Разработка информационно-математической модели и системы автоматизированного проектирования круглых протяжек с винтовыми зубьями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Зарак, Татьяна Владимировна

• Зарак, Татьяна Владимировна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зарак, Татьяна Владимировна

Введение.

1. Основные предпосылки к созданию системы автоматизированного проектирования круглых протяжек с винтовыми зубьями.

1.1. Конструктивные особенности протяжек с винтовыми зубьями.

1.2. Расчетные зависимости, используемые при проектировании протяжек с винтовыми зубьями.

1.3. Автоматизация проектирования режущего инструмента.

1.4. Цель работы и её задачи.

2. Математическое обеспечение расчета протяжек с винтовыми зубьями. .57 ^ 2.1. Определение конструктивных параметров рабочей части.

2.2. Особенности прочностного расчета винтовых протяжек.

2.3. Стружкоразделение на протяжках с винтовыми зубьями.

2.4. Протяжки с нормируемым объемом работы.

Выводы по главе.

3. Алгоритм проектирования круглой протяжки с винтовыми зубьями.

3.1. Укрупненная блок-схема проектирования инструмента.

3.2. Построение алгоритма расчета протяжки.

3.3. Дополнительные варианты расчета режущей части.

Выводы по главе.

4. Некоторые вопросы проектирования и использования протяжек с винтовыми зубьями.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка информационно-математической модели и системы автоматизированного проектирования круглых протяжек с винтовыми зубьями»

На современном этапе развития машиностроительного производства основой его технического перевооружения стала автоматизация технологической подготовки производства. Все возрастающая номенклатура выпускаемых изделий, усложнение их конструкции и технологии изготовления из года в год увеличивает объем проектных и технологических работ, связанных с освоением новой продукции. В то же время условия конкуренции, необходимость увеличения срока службы изделия до того, как оно морально устареет, требуют максимального сокращения подготовительного периода. Старые методы его организации уже не могут служить полноценным источником для изыскания дополнительных резервов. Наращивание штатов инженерных служб ведет к неравномерной их загруженности и диспропорции в составе работающих в сферах проектирования и производства. Для ведущих предприятий выходом из такой ситуации стало создание автоматизированных систем технологической подготовки производства (АС ТПП).

С автоматизацией технологической подготовки производства неразрывно связана автоматизация управления производством. Это относится и к отдельным станкам с числовым программным управлением, и к станочным системам, и к структурным подразделениям в целом. Эффективное автоматизированное управление производственным процессом требует опережающего развития автоматизации конструирования и технологического проектирования, как источника поступления исходной информации.

АС ТИП в связи с большим числом решаемых задач приобрели сложную многоуровневую структуру. Подсистемы автоматизированного проектирования специальных станочных приспособлений режущих и измерительных инструментов занимают в ней важное место, так как до 80% от общей трудоемкости технологической подготовки производства составляет трудоемкость проектирования и изготовления оснастки. В среднем при запуске нового изделия требуется изготовить до пяти тысяч различных видов приспособлений и инструментов, что может надолго задержать его освоение [19].

Составной частью подпрограммы «Инструмент» является система автоматизированного проектирования режущих инструментов (САПР РИ). Её приоритетной функцией является доработка специальных инструментов применительно к конкретным условиям. Соответственно, основное место занимает аналоговое проектирование с использованием известных и хорошо отработанных конструкций. В значительно меньшей мере реализуют синтезирование, то есть формирование конструкции из известных элементов, обладающих лучшими свойствами. Эвристическое проектирование в системе АС ТПГТ вряд ли в обозримом будущем найдет место в связи с жестким лимитированием сроков проектирования и сложностью формализации задания [51,82, 107, 114].

Массированное создание САПР РИ имеет хорошие перспективы. Возможно четкое деление режущего инструмента, как объекта проектирования, на функционально определенные отдельные конструктивные элементы, которые можно разрабатывать самостоятельно. Существует достаточно совершенный математический аппарат, обеспечивающий расчетную часть проектирования. Имеющиеся функциональные связи поддаются математической формализации. В значительном объеме представлены стандартизованные и типовые решения. Стимулирующим фактором для формирования САПР РИ является и то, что проектированию режущего инструмента присуще избыточное число неизвестных по сравнению с числом уравнений, имеющихся в распоряжении конструктора. Как следствие, становится возможной вариантность решений, оптимизация которых практически неосуществима без привлечения вычислительной техники.

В создании системы САПР РИ протяжки занимают особое место. Обусловлено это комплексом причин. С одной стороны протягивание обеспечивает высокую производительность и точность обработки, достижима малая шероховатость обработанной поверхности, инструмент имеет высокую стойкость, оборудование отличается конструктивной простотой и простотой эксплуатации. Область применения протяжек в современном машиностроении непрерывно расширяется. С другой стороны протяжки сложны в изготовлении, основным материалом для них является быстрорежущая сталь с повышенным содержанием вольфрама, что определяет высокую первоначальную стоимость инструмента. Вследствие малой трудоемкости протяжной операции значительную часть её стоимости составляют затраты на инструмент. Ремонтопригодность протяжек низкая. Корректировка конструкции, выполненной в металле, практически невозможна. Условия работы затруднительны в связи с формированием стружки в замкнутом пространстве. Число параметров режущей части инструмента, подлежащих взаимному согласованию, особо велико, в силу чего вариантность расчета неизбежна. Преодолеть эти недостатки можно только особо качественным проектированием с созданием максимально совершенной конструкции.

В силу указанных обстоятельств именно этот инструмент вошел в число первых, расчет которых стали переводить на ЭВМ [57, 58]. Как следствие, САПР внутренних протяжек с кольцевыми зубьями отработан на высоком уровне. Совершенно иное положение сложилось с винтовыми протяжками, несмотря на их успешное и в достаточно больших масштабах использование при обработке отверстий малых диаметров самой малой или, наоборот, большой протяженности. При отсутствии разработок по их автоматизированному проектированию, в неполной мере сформирована и методика их расчета. Восполнить этот пробел имеет своей целью предлагаемая работа. Основанием для её постановки послужила необходимость пополнения САПР РИ Научно-производственной корпорации «Иркут».

Достижение конечной цели, т.е. создания алгоритма и программ расчета протяжек с винтовыми зубьями для цилиндрических отверстий, потребовало предварительного создания математического обеспечения с формализацией ряда связей, что является необходимым условием для устойчивой работы САПР. Эти разработки и составили первую часть работы. В её вторую

часть, помимо общей схемы проектирования инструмента, вошли алгоритмы расчета всех его частей. Было сочтено целесообразным для режущей части, как наиболее ответственной, рассмотреть несколько вариантов её проектирования, исходя из имеющейся исходной информации и необходимости учета тех или иных ограничений.

По результатам выполненной работы автор выносит на защиту следующие положения:

• зависимости для определения конструктивных параметров рабочей части инструмента;

• методику и математический аппарат для прочностного расчета протяжек с винтовыми зубьями;

• алгоритм автоматизированного проектирования круглых протяжек с винтовыми зубьями;

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Зарак, Татьяна Владимировна

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Сформирована математическая база, необходимая для проектирования круглых протяжек с винтовыми зубьями. Получена основная расчетная зависимость, связывающая подъем на зуб, глубину стружечной канавки, длину протягиваемого отверстия и число заходов зубьев винтовой протяжки.

2. Предложена методика расчета протяжки на прочность, рассматривающая её рабочую часть как естественно завитой стержень. Установлено распределение нормальных и касательных напряжений по поперечному сечению рабочей части.

3. Получена зависимость для расчета числа стружкоразделительных канавок, исходящая из сохранения постоянства жесткости стружки при изменении диаметра протяжки и угла наклона её зубьев.

4. Решена задача определения параметров зубьев протяжки, обеспечивающей выполнение нормируемого объема работы, что позволяет для условий ограниченного объема производства выполнить рациональную конструкцию инструмента.

5. На основании укрупненных схем, устанавливающих связи между расчетными блоками, разработан алгоритм и программа расчета круглых протяжек с винтовыми зубьями с получением рабочего чертежа инструмента.

6. Созданная программа реализует все преимущества современных технологий. Использующая язык высокого уровня C++Builder, программа адекватно реагирует на любые действия пользователя, допускает оперативное внесение изменений и дополнений. Данная программная разработка зарегистрирована в Отраслевом фонде алгоритмов и программ Государственного координационного центра информационных технологий.

7. Предложены и снабжены необходимым математическим сопровождением схемы проектирования режущей части протяжек для глубоких отверстий и для случая, когда подъем на зуб входит в число исходных параметров.

8. Разработана инструкция пользования подсистемой автоматизированного проектирования протяжек с винтовыми зубьями.

9. Экспериментальным путем подтверждена эффективность автоматизированного проектирования винтовых протяжек с использованием предлагаемых зависимостей, что позволило реализовать выполненные разработки на Иркутском авиационном заводе ОАО НПК «Иркут» и в ОАО «Иркутский завод дорожных машин».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зарак, Татьяна Владимировна, 2004 год

1. Автоматизация поискового конструирования / Под ред. А.И. Половин-кина. М.: Радио и связь, 1981. 344 с.

2. Автоматизированное проектирование металлорежущих станков и инструментов: Учеб. пособие / Б.Г. Аппязов, Ю.И. Манохин, А.А. Пога и др. Кемерово: КузПИ, 1990. 88 с.

3. Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента: Учеб. пособие / В.А. Гречишников, Г.Н. Кирсанов, А.В. Катаев и др. М.: Мосстанкин, 1984. 109 с.

4. Автоматизированные системы технологической подготовки производства в машиностроении / Под ред. Г.К. Горанского. М.: Машиностроение, 1976. 240 с.

5. Архангельский А.Я. Программирование в С++ Builder 5. М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2000. 1152 с.

6. Архангельский А.Я. Компоненты общего назначения библиотеки C++Builder 5. М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2001. 416 с. Архангельский А.Я. С++ Builder 6. Справочное пособие. Книга 1. М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2002. 544 с.

7. Архангельский А.Я. С++ Builder 6. Справочное пособие. Книга 2. М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2002. 528 с.

8. Валович В.А., Керженцев А.Ф., Филатов И.Т. Нормирование расхода режущего инструмента в машиностроении: Справочник. Мн.: Беларусь, 1989. 176 с.

9. Ведмедовский В.А. Новый метод расчета стружкоделительных канавок протяжек и прошивок // Станки и инструмент. 1980. №2. С. 27-28.

10. Высокопроизводительные конструкции протяжек и их рациональная эксплуатация / Под ред. М.Н. Ларина. М.: Машгиз, 1960. 120 с.

11. Высокопроизводительное протягивание / В.Ф. Скиженок, В.Д. Леме-шонок, В.П. Цегельник. М.: Машиностроение, 1990. 240 с.

12. Гаврилов Ю.В., Матыгин С.А. Винтовая протяжка с групповой схемой резания // Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки: Тематич. сб. научн. тр. Челябинск: ЧПИ, 1980. № 249. С. 135-137.

13. Гаврилов Ю.В., Истомин В.М., Сайфутдинов С.Р. Определение площади стружечной канавки винтовых протяжек // Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки: Тематич. сб. научн. тр. Челябинск: ЧПИ, 1984. С. 11 14.

14. Гамарник Э.Я. Фасонные протяжки с винтовым зубом для малой длины протягивания//Авиационная промышленность. 1988. №1.С. 44.

15. Горанский Г.К., Бендерова Э.И. Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. М.: Машиностроение, 1981. 456 с.

16. Горецкая З.Д. Протягивание с большими подачами. М.: Машгиз, 1960. 204 с.

17. ГОСТ 28442-90 Протяжки для цилиндрических, шлицевых и гранных отверстий. Технические условия. Введен 01.02.90. М.: Изд-во стандартов, 1990. 16 с.

18. Гречишников В.А., Орлов В.Ф., Щербаков В.Н. Основные положения и рекомендации по проектированию и изготовлению металлорежущего инструмента в условиях единичного, мелкосерийного производства. М.: НИАТ, 1984. 43 с.

19. Гречишников В.А. Автоматизированные системы проектирования режущих инструментов // Механизация и автоматизация производства. 1986. №8. С. 9-12.

20. Гречишников В.А. Автоматизированное проектирование режущего инструмента как средство сокращения его расхода // Станки и инструмент. 1988. № 2. С. 7-9.

21. Гречишников В.А., Лукина С.В. Автоматизированное проектирование и прогрессивные конструкции режущего инструмента // Станки и инструмент. 2000. №9. С. 30-33.

22. Дечко Э.М. Расчет профиля винтовых канавок шнековых сверл // Машиностроение (Минск). 1979. №3. С. 125-127.

23. Драчук А.В. Протягивание винтовых шлицев. М.: Машиностроение, 1972. 88 с.

24. Единые нормативные материалы по расчету режимов резания и конструктивных элементов различных типов протяжного инструмента. М.: ВНИИТЭМР, 1986. 92 с.

25. Еремин Б.Ф. Протягивание. М.: Машгиз, 1950. 326 с.

26. Жигалко Н.И. Совершенствование конструкции протяжек. Мн.: Вы-шэйшая школа, 1966. 124 с.

27. Жигалко Н.И., Лемешонок В.Д., Кавзель Н.И. Протяжки для обработки поверхностей большой длины / Под общ. ред. Н. И. Жигалко. Мн.: Вышэйшая школа, 1973. 126 с.

28. Жигалко Н.И. Стружкообразование при различных условиях протягивания // Прогрессивная технология машиностроения: Межведомств, респ. научно-техн. сб. Мн: Вышэйшая школа, 1970. С. 102 115.

29. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956. 366 с.

30. Иноземцев Г.Г. Проектирование металлорежущих инструментов: Учеб. пособие для втузов по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты». М.: Машиностроение, 1984. 272 с.

31. Инструментальное обеспечение автоматизированного производства: Учеб. для машиностр. спец. вузов / В.А. Гречишников, А.Р. Маслов, Ю.М. Соломенцев и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Высш. шк., 2001.271 с.

32. Инструментальные системы автоматизированного производства: Учеб. для машиностр. спец. ВУЗов / Р.И. Гжиров, В. А. Гречишников, В.Г. Логашев и др. СПб.: Политехника, 1993. 399 с.

33. Инструменты для обработки точных отверстий / С.В. Кирсанов, В.А. Гречишников, А.Т. Схиртладзе, В.И. Кокарев. М.: Машиностроение, 2003.330 с.

34. Истомин В.М., Гаврилов Ю.В. Совершенствование конструкции винтовых протяжек для обработки сверхглубоких отверстий // Обработка материалов резанием: Материалы семинара. М., 1979. С. 129-132.

35. Кацев П.Г. Протягивание глубоких отверстий. М.: Оборонгиз, 1957. 231 с.

36. Кацев П.Г.Обработка протягиванием: Справочник. М.: Машиностроение, 1986. 272 с.

37. Кацев П.Г. Протяжные станки и работа на них. М.: Высшая школа, 1981. 184 с.

38. Кириленко А.Л. Влияние угла наклона канавки на напряжения и деформации сверл // Станки и инструмент. 1972. №1. С. 30-32.

39. Кириленко А.Л., Филиппов Г.В. Расчет деформаций и напряжений концевого режущего инструмента с винтовыми канавками // Станки и инструмент. 1978. №1. С. 29-30.

40. Колесов Н.В. Автоматизированное проектирование специального режущего инструмента // Станки и инструмент. 1986. №12. С.11-13.

41. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. 2-е изд./ Пер. с англ. под ред. И. Г. Арамановича. М.: Наука, 1970. 720 с.

42. Куликовский С.Ю. Автоматизация проектирования профиля винтовой канавки сверла // Резание и инструмент. Харьков: Вища школа, 1984. Вып. 31. С. 85- 87.

43. Кожевников Д.В. Современная технология и инструмент для обработки глубоких отверстий: Обзор. М.: НИИМАШ, 1981. 60 с.

44. Кунце М. Автоматизация конструирования режущих инструментов / Пер с нем.; Торгово-промышленная палата СССР. Ирк. отд-ние. Бюро переводов. Иркутск: Б.и., 1987. 135 с.

45. Лашнев С.И., Борисов А.Н. Расчет параметров профиля винтовой поверхности в произвольной секущей плоскости // Станки и инструмент. 1984. №12. С. 22-23.

46. Лашнев С.И., Юликов М.И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1980. 207 с.

47. Лашнев С.И., Юликов М.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1975. 391 с.

48. Леонтьев А.А. Протяжки для обработки отверстий в пакетах из алюминиевых сплавов // Авиационная промышленность. 1986. №11. С. 49.

49. Леонтьев А.А., Подкуркова Г. М. Проектирование при помощи ЭВМ протяжек для обработки круглых отверстий //Авиационная промышленность. 1990. №3. С. 47.

50. Лукина С.В., Седов Б.Е., Гречишников В.А. Повышение эффективности протяжного инструмента на основе математического моделирования // Вестник машиностроения. 1977. №2. С. 23-26.

51. Люкшин B.C. Теория винтовых поверхностей в проектировании режущих инструментов. М.: Машиностроение, 1968. 372 с.

52. Максимов М.А., Кудинов М.И., Назарков В.А. Проектирование круглых протяжек: Учеб. пособие. Горький: ГПИ, 1974.102 с.

53. Максимов М.А. Основы методологии постановки задач расчета и конструирования металлорежущих инструментов с помощью ЭЦВМ: Учеб. пособие. Горький: Горьковский государственный университет, 1978. 76 с.

54. Маргулис Д.К., Гаврилов Ю.В. Обеспечение заданного превышения зубьев на режущей части винтовых протяжек // Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки: Сб. научн. тр. Челябинск: ЧПИ, 1976. № 178. С. 109-110.

55. Маргулис Д.К., Штраус В.А., Гаврилов Ю.В. Сборные круглые винтовые протяжки и особенности их изготовления // Станки и инструмент. 1977. №3. С. 18-20.

56. Маргулис Д.К., Муртазин Р.Х. Оптимизационные методы расчета протяжного инструмента // Известия вузов. Машиностроение. 1979. №9. С. 155-156.

57. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов по специальностям «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой и др. М.: Машиностроение, 1989. 328 с.

58. Ненов В.Н. Проектирование протяжек с помощью персонального компьютера//Машиностроитель. 1990. №2. С. 15-16.

59. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. М.: Высшая школа, 1986. 304 с.

60. Обработка отверстий в пакетах из разнородных материалов режущими и деформирующими протяжками / A.M. Розенберг, О.А. Розенберг, Ю.Ф. Бусел, Я.Н. Робоковский. Киев: Наукова думка, 1975. 40 с.66.