити, що інерційність пружної системи шліфувального верстата на декілька порядків менша, чим інерційність процесу шліфування, коефіцієнт ріжучих властивостей шліфувального круга Кр в межах кожного етапу циклу оброблення залишається незмінним і ширина шліфування є також постійною величиною, то у цьому випадку закон зміни швидкості зняття припуску vs описується диференціальним рівнянням:

, (4)

де Тp - постійна часу процесу різання;

vб - швидкість переміщення шліфувальної бабки;

К - коефіцієнт підсилення, який залежить від відношення швидкостей vs / vб у стаціонарному режимі шліфування, тобто для t >3Tp.

Якщо прийняти К = 1, а початкові умови: t = 0 і vs= vsп, отримаємо

. (5)

Інтегруючи рівняння (5) для початкових умов t = 0 і S = Sn, знаходимо вираз для поточного припуска, що знімається в процесі шліфування:

. (6)

Отримані рівняння дозволяють проаналізувати характер зміни S(t) і vs(t) на кожному з етапів шліфування. На етапах врізання й виходжування рівняння, що описують закономірності зняття припуска та швидкості його зняття, можуть бути отримані із рівнянь (5) і (6) підстановкою у них відповідно vsп= 0 і vб = 0.

Залежність vs=f(S) визначається аналітично тільки на етапі виходжування:

. (7)

Для решти етапів шліфування, для яких vб ? 0 і залежність vs=f(S) визначається трансцендентним рівнянням типу (5), можна знайти наближене аналітичне рішення рівнянь, які зв'язують vs і S.

Для цього у приведених вище рівняннях експоненціальний член замінюється апроксимуючою функцією виду . Наближення виконується методом найменших квадратів. Найбільш вживаним є таке наближення ц(t), для якого найменше значення має вигляд:

. (8)

Для знаходження параметрів а і b похідні від М по кожному з параметрів прирівнюються до нуля:

; (9)

. (10)

Рівняння апроксимуючої функції у загальному вигляді записується як . Числові значення параметрів а 1 і b визначаються заданими границями інтервалу апроксимації t1 і t2, які встановлюються виходячи з найбільшого й найменшого часу оброблення на досліджуваному етапі шліфування.

У результаті проведеної апроксимації рівняння зміни vs у функції припуску, наприклад, на етапі врізання має вигляд

. (11)

Приведені рівняння задовільно описують закони зміни vs(t) і S(t) на чистових етапах шліфування.

Похибка управляючого контролю під час роботи проявляється як похибка від запізнення видачі команд системою активного контролю. Враховуючи, що час оброблення на етапі врізання перевищує 3ТП, похибка буде визначатись рівнянням

. (12)

Для стаціонарної швидкості зняття припуска, тобто для t >3Tp,

. (13)

Температурні деформації деталі з врахуванням прийнятого допущення, що деталь є термічно тонким тілом, визначаються за формулою

, (14)

де Dд - номінальний діаметр оброблюваної деталі;

бв - температурний коефіцієнт видовження.

Під час внутрішнього шліфування кілець підшипників на жорстких опорах, похибка геометричної форми деталі може суттєво впливати на динаміку вимірювання, що в кінцевому результаті стає однією з причин збільшення загальної похибки оброблення.

Значення параметрів вібрацій вимірювальних наконечників в процесі шліфування можна визначити тільки експериментально. А чи приводять такі значення вібрації до відриву вимірювального наконечника від поверхні деталі, можна вияснити, скориставшись виразом критичної частоти:

, (15)

де Сn - приведена жорсткість пружин вимірювального перетворювача;

mво - маса вимірювальної оснастки;

g - прискорення сили тяжіння;

Авб - амплітуда вібрацій;

б - кут нахилу вимірювального стрижня до горизонтальної осі;

ап - попередній розтяг пружини;

Рво - сила тяжіння вимірювальної оснастки.

Якщо період відриву вимірювального наконечника співпадає з періодом коливань вібрації, то виникає резонансний режим:

, (16)

де ТН - період відриву вимірювального наконечника;

Тв - період вібрацій;

кв =1,2,3… - кількість повних періодів вібрацій;

щр- резонансна частота вібрацій.

З метою зниження динамічних похибок контактної вимірювальної системи, вирази (15) і (16) використано для створення програми корекції частоти обертання деталі під час шліфування.

Для внутрішнього шліфування найбільш часто використовується три варіанти побудови цього циклу: перший варіант - послідовне шліфування на пришвидшеній, чорновій та чистовій подачах; другий варіант - з виходжуванням після чорнового шліфування і шліфування на чистовій подачі; третій варіант - з виходжуванням після чорнового шліфування, а шліфування на чистовій подачі не виконується.

Варіанти побудови циклу з правкою шліфувального круга перед чистовим етапом оброблення знайшли найбільш широке застосування у високоточних процесах внутрішнього шліфування отворів кілець підшипників.

Правка круга перед чистовим шліфуванням збільшує час оброблення, але є необхідною умовою отримання високої точності форми отвора у поздовжньому перерізі, так як при чорновому шліфуванні форма круга може суттєво спотворюватись.

Є декілька традиційних варіантів побудови циклу з правкою круга перед чистовим шліфуванням: перший варіант - пришвидшене врізання, чорнове шліфування, правка круга, чистове шліфування; другий варіант - з виходжуванням після чистового шліфування; третій варіант - з виходжуванням перед правкою круга; четвертий варіант - з виходжуванням перед правкою круга та після чистового шліфування.

Для першого й третього варіантів циклу величина чистової подачі встановлюється з умови , а для другого й четвертого варіантів - з врахуванням нестабільності швидкості зняття в кінці оброблення:

. (17)

Для більш ґрунтовного вибору оптимального варіанту маршруту оброблення (або структури операції), необхідно використати теоретичні (аналітичні) підходи до вирішення задач структурно-параметричної оптимізації, які основані на математичних моделях процесів оброблення, розглянутих вище.

Задача полягає в тому, щоб за мінімальний час фоб зняти припуск величиною ДD і не допустити поширення тепла в глибину зразка на величину Дht. Це вплине на забезпечення необхідної точності оброблення з точки зору виключення утворення температурних дефектів в поверхневому шарі поверхні та температурних деформацій деталі

Враховуючи обмеження за температурним фактором і за точністю оброблення, використавши математичну модель процесу, мінімальний основний час оброблення:

. (18)

де дп - величина пружного переміщення в технологічній системі.

Аналізуючи залежність (18), можна зробити важливий практичний висновок.

Зменшити фактичну величину припуска ДD на кожному переході можна створенням у технологічній системі початкового натягу величиною не менше ДD і його періодичним зменшенням у часі (на переходах) на величину ДDп>0. Тоді на кожному переході буде зніматись припуск величиною ДDп.

Поточна величина пружного переміщення в технологічній системі буде зменшуватись протягом часу оброблення від значення на першому переході до заданого значення на останньому переході за лінійним законом.

На другій операції формуються параметри якості й точності поверхонь оброблення з меншою продуктивністю оброблення. Найбільший ефект може бути досягнутий за умови зменшення у часі швидкості радіальної подачі, тобто призначення раціональної величини швидкості зняття припуску.

У четвертому розділі подано програму, методику і результати експериментальних досліджень.

Для проведення експериментальних досліджень вибрано виробничий канал для викінчувального оброблення кілець підшипників.

Технічне оснащення на викінчувальних операціях шліфування кілець підшипників включає: шліфувальний верстат, значна частина функціональних елементів якого має прямий вплив на точність оброблення; верстатний пристрій для операційного базування деталі; систему активного контролю, яка складається з вимірювальної головки для контактних вимірювань і управляючого приладу.

Практичні експерименти проводились у двох основних напрямках: дослідження та аналіз параметрів процесу шліфування за один цикл та дослідження порівняльних показників точності і стабільності традиційного технологічного процесу з процесом, побудованим на основі проведених теоретичних досліджень.

Для дослідження параметрів процесу використано аналогові прилади із записом на діаграмну стрічку.

Процес з використанням управляючої програми базується на тому, що переходи на інші режими відбуваються не за часом, а за величиною припуску, який залишається для оброблення.

Для дослідного процесу були призначені наступні режими роботи технологічної системи автоматизованого управління точністю оброблення:

- величина припуску для включення чорнової подачі - в момент торкання шліфкруга оброблюваної поверхні або повне значення припуску заготовки - від 80 до 90 мкм;

- величина припуску для правки круга і переходу на чистову врізну подачу - 30 мкм;

- величина припуску на виходжування - 8 мкм;

- закінчення оброблення - "0" за показами приладу або рівень налагодження по еталону;

- значення форсованої подачі - Sфорс.= 6 мм/хв;

- значення чорнової подачі - Sчорн.= 0,8 мм/хв;

- значення чистової подачі - Sчист.= 0,5 мм/хв.

Для порівняння було прошліфовано дві партії по 90 шт. внутрішніх кілець підшипників 6-7208-02.

В роботі подано нормування показників точності оброблення та методику статистичного опрацювання результатів експериментальних досліджень. Точність оброблення найбільш повно характеризується максимальними відхиленнями розмірів деталей від номінального, а тому за основний характеристичний показник прийнято розмах відхилень розмірів оброблених поверхонь

Розмах розсіювання загальної похибки процесу у першому випадку складає 8,5мкм, у другому - 6 мкм. Слід відмітити, що покращення показника гарантованої точності оброблення, стало можливим виключно за рахунок стабілізації кінцевої швидкості шліфування на етапі виходжування.

Крім точністних показників, у результаті використання управляючої програми середня тривалість циклу оброблення, яка в традиційному процесі складає 21 с, скоротилася в середньому на 2,0 с, а "перебіг розміру" практично став рівний 0,2 - 0,3 мкм.

Решта показників точності процесу залишаються або на тому ж рівні, або їх зміна несуттєва.

Одночасна компенсація похибок активного контролю, похибок від температурних деформацій й похибки від інерційності системи дозволяє зменшити величину повного поля розсіювання похибки оброблення майже у два рази, знизити як систематичну, так і випадкову складову точності оброблення. Це досягається шляхом стабілізації процесу шліфування - впровадженням управляючих програм, коли перехід на інші режими відбувається не за часом, а за величиною припуску, який залишається для оброблення.

У п'ятому розділі подаються методики практичної реалізації теоретичних і експериментальних досліджень, виконаних у попередніх розділах дисертаційної роботи.

З цією метою:

- розроблено рекомендації з послідовності призначення режимів різання на операції викінчувального шліфування отвору внутрішнього кільця роликопідшипника для створення управляючої програми циклового управління шліфувальним верстатом. Для цього взято за основу базові розрахунки технологічного процесу, які використовуються на виробництві, зокрема, у ВАТ "СКФ Україна" Луцький підшипниковий завод;

- внесено додаткові корективи в призначувані режими оброблення з метою зниження похибок, які вносяться динамікою вимірювання і регулювання розміру формоутворюючої поверхні;

- розроблено алгоритми для автоматизованого вирішення задач по призначенні режимів шліфування з використанням ЕОМ.

Техніко-економічний та соціальний ефект від впровадження запропонованих вирішень полягає:

- в отриманні додаткової економії за рахунок виробництва продукції вищої якості без залучення додаткових основних засобів;

- у зниженні річних поточних витрат на виробництво продукції, тобто у зниженні її собівартості.

Висновки

У дисертаційній роботі, на основі теоретичних і експериментальних досліджень, виконано узагальнення та показано нове вирішення науково-технічної задачі забезпечення точності деталей роликопідшипників в умовах автоматизованого переналагоджувального виробництва. Комплекс науково-експериментальних досліджень послужив передумовою для створення раціональних технологій оброблення поверхонь обертання в гнучких технологічних системах.

1. Проведено системний аналіз та синтез технологічних систем з оброблення, контролю і управління розміром оброблюваних поверхонь з метою оцінки можливості їх адаптації й використання в автоматизованих преналагоджувальних виробництвах.

2. Вперше запропоновано циклову побудову технологічного процесу на основі управляючої програми, яка може реалізовуватись з використанням систем управління точністю без додаткового технічного переобладнання технологічних комплексів. На відміну від традиційних процесів, у яких задаються швидкості різання, величина подачі інструменту та тривалість переходу, процес побудовано на технологічних переходах, основаних на поточному безперервному контролі величини припуску на оброблення і видачі 5 - ти дискретних команд для зміни режимів оброблення. Результатом стало зниження розсіювання загальної похибки оброблення з 8,5 мкм до 6,0 мкм для партії деталей - 90 шт, що становить гарантоване підвищення точності оброблення у 25%.

3. Обгрунтовано визначення вхідних величин для систем автоматизованого проектування технологічних процесів. Розроблено алгоритм розрахунку та запропоновано прикладні програми для практичної їх реалізації у виробництві. В результаті науково-обгрунтованих призначень режимів оброблення розмах похибки від інерційності технічного оснащення знизився з 6,5 мкм до 2,5 мкм. Знизилась середня тривалість повного циклу викінчувального шліфування - з 21 с до 19,8 с, що становить зростання продуктивності на 5%.

4. Розроблено математичну модель динаміки протікання операційного контролю розмірів поверхні деталі. Це дало можливість, на основі визначення критичної частоти обертання, коректувати швидкість обертання деталі з метою постійного контакту контрольованої поверхні з вимірювальними наконечниками вимірювального перетворювача, включаючи і поверхні з дефектами форми типу "овал" та "тригранність".

5. Вперше розглянуто та проаналізовано вплив форми заготовки на результуючу точність оброблення. Подано практичні рекомендації щодо комплексного врахування форми заготовки на різних етапах техпроцесу оброблення кілець підшипників. Отримано деклараційний патент на пристрій для забезпечення точності заготовки на підготовчих операціях.

6. Вперше запропоновані та впроваджені у діюче виробництво процесні інструкції: "Установка програм управління циклом шліфування в системах активного контролю", "Експлуатація, налагодження та ремонт датчиків активного контролю", направлені на підвищення якісних показників підприємства з виготовлення роликових підшипників.

7. Вперше запропоновано методику призначення режимів різання на операції шліфування внутрішнього кільця підшипника для створення програми циклового управління шліфувальним верстатом та алгоритм для автоматизованого призначення режимів оброблення на безцентрових шліфувальних операціях, що дало можливість використати положення дисертаційної роботи на стадії підготовки виробництва на ВАТ "СКФ Україна" Луцький підшипниковий завод.

8. Отримані наукові результати підтверджені експериментальними дослідженнями. Очікуваний річний економічний ефект з розрахунку на випуск 10 тис. шт. підшипників буде становити 57,5 тис. грн.

Список праць, опублікованих за темою дисертації

1. Марчук В.І., Михалевич В.Т. Адаптивні системи управління шліфувальними верстатами на викінчувальних операціях оброблення // Тези ХХІІ науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу (технічний напрямок). - Луцьк: Навчально-науковий відділ ЛДТУ, 2007. - 290 с.

2. Марчук В.І., Михалевич В.Т. Корекція деформаційних похибок при управлінні точністю механічної обробки // Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом "Інженерна механіка") - Луцьк: Луцький державний технічний університет, - 2000. Випуск 7. - с.143 - 145.

3. Марчук В.І., Михалевич В.Т., Красовський В.В. Дослідження характеристик індуктивного перетворювача лінійних переміщень // Автоматизация: проблемы, идеи, решения: Материалы международной научно-технической конференции, 20 - 24 мая 2002г. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2002. - с.145 - 148.

4. Марчук В.І., Михалевич В.Т. Управління точністю обробки на етапах викінчувального шліфування кілець підшипників// "Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї - наука - виробництво": Збірник праць восьмої Всеукраїнської молодіжної науково-технічної конференції в м. Луцьк 29-31 жовтня 2008 р. - Луцьк: ЛНТУ, 2008. - 140 с.

5. Марчук В.І., Михалевич В.Т. Відхилення форми поверхонь та їх вплив на розмірну точність тіл обертання// Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом "Інженерна механіка") - Луцьк: Луцький державний технічний університет, - 2008. Випуск 23. - с.197-202.

6. Михалевич В.Т. Вплив параметрів заготовки на роботу автоматизованих систем управління точністю обробки деталей підшипників// Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом "Інженерна механіка") - Луцьк: Луцький державний технічний університет, - 2007. Випуск 19. - С.237-244.

7. Михалевич В.Т., Демидюк О.Д. Модель параметра деталі як складова системи управління точністю // Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом "Інженерна механіка") - Луцьк: Луцький державний технічний університет, - 2007. Випуск 20(2). - с.110-113.

8. Михалевич В.Т., Клепацький Г.В. Динамічні похибки розмірного контролю в системах управління точністю обробки деталей підшипників // Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом "Інженерна механіка") - Луцьк: Луцький державний технічний університет, - 2007. Випуск 20(2). - с.114-117.

9. Михалевич В.Т. Методи підвищення точності вимірювання розмірів в системах активного контролю // Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом "Інженерна механіка") - Луцьк: Луцький державний технічний університет, - 2000. Випуск 7. - С.146-150.

10. Михалевич В.Т. Вплив параметрів заготовки на роботу автоматизованих систем управління точністю обробки деталей підшипників// Тези ХХІ науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу (технічний напрямок). - Луцьк: Навчально-науковий відділ ЛДТУ, 2006. - 262 с.

11. Михалевич В.Т. Система розмірної обробки деталей як об'єкт автоматичного керування // Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом "Інженерна механіка") - Луцьк: Луцький державний технічний університет, - 2005. Випуск 17. - С.239-244.

12. Михалевич В.Т. Циклове узгодження взаємодії технологічного обладнання з транспортуючими пристроями в умовах ГВС // Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом "Інженерна механіка") - Луцьк: Луцький державний технічний університет, - 2003. Випуск 13. - С.195 - 201.

13. Кайдик О.Л., Марченко В.М., Михалевич В.Т. Про узагальнений показник шліфування, як критерій оптимізації технологічного обладнання // Наукові нотатки: міжвузівський збірник (за напрямом "Інженерна механіка") - Луцьк: Луцький державний технічний університет, - 2006. Випуск 18. - С.186-192

14. Патент України №3290, МПК В 23В 25/00. Пристрій для налаштовування поза верстатом токарних різців за лінійними розмірами/ Марчук В.І., Денисюк В.Ю. Михалевич В.Т. Кайдик О.Л. - №20031212974; Заявл. 30.12.2003; Опубл. 15.11.2004; Бюл.№11- 3с.

Размещено на Allbest.ru

...