Повышение эффективности формообразования мелкоразмерных сверл на основе геометро-аналитического моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.01.01, кандидат технических наук Глухова, Роза Марковна

• Глухова, Роза Марковна
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Глухова, Роза Марковна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ МЕЛКОРАЗМЕРНЫХ СВЕРЛ

1.1 Исследования профилей сверл со сложными каналовыми поверхностями и область их применения

12 Обработка каналовых поверхностей мелкоразмерных сверл на станках с ЧПУ

13 Существующие апгоришы и обзор методов профилирования шлифовального круга

13.1 Приближенный метод

132 Графический метод

133 Графоаналитический метод профилирования

13.4 Механический метод

13.5 Аналитические методы 31 1.4 Проблемы профилирования шлифовального круга для мелксразмерного хвостового инструмента со сложной каналовой поверхностью

1.5. Основныездачирабсгсы

Глава 2 ГЕОМЕТРО - АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЖЕЛАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ СТРУЖЕЧНОЙ КАНАВКИ МЕЛКОРАЗМЕРНОГО СВЕРЛА С УТОЛЩЕНИЕМ СЕРДЦЕВИНЫ И УТОНЕНИЕМ ДИАМЕТР/Ц.

2.1 Геометрическая конструкция и параметры желаемой поверхности стружечной канавки мелкоразмерного сверла

22 Особенности технологического обеспечения процесса получения стружечной канавки

23 Геометро - аналитическая модель желаемой поверхности канавки сверла

Глава 3 ГЕОМЕТРО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

ФОРМООБРАЗОВАНИЯ МЕЛКОРАЗМЕРНЫХ СВЕРЛ, ОСНОВАННАЯ НА РАСЧЕТЕ

ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОФИЛЯ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА

3.1 Алгоритм программы расчета геометрических параметров профиля шлифовального круга

32 Нулевые приближения параметров профиля шлифовального круга при заданных ограничениях (прямая задача)

33 Геометро - алитическая модель процесса формообразования каналовых поверхностей мелкоразмерных сверл шлифовальным кругом (обратная задача)

Глава 4 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА

4.1 Пакет прикладных программ геометро-аналитического моделирования профиля шлифовального круга

4.2 Тестирование пакета прикладных программ

4.3 Экспериментальная проверка методики геометро-аналитического моделирования процессов формообразования каналовой поверхности заданным профилем шлифовального круга

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности формообразования мелкоразмерных сверл на основе геометро-аналитического моделирования»

Актуальность проблемы. Специфика рыночной экономики в России предусматривает развитие и накапливание теоретического научного потенциала, способного возродить на мировом уровне ведущие позиции нашей промышленности.

Для машиностроительной, авиационной, космической, судостроительной и других отраслей производства стоит ряд задач особой важности:

- разработка и внедрение новой техники и технологии производства;

- повышение технического уровня всех отраслей;

- комплексная автоматизация производства;

- планирование работы автоматического оборудования по безлюдной технологии; осуществление автоматического конструирования моделей выпускаемых изделий с учетом их геометрических особенностей.

Новые технологии привели к существенному изменению структуры парка оборудования, значительно возросло количество станков с ЧПУ. Чаще стали использоваться твердосплавные, жаропрочные, жаростойкие, и другие конструктивные материалы, характеризующиеся сложной обрабатываемостью. Все это не могло не отразиться на конструировании и использовании инструмента, повышении требований к нему. Требования заключаются в том, чтобы по определенному числу входных параметров выбрать оптимальное сочетание технологических, структурных, компоновочных и конструктивных решений.

Важнейшим условием успеха инструментальных производств в рыночной экономике является сокращение цикла проектирования и изготовления инструмента, снижение его себестоимости и повышение качества. Это в полной мере относится и к одному из распространенных инструментов - сверлу со сложной каналовой поверхностью, с утолщением сердцевины и утонением диаметра.

Использование вычислительной техники дает возможность автоматизировать и визуализировать геометро-аналитический расчет таких мелкоразмерных сверл.

Комплексный подход к решению проблемы повышения эффективности формообразования мелкоразмерных сверл, находит свое отражение в создании высокоточного способа расчета геометрических параметров шлифовального круга для нарезания каналовых поверхностей канавок сверл, разработке оптимальных алгоритмов расчета параметров инструмента, компьютерного моделирования инструмента, создании удобной системы оперативного автоматизированного проектирования шлифовального круга [44, 45].

Для качественного изготовления сверл диаметром 0,5 - 6,0 мм и выше необходимо шлифование сложной каналовой поверхности в целой твердосплавной или стальной термически обработанной заготовке [125]. Такой способ изготовления мелкоразмерных сверл позволяет легко изменить геометрию, параметры поперечного сечения каналовых поверхностей, ширину ленточки, толщину зуба и сердцевину, что в свою очередь дает возможность выбрать геометрические параметры инструментов в зависимости от материала, который сверлят, и экстремальных условий обработки.

Достичь точности изготовления, прочности сверл, надежный выход стружки по стружкоотводящим каналам, высокую точность обработки и повышение в 2-3 раза стойкости сверл можно путем обеспечения точного расчета шлифовального круга. [80, 125]. Шлифовальный круг для шлифования каналовых поверхностей используется в ряде станков и автоматов.

С появлением и развитием автоматизированного технологического оборудования с системами управления на электронной основе, прежде всего с системами числового программного управления (ЧПУ), стали возможными в связи с эффективной автоматизации производства мелкоразмерных сверл с утолщением сердцевины и утонение диаметра, сочетающего производственные возможности автоматов с мобильностью технологической настройки универсального оборудования.

В области совершенствования процесса шлифования винтовых поверхностей хвостовых (концевых) инструментов известны работы многих российских ученых: Семенченко И.И., Лашнева С.И., и Юликова М.И., Родина П.Р., Гречишнекова В.А., Борисова А.Н., Щеголькова Н.Н., Герасимова А.В., Саламандра Б.Л, Сперанского С.К., Погораздова В.В., Краснянского Н.И. и других, а так же разработки многих зарубежных ученых и фирм, например Guhring (ФРГ), Junker (ФРГ), Gefra (Голландия), Lugatools (Швейцария) и другие фирмы [43, 63, 64, 98, 99, 103, 109, 113, 131, 132, 134, 153].

Дальнейшее совершенствование процесса обработки для роста производительности труда должно идти в направлении максимального использования возможностей современных систем ЧПУ и автоматизации процесса технологической и конструкторской подготовки. Это требует разработки рациональных алгоритмов конструирования и уточнения геометрических параметров сложно профильных инструментов, подбора оптимальных условий формообразования.

Учитывая разработки перечисленных выше ученых, в работе решается сложная задача геометро-аналитического компьютерного моделирования процесса формообразования при однопроходном вышлифовывании сложной каналовой поверхности мелкоразмерного сверла с утолщением сердцевины и утонением внешнего диаметра для мелкоразмерных сверл при условии сохранения высоты и ширины ленточки.

Рациональные алгоритмы способствуют не только повышению производительности труда, но и повышению качества и стабильности шлифования, что особенно важно для режущего мелкоразмерного инструмента, работающего на станках с ЧПУ.

Сокращение времени освоения производства мелких серий мелкоразмерных сверл за счет возможностей ЧПУ будет тормозить расчет геометрических параметров шлифовального круга и его изготовление, так как без использования компьютерных программ расчета время на его проектирование требуется в несколько раз больше чем на весь процесс шлифования винтовых поверхностей.

Поэтому важными этапами при подготовке производства мелкоразмерных сверл со сложной каналовой поверхностью являются:

- определение профиля производящей поверхности шлифовального круга по заданным параметрам сверла с учетом утонения диаметра, утолщением сердцевины при сохранении ширины и высоты ленточки на всей рабочей части сверла и параметрам установки круга на станке;

- определение недорезов и срезов на профиле изготовляемого сверла;

- автоматизированная правка шлифовального круга.

В АО «НИТИ-ТЕСАР» (г. Саратов) имеется опыт создания станков Г307 и производства хвостового инструмента, который позволил выйти на создание комплекта автоматов с ЧПУ, начиная со шлифования заготовки хвостового инструмента и кончая заточкой. Станки работают по единой технологии. Шлифовка винтовых поверхностей производится одним кругом, на котором образован сложный профиль, обеспечивающий обработку за один проход любой заданной каналовой поверхности. Образование профиля на шлифовальном круге производится алмазным роликом, заправленным по заданному профилю.

Сложной задачей является геометрически точное задание параметров каналовой поверхности. Для каждого вида сверл приходится вновь рассчитывать параметры каналовой поверхности, по которым, используя существующие методики, рассчитываются параметры шлифовального круга.

Методы решения этих вопросов всегда находились в зависимости от средств, которыми располагал инженер-конструктор для проведения расчетов. При отсутствии электронных вычислительных машин для расчета шлифовального круга применялись различные приближенные графические, графоаналитические и аналитические методы, которые часто были громоздки и имели невысокую точность. Естественно, что результаты, получаемые при использовании таких приближенных методов, не позволяли спроектировать оптимальный мелкоразмерный инструмент и ограничивали его точность.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - для мелкоразмерного сверла, с утолщением сердцевины и утонением диаметра, с заданным обобщенным профилем вспомогательной части каналовой поверхности, создание рационального алгоритма нахождения параметров каналовой поверхности, совершенствование методики проектирования шлифовального круга с учетом параметров каналовой поверхности мелкоразмерных сверл с прямолинейной режущей кромкой при условии сохранения ширины и высоты ленточки на всей длине перетачиваемой части сверла, на основе современных компьютерных технологий.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В работе использовались геометро-аналитические методы описания желаемой каналовой поверхности мелкоразмерных сверл с заданными параметрами. При расчете профилей сверла и шлифовального круга использовалось математическое компьютерное моделирование процессов формообразования поверхности на базе точных методов современной пространственной теории огибания и численных методов решения трансцендентных уравнений. Для визуализации результатов вычисления использовались методы компьютерной графики.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

Разработана геометрически точная модель поверхности канавки мелкоразмерного сверла с утолщением сердцевины и утонением диаметра с учетом сохранения ширины и высоты ленточки по всей перетачиваемой длине сверла;

Разработаны алгоритмы для численного моделирования поверхности канавки усредненной модели сверла, как нулевое приближение для построения реальной оптимальной каналовой поверхности сверла с утолщением сердцевины и утонением диаметра;

• Разработана эффективная методика проектирования поверхности шлифовального круга для изготовления канавок сверла с параметрами, заданными в каждом отдельно рассматриваемом сечении, изменяющимися на рабочей длине сверла внешним диаметром и радиусом сердцевины.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Значение диссертационной работы состоит в разработке методики формообразования мелкоразмерных сверл с утолщением сердцевины и утонением диаметра, реализованной в виде пакета прикладных программ с визуализацией результатов проектирования.

Основные положения и выводы работы обоснованы достоверными результатами численных и натурных экспериментов, а также достоверностью используемого математического аппарата.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Геометро-аналитическое описание сложной каналовой поверхности сверла с утолщением сердцевины и утонением диаметром.

2. Методика расчета профиля шлифовального круга для обработки сверл со следующими особенностями:

- мелкоразмерное, твердосплавное сверло, имеющее утолщение сердцевины и утонение диаметра;

- сохранение прямолинейности режущей кромки в области возможной переточки сверла, имеющего утолщение сердцевины и утонение диаметра;

- сохранение неизменной ширины и высоты ленточки сверла с утолщение сердцевины и утонение диаметра; обобщенный профиль в усредненном торцовом сечении вспомогательной части сверла, имеющего утолщение сердцевины и утонение диаметра, изменяющийся по длине рабочей части сверла с сохранением возможности являться шнеком для отвода стружки и служить передней поверхностью главных режущих кромок;

3. Комплекс алгоритмов обеспечивающих численное моделирование процесса формообразования сложной винтовой поверхности сверла с утолщением сердцевины и утонением диаметром, реализующих:

- возможность на стадии проектирования сверла с утолщением сердцевины и утонением диаметра установить реально-образуемый профиль;

- расчет профиля шлифовального круга и численное моделирование процесса формообразования сложной винтовой поверхности за одно обращение к ЭВМ;

- результаты расчета визуализируются современными средствами отображения информации;

- результаты расчета позволяют установить срезы и подрезы в каждом сечении сложной винтовой поверхности за один проход шлифовального круга;

- пакет программ позволяет решать различные конструкторские и технологические задачи.

4. Пакет программ по алгоритмам 1-3.

Работа выполнена на кафедре «Начертательная геометрия и компьютерная графика» Саратовского государственного технического университета.

Полученные результаты прошли испытания на станке АИ-902 в АО «НИТИ-ТЕСАР», который поставлен по контракту в г. Сеянь КНР вместе с программным обеспечением.

Заключение диссертации по теме «Инженерная геометрия и компьютерная графика», Глухова, Роза Марковна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе на основе строгого подхода к исследованию процесса формообразования профильным дисковым инструментом сложной каналовой поверхности мелкоразмерного сверла с утолщением сердцевины и утонения диаметра, при условии сохранения ширины и высоты ленточки, систематизированы все основные задачи, необходимые для создания геометро-аналитической компьютерной модели данного процесса. Создан пакет прикладных программ «DISK», реализующий разработанные алгоритмы.

1. Решена задача по теоретическому, точному описанию желаемой каналовой поверхности мелкоразмерного сверла с изменяющимися параметрами.

2. Разработана геометрически точная модель поверхности канавки мелкоразмерного сверла с утолщением сердцевины и утонением диаметра с учетом сохранения ширины и высоты ленточки по всей перетачиваемой длине сверла.

3. Разработаны алгоритмы для численного моделирования поверхности канавки усредненной модели сверла, как нулевого приближения, для построения реальной оптимальной канальной поверхности сверла с утолщением сердцевины и утонением диаметра профильным дисковым шлифовальным кругом.

4. Разработана эффективная методика проектирования поверхности шлифовального круга для изготовления канавок сверла с параметрами, заданными в каждом отдельно рассматриваемом сечении, изменяющимися на рабочей длине сверла внешним диаметром и радиусом сердцевины.

5. Теоретически обоснован способ оптимального подбора профиля шлифовального круга для всех расчетных точек каналовой поверхности сверла на каждой рассматриваемой поперечной плоскости.

6. Разработана методика оптимизации наладочных параметров станка для формообразования расчетным профилем шлифовального круга оптимально приближенной к желаемой поверхности мелкоразмерного сверла.

7. Разработанные методики и программы моделирования процесса формообразования каналовых поверхностей мелкоразмерных сверл с утолщением сердцевины и утонением диаметра переданы для использования в общество с ограниченной ответственностью ЭНГЕЛЬССКОЕ ПРИБОРОСТРОИТЕЛЬНОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «СИГНАЛ», авиационной промышленности, г. Энгельс Саратовской области. Акт внедрения результатов диссертационного исследования приведен в Приложении 3.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Глухова, Роза Марковна, 2003 год

1. Автомат с программным управлением для изготовления инструмента модели АИ-901; Реклама новой техники. // \ Технология авиационного приборостроения и агрегатостроения: Научно-произв. сборник, -Саратов, 1996. - N1. - 9-10 (НИТИ).

2. А.с. NOS 3 419 287 Устройство для позиционирования сверл // Бюллетень изобретений. - 1985, - Мб. - (ФРГ).

3. А.с. 1713778 Автомат для шлифования винтовых канавок инструмента /Краснянский Н.И., Тверской Д.Н., Сперанский К., Кац Л.Б., А.В. Стрельник // Бюллетень изобретений, - 1992.- W7,

4. Андреев В.А., Вдовин СИ., Джур Е.А., Миренков В.К. Новое направление в технологии автоматизированного проектирования. // Вестник машиностроения. - 1993.- М4.-С.24-25.

5. Байков В.Д. Решение траекторных задач в микропроцессорных системах ЧПУ Под редакцией Смолова И.И.-Л.: Машиностроение. -1986.-106с.

6. Баранов Ю.А., Уданович М.Р. Работоспособность твердосплавных сверл при обработке отверстий в печатных платах // Станки и инструмент.-1991.№ 10-М. 10-12

7. Баранчиков В.И.. Жариков А.В. Прогрессивный режущий инструмент и режимы резания металлов: Справочник / Под общ. ред. Баранчикова В.И.- М,: Машиноотроение. - 1990, - 400с.

8. Барзов А.А. Техническая диагностика в информационном iV \ ^ обеспечении САПР инструмента; Учебное пособие для слушателей заочных курсов повышения квалификации ИГР по САПР режущего инструмента / Барзов А.А,- М.: Машиностроение. - 1991, - 52с,

9. Беленький Л.В., Мещериков А.И. К вопросу о профилировании винтовых канавок сверл, обрабатываемых дисковым или •> червячным инструментом для обработки отверстий: (Конструирование, технология изготовления, эксплуатация) / ВНР1ИИ.- М. - 1979.- 10-16.

10. Борисов Н.И., Рогаткин Д.М. Диалоговая оболочка САПР на базе ПЭВМ /Механизация и автоматизация производства. - 1991. -№6.-С.21.

11. Бочаров Ю.А. Комплексная технология гибкого интегрированного производства // Машиностроительное производство. Сер. Автоматизация производства, ГПС и робототехника. (Обзор, информ. ВНИИТЭМР). - М.. 1990.-№2.-С.60-62.

12. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике.- М..1965.-608С. \> 16. Гжиров Р.И., Серебренецкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ: Справочник, Л.: Машиностроение. - 1990. -588с.

13. Глухова P.M., Зайцев Ю.А. Геометро-аналитическое определение касательной к точкам торцового сечения сверла с утолщением IV )