Разработка и исследование стадии "эксплуатация" жизненного цикла патронов самоцентрирующих трёхкулачковых спирально-реечных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Серёгин, Андрей Алексеевич

• Серёгин, Андрей Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Серёгин, Андрей Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СТАДИЙ «ПРОЕКТИРОВАНИЕ», «ИЗГОТОВЛЕНИЕ»

И «ЭКСПЛУАТАЦИЯ» ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПАТРОНОВ.

1.1. Функциональное назначение, распространённые разновидности и жизненный цикл патронов.

1.2. Анализ стадий «проектирование» и «изготовление» жизненного цикла патронов.

1.3. Анализ этапа «использование по назначению» стадии «эксплуатация» жизненного цикла патронов.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭТАПА «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПО НАЗНАЧЕНИЮ»

СТАДИИ «ЭКСПЛУАТАЦИЯ» ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПАТРОНОВ.

2.1. Анализ условий эксплуатации патронов.

2.2. Стандартизированные требования к основным технологическим показателям патронов.

2.3. Изнашивание ответственных деталей патрона при его использовании.

2.4. Влияние износа деталей патрона на точность установки заготовок.

2.5. Влияние износа ответственных деталей патрона на надёжность закрепления заготовок.

2.6. Влияние износа ответственных деталей патрона на жёсткость подсистемы «патрон - заготовка».

2.7. Влияние времени использования патронов на точность установки, надёжность закрепления заготовок и жёсткость подсистемы патрон - заготовка».

ВЫВОДЫ. ф 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭТАПА «РЕМОНТ» СТАДИИ

ЭКСПЛУАТАЦИЯ» ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПАТРОНОВ. \ 3.1. Структура процесса ремонта патронов.

J 3.2. Система планово-предупредительного ремонта патронов.

3.3. Совместное управление техническим обслуживанием и ремонтом станков с патронами.

3.4. Затраты предприятия на ремонт патронов.

ВЫВОДЫ.

4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РЕМОНТА СПИРАЛЬНОГО ДИСКА ПАТРОНОВ.

4.1. Точность размеров восстанавливаемой спирали. ч 4.2. Метод штрих-инволютной шкалы.

4.2.1. Теоретический расчёт точности настройки станка по методу штрих-инволютной шкалы.

4.2.2. Экспериментальная проверка точности настройки станка по методу штрих-инволютной шкалы.

4.2.3. Статистические данные о стойкости инструмента при обработке дисков с использованием метода штрих-инволютной шкалы.

4.2.4. Повышение точности обработки изношенных спиральных дисков на станках 1К625ДГ.

4.2.5. Исследование точности обработки изношенных спиральных дисков.

4.2.5.1. Результаты восстановления спиралей, имеющих периодический износ.

4.2.5.2. Результаты восстановления спиралей изношенных апериодически

4.3. Восстановление спиральных дисков на станках с ЧПУ.

ВЫВОДЫ.

5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДЭТАПА «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПО НАЗНАЧЕНИЮ ПОДВЕРГНУТЫХ РЕМОНТУ ПАТРОНОВ» СТАДИИ «ЭКСПЛУАТАЦИЯ» ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПАТРОНОВ.

5.1. Проверка надёжности закрепления заготовок в патроне.

5.2. Приёмка патронов после ремонта.

5.2.1. Проверка патронов на жёсткость.

5.2.2. Испытание патронов на прочность.

5.2.3. Контроль точности патронов после ремонта.

5.3. Эксплутационные характеристики и реальный срок службы патронов после ремонта.

ВЫВОДЫ.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование стадии "эксплуатация" жизненного цикла патронов самоцентрирующих трёхкулачковых спирально-реечных»

Самоцентрирующие спирально-реечные трёхкулачковые патроны (далее — патроны) являются распространённой универсальной станочной оснасткой, востребованной в машиностроении. Свёртывание выпуска патронов в Российской Федерации и сравнительная дороговизна импорта ставят в повестку дня такой источник частичного удовлетворения потребности в патронах, как их ремонт эксплуатирующей организацией.

Патроны - высокоточное изделие станкостроительной и инструментальной промышленности. Спирально-реечный механизм имеет пространственно сложные конструктивные элементы, к точности и качеству изготовления которых предъявляют высокие требования. Учитывая крупносерийный выпуск этой сложной и точной оснастки, её изготавливают с использованием специализированных средств технологического оснащения.

Ремонт патронов эксплуатирующей организацией проводят методами единичного и мелкосерийного производств с использованием универсальных средств технологического оснащения, возможности которых ограниченны и уступают специализированным средствам технологического оснащения. Поэтому ремонт патронов эксплуатирующей организацией с достижением удовлетворительных показателей превращается в сложную научно-техническую проблему.

Эта проблема решалась автором в условиях действующего производства на ремонтных предприятиях ОАО «Российские железные дороги», в п/о Станкостроительный завод им. Ленина, на Приборостроительном заводе им. 50-летия Киргизской ССР. На Оренбургском локомотиворемонтном заводе (OJ1P3) непрерывные наблюдения и эксперименты были проведены в течение 11 лет. Работа базировалась на положении таких разделов технических знаний, как технология машиностроения, основы конструирования и расчёта станков, трибология, метрология, стандартизация и взаимозаменяемость, основы проектирования приспособлений в машиностроении, реновация объектов машиноX строения. И на трудах таких учёных машиностроителей, как Владзиевский А.П., Дальский A.M., Дроздов Ю.Н., Корсаков B.C., Микитянский В.В., Прон-ников А.С., Солнышкин Н.П., Ярославцев В.М. и др.

Диссертация состоит из пяти глав, приложения, списка литературы из 93 наименований, содержит 151 страницу машинописного текста, 76 рисунков, 22 таблицы.

Первая глава посвящена анализу стадий «проектирование», «изготовление» и «эксплуатация» жизненного цикла патронов. Выявлена и показана недостаточность проработанности таких этапов стадии «эксплуатация», как «использование по назначению» и «ремонт».

Во второй главе изложены результаты исследования этапа «использование по назначению» стадии «эксплуатация» жизненного цикла патронов с выявлением наиболее типичных условий эксплуатации патронов и с установлением следующего факта: изнашивание патрона является объективной и важной предметной составляющей этапа «использование по назначению». Установлены корректные количественные и качественные оценки причинно-следственных связей между временем и условиями эксплуатации патронов, эпюрами износа их ответственных деталей, снижением надёжности по параметрам безопасного закрепления и точности установки заготовки, жёсткости подсистемы «патрон — заготовка», как части системы металлорежущего станка.

В третьей главе представлены результаты разработки и исследования этапа «ремонт» стадии «эксплуатация» жизненного цикла патронов с решением ряда организационных проблем ремонта патронов эксплуатирующей организацией.

В четвёртой главе изложены способы ремонта спиральных дисков на универсальном оборудовании методами единичного производства с достижением точности спирали - по шагу: ±0,012 мм; по расположению спирали относительно оси диска: ±0,022 мм; шероховатости поверхностей стенок спирали и посадочного отверстия диска: Ra = 1,6 . 3,2 мкм.

В пятой главе приводятся данные, полученные при разработке и исследовании подэтапа «использование по назначению подвергнутых ремонту патронов» с установлением факта надёжной эксплуатации отремонтированных патронов класса точности «Н», в типовых условиях эксплуатации и в течение 18-ти месяцев двухсменной работы.

Приложение содержит руководство по ремонту патронов с изложением алгоритма ремонта патронов эксплуатирующей организацией, гарантирующего возврат патрона в сферу его надёжного использования по назначению.

Научная новизна работы: 1. Установлены количественные причинно-следственные связи между временем, условиями эксплуатации спирально-реечных трёхкулачковых патронов и снижением их работоспособности по параметру безопасной установки заготовок.

2. Разработана структура ремонтного цикла спирально-реечных патронов, согласованная по времени со структурой ремонтного цикла оснащаемого станка. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Зависимости между временем, условиями использования патрона и силой закрепления, точностью центрирования заготовок в патроне, жёсткостью подсистемы «патрон — заготовка» технологической системы металлорежущего станка.

2. Структурная модель стадии «эксплуатация» жизненного цикла патронов.

3. Руководящий документ по ремонту патронов со спирально-реечным механизмом для эксплуатирующих организаций.

Работа доведена до сведения научно-технической общественности в 13 публикациях, в том числе 7 статей, 2 авторских свидетельства СССР и 4 доклада на научно-технических конференциях (7 публикаций выполнены без соавторов). Результаты работы внедрены на OJIP3 - филиале ОАО «РЖД».

Автор выражает глубокую признательность коллективу кафедры МТ-13 МГТУ им. Н.Э. Баумана, научному руководителю, кандидату технических наук, доценту Шатилову А.А. и доктору технических наук, профессору Сердюку А.И.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Серёгин, Андрей Алексеевич

5. Результаты исследования обобщены в документе «Руководство по ремонту патронов со спирально-реечным механизмом для эксплуатирующих организаций», использование которого позволяет продлить срок надёжного использования патронов по назначению в течение 18 месяцев двухсменной работы в режиме класса точности «Н».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Серёгин, Андрей Алексеевич, 2006 год

1. Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. Л.: Машиностроение, 1966.-652 с.

2. Арсланов Ф.Х. Технологическая наследственность при точении сложнопро-фильных валков // Изв. вузов. Машиностроение. 1986. - № 9. - С. 109 -112.

3. Базров Б.М. Расчёт точности машин на ЭВМ. М.: Машиностроение, 1984. -256 с.

4. Баранов Г.Г. Курс теории механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1967. - 508 с.

5. Беллман Р. Динамическое программирование. М.: Иностранная литература, 1960.-400 с.

6. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения. М.: Машиностроение, 1973.-256 с.

7. Биргер И.А. Основы автоматизированного проектирования // Изв. вузов. Машиностроение. 1977. -№ 8 - С. 5 -15.

8. Бруевич Н.Г., Сергеев В.И. Основы нелинейной теории точности и надёжности устройств. М.: Наука, 1976. - 136 с.

9. Ваганов В.М. Исследование и оптимизация чистовой обработки спиралей самоцентрирующих патронов: Диссертация . канд. техн. наук. Л., 1980. - 159 с.

10. Ваксман А.А. и др. Терминология Системы разработки и постановки продукции на производство: Справочник. М: Издательство стандартов, 1985. — 56 с.

11. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1977. - 479 с.

12. ГОСТ 2.602 95. Единая система конструкторской документации. Ремонтные документы. - М., 1996. - 44 с.

13. ГОСТ 12.2.009 99. Станки металлообрабатывающие. Общие требования безопасности. - М., 1999. - 64 с.

14. ГОСТ 27.301 95. Надёжность в технике. Прогнозирование надёжности изделий при проектировании. - М., 1996. - 39 с.

15. ГОСТ 427 75. Линейки измерительные металлические. Технические условия.-М., 1976.- 16 с.

16. ГОСТ 1643 — 81. Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски. М., 1985. - 69 с.ч

17. ГОСТ 1654 86. Патроны токарные общего назначения. Технические требования. - М., 1986. - 14 с.

18. ГОСТ 2675 80. Патроны самоцентрирующие трёхкулачковые. Основные размеры. - М., 1982. - 8 с.

19. ГОСТ 3675 81. Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи червяч-^ ные цилиндрические. Допуски. - М., 1981.-61 с.

20. ГОСТ 3890 82. Патроны четырёхкулачковые с независимым перемещением кулачков. Основные и присоединительные размеры. - М., 1983. - 20 с.Щ

21. ГОСТ 21098 82. Цепи кинематические. Методы расчёта точности. - М., 1986.-26 с.

22. ГОСТ 23660 79. Система технического обслуживания и ремонта техники. Ф Обеспечение ремонтопригодности при разработке изделий. - М., 1985. — 22 с.

23. ГОСТ 24351 80. Патроны токарные самоцентрирующие трёх- и двухку-лачковые клиновые и рычажно-клиновые. Основные размеры. - М., 1981. - 12 с.ф 24. ГОСТ 25866 83. Эксплуатация техники. Термины и определения. - М., 1983.-5 с.4

24. ГОСТ 27674 88. Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения. -М., 1988.-24 с.

25. Дальский A.M. Технологическое обеспечение надёжности высокоточных деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. - 362 с.

26. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. Справочник. М.: Машиностроение, 1986. 224 с.

27. Дубровин Б.А., Новиков С.П., Фоменко А.Т. Современная геометрия. Методы и приложения. М.: Наука, 1979. - 760 с.

28. Егоров М.Е., Дементьев В.И., Дмитриев B.JI. Технология машиностроения. М.: Высшая школа, 1976. - 534 с.

29. Жедь В.П. Обзор зарубежных конструкций универсальных токарных патронов с ключевым зажимом // Станки и инструмент. 1962. - № 2. - С. 31 - 41.

30. Журавски 3. Исследование самоцентрирующих патронов // Станки и инструмент. 1964. - № 7. - С. 15 -16.

31. Иванов В.П. Выбор средств технологического оснащения ремонтного завода // Вестник машиностроения. 1999. - № 11. - С. 42 — 45.4

32. Иванов М.Н. Детали машин. М: Высшая школа, 1967. - 431 с.

33. Ивасышин Г.С. Исследование устойчивости динамической системы трёхку-лачкового самоцентрирующего спирально-реечного токарного патрона моделей• СТ 160 и СТП 160: Диссертация . канд. техн. наук. М., 1971. - 170 с.

34. Ивахненко А.Г., Клепиков С.И. Прогнозирование параметрической надёжности машин методом сетевого стохастического моделирования // Изв. вузов. Машиностроение. 1987. - № 1.-С. 136-141.

35. Иващенко И.А. Некоторые факторы, влияющие на точность и жёсткость трёхкулачковых патронов // Станки и инструмент. 1961. - № 1. - С. 29 - 31.

36. Капустин Н.А. Принципы проектирования оптимальных технологических процессов механической обработки // Изв. вузов. Машиностроение. 1978. -№5.-С. 114-125.

37. Кильчевский Н.А. Курс теоретической механики. М.: Наука, 1977. - 2 т.

38. Клюйко Э.В. Передаточные отношения кулачковых механизмов // Изв. ву-® зов. Машиностроение. 1980. - № 12. - С. 49 -52.

39. Кондаков А.И., Ястребова Н.А. Технико-экономические критерии оптимальности технологических процессов // Изв. вузов. Машиностроение. 1987. -№ 1.-С. 119-123.

40. Короткое В.П. Тайц Б.А. Основы метрологии и теории точности измерительных устройств. М.: Издательство стандартов, 1978. - 352 с.

41. Корсаков B.C. Точность механической обработки. М.: Машгиз, 1961. -380 с.

42. Косовский B.JI., Крупенин З.А., Выродов Н.В. Токарные патроны. М.: Машгиз, 1957.-106 с.

43. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.

44. Крохотин А.И. Патроны самоцентрирующие трёхкулачковые повышенной, высокой и особо высокой точности // Информационный листок НИИМАШ.• 1977.-№59-77.-4 с.

45. Крупенин З.А., Косовский B.JI. Нарезание реек трёхкулачковых самоцентрирующих токарных патронов // Обмен опытом в машиностроении. М.: -1954.-№ 139.-14 с.

46. Кузнецов Ю.Н., Вачев А.А., Сяров С.П. и др. Самонастраивающиеся зажимные механизмы. Справочник. Киев: Техника, 1988. - 222 с.

47. Кучер И.М. Металлорежущие станки. Основы конструирования и расчёта. -Л.: Машиностроение, 1971. 720 с.

48. Лифар В.И., Мымрин Ю.Н., Миронов Ю.М Метод последовательного уменьшения неопределённости при разработке рациональных технико-экономических требований к техническим системам // Изв. вузов. Машиностроение.- 1987.-№4.-С. 158-160.

49. Лебедев А.С. Способы восстановления деталей станков. М.: Машиностроение, 1964. - 256 с.

50. Лякас Р.Й. Исследование жёсткости токарных патронов и её нормирование: Диссертация . канд. техн. наук. М., 1978. - 130 с.

51. Лякас Р.Й., Шилюнас П.И. Погрешность центрирования токарных патронов вследствие заклинивания изделия в кулачках // Станкостроение Литвы. 1976.8. С. 69-82.

52. Математический энциклопедический словарь / Гл. редактор Ю.В. Прохоров,- М: Советская энциклопедия, 1988. 847 с.

53. Методические указания по определению экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в станкостроительной и инструментальной промышленности. -М.: НИИМАШ, 1977. 79 с.

54. Микитянский В.В., Микитянская J1.M. Структурный анализ точности станочных приспособлений // Изв. вузов. Машиностроение. — 1981. — № 8. — С. 137-140.

55. Микитянский В.В., Сердюк JI.M. Методика расчёта допустимой погрешности установки с учётом износа приспособлений // Изв. вузов. Машиностроение.- 1970.-№3.-с. 134-137.

56. Моисеев Ю.И. Влияние силовых факторов на радиальное смещение деталей при установке в трёхкулачковых самоцентрирующих патронах // Вестник машиностроения. 1980. - № 7. - С. 48 - 49.

57. Моисеев Ю.И. Исследование путей сокращения радиального и торцевого биения деталей при установке в универсальных самоцентрирующих патронах: Диссертация . канд. техн. наук. М., 1977. - 250 с.

58. Надеждина Н.В. О жёсткости токарных патронов // Станки и инструмент. -1958.-№ 1.-С. 34-36.

59. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. — М.: Наука, 1965. 340 с.

60. Николаев Ю.Л., Ершов А.Г. Измерение геометрических параметров деталей разностным методом // Изв. вузов. Машиностроение. 1989. - № 11. -С. 143 -147.

61. Пекелис Г.Д., Гельберг Б.Т. Технология ремонта металлорежущих станков.- Л.: Машиностроение, 1976. 320 с.

62. Пицкель Б.С., Ратмиров В.А., Хрящева Т.С. Энтропийная оценка точности позиционирования // Машиноведение. 1979. - № 1. - С. 42 - 46.

63. Плужников А.И., Лилеин В.Л., Перминов А.Е. Рациональное построение кинематической цепи токарно-винторезных станков // Станки и инструмент. -1976. -№3.- С. 9-10.

64. Проников А.С. Основные вопросы расчёта и проектирования долговечных машин // Трение и износ в машинах. М.: Изд. АН СССР , 1960. Т. 1. С. 63 - 69.

65. Ратмиров В.А. Управление станками гибких производственных систем. -М.: Машиностроение, 1987. 272 с.

66. Решетов Д.Н., Портман В.Т. Точность металлорежущих станков. — М.: Машиностроение, 1986. 336 с.

67. Ряховский A.M. К расчёту коэффициента трения конструкционных материалов // Трение и износ. 1989. - Т. 10, № 5. - С. 851 - 860.

68. Самарина Л.А. Анализ геометрической точности самоцентрирующих трёх-кулачковых патронов // Станки и инструмент. 1968. - № 2. - С. 27 - 29.

69. Самарина Л.А., Агеев Д.Ю., Корпачёв Ю.Д. Автоматизация силовых расчётов при проектировании станочных приспособлений // Станки и инструмент. -1987.-№ 1.-С. 16-17.

70. Санкин Ю.Н. Динамика несущих систем металлорежущих станков. М.: Машиностроение. 1986. - 96 с.

71. Селюков Ю.З. Прецизионные самоцентрирующие токарные патроны. М.: ЭНИМС, 1964.-128 с.

72. Семехин М.И. Трёхкулачковый самоцентрирующий патрон повышенной жёсткости // Станки и инструмент. — 1969. № 11. - С. 20 - 21.

73. Серёгин А.А. Некоторые вопросы динамики и точности механизмов // Проблемы машиностроения и надёжности машин. 1990. - № 3. - С. 12 -15.

74. Серёгин А.А. Определение точности механических систем станков // Станки и инструмент. 1991. -№ 1.-С. 29-31.

75. Сизенов Л.К. Методы оценки систематической и случайной составляющих погрешности обработки // Известия вузов. Машиностроение. 1980. - № 12. — С. 125- 130.

76. Симанчук Л.И. Технологическое обеспечение точности формы и расположения поверхностей отверстий деталей (на примере обработки заготовок в патроне на станках с ЧПУ). Автореферат дис. . канд. тех. наук. М.: МВТУ. -1978.- 16 с.

77. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. — М.: Машиностроение, 1981. — 184 с.

78. Справочник контролёра машиностроительных заводов по допускам, посадкам и линейным измерениям / Под ред. А.И. Якушева М.: Машгиз,1963. 723 с.

79. Справочник механика машиностроительного завода / Под ред. Ю.С. Борисова, А.П. Владзиевского, Р.А. Носкина М.: Машгиз, 1958. - 2 т.

80. Солнышкин Н.П., Ваганов В.М., Козырев О.С. Чистовая обработка спиралей кулачковых патронов // Машиностроитель. 1980. - № 4 - С. 32 - 33.

81. Солнышкин Н.П., Соколов Н.М. Качество и надёжность самоцентрирующих патронов. Л.: Машиностроение, 1969. - 127 с.

82. Типовая система технического обслуживания и ремонта металло- и деревообрабатывающего оборудования/ Под. ред. В.И. Клягина и Ф.С. Сабирова. -М.: Машиностроение, 1988. 672 с.

83. Чернянский П.М., Гуссейнов Т.Н. Упругое смещение резцов // Известия вузов. Машиностроение. 1981.- № 8.-С. 119- 121.

84. Чернянский П.М., Селезнёва В.В. Нормирование жёсткости металлорежущих станков и их элементов // Станки и инструмент. 1982. - № 6. - С. 8 - 9.

85. Шульц В.В. Форма естественного износа деталей машин и инструмента. -Л.: Машиностроение, 1990. 208 с.

86. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение, 1979. - 344 с.

87. Ярославцев В.М. Особенности технологии обработки деталей машин после восстановления // Ремонт, восстановление, модернизация. 2003. - № 1. С. 33 — 37.

88. Ярославцев В.М. Особенности технологии обработки деталей машин после восстановления // Ремонт, восстановление, модернизация. 2003. - № 2. С. 36 -39.

89. Pahlitszch G., Hellwig W. Untersuchung der Spanngenauigkeit handbetatigter Dreibackenfiiter // Werkstattstechnik. 1965. - № 4. - S. 23 - 34.

90. Rahman M., and Ito Y. Machining Accuracy of a Cylindrical Workpiece Held by Three-Jaw Chuck // Bui. of the Japan Society of Precision Eng. 1979. - Vol. 13, No. 1,-P. 7.