Исследование технологических возможностей формообразующего суперфиниширования дорожек качения колец ролика подшипников

МартьяновВС_182864_м2-КТОПз21_2020_1.docx

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
«Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.»
Направление 15.04.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
Кафедра Технология и системы управления в машиностроении
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ФОРМООБРАЗУЮЩЕГО СУПЕРФИНИШИРОВАНИЯ ДОРОЖЕК КАЧЕНИЯ КОЛЕЦ РОЛИКА ПОДШИПНИКОВ
Выполнена магистрантом группы м3-КТОПз31
Мартьяновым Виктором Сергеевичем
Научный руководитель д.т.н. профессор
Давиденко Олег Юрьевич
Протокол № 1 от «31» «08» 2020 года
Дата защиты «18» ноября 2020 г.
Зав. кафедрой Технология и системы управления в машиностроении (ТСУ)
полное наименование кафедры
Текстовая часть выполнена в редакторе Microsoft Word 2010.
на выпускную квалификационную работу
студенту учебной группы м3-КТОПз31 ИММ
Мартьянову Виктору Сергеевичу
Тема выпускной квалификационной работы: «исследование технологических возможностей формообразующего суперфиниширования дорожек качения колец ролика подшипников»
утверждена на заседании кафедры протокол № 5 от «26» «10» 2020 года
Целевая установка и исходные данные
Произвести обзор современных методов формообразования рабочих поверхностей деталей подшипника качения;
Изучить технологии формообразования рабочих поверхностей деталей опор качения;
Разработать классификацию способов брусковой обработки;
Разработать сущность метода многобрускового суперфиниширование колец роликоподшипников с локализацией контакта инструмента и обрабатываемой поверхности осевой осцилляцией суперфинишной головки;
Провести экспериментальные исследования;
Описать экспериментально оборудование;
Предоставить результаты экспериментальных исследований.
Руководитель ВКР: д.т.н. профессор Давиденко О. Ю.
Основная рекомендуемая литература
Коросташевский Р.В. Нарышкин В.Н. Старостин В.Ф. Подшипники качения [Текст]: Справочник – каталог под ред. В. Н. Нарышкина Р. В. Коросташевского. – М.: Машиностроение 1984. – 280 с.
Черменский О.Н. Федотов Н.Н. Подшипники качения [Текст]: Справочник – каталог. – М.: Машиностроение 2003. – 576 с.
Леликов О.П. Валы и опоры с подшипниками качения. Конструирование и расчет [Текст]: Справочник. - М.: Машиностроение 2006. – 640 с.
Перель Л.Я. Подшипники качения. Расчет проектирование и обслуживание опор [Текст]: Справочник. – М.: Машиностроение 1983. – 543с.
Качество машин: справочник: в 2 т. под ред. А. Г. Суслова. М.: Машиностроение 1995. 860 с.
Королев А. А. Современная технология формообразующего суперфиниширования поверхностей деталей вращения сложного профиля А. А. Королев. Саратов: СГТУ 2001. 156 с.
Королев А. В. Выбор оптимальной геометрической формы контактирующих поверхностей деталей машин и приборов А. В. Королев. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та 1972. 132 с.
Королев А. В. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Ч. 2. Взаимодействие инструмента и заготовки при абразивной обработке А. А. Королев Ю. К. Новоселов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та 1989. 160 с.
Задание принял к исполнению «26» октября 2020г.
Студент Мартьянов В.С
КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН РАБОТ
Разделы темы и их содержание
Отметка руководителя о выполнении
Обзор специальной литературы
Формулировка целей и задач диссертационных исследований
Разобрать сущность способа формообразующего суперфиниширования
Исследование технологических возможностей формообразующего суперфиниширования дорожек качения колец роликоподшипников
Формулировка выводов о выполненной работе
Предварительная защита
Студент. Мартьянов Виктор Сергеевич
руководителя выпускной квалификационной работы
д.т.н. профессор Давиденко О. Ю.
Содержание научной работы магистранта Мартьянова В.С. на тему «Исследование технологических возможностей формообразующего суперфиниширования дорожек качения колец роликоподшипников» соответствует заданию.
Автор экспериментально исследовал способ формообразования профиля дорожек качения колец роликоподшипников на стадии суперфинишной обработки.
В ходе исследований магистрант выполнил математическую обработку результатов полного факторного эксперимента построил эмпирические математические модели исследуемого процесса и проанализировал полученные закономерности.
В результате анализа экспериментальных данных установлено что процесс формообразующего суперфиниширования позволяет осуществлять прецизионное профилирование обрабатываемых поверхностей с высокой
Полученные экспериментальные результаты составляют научную новизну работы и свидетельствуют о достаточной научной квалификации магистранта.
Практическая значимость работы состоит в том что ее результаты могут быть использованы в реальном производстве с высоким экономическим эффектом.
В процессе выполнения работы Мартьянов В.С. продемонстрировал самостоятельность способность анализировать полученную информацию и делать правильные выводы. Кроме того при выполнении исследований он удачно использовал знания полученные при изучении технических дисциплин.
Работа написана грамотно техническим языком оформлена аккуратно.
В целом диссертационная работа соответствует требованиям предъявляемым к магистерским диссертациям а магистрант заслуживает присвоения квалификации магистр по направлению 15.04.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств.
д.т.н. профессор кафедры ТСУ
(должность ученая степень звание) подпись
Дипломник Мартьянов В.С. Группа м3-КТОПз31 год выпуска 2020
Тема ВКР «Исследование технологических возможностей формообразующего суперфиниширования дорожек качения колец роликоподшипников»
Руководитель ВКР д.т.н. профессор О.Ю. Давиденко
Содержание автореферата не в полной мере соответствует требованиям
НАУЧНЫХ ТРУДОВ МАГИСТРАНТА
Магистерская программа
04.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
Наименование работы ее вид
Многобрусковое суперфиниширование колец роликоподшипников с локализациец контакта инструмента и обрабатываемой поверхности с осевой осцилляцией суперфинишной головки
КОНСОЛИДАЦИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ КАК ФУНДАМЕНТ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ» 28 октября 2020 г. г. Петрозаводск
Исследование производительности многобрускового суперфиниширования дорожек качения колец подшипников
Магистрант Мартьянов В.С.
Научный руководитель Давиденко О.Ю
Магистерская диссертация 97 страниц 2 части 42 рисунков 4 таблицы 86 источников ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ФОРМООБРАЗУЮЩЕГО СУПЕРФИНИШИРОВАНИЯ ДОРОЖЕК КАЧЕНИЯ КОЛЕЦ РОЛИКА ПОДШИПНИКОВ.
Опоры качения находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности: станкостроении автомобильном и железнодорожном транспорте авиации и космонавтике энергетике и приборостроении и т.д. Повышение их эксплуатационных характеристик позволяет увеличивать надежность и ресурс машин и механизмов конкурентоспособность оборудования на мировом рынке а значит является проблемой первостепенной важности.
Как показывает анализ для обеспечения конкурентоспособного уровня качества отечественным производителям подшипников качения необходимо за счет комплексного решения задач по всем направлениям увеличить надежность и долговечность опор качения в 1.5-2 раза.
Увеличение ресурса работы опор качения можно обеспечить путем применения для их изготовления высококачественных сталей и сплавов различных покрытий механического упрочнения рабочих поверхностей деталей специальных смазок и т.д. Это требует введения дополнительных операций в технологический процесс изготовления что приводит к значительному увеличению трудоемкости производства стоимости продукции и делает невозможным ее использование в массовом потреблении.
Одним из наиболее перспективных направлений повышения эксплуатационных характеристик опор качения не требующим значительных дополнительных затрат на изготовление является совершенствование их конструкции путем оптимизации внутренней геометрии за счет обеспечения модифицированного контакта рабочих поверхностей деталей и повышения их точностных и качественных показателей.
Модификация профиля дорожек и тел качения позволяет создавать более равномерное распределение напряжений по площадке контакта и снижать их уровень максимальных значений [1-6]. А так как долговечность подшипников в 9-ой степени зависит от максимальных контактных напряжений то даже незначительное их снижение дает возможность получить существенное увеличение работоспособности [6].
Отечественными и зарубежными учеными накоплен значительный опыт в вопросах разработки оптимальных конструкций профилей поверхностей качения деталей подшипников. Выполненные исследования говорят о высокой эффективности рационального профилирования и свидетельствуют о необходимости дальнейшего совершенствования форм контактирующих поверхностей и методов их формообразования.
Подавляющее большинство работ в области конструирования опор качения направлено на исследование сравнительно простой модификации связанной с профилированием рабочих поверхностей деталей подшипников сочетанием круговых и прямых линий [5 6]. Подобные меры в силу определенной эффективности и простоты в технологическом осуществлении получили широкое признание и распространение однако их возможности на данном этапе в значительной степени исчерпаны.
Другая часть работ посвящена решению чисто конструктивных задач связанных с расчетами и испытанием новых профилей как правило имеющих сложную геометрическую форму [78]. При этом чаще всего уровень технологических возможностей современного оборудования не обеспечивает получение требуемых параметров такого профиля на заключительных стадиях технологического процесса обработки.
Формирование внутренней геометрии подшипников окончательно осуществляется на операциях брусковой доводки рабочих поверхностей их деталей. Однако технологические возможности традиционных методов весьма ограничены. Эти методы мало производительны обладают пониженными формообразующими возможностями имеют низкий уровень универсальности и технологической гибкости трудно автоматизируемы что с одной стороны существенно ограничивает их использование в производстве особенно в условиях гибких производственных систем с другой - сдерживает внедрение в промышленность высокоэффективных конструкций опор качения повышенной надежности и долговечности.
Цель работы – исследование технологических возможностей формообразующего суперфиниширования дорожек качения колец роликоподшипников.
Для этого необходимо будет выполнить следующие задачи:
Актуальность темы - работа направлена на повышение работоспособности роликоподшипников на основе исследования закономерностей формообразования профиля дорожки качения на стадии ее суперфиниширования что является актуальной задачей.
Научная новизна - работы состоит в результатах экспериментальных исследований заключающихся в построении математических моделей отражающих закономерности формообразования профиля роликовой дорожки на стадии ее формообразующего суперфиниширования.
Практическая значимость - заключается в возможности использования результатов исследования в реальном производстве с целью повышения работоспособности роликоподшипников.
СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ МАГИСТРАНТА:
Давиденко О.Ю. Мартьянов В.С. Многобрусковое суперфиниширование колец роликоподшипников с локализацией контакта инструмента и обрабатываемой поверхности с осевой осцилляцией суперфинишной головки. КОНСОЛИДАЦИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ КАК ФУНДАМЕНТ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ (28 октября 2020 г.) О.Ю. Давиденко В.С. Мартьянов - Петрозаводск: МЦНП «Новая наука» 2020. – 6 с.
Давиденко О.Ю. Мартьянов В.С. Исследование производительности многобрускового суперфиниширования дорожек качения колец подшипников. КОНСОЛИДАЦИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ КАК ФУНДАМЕНТ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ (28 октября 2020 г.) О.Ю. Давиденко В.С. Мартьянов - Петрозаводск: МЦНП «Новая наука» 2020. – 6 с.
Магистерская диссертация 97 страниц 2 части 42 рисунков 4 таблицы 86 источников ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ФОРМООБРАЗУЮЩЕГО СУПЕРФИНИШИРОВАНИЯ ДОРОЖЕК КАЧЕНИЯ КОЛЕЦ РОЛИКА ПОДШИПНИКОВ
Master's thesis 97 pages 2 parts 42 figures 4 tables 86 sources RESEARCH OF TECHNOLOGICAL POSSIBILITIES OF THE FORM-FORMING SUPERFINISHING OF ROLLING ROADS OF BEARING ROLLER RINGS
The purpose of the work is to study the technological capabilities of shaping superfinishing of the raceways of roller bearing rings.
Relevance of the topic - the work is aimed at improving the performance of roller bearings based on the study of the regularities of the shape formation of the raceway profile at the stage of its superfinishing which is an urgent task.
Scientific novelty - the work consists in the results of experimental research consisting in the construction of mathematical models reflecting the regularities of the shaping of the profile of the roller track at the stage of its shaping superfinishing.
Practical significance - lies in the possibility of using the research results in real production in order to improve the performance of roller bearings.
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ28
1 Рациональная геометрическая форма рабочих поверхностей28
2. Технологии формообразования рабочих поверхностей деталей опор качения35
3. Классификация способов брусковой обработки52
МНОГОБРУСКОВОЕ СУПЕРФИНИШИРОВАНИЕ КОЛЕЦ РОЛИКОПОДШИПНИКОВ С ЛОКАЛИЗАЦИЕЦ КОНТАКТА58
ИНСТРУМЕНТА И ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ58
ОСЕВОЙ ОСЦИЛЛЯЦИЕЙ СУПЕРФИНИШНОЙ ГОЛОВКИ58
1. Сущность метода58
2. Объект и условия проведения экспериментальных исследований68
3. Экспериментальное оборудование73
4. Исследование влияния режимов обработки на ее выходные параметры81
5. Исследование влияния продолжительности цикла обработки и характеристики инструмента на результаты суперфиниширования91
6. Выбор рациональных значений факторов процесса суперфиниширования99
Список используемой литературы
Абразивная и алмазная обработка материалов: справочник под ред. А. Н. Резникова. М.: Машиностроение 1977. 391 с.
Гебель И. Д. Ультразвуковое суперфиниширование абразивными и алмазными брусками И. Д. Гебель А. А. Зыков. М.: Машиностроение 1984. 56 с.
Захаров О. В. Проектирование формообразующих систем бесцентровых суперфинишных станков О. В. Захаров В. В. Погораздов Б. М. Бржозовский. Саратов: СГТУ 2004. 140 с.
Захаров О. В. Минимизация погрешностей формообразования при бесцентровой абразивной обработке О. В. Захаров. Саратов: СГТУ 2006. 152 с.
Кремень З. И. Хонингование и суперфиниширование деталей З. И. Кремень И. Х. Стратиевский. Л.: Машиностроение 1988. 137 с.
Мазальский В. Н. Суперфинишные станки В. Н. Мазальский. Л.: Машиностроение 1988. 127 с.
Машиностроение: энциклопедия. Т. III-3. Технология изготовления деталей машин под ред. А. Г. Суслова. М.: Машиностроение 2000. 840 с. 12. Машиностроение: энциклопедия. Т. IV-7. Металлорежущие станки и деревообрабатывающее оборудование под ред. Б. И. Черпакова. М.: Машиностроение 2002. 864 с.
Наерман М. С. Прецизионная обработка деталей алмазными и абразивными брусками М. С. Наерман С. А. Попов. М.: Машиностроение 1971. 224 с. 94
Оробинский В. М. Абразивные методы обработки и их оптимизация В. М. Оробинский. М.: Машиностроение 2000. 214 с.
Прилуцкий В. А. Технологические методы снижения волнистости поверхностей В. А. Прилуцкий. М.: Машиностроение 1978. 136 с.
Рувинов Д. Я. Автоматическая загрузка бесцентровошлифовальных станков Д. Я. Рувинов. М.: Машгиз 1963. 107 с.
Смазочно-охлаждающие технологические средства: справочник под общ. ред. Л. В. Худобина. М.: Машиностроение 2006. 544 с.
Соколов С. П. Обработка деталей абразивными брусками С. П. Соколов З. И. Кремень. Л.: Машиностроение 1967. 121 с.
Суслов А. Г. Научные основы технологии машиностроения А. Г. Суслов А. М. Дальский. М.: Машиностроение 2002. 684 с.
Суслов А. Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей машин А. Г. Суслов. М.: Машиностроение 1987. 208 с.
Худобин Л. В. Техника применения смазочно-охлаждающих средств в металлообработке: справ. пособие Л. В. Худобин Е. Г. Бердичевский. М.: Машиностроение 1977. 189 с.
Чеповецкий И. Х. Основы финишной алмазной обработки И. Х. Чеповецкий. Киев: Наукова думка 1980. 464 с.
Черпаков Б. И. Загрузочные и транспортные устройства в автоматизированном производстве Б. И. Черпаков. М.: Высш. шк. 1977. 55 с.
Шпура Г. Справочник по технологии резания материалов: в 2 т. Г. Шпура Т. Штеферле; пер. с нем. под ред. Ю. М. Соломенцева. М.: Машиностроение 1985. Т. 2. 688 с.
Шумячер В. М. Физико-механические процессы при финишной абразивной обработке В. М. Шумячер. Волгоград: ВолгГТУ 2004. 160 с.
Эльбор в машиностроении под ред. В. С. Лысанова. Л.: Машиностроение 1978. 280 с.
Ящерицын П. И. Технологическая и эксплуатационная наследственность и ее влияние на долговечность машин П. И. Ящерицын Ю. В. Скорынин. Минск: Наука и техника 1978. 118 с.
Лурье Г.Б. Методы отделки деталей абразивными инструментами. – М.: Трудрезервиздат 1958. – 123 с.
Соколов С.П. Кремень З.И. Обработка деталей абразивными брусками. – Л.: Машиностроение 1967. – 121 с.
Наерман М.С. Попов С.А. Прецизионная обработка деталей алмазными и абразивными брусками. – М.: Машиностроение 1971. – 224 с.
Абразивная и алмазная обработка материалов Под ред. А.Н. Резникова. – М.: Машиностроение 1977. – 391 с.
Чеповецкий И.Х. Основы финишной алмазной обработки. – Киев: Наукова думка 1980. – 464 с.
Кремень З.И. Стратиевский И.Х. Хонингование и суперфиниширование деталей. – Л.: Машиностроение 1988. – 137 с.
Рыжов Э.В. Суслов А.Г. Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. – М.: Машиностроение 1979. – 176 с.
Ящерицын П.И Скорынин Ю.В. Технологическая и эксплуатационная наследственность и ее влияние на долговечность машин. – Минск: Наука и техника 1978. – 118 с.
Muller H. Das Mikrofinish verfahren Techn. Rundschau. 1969. № 3. S. 23-25.
Mikrofinish verfahren-und Maschinen Anwendung und Ergebnis Techn. Zbl. prakt. Metallbearb. 1968. № 1. S. 15-16.
Кремень З.И. Дугин В.Н. Суперфиниширование деталей из легированных сталей Станки и инструмент. 1966. № 6. С. 25-26.
Спришевский А.И. Подшипники качения. – М.: Машиностроение 1969. – 631 с.
Брозголь И.М. Алакшин Б.В. Влияние доводочных рисок на долговечность подшипников Подшипниковая промышленность. 1972. № 11. С. 25-35.
Артамонов А.Н. Влияние финишной обработки на характеристики циклической прочности образцов Машиностроение. 1977. № 9. С. 163-165. 42. Либерман Б.Я. Влияние микрогеометрии рабочих поверхностей роликоподшипников на их долговечность Подшипниковая промышленность. 1961. № 4. С. 14-15.
Кубинек М.К. К вопросу о шумности подшипников качения Труды ВНИПП. 1964. № 2. С. 72-79. 136
Волков П.Д. Атрас С.Г. Влияние гранности роликов на шум и вибрацию роликовых подшипников Труды ВНИПП. 1961. № 3. С. 116- 118.
Мазальский В.Н. Суперфинишные станки. – Л.: Машиностроение 1988. – 127 с.
Королев А.А. Современная технология формообразующего суперфиниширования поверхностей деталей вращения сложного профиля. – Саратов: СГТУ 2001. – 156 с.
Буторин Г.И. Влияние скорости резания на эффективность суперфиниширования Станки и инструмент. 1971. № 4. С. 29-30.
Гебель И.Д. Зыков А.А. Ультразвуковое суперфиниширование абразивными и алмазными брусками. – М.: Машиностроение 1984. – 56 с. 49. Эльбор в машиностроении Под ред. В.С. Лысанова. – Л.: Машиностроение 1978. – 280 с.
Оробинский В.М. Абразивные методы обработки и их оптимизация. – М.: Машиностроение 2000. – 214 с.
Наерман М.С. Пекарев Л.Е. Повышение эффективности суперфиниширования введением твердых смазок в поры абразивных инструментов Станки и инструмент. 1975. № 11. С. 32-34.
Анохин В.И. Коршунов И.П. Подготовка абразивных брусков для суперфиниширования деталей подшипников Подшипниковая промышленность. 1980. № 8. С. 23-26.
Кремень З.И. Медведев В.В. Дугин В.Н. Хонингование и суперфиниширование стальных деталей брусками из эльбора Станки и инструмент. 1975. № 2. С. 31-32.
Шумячер В.М. Физико-механические процессы при финишной абразивной обработке. – Волгоград: ВГТУ 2004. – 160 с.
Жулев А.А. Коротков Б.И. Волков М.П. Применение водных СОЖ при суперфинишировании деталей подшипников Станки и инструмент. 1980. № 9. С. 29-30.
Панкин А.В. Бурдов Д.Н. Изготовление и применение новых охлаждающе-смазывающих жидкостей. – М.: Машиностроение 1964. – 176 с. 57. Мазальский В.Н. Бесцентровые суперфинишные полуавтоматы Станки и инструмент. 1971. № 3. С. 20-24.
Родин П.Р. Основы формообразования поверхностей резанием. – Киев 1977. – 192 с.
Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. – М.: Наука 1968. – 584 с.
Шишков В.А. Образование поверхностей резанием по методу обкатки. – М.: Машгиз 1951. – 150 с. 137
Рувинов Д.Я. Автоматическая загрузка бесцентрово-шлифовальных станков. – М.: Машгиз 1963. – 107 с.
Гундорин В.Д. Бочкарева И.И. Рязанов А.В. Расчет профиля транспортирующих валков для бесцентрового суперфиниширования бомбинированных роликов Подшипниковая промышленность. 1972. № 5. С. 7-10.
Гундорин В.Д. Рязанов А.В. Форма транспортирующих валков для бесцентрового суперфиниширования цилиндрических деталей Чистовая обработка деталей машин: Межвуз. науч. сб. – Саратов: СПИ 1975. – С. 7-13. 64. Васильева Т.М. Грин Э.А. Гальперин Б.Я. Мазальский В.Н. Расчет валковых устройств бесцентровых суперфинишных станков Станки и инструмент. 1972. № 11. С. 6-9.
Бржозовский Б.М. Захаров О.В. Погораздов В.В. Повышение точности бесцентрового суперфиниширования СТИН. 2001. № 9. С. 3-7.
Патент RU № 2212994 МПК В 24 В 3500 100. Валки бесцентровых суперфинишных станков и способ их изготовления О.В. Захаров А.М. Чистяков Б.М. Бржозовский В.В. Погораздов и др. Изобретения. Полезные модели. 2003. № 27.
Захаров О.В. Погораздов В.В. Исследование кинематических характеристик процесса бесцентрового суперфиниширования Исследования станков и инструментов для обработки сложных и точных поверхностей: Межвуз. научн. сб. – Саратов: СГТУ 2000. – С. 115-118.
Захаров О.В. Погораздов В.В. Еще один метод в теории профилирования валков бесцентровых суперфинишных станков Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб. – Саратов: СГТУ 2002. – С. 75-77.
Захаров О.В. Геометро-кинематический синтез суперфинишного формообразования конических деталей Изв. вузов. Машиностроение. 2004. № 2. С. 10-15.
Люкшин В.С. Теория винтовых поверхностей в проектировании режущего инструмента. – М.: Машиностроение 1968. – 372 с.
Зотов Б.Д. Овсянников В.С. Профилирование нелинейчатых червячных фрез затылованных дисковым инструментом Исследования зубообрабатывающих станков инструментов и резания металлов. – Саратов: СПИ 1973. – С. 89-97.
Захаров О.В. Шлифование валов квазигиперболоидного профиля Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб. – Саратов: СГТУ 2002. – С. 70-73.
Основы теории оптимизации Под ред. И.О. Протодьяконова. – М.: Высшая школа 1986. – 384 с. 138
Захаров О.В. Погораздов В.В. Методика профилирования шлифовального круга для обработки валков суперфинишных станков Высокие технологии в машиностроении: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. – Самара: СамГТУ 2002. – С. 21-24.
Погораздов В.В. Сегаль М.Г. Царенко М.А. Проектирование с помощью ЭЦВМ дискового инструмента для формообразования винтовых поверхностей: Учеб. пособие. – Саратов: СПИ 1986. – 47 с.
Лашнев С.И. Профилирование инструментов для обработки винтовых поверхностей. – М.: Машиностроение 1965. – 148 с.
Бржозовский Б.М. Захаров О.В. Погораздов В.В. Новый подход к анализу процесса формообразования при бесцентровом суперфинишировании Конструкторско-технологическая информатика: Тр. V Междунар. конгресса. – М.: МГТУ «Станкин» 2000. Т.1. – С. 80-83.
Банди Б.Д. Методы оптимизации. – М.: Радио и связь 1988. – 128 с.
Захаров О.В. Бржозовский Б.М. Погораздов В.В. Наладка бесцентровых суперфинишных станков на основе численного моделирования и оптимизации Вестник машиностроения. 2003. № 12. С. 48-50.
Васильева Т.М. Грин Э.А. Настройка валковых устройств бесцентровых суперфинишных станков Станки и инструмент. 1980. № 11. С. 13-14.
Захаров О.В. Моделирование и оптимизация формообразующей траектории при бесцентровом суперфинишировании Исследования станков и инструментов для обработки сложных и точных поверхностей: Межвуз. науч. сб. – Саратов: СГТУ 2002. – С. 58-61.
Патент RU № 2239539 МПК В 24 В 3500. Способ наладки бесцентрового суперфинишного станка О.В. Захаров В.А. Лукьянов Изобретения. Полезные модели. 2004. № 031.
Изысканию возможности устранения указанных выше недостатков и совершенствованию технологии суперфинишной обработки и посвящена настоящая монография.
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ
1 Рациональная геометрическая форма рабочих поверхностей
Наиболее ответственными и достаточно типичными представителями деталей прецизионных узлов механизмов и машин являются детали опор качения. В настоящее время отечественными и зарубежными учеными разработано множество разновидностей опор качения различающихся по форме профиля рабочих поверхностей колец и тел качения. Среди них особое место занимают радиальные шариковые и роликовые подшипники.
Широкое применение в узлах повышенной точности и жесткости (шпиндельные узлы) имеют стандартные роликовые подшипники с прямолинейной образующей рабочих поверхностей дорожек и тел качения. Эти подшипники обладают высокой жесткостью и точностью вращения но требуют полного отсутствия перекосов при монтаже и эксплуатации что практически недостижимо. Поэтому при изготовлении этих подшипников предъявляются повышенные требования к качеству обработки рабочих поверхностей их деталей.
Наличие даже минимальной несносности колец приводит к резкому снижению долговечности и грузоподъемности роликоподшипников [67]. Это связано с тем что при перекосах усугубляются краевые эффекты изменяется распределение нагрузок по телам качения и по длине площадок контакта повышается уровень вибрации и шума часто появляется заедание. Наибольшая концентрация напряжений приходится на небольшую зону вблизи края области контакта что приводит к снижению долговечности в результате более интенсивного износа и образования усталостных повреждений [6-11]. Величина напряжений по краям площадки контакта в несколько раз превышает напряжения в ее середине а участок наиболее резкого увеличения контактных деформаций и напряжений занимает всего 007-0166 длины ролика. При перекосе напряжения могут увеличиваться в 2-3 раза по сравнению с напряжениями рассчитанными по формулам Герца-Беляева снижая долговечность подшипника на порядок и выше [9].
Более устойчивы к отрицательному влиянию монтажных и эксплуатационных перекосов шариковые подшипники. Рабочие поверхности колец стандартных шарикоподшипников выполняются с дуговым профилем. Однако как показывают исследования многих авторов [1-3 и др.] такая конструкция профиля не является оптимальной. Более рациональные условия контактирования можно обеспечить путем изменения формы профиля дорожек качения а у роликовых подшипников - и роликов.
В настоящее время широкое распространение из-за относительной простоты изготовления получили тела или дорожки качения с образующей в виде дуги окружности большого радиуса (бомбины) [5812]. При изготовлении роликоподшипников чаще всего бомбинируют ролики а не дорожки качения так как бомбину на ролике технологически проще получить. Однако как указывается в работе [6] введение бомбины на внутренних кольцах цилиндрических роликоподшипников позволяет повысить их долговечность в три раза.
Создание бомбины круговой формы на поверхности роликов не исчерпывает резервов повышения работоспособности роликовых подшипников. Это связано с тем что с увеличением радиуса бомбины величина допустимого перекоса колец хотя и возрастает снижая опасность появления краевого эффекта но в точках начального контакта ролика с дорожкой качения возникают повышенные контактные напряжения что снижает работоспособность и грузоподъемность подшипника. Поиск путей устранения этого противоречия [613-18] привел к созданию множества конструкций роликов профиль которых очерчен различными сочетаниями круговых и прямых линий (рис.1.1). Однако эти конструкции нашли в промышленности ограниченное применение из-за за сложности изготовления.
Особый интерес представляют конструкции роликов [91920] с полыми поверхностями (рис.1.2) и конструкции колец с выточками. Так оригинальную конструкцию радиального цилиндрического роликоподшипника предлагает фирма SKF (ФРГ) [21]. Как видно из рис.1.3 отличительными особенностями этого подшипника являются проточки на посадочных поверхностях наружного и внутреннего колец а также глубокие выточки на торцах роликов.
При приложении к подшипнику радиальной нагрузки происходит упругий прогиб внутреннего кольца 1 в зоне проточки и деформация краев ролика 2 увеличивающаяся при приближении к центральной перемычке в его внутренней полости.
Рис.1.1. Ролики с модифицированной образующей:
а) с прямыми скосами Lск - длина скоса C - высота скоса;
б) с круговыми скосами и бомбиной r - радиус скоса
Rб - радиус бомбины Lэф - эффективная длина ролика;
в) с круговыми скосами;
г) со сложной формой профиля LS - длина прямолинейного
участка Rб - радиус скруглений r - радиус закруглений
Lp - длина рабочей части.
Рис.1.2. Бомбинированный ролик с конусными выточками на торцах.
Получающаяся в результате этого эпюра напряжений возникающих вдоль образующей ролика свидетельствует об отсутствии пиков напряжений в областях близких к его торцам. Наблюдается лишь незначительное увеличение напряжений по краям проточки на посадочной поверхности внутреннего кольца.
Значительное внимание модификации контактных поверхностей подшипников качения уделено в работах А.В. Орлова [32223 и др.]. Некоторые недостатки современных конструкций роликовых подшипников как считает автор можно устранить применением конусного бомбинирования роликов (рис.1.4 а) или дорожки качения одного из колец (рис.1.4 б) что позволяет уменьшить вероятность ошибок при сборке. Однако изготовление таких подшипников сопряжено с определенными трудностями как технологического так и организационного характера.
В связи с этим автор предлагает технологически более простую модификацию формы рабочих поверхностей деталей роликоподшипников которая заключается в придании ролику или дорожке качения (рис.1.5) конусности угол которой равен максимальному углу Q перекоса осей колец подшипника. Благодаря этому при максимальной нагрузке будет получена предельно возможная для прямолинейной образующей равномерность распределения давления по длине роликов. Приведенные автором результаты испытаний таких подшипников показывают высокую эффективность описанного метода оптимизации. Но такие подшипники могут изготавливаться в ограниченном количестве как подшипники специального назначения.
Некоторые из конструктивных решений направленных на повышение эксплуатационных характеристик шариковых подшипников представлены на рис. 1.6. Здесь показаны шарикоподшипники с эллиптическим гиперболическим и комбинированным профилем дорожки качения. Комбинированный профиль выполнен в виде трех сопряженных дуг окружностей различного радиуса. Выбор соответствующих соотношений этих радиусов обеспечивает возможность перераспределения контактных напряжений на площадке контакта (рис.1.7). Испытания показали что подшипники данной конструкции обеспечивают повышение долговечности в 2-2.5
раза по сравнению со стандартными конструкциями.
Рис.1.3. Схема роликоподшипника облегченной конструкции:
- внутреннее кольцо 2 - ролик 3 - наружное кольцо.
Рис.1.4. Конусное бомбинирование деталей роликоподшипника:
а - бомбинирование ролика; б - бомбинирование дорожек качения
Рис.1.5. Конусная модификация деталей роликоподшипника:
а - модификация ролика; б - модификация дорожки качения.
Рис.1.6. Аналоги предлагаемой конструкции подшипника качения
Рис.1.7. Площадки контакта между шариком и желобом и эпюры
давлений: а) DR0=0.515; б) DR0=0.505; в) DR0=0.495; г) DR0=0.485.
Однако эти подшипники имеют ряд существенных недостатков основные из которых следующие:
В точках перегиба возникают пики контактных напряжений что ограничивает диапазон допустимых внешних нагрузок и обеспечивает применение данных подшипников только по спецназначению;
Подшипники указанной конструкции очень чувствительны к изменению величины осевого зазора что также ограничивает область их применения;
Весьма трудоемка механическая обработка желобов особенно их чистовая и окончательная обработка.
Устранить указанные недостатки позволяют конструкции подшипников качения предложенные Саратовской научной школой [2425]. В данных конструкциях профиль дорожек качения предлагается выполнять плавным в виде степенной кривой с показателем степени от 2 до 6. Это дает возможность при использовании простых технологических средств повысить долговечность опор от 3 до 6 раз.
2. Технологии формообразования рабочих поверхностей деталей опор качения
Окончательное формирование точностных и качественных характеристик деталей подшипников осуществляется на заключительных стадиях технологического процесса. В качестве окончательной обработки рабочих поверхностей колец и роликов в настоящее время широко используют суперфиниширование. Этот процесс должен обеспечивать повышенную точность в продольном и поперечном сечениях заготовки низкую шероховатость обрабатываемой поверхности и удаление с нее дефектных слоев металла оставшихся после предшествующей обработки.
В работах [2627] показано что наибольшая долговечность шарикоподшипников достигается при шероховатости желобов колец в пределах Ra= 008-005 мкм и амплитуде волнистости не превышающей 02 мкм. Отдельные шлифовочные риски на дорожках качения не допускаются [26]. Снятие припуска от 10 до 20 мкм на диаметр как считает автор устраняет отдельные шлифовочные риски исходную волнистость и отклонения от круглости [27].
Несущая способность подшипников качения зависит от погрешностей геометрической формы дорожек качения колец [1]. Образование волнистости всегда сопровождается неравномерностью распределения шероховатости и микротвердости на вершинах и впадинах волн [28] что составляет дополнительный источник разрушения поверхности особенно при циклических нагрузках [29].
Окончательную обработку рабочих поверхностей одно- и двухбортовых колец роликоподшипников осуществляют суперфинишными абразивными брусками совершающими осциллирующие движения вдоль образующей дорожки качения. Применяются абразивные бруски либо сплошные но тонкие (рис. 1.8) либо с вырезами на рабочей поверхности (рис.1.9).
Рабочие поверхности цилиндрических роликов и безбортовых колец с прямолинейной образующей окончательно обрабатывают напроход абразивными брусками на бесцентровых суперфинишных станках.
На Саратовском подшипниковом заводе разработана технология изготовления роликовых подшипников с приставными бортами. На первых стадиях технологического процесса обрабатываются кольца без бортов. Это дает возможность вести обработку напроход что обеспечивает более высокую точность формы прямолинейной образующей дорожки качения. На завершающем этапе технологического процесса производят механическое крепление направляющих бортов к дорожке качения.
Повышение точности формообразования роликовой дорожки увеличивает эксплуатационные показатели подшипника. Механическое крепление направляющих бортов в большинстве случаев не оказывает существенного отрицательного влияния на работоспособность роликоподшипников.
Рис.1.8. Схема процесса суперфиниширования сплошным тонким бруском
Рис.1.9. Схема процесса суперфиниширования профильным бруском
Однако в тяжелых условиях эксплуатации подшипники данной конструкции практически не применимы. Получение выпуклого профиля на роликах чаще всего осуществляют на шлифовальных операциях при обработке на бесцентрово-шлифовальных станках. Ролики диаметром от 1 до 50 мм с небольшими кривизнами образующих шлифуют с продольной подачей напроход (рис.1.10). Их обрабатывают фасонными кругами правку которых выполняют по копирам. Ролики больших размеров шлифуют методом врезания до упора [45].
Более эффективно необходимый профиль образующей роликов получать на стадии доводки. Так на Самарском подшипниковом заводе бомбину на роликах стали формировать на операции суперфиниширования с использованием станка мод. СЦАСЛ 50х50 и транспортирующих валков специальной конструкции (рис.1.11).
В настоящее время разработан ряд способов формирования выпуклого профиля обрабатываемой поверхности на стадии ее доводки осциллирующим абразивным бруском [3435]. Так известен способ хонингования цилиндрических поверхностей заготовок при котором брусок прижимается к вращающейся детали с постоянной силой и перемещается по обрабатываемому профилю с переменной скоростью [35].
Этот способ позволяет частично исправлять форму профиля обрабатываемой поверхности. Однако производительность его низка так как бруски прижимаются к обрабатываемой поверхности всей своей рабочей поверхностью и быстро затупляются точность профиля обрабатываемой поверхности получается не высокой так как съем материала заготовки усредняется на всей длине площадки контакта бруска с изделием.
Известен способ доводки дорожек качения подшипников абразивным бруском [36] при котором последнему сообщают движение поперек дорожки качения с траекторией в виде дуги окружности смещенной от аксиальной плоскости кольца (рис.1.12).
Рис.1.10. Схема шлифования напроход бомбинированных роликов:
- шлифовальный круг; 2 - нож; 3 - ведущий круг.
Рис.1.11. Схема бомбинирования поверхности цилиндрических
роликов: 1 - заготовка; 2 - транспортирующие валики;
- абразивный брусок.
Данному способу присущи недостатки предыдущего метода кроме того он не позволяет обрабатывать наружные поверхности что ограничивает его применение в подшипниковой промышленности [61].
Некоторое повышение режущей способности брусков при доводке наблюдается при обеспечении прерывистого контакта их рабочей поверхности с поверхностью обработки. При этом улучшаются условия очистки зоны контакта от продуктов резания. Способы обработки основанные на этом принципе предусматривают кроме обычного возвратно-поступательного движения брусков вдоль обрабатываемого профиля еще и колебательное движение либо по нормале к обрабатываемой поверхности либо в каком-нибудь другом направлении [30-32].
Эти способы позволяют в некоторой степени повысить точность геометрической формы обрабатываемого профиля однако иcправлению подлежат лишь погрешности с шагом не превышающим длину бруска. Кроме того им свойственна сложность и высокая трудоемкость осуществления что часто делает их экономически нерациональными в применении.
Наиболее распространенным способом суперфиниширования желобов колец шарикоподшипников [37-40] является доводка с ротационной осцилляцией бруска (рис.1.13) при которой абразивный брусок колеблется вокруг оси проходящей через центр симметрии обрабатываемого профиля. Обработка осуществляется мелкозернистым инструментом а основными видами взаимодействия зерен с металлом являются микрорезание со снятием тончайших слоев (01-05 мкм) стружек и трение с пластическим оттеснением металла. Оптимизацией условий суперфиниширования можно обеспечить непрерывное резание в течение определенного времени при этом скорость съема металла достигает 1-15 мкмс происходит незначительное исправление геометрической формы детали и удаление дефектного слоя оставшегося от предшествующей обработки [40]. В конце обработки процесс переходит в режим граничного трения при котором брусок выглаживает и полирует обрабатываемую поверхность придавая ей зеркальный блеск [37].
Рис.1.12. Способ абразивной обработки с дуговой траекторией
перемещения инструмента: 1 - заготовка; 2 - абразивный брусок;
- обрабатываемая поверхность; 4 - траектория перемещения бруска.
Рис.1.13. Схема суперфиниширования желобов
колец шарикоподшипников.
При традиционном суперфинишировании прижим бруска к изделию осуществляется через упругие кинематические звенья [38]. Процесс резания носит затухающий характер и после устранения неровностей исходной шероховатости прекращается. В связи с этим съем металла ограничен и не превышает 0005- 001 мм на диаметр при этом шероховатость обработанной поверхности обеспечивается в пределах Ra = 0040-0025 мкм волнистость - в пределах от 005 до 02 мкм [38].
В случае жесткого прижима бруска к изделию обеспечивается непрерывность съема металла во времени и удаление дефектного слоя оставшегося от предшествующей обработки. Максимальный съем металла находится в пределах от 003 до 005 мм на диаметр волнистость обработанной поверхности снижается до 0005 мкм а шероховатость - до Ra = 0025 мкм [38].
Производительность брусковой обработки зависит от глубины внедрения абразивного зерна в металл его площади поперечного сечения и количества абразивных зерен одновременно участвующих в работе. При увеличении размера зерна увеличивается площадь поперечного сечения среза но количество этих срезов уменьшается [41]. Следовательно для повышения производительности съема припуска необходимо интенсифицировать режимы обработки повысить давление на брусок и увеличить количество активных режущих зерен.
На шероховатость обработанной поверхности наибольшее влияние оказывает глубина внедрения зерен абразивного инструмента в металл [3942]. Увеличение зернистости инструмента а также его давления на обрабатываемую поверхность приводит к увеличению шероховатости [374142].
Увеличение скорости скольжения зерен повышает температуру в зоне резания [43]. При этом уменьшается угол скрещивания рисок на обрабатываемой поверхности увеличивается длина стружек а следовательно и вероятность засаливания поверхности бруска что ведет к снижению шероховатости обработанной поверхности [44-46].
Исследованиями [27] установлено что на исправляющую способность брусковой обработки наибольшее влияние оказывает величина отношения длины абразивного бруска к длине окружности обрабатываемой поверхности изделия. При увеличении длины бруска он своей рабочей поверхностью перекрывает большее число волн неровностей и более эффективно устраняет их с обрабатываемой поверхности. Наилучшие результаты достигаются при поверхностном контакте бруска с изделием например при обработке цилиндрических поверхностей. В процессе доводки желобов колец шарикоподшипников из-за непостоянства кривизны профиля и несовпадения центра качания бруска с центром кривизны обрабатываемой поверхности имеет место линейный контакт инструмента с заготовкой. При этом уменьшается длина контакта бруска с изделием и снижается возможность устранения неровностей низких номеров гармоник.
При осуществлении брусковой обработки в результате действия на брусок силы давления и других факторов в зоне резания возникают автоколебания которые улучшают условия самозатачивания увеличивая однако амплитуду волнистости на обрабатываемой поверхности [28].
Таким образом интенсификация процесса резания с одной стороны обеспечивает увеличение производительности обработки и толщины снимаемого слоя с другой стороны приводит к искажению обрабатываемого профиля и увеличению высоты микронеровностей поверхности обработки [47]. Поэтому суперфиниширование криволинейных поверхностей чаще всего осуществляют в две операции на первой - производят интенсивный съем припуска на второй - достигают требуемый уровень шероховатости обрабатываемой поверхности. Такая структура цикла обработки значительно снижает ее производительность и увеличивает себестоимость [48].
На основе выполненного анализа можно сформулировать основные недостатки классического способа суперфиниширования [383949].
При суперфинишировании поверхностей с исходной шероховатостью Ra = 125 -08 мкм 40% изделий имеют следы шлифовочных рисок и требуют повторной обработки.
Имеют место искажения обрабатываемого профиля.
Осуществление процесса в несколько переходов если необходимо обеспечить удаление больших припусков и получение низкой шероховатости.
Не обеспечивается исправление исходных погрешностей геометрической формы с низкими номерами гармоник (овальность гранность).
Сложность наладки и необходимость периодической подналадки что снижает уровень автоматизируемости процесса.
Низкий уровень универсальности так как для обработки различных по форме профиля поверхностей требуется использование специального оборудования различающегося по кинематике перемещения инструмента. Так для доводки желобов колец шарикоподшипников необходимо обеспечить осциллирующее колебательное движение вокруг центра симметрии обрабатываемого профиля при доводке поверхностей с прямолинейной образующей инструменту сообщают возвратно- поступательное движение вдоль обрабатываемого профиля при обработке иных по форме поверхностей требуется другая кинематика перемещения инструмента.
В настоящее время известно множество работ посвященных исследованию различных методов суперфинишной обработки поверхностей вращения направленных на улучшение отдельных технологических показателей процесса [26-28 41-96].
Исследованием абразивной доводки в той или иной степени занимались Асаэда И.М. Брозголь Д.Г. Евсеев А.В. Королев Клемм С.Г. Редько А.Н. Сальников И.Е. Фрагин Франк Л.В. Худобин П.И. Ящерицин и многие другие ученые работы которых способствовали широкому распространению суперфиниширования во многих отраслях промышленности. Рассмотрим технологические возможности наиболее эффективных методов (рис.1.14).
В Саратовском техническом университете разработан способ обработки криволинейных поверхностей с дополнительным движением бруска [49-50] которому помимо ротационной осцилляции сообщают дополнительное возвратно-поступательное движение вдоль оси колебания проходящей через центр кривизны профиля обрабатываемой поверхности и прижимают к ней с постоянной силой (рис.1.14а). Обработка производится в два перехода: на первом - осуществляется возвратно-поступательное движение бруска на втором - возвратно-поступательное движение прекращается а остальные движения сохраняются. Сообщение бруску дополнительного движения улучшает условия его очистки от продуктов резания и позволяет повысить производительность обработки.
Вторая разновидность этого метода (рис.1.14 в) заключается в том что дополнительное движение бруска осуществляется по винтовой траектории и в обработке участвует второй брусок [5252].
Не смотря на некоторое повышение производительности съема припуска этому методу присущи недостатки характерные для классического суперфиниширования.
Известно что совмещение операций приводит к повышению производительности и точности обработки. На этом принципе основан метод шлифования-доводки качающимся кругом [5354]. На начальном этапе осуществляется шлифование заготовки потом круг затормаживается перестает вращаться и приобретает качательные движения вокруг оси вращения. К недостаткам метода можно отнести необходимость использования в качестве инструмента шлифовальных кругов на вулканитовой связке которые плохо сохраняют геометрическую форму своей режущей поверхности и вносят погрешности в обрабатываемый профиль.
Суперфиниширование способом поступательной круговой осцилляции [3955] осуществляется абразивным бруском которому сообщают поступательное движение по дуге окружности радиусом равным разности радиусов профиля обрабатываемой поверхности и поверхности инструмента (рис. 1.14 г). При этом обеспечивается линейный контакт бруска с изделием на всей его длине что позволяет значительно уменьшить амплитуду волнистости и некруглости с шагом в пределах осевого размера бруска. При обработке в течении 60 с и давлении брусков на обрабатываемую поверхность в пределах 5 кг обеспечивается съем металла равный 6 мкм на диаметр волнистость - 01мкм некруглость - 06мкм.
Для улучшения очистки и самозатачивания бруска предложена косоугольная доводка [58-60]. По этому способу (рис. 1.14 д) помимо обычного осциллирования брусок совершает дополнительное колебательное движение под острым углом к вектору линейной скорости изделия. Такое движение способствует возрастанию давления в зоне резания и динамичности воздействия бруска на металл. Это интенсифицирует резание повышает производительность и стабилизирует работу бруска однако при этом наблюдается значительное искажение обрабатываемого профиля [60].
При суперфинишировании с "развязанным" центром колебания (рис.1.14 е) брускам сообщают два взаимосвязанных возвратно-поступательных движения не совпадающих по направлению при сложении которых рабочие поверхности брусков скользят по обрабатываемому профилю изделия [61].
Рис.1.14. Схемы брусковой доводки желобов
Этот способ применяют как правило для доводки рабочих поверхностей колец приборных подшипников. С увеличением размеров обрабатываемых колец увеличивается масса колеблющихся деталей что приводит к снижению скоростей осцилляции инструмента и как следствие снижению производительности обработки.
В СКБ ШО разработан способ ультразвукового суперфиниширования [62-65] который обеспечивает такое же высокое качество обрабатываемой поверхности как и обычное суперфиниширование но в 2-3 раза производительнее его и стабильнее по получаемым параметрам шероховатости и съема металла. Обработку осуществляют в два перехода: на первом этапе доводки в дополнение к обычным движениям бруска на него накладывают ультразвуковые колебания (УЗК) с частотой 18-44 кГц и амплитудой 1-5 мкм и более. УЗК поддерживают до снятия припуска после чего обрабатываемую поверхность выхаживают этим же бруском. Одним из недостатков этого процесса является высокий износ брусков который в 5-6 раз превышает износ при обычном суперфинишировании что ограничивает использование УЗ суперфиниширования в промышленности.
Рис.1.15. Схема обработки вращающимся инструментом
(1 - абразивные бруски 2 - инструментальная головка 3 – заготовка)
При этом бруски расположенные на осях начинают качаться вокруг них обрабатывая желоб. Многобрусковая схема обработки обеспечивает повышенную производительность съема припуска однако во время доводки появляются дополнительные вибрации из-за неравномерного износа брусков снижающие точность геометрической формы заготовки в ее продольном и поперечном сечениях.
На рис.1.15 представлена схема суперфиниширования вращающимися брусками [67]. Обработка производится несколькими абразивными брусками расположенными в единой суперфинишной головке ось вращения которой пересекается под некоторым острым углом с осью вращения заготовки в центре ее симметрии.
Выполненный обзор исследований показывает что важнейшими проблемами суперфинишной обработки рабочих поверхностей деталей тормозящими ее дальнейшее распространение являются: низкая производительность съема припуска нестабильное обеспечение требуемых качественных и точностных показателей обработки низкий уровень формообразующих возможностей недостаточная степень универсальности и технологической гибкости. Особое место занимает проблема исправления геометрической формы обрабатываемой поверхности но результаты исследований этого вопроса носят противоречивый характер.
Ряд исследователей [9112482] считает что степень наследования исходных погрешностей геометрической формы обрабатываемых поверхностей при суперфинишировании определяется величиной снимаемого припуска. Поэтому изучается механизм резания единичным зерном и режущей поверхностью абразивного инструмента выявляются закономерности формообразования обрабатываемой поверхности определяются режимные факторы процесса при которых достигаются наилучшие результаты. Эти исследования базируются в основном на теории абразивного изнашивания [4870-72].
В работах [4872] установлена линейная зависимость скорости изнашивания инструмента от его давления на обрабатываемую поверхность и скорости относительного движения контактирующих поверхностей однако при этом не учитывается нестационарность процесса резания состояние и жесткость технологической системы.
В других работах [426273] показано что в качестве критерия определяющего закономерности съема металла может быть использовано отношение глубины внедрения абразивного зерна в обрабатываемую поверхность к радиусу его вершины. На этой основе определены рациональные условия осуществления процесса брусковой обработки но не затронуты вопросы снижения исходных погрешностей геометрической формы заготовки.
Значительное количество исследований [74-79] посвящено изучению геометрических характеристик абразивного инструмента и их влияния на показатели обработки. При изучении рельефа рабочей поверхности абразивных брусков выявлены дополнительные характеристики что дает возможность более глубокого изучения закономерностей резания. [7475] на основе более точных представлений о размерах и форме следов от зерен. Однако здесь не учитывается изменение этих характеристик в процессе обработки.
Противоречивы исследования связанные с изучением закономерностей исправления погрешностей заготовки в ее продольном сечении. Так в работах И.М. Брозголя утверждается что на интенсивность исправления отклонений от круглости значительное влияние оказывает длина бруска. В работах [41-49] показано что величина погрешностей обработки снижается с увеличением давления брусков на обрабатываемую поверхность. В работе [38] исправление некруглости и гранности ставится в зависимость от режущей способности инструмента. Однако не учитывается жесткость резания и податливость системы СПИД.
В работах [83-86] приводятся интересные сведения о возможности формирования в процессе абразивной обработке регулярного микрорельефа обрабатываемой поверхности. Предложены методы обеспечения регулярной шероховатости [7071] и обоснована целесообразность использования этих методов при обработке рабочих поверхностей деталей подшипников качения. Приводятся результаты исследований свидетельствующие о повышенной работоспособности опор качения имеющих регулярный микрорельеф на рабочих поверхностях деталей [828385].
3. Классификация способов брусковой обработки
На основе проведенного анализа с целью систематизации выполненных исследований и обобщения их результатов разработана классификация известных методов брусковой обработки высокоточных деталей (рис.1.16) которая основана на трех группах признаков: технологических конструкторских и контактных.
Технологические признаки доводки представлены степенью универсальности уровнем технологической гибкости формообразующими возможностями и степенью автоматизируемости процессов.
Так по степени универсальности известные методы брусковой обработки можно разделить на широко универсальные универсальные и специальные. Широко универсальные способы доводки могут быть использованы для обработки самых различных по форме профиля и размерам наружных и внутренних поверхностей (вогнутых выпуклых конических. сферических прямолинейных и т.д.) без существенной переналадки технологического оборудования [55-62].
Рис.1.16. Классификация способов брусковой обработки
Для этих способов характерны многобрусковая схема осуществления и оригинальная кинематика перемещения инструмента обеспечивающая либо копирование обрабатываемой поверхности [405563] либо ее профилирование [8510-12].
Универсальные методы [32-42] позволяют обрабатывать более ограниченную номенклатуру изделий например рабочие поверхности только наружных и внутренних колец шариковых роликовых подшипников что обеспечивает им более узкую область применения.
Классические методы суперфиниширования [26-32 и др.] широко применяемые в подшипниковой и других отраслях промышленности составляет группу специальных методов. Каждый из этих методов предназначен для обработки деталей одного типа например желобов колец шарикоподшипников и не может быть использован для обработки других деталей.
Традиционно при суперфинишировании заготовке придают вращение а инструменту- комплекс движений обусловленный формой профиля обрабатываемой поверхности. Для обработки различных по форме профиля деталей требуется специальное оборудование. Такое разнообразие методов и средств технологического оснащения брусковой доводки их дифференцируемость при обработки различных поверхностей создают серьезные трудности при разработке гибких технологических процессов пригодных для использования в интегрированных производственных системах.
К негибким методам принадлежат методы однобрусковой обработки [303136 и др.] которые плохо поддаются управлению требуют постоянной подналадки отличаются низкой стабильностью выходных параметров.
По формообразующим возможностям процессы брусковой обработки подразделяются на копирующие и профилирующие. Копирующие методы как правило имеют траекторию главного движения инструмента повторяющую форму обрабатываемого профиля. У профилирующих методов [1925] кинематика перемещения инструмента не зависит от формы профиля обрабатываемой поверхности.
Важным технологическим признаком оценки эффективности того или иного способа брусковой доводки является степень его автоматизируемости. К трудно автоматизируемым методам доводки можно отнести классический способ суперфиниширования дорожек качения колец подшипников (см. рис. 1.13). Сложность автоматизации этого способа обусловлена сложностью наладки длительностью подбора характеристик инструмента и необходимостью постоянной подналадки по мере износа брусков. Методы многобрусковой доводки лишены этих недостатков [84-86] и относятся к группе автоматизируемых методов. Так например для перехода от обработки дорожек качения колец шарикоподшипников к доводке роликовых дорожек достаточно заменить многобрусковую инструментальную головку и продолжить обработку.
Конструкторские признаки представлены кинематикой движения инструмента видом подачи брусков и их количеством в инструментальной головке.
В подавляющем большинстве известных способов суперфиниширования в качестве главного движения инструмента используется его круговая или прямолинейная осцилляция. Увеличение частоты осцилляции приводит к интенсификации процесса резания однако работа с повышенными частотами осцилляции способствует возникновению дополнительных вибраций и шума а это в свою очередь оказывает отрицательное влияние на точность формообразования. Поэтому делаются попытки отказаться от осциллирующих движений инструмента и заменить их другими движениями например - вращательным [67]. Такое направление совершенствования процесса брусковой обработки на наш взгляд является перспективным.
Вид подачи брусков на обрабатываемую поверхность в значительной степени определяет эффективность формообразования и производительность обработки. В настоящее время применяют два вида подачи брусков: через жесткие самотормозящиеся кинематические звенья и через упругие звенья. Первая разновидность характерна для многобрусковых методов обработки вторая - для традиционного суперфиниширования.
По количеству одновременно участвующих в работе брусков все многообразие способов брусковой обработки можно разделить на однобрусковые и многобрусковые. Применение многобрусковой схемы обработки позволяет повысить производительность съема припуска и точность формообразования.
Контактные признаки характеризуются видом и характером контакта инструмента с поверхностью заготовки. По виду начального контакта все методы можно подразделить на две группы: с поверхностным и линейным контактом. По характеру взаимодействия инструмента и детали встречаются методы с постоянным прерывистым и периодическим контактом.
Постоянный поверхностный контакт характерен для широко известных методов хонингования и суперфиниширования когда абразивный брусок в течении цикла обработки взаимодействует с обрабатываемой поверхностью всей своей рабочей поверхностью при этом затруднены условия очистки зоны резания от стружки и шлама процесс резания носит затухающий характер съем припуска усредняется на всей рабочей поверхности бруска обработка трудноуправляема не стабильна.
При поверхностном или линейном прерывистом контакте бруска с изделием инструмент в течении рабочего хода многократно отрывается от обрабатываемой поверхности что приводит к улучшению условий очистки режущей поверхности от продуктов резания повышает эффективность обработки. Отрыв инструмента от обрабатываемой поверхности достигается сообщением ему дополнительных движений.
Начальный линейный контакт бруска с изделием позволяет дифференцированно воздействовать на отдельные участки обрабатываемой поверхности обеспечивая прецизионное формообразование профиля заготовки.
При периодическом контакте инструмента с заготовкой брусок в течении рабочего цикла не выходит из контакта с обрабатываемой поверхность однако в каждый последующий момент времени взаимодействует с ней различными участками своей режущей поверхности. Такой характер контакта возникает например при перекатывании бруска по обрабатываемому профилю.
Если обобщить выполненный анализ то можно сделать следующие выводы:
Выпускаемые отечественной промышленностью конструкции подшипников качения не удовлетворяют возросшим требованиям по увеличению их эксплуатационных характеристик. Более прогрессивные конструкции подшипников с повышенной грузоподъемностью и долговечностью не находят практического применения по причине отсутствия надежных способов профилирования их рабочих поверхностей. Существующие технологические процессы доводки дорожек качения не обеспечивают сохранение требуемых параметров даже конструктивно упрощенных профилей очерченных дугами окружностей или прямыми линиями что приводит к значительному снижению эксплуатационных показателей подшипников.
Для окончательной обработки рабочих поверхностей деталей подшипников наиболее широкое применение в промышленности получил процесс однобрускового суперфиниширования. Обладая рядом достоинств по сравнению с другими методами обработки данный процесс не лишен и недостатков основными из которых являются: сложность обеспечения заданной точности обрабатываемой поверхности в продольном и поперечном сечениях необходимость осуществления процесса в несколько переходов низкая универсальность технологическая гибкость формообразующие возможности что в значительной степени затрудняет использование суперфиниширования в условиях гибких интегрированных производств.
Необходимо дальнейшее совершенствование суперфинишных операций в направлении повышения их технологических возможностей на основе глубоких исследований механизма формообразования обрабатываемых поверхностей.
МНОГОБРУСКОВОЕ СУПЕРФИНИШИРОВАНИЕ КОЛЕЦ РОЛИКОПОДШИПНИКОВ С ЛОКАЛИЗАЦИЕЦ КОНТАКТА
ИНСТРУМЕНТА И ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ
ОСЕВОЙ ОСЦИЛЛЯЦИЕЙ СУПЕРФИНИШНОЙ ГОЛОВКИ
Выполненные исследования показали что в процессе брусковой обработки при определенных условиях перемещения инструмента вдоль обрабатываемого профиля возможно не только интенсивное исправление погрешностей его геометрической формы но и формирование новых профилей отвечающих самым высоким требованиям по обеспечению их работоспособности. Традиционные способы суперфиниширования в силу поверхностного контакта инструмента и детали мало пригодны для профилирования обрабатываемой поверхности. Наиболее полно отвечает требованиям профилирующей доводки способ многобрускового суперфиниширования с прямолинейной осевой осцилляцией инструмента [14]. Сущность данного способа заключается в следующем (рис.2.1).
Обработка осуществляется бруском имеющим тороидальную рабочую поверхность с осью перпендикулярной оси вращения детали и несовпадающей с центром кривизны ее профиля. В процессе доводки в результате возвратно-поступательного перемещения центра кривизны тора в направлении оси вращения детали брусок совершает качательное движение перекатываясь по профилю обрабатываемой поверхности. В данном способе рабочая поверхность инструмента выполнена в виде усеченного тора так как образована в результате вращения бруска вокруг оси перпендикулярной плоскости чертежа (см. рис. 2.1) а профиль ее поперечного сечения представляет собой дугу окружности с радиусом равным радиусу вращения обрабатываемой поверхности.
Таким образом ось поворота торовой поверхности инструмента перпендикулярна оси вращения детали и не совпадает с центром кривизны ее профиля (в плоскости чертежа см. рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема способа формирования выпуклого профиля дорожки
качения кольца роликоподшипника на стадии суперфиниширования:
- брусок; 2 - державка; 3 - обрабатываемое кольцо
Радиус кривизны тора заведомо меньше радиуса кривизны профиля детали что обеспечивает линейный контакт инструмента и детали и при перекатывании тора вдоль профиля детали рабочая поверхность инструмента имеет возможность дифференцированно воздействовать на различные участки профиля обрабатываемой поверхности в том числе и на участки сопряженные с бортами. При постоянном режиме обработки обеспечивается равномерный съем металла по всему профилю детали а значит сохранение исходной точности геометрической формы профиля заготовки. Кроме того ширина рабочей части инструмента равная длине образующей обрабатываемой поверхности намного больше ширины брусков используемых в известных способах что является дополнительным источником увеличения производительности обработки. К тому же в результате перекатывания бруска возникают благоприятные условия для очистки его рабочей поверхности от продуктов резания что обеспечивает сохранение высоких режущих свойств.
Если же инструменту при перемещении вдоль профиля детали задавать переменную скорость или силу прижима к обрабатываемой поверхности в зависимости от заданного съема припуска в различных точках профиля то можно будет обеспечить на стадии суперфиниширования не только сохранение исходной формы профиля заготовки но и осуществить формирование нового профиля заданной геометрической формы.
Линейный контакт инструмента с деталью позволяет тонко регулировать съем металла на различных участках профиля обрабатываемой поверхности. Чем меньше скорость перемещения инструмента в той или иной точке профиля и больше сила его прижима к детали тем больше время его контакта с деталью в этой точке тем больший происходит съем металла и наоборот. На различных участках профиля детали можно снимать различный припуск либо задавая переменную скорость перемещения инструмента при постоянной силе его поджима к детали либо задавая изменение силы поджима инструмента к обрабатываемой поверхности при постоянной скорости перемещения бруска. Возможно и одновременное изменение силы прижима и скорости движения инструмента но в отличии от известных технических решений они не обязательно должны изменяться по обратно-пропорциональной зависимости но так чтобы эффект например увеличения съема металла на каком-то участке профиля детали от увеличения силы прижима инструмента складывался с эффектом увеличения съема от уменьшения скорости перемещения бруска.
При жестком поджиме абразивного инструмента к обрабатываемой поверхности данный способ доводки будет иметь высокую исправляющую способность даже при постоянных режимах работы. Исправление погрешности профиля в процессе обработки будет происходить за счет естественного изменения давления при попадании режущей поверхности бруска на вершины неровностей и во впадины. При этом будут удаляться неровности любого шага. Способ позволяет использование многобрусковых суперфинишных головок [42 43] что значительно увеличивает его эффективность.
С целью упрощения практической реализации способа исследуем возможность получения параболического профиля обрабатываемой поверхности при перемещении центра поворота бруска по закону косинуса:
где X - величина перемещения центра поворота бруска из начального положения за время ;
Aб - амплитуда возвратно-поступательного движения центра поворота бруска;
nб - частота осцилляции центра поворота бруска.
Найдя первую производную выражения (2.1) по времени определим абсолютную величину скорости Vб перемещения центра. Об абразивного бруска:
Решая уравнение (2.1) относительно (2nб) и подставляя полученное выражение в равенство (2.2) определим:
При перекатывании бруска по обрабатываемому профилю без скольжения производительность съема припуска в любой точке поверхности обработки будет определятся временем контакта инструмента и заготовки в этой точке которое зависит от скорости перемещения центра. Об поворота бруска.
Подставляя выражение (2.3) в равенство (2.4) и учитывая что dM=0 а определим величину снимаемого припуска в любой точке обрабатываемого профиля:
Так как наибольшее значение синуса в равенстве (4.3) равно 1 то наибольшая скорость Vбmax ( по абсолютной величине) равна:
Анализ выражения (2.3) показывает что максимальную скорость абразивный брусок будет иметь тогда когда его центр поворота попадет в плоскость симметрии обрабатываемого профиля а точка контакта - в его середину. Тогда с учетом выражения (2.6) можно определить величину снимаемого припуска в центре обрабатываемого профиля:
С учетом выражений (2.4) (2.7) и (2.8) запишем уравнение профиля обработанной поверхности:
Равенство (2.9) позволяет в зависимости от условий суперфиниширования определить форму полученного профиля обработанной поверхности.
Аппроксимируем выражение (2.9) степенной зависимостью вида:
Для этого необходимо подобрать такие значения параметров A и n чтобы величина
где lg - длина дорожки качения
была по возможности минимальной.
Перепишем выражение (2.11) с учетом равенств (2.9) и (2.10):
Для определения минимального значения функции (2.12) найдем ее производные по переменным параметрам A и n и приравняем их к нулю:
Решая систему уравнений (2.13) относительно A и n на ЭВМ определим параметры аппроксимирующего выражения (2.10) с погрешностью:
Результаты расчетов для различных режимов суперфиниширования представлены на рис. 2.2 2.3 2.4. Все зависимости получены для случая суперфиниширования дорожек качения наружных колец роликового подшипника 42207 тремя абразивными брусками с характеристикой 63СМ10СМ1КЛ при следующих условиях: К=3 [32] =1.34 [32] сдв=134 кгмм [32] Кз=1 Кu=0.1 N1=0.094 zб=3 ry=30.9 мм Bб= 9 мм rб=15 мм nu=3654 обмин P=6 кг =0.17 мин.
На рис. 2.2 показано влияние амплитуды осцилляции Aб брусков на значение показателя n и коэффициента A формы. Как видно с увеличением амплитуды осцилляции величина показателя формы уменьшается а коэффициент формы увеличивается. Сравнивая теоретические зависимости с данными экспериментов видно что максимальная погрешность расчета не превышает 9% а в некоторых случаях расчетные и экспериментальные значения совпадают (см.рис.2.2).
Анализ полученных результатов показал что показатель формы мало зависит от частоты осцилляции брусков силы их давления на обрабатываемую поверхность частоты вращения заготовки и времени обработки. Это позволило максимально упростить выражение (2.9). Однако на практике в результате действия факторов не учтенных в теоретических расчетах влияние перечисленных параметров на величину показателя формы будет более существенным.
В отличии от показателя n коэффициент формы A в большей степени зависит от режимов суперфиниширования. С увеличением частоты осцилляции брусков nб коэффициент формы A увеличивается (рис.2.3). Его повышение наблюдается и с увеличением всех остальных технологических факторов процесса кроме частоты вращения изделия nu влияние которой на параметры формы обработанного профиля недостаточно ярко выражено.
Увеличение коэффициента формы равнозначно увеличению величины выпуклости дорожки качения так как эти два показателя связаны следующей зависимостью:
График зависимости величины выпуклости дорожки качения от частоты осцилляции брусков представлен на рис.2.4. Как видно с увеличением частоты осцилляции брусков значение коэффициента формы возрастает.
Наряду с анализом формы профиля обрабатываемой поверхности полученные выражения позволяют судить о производительности исследуемого способа обработки а также о влиянии на нее различных технологических факторов. Так на рис.2.5 показано влияние частоты осцилляции брусков на интенсивность снимаемого припуска. С увеличением частоты осцилляции брусков производительность процесса увеличивается. Следует отметить хорошую согласованность теоретических зависимостей с экспериментальными данными полученными при обработке заготовок на специальном суперфинишном станке для многобрусковой доводки дорожек качения колец подшипников.
Рис. 2.2. Зависимость показателя n и коэффициента A формы
от амплитуды и частоты осцилляции брусков
Рис. 2.3. Зависимость коэффициента формы A от частоты
и амплитуды осцилляции брусков
Рис. 2.4. Зависимость величины выпуклости роликовой дорожки
от частоты осцилляции брусков
Рис. 2.5. Зависимость величины снимаемого припуска
Таким образом анализ полученных зависимостей показывает что исследуемый способ суперфиниширования с осевой прямолинейной осцилляцией инструмента позволяет эффективно формировать параболический профиль обрабатываемой поверхности.
Меняя режимы доводки можно управлять величиной снимаемого на любом участке профиля припуска обеспечивая требуемые параметры обработанного профиля.
2. Объект и условия проведения экспериментальных исследований
Экспериментальные исследования данного метода суперфиниширования роликовых дорожек выполняли в два этапа. На первом этапе исследовали влияние амплитуды (Аб) и частоты (nб) осцилляции брусков давления брусков на обрабатываемую поверхность (Рб) и частоты вращения изделия (nu) на величину съема металла (q) показатель формы профиля обработанной поверхности (n) величину выпуклости профиля () и шероховатость поверхности (Ra). На втором этапе исследовали влияние на величину съема металла (q) параметры формы профиля (n ) и шероховатость (Ra) времени обработки твердости и зернистости брусков. Весь цикл экспериментальных исследований проводился на опытном образце суперфинишного автомата для многобрусковой доводки колец подшипников позволяющем в широких пределах варьировать значения исследуемых факторов. В качестве объекта исследований использовали наружные кольца радиального роликового подшипника 42207 (рис.2.6) как наиболее типичного представителя продукции выпускаемой отечественной подшипниковой промышленностью. Исследуемые кольца изготовлены из стали ШХ-15 ГОСТ 801-78 и термически обработаны до твердости HRCэ 61 65. Выбор этой стали для проведения экспериментальных исследований обусловлен ее широким применением для производства деталей подшипников самых массовых серий а также других ответственных деталей машиностроения работающих в сложных условиях эксплуатации. Химический состав стали ШХ-15 обеспечивает ей высокие физико-механические свойства. Кольца были обработаны окончательно по всем поверхностям кроме роликовых дорожек и предназначены для подшипников 6 класса точности по ГОСТ 520-71. На предшествующих операциях роликовые дорожки подвергались предварительному и окончательному шлифованию и имели следующие показатели: шероховатость - Rа=0.6-0.32 мкм волнистость Wz=0.5-1.2 мкм отклонение от круглости кр=1.2-3.2 мкм. Обработку производили одновременно тремя абразивными брусками имеющими одинаковые размеры и характеристику и расположенными на обрабатываемой поверхности с равным угловым шагом (рис. 2.7).
Условия проведения экспериментальных исследований представлены в табл. 2.1. Они были определены на основе изучения работ ряда авторов расчетов и теоретических исследований а также путем анализа результатов предварительных опытов [45-86].
Факторы их уровни и интервалы варьирования при проведении всего экспериментального цикла приведены в табл. 2.2 и 2.3. Расчеты произведены по формулам методики [38].
Первый этап экспериментов проводился с использованием абразивных брусков с характеристикой 63СМ10СМ1КЛ а продолжительность обработки составляла 10 секунд. На втором этапе исследований режимы обработки имели следующие значения: частота вращения изделия - 3654 обмин амплитуда осцилляции брусков - 15 мм частота осцилляции брусков - 760 дв.х.мин давление брусков на обрабатываемую поверхность - 0.54 МПа.
На всех этапах исследований ставили полные факторные эксперименты типа 24. Результаты обработки данных заносили в журнал планирования эксперимента (приложение 6-13).
Рис. 2.6. Наружное кольцо роликоподшипника 42207
Рис. 2.7. Схема многобрускового суперфиниширования
дорожек качения роликоподшипников с осевой
прямолинейной осцилляцией инструмента
Условия проведения экспериментальных исследований
Наименование факторов процесса
Численные значения факторов
БП12х663СМ10СМ1КЛ БП12х663СМ7М1КЛ БП12х663СМ14М1КЛ БП12х663СМ14СМ1КЛ
Длина бруска с державкой
Частота осцилляции брусков
Частота вращения изделия
Амплитуда осцилляции брусков
Твердость абразивных брусков
Зернистость абразивных брусков
Смазывающе-охлаждающая жидкость (СОЖ)
смесь из велосита (88%) керосина (10%) и олеиновой кислоты (2%)
Действительные значения факторов исследуемых на первом
этапе экспериментальных исследований
Факторы процесса в единицах измерения
Интервал варьирования
Действительные значения факторов исследуемых на втором
3. Экспериментальное оборудование
Общий вид экспериментального двухпозиционного суперфинишного автомата с горизонтальным расположением шпинделей изделий представлен на рис. 2.8. Массивная чугунная станина 2 автомата несет два поперечных суппорта 1 на подвижных каретках которых установлены механизмы осцилляции 6 с электроприводами и устройства подачи брусков с инструментальными головками 7. В качестве электроприводов использованы двухскоростные электродвигатели с набором сменных шкивов позволяющие в широких пределах варьировать частотой осцилляции брусков. Оригинальная конструкция механизмов осцилляции инструментальных головок позволяет в процессе обработки изменять амплитуду осцилляции от 0 до 3 мм в соответствии с делениями на лимбе ручки управления. Для осуществления подвода брусков к обрабатываемой поверхности создания рабочего давления в зоне обработки и отвода брусков от обработанной поверхности применены пневмоцилиндры двухстороннего действия. Станок имеет двухскоростной электродвигатель главного движения который посредством клиноременной передачи связан с двумя высокоточными шпиндельными узлами 4.
Для центрирования заготовок во время обработки предусмотрены гидростатические опоры 14 а для фиксации колец в рабочем положении - механизм прижима к торцу вращающегося шпинделя.
Станок снабжен автоматическим устройством 9 доставки заготовок в зону обработки и удаления готовых изделий из рабочей зоны а также загрузки и выгрузки колец.
Конструкцией станка предусмотрено устройство компенсации износа брусков которое осуществляет автоматическое регулирование амплитуды осцилляции инструментальных головок в зависимости от износа брусков. В станине смонтирована насосная установка 3 гидросистемы станка и устройство для центробежной очистки СОЖ.
Станок может работать в наладочном и автоматическом режимах. При функционировании станка в автоматическом режиме рабочий цикл состоит из следующих этапов: подача заготовки на рабочую позицию фиксация заготовки в рабочем положении быстрый подвод инструментальных головок в зону обработки быстрый подвод брусков к обрабатываемой поверхности и создание рабочего давления работа в режиме врезания работа в режиме выхаживания быстрый отвод брусков от
Рис. 2.8. Общий вид суперфинишного автомата МФ-1
обрабатываемой поверхности быстрый вывод инструментальных головок из рабочей зоны освобождение кольца от усилия зажима удаление обработанной детали с рабочей позиции и подача новой заготовки. Пневмогидравлическая схема (приложение 5 ) позволяет наглядно показать работу автомата. Сжатый воздух под давлением 0.5 МПа из цеховой системы проходя через фильтр-влагоотделитель 21 регулятор давления 23 маслораспылитель 22 и реле давления 12 подходит к воздухораспределителю 13 (6). При включении станка в автоматический режим работы электрический сигнал поступает на саленоид воздухораспределителя 13 (6) который открывает золотник. Сжатый воздух проходя через воздухораспределитель 13 (7) поступает в пневмоцилиндры 1 (1) 1 (2) и подает шток поршня механизма штучной выдачи изделий обеспечивая поступление заготовок на рабочие позиции станка. Включается воздухораспределитель 13 (1) воздух поступает в масляный бачок 3 (1) и создает давление в этом бачке выжимая масло из него. Масло под давлением из бачка 3 (1) перемещает штоки пневмогидроцилиндров механизмов зажима изделий обеспечивая зажим заготовок на рабочих позициях. Насосная установка 19 обеспечивает подачу масла в гидродинимические опоры 8 (1) 8 (2) изделий и подачу СОЖ в рабочую зону. Электрический сигнал от механизма зажима изделий поступает на соленоид воздухораспределителя 13 (5) сжатый воздух поступает в масляный бачок 3 (2) масло под давлением из этого бачка выжимается в пневмогидроцилиндры 5 6 суппортов обеспечивая быстрый подвод механизмов осцилляции и инструментальных головок к рабочей зоне. После подвода инструментальных головок к изделию концевые выключатели расположенные на суппортах включают электродвигатели механизмов осцилляции и управления амплитудой а также воздухораспределители 13 (3) 13 (4) механизмов подачи брусков инструментальных головок. В это время происходит подвод абразивных брусков к обрабатываемой поверхности изделия штоками пневмоцилиндров 10 11. После окончания обработки изделия воздухораспределители 13 (4) переключаются и пневмоцилиндры 10 11 обеспечивают отвод брусков от обработанной поверхности изделий. Затем переключается воздухораспределитель 13 (5) сжатый воздух поступает через дросели 4 (2) 4 (7) в пневмогидроцилиндры 5 6 обеспечивая отвод суппортов в исходное положение вместе с механизмами осцилляции и инструментальными головками. Концевой выключатель на суппортах переключает воздухораспределитель 13 (1) и сжатый воздух поступая через дроссели 4 (1) 4 (6) в пневмогидроцилиндры 9 (1) 9 (2) отводит вилки механизмов зажима изделий в исходное положение. Концевые выключатели механизмов зажима изделий переключают воздухораспределитель 13 (2) и сжатый воздух проходя через дроссель 4 (9) поступает в пневмоцилиндр 7 автооператора и обеспечивает удаление из рабочих зон автомата обработанных изделий. Затем цикл повторяется. Автомат спроектирован согласно требованиям техники безопасности [160]. Электрошкаф станка снабжен устройством обеспечивающим отключение вводного автомата при открывании дверцы электрошкафа. Корректированный уровень звуковой мощности не превышает 99 Дб согласно требованиям [61]. Направление вращения рукояток соответствует требованиям [62]. Автомат по расположению органов управления и элементов наладки отвечает требованиям эргономики и соответствует условиям [63]. При ремонте станка не требуется разбирать соседние с ремонтируемой сборочной единицей узлы.
Техническая характеристика автомата представлена в табл. 2.4.
Техническая характеристика автомата
Наименование параметра
Габаритные размеры мм: длина
Наибольший диаметр обрабатываемого кольца мм
Количество суппортов
Расстояние между инструментальными головками мм
Диапазон хода суппортов мм
Количество одновременно обрабатываемых изделий
Частота вращения шпинделя обмин:максимальная
Частота осцилляции инструментальных головок дв.х.мин:максимальная
Диапазон амплитуд осцилляции инструментальных
Количество абразивных брусков в инструментальной
Давление бруска на изделие МПа
продолжение таблицы 2.4
переменный трехфазный
Напряжение питания В
Количество электродвигателей
Установленная мощность электрооборудования квт
Производительность насоса гидропривода лс
Давление воздуха питающей сети МПа
Число пневмогидроцилиндров шт.
Число воздухораспределителей шт.
На первом этапе экспериментов исследования проводились при работе станка в режиме врезания при этом время выхаживания устанавливаемое с помощью реле времени было равно нулю и цикл обработки возобновлялся после окончания режима врезания.
Для обработки применялась инструментальная головка показанная на рис. 4.9. Она состоит из корпуса 1 имеющего три радиальных паза в которых расположены ползушки 2 с установленными на них посредством осей 5 держателями 9 брусков 4. Для осуществления перемещения ползушек 2 в радиальном направлении в корпусе 1 головки помещены разжимные конусы 6 жестко связанные со штоком подачи 8. Рычаги 7 шарнирно связанные с ползушками 2 и штоком подачи 8 обеспечивают возврат ползушек 2 в исходное положение при обратном ходе штока подачи 8 после окончания обработки.
Для проведения экспериментальных исследований станок оснастили контрольно-измерительными приборами.
Рис. 2.9. Многобрусковая суперфинишная головка для доводки
дорожек качения наружных колец подшипников
Контроль частоты вращения изделия и частоты осцилляции инструментальных головок осуществляли с помощью измерительных дисков установленных на шкивах шпинделей изделий и механизмов осцилляции взаимодействующих с индукционными датчиками электрически связанными с цифровыми тахометрами модели ТЦ - 5.
Амплитуду осцилляции инструментальных головок фиксировали по лимбу на ручке управления. Силу давления абразивных брусков на обрабатываемую поверхность контролировали динамометром модели ДП-20 который устанавливали на лоток подачи заготовок в рабочую зону с возможностью взаимодействия с одной из ползушек инструментальной головки.
Время цикла обработки устанавливали с помощью реле времени. Контроль остальных параметров обработки осуществляли в соответствии с методикой.
4. Исследование влияния режимов обработки на ее выходные параметры
В результате обработки экспериментальных данных получены зависимости выходных параметров обработки дорожек качения от режимов суперфиниширования:
Данные зависимости получены при обработке абразивными брусками с характеристикой 63СМ10СМ1КЛ в течение 10 секунд.
Из рис. 2.10 на котором представлены зависимости показателя формы n и величины выпуклости профиля дорожки качения от амплитуды А осцилляции абразивных брусков при различных частотах вращения nu обрабатываемого изделия видно что с увеличением амплитуды осцилляции брусков показатель формы профиля дорожки качения уменьшается т.е. кривизна профиля в области середины роликовой дорожки возрастает а на краях уменьшается. При этом величина выпуклости дорожки качения увеличивается. Это объясняется тем что с повышением амплитуды колебаний брусков возрастает скорость их перемещения по обрабатываемой поверхности а значит и число контактов бруска с каждой точкой обрабатываемого профиля что приводит к увеличению съема металла на всей поверхности обработки. Кроме того с повышением амплитуды колебания брусков увеличивается угол их микроповорота вокруг осей в конце каждого хода инструментальной головки и в начальный период обработки резко возрастает удельное давление брусков на обрабатываемую поверхность в крайних зонах дорожки качения с увеличением числа их попаданий в эти зоны. При этом в начале обработки в местах максимального удельного давления происходит интенсивный съем металла и формируется выпуклый профиль обрабатываемой поверхности. На заключительной стадии обработки в результате приработки абразивных брусков к обрабатываемой поверхности максимальное удельное давление снижается и возникает уже за счет дополнительной микроподачи в конце каждого хода инструментальной головки. Оно теперь приходится не на самые крайние зоны дорожки качения как в начале обработки а на зоны прилегающие к крайним. Таким образом максимум удельного давления с течением времени смещается к центру профиля обрабатываемой поверхности и он становится более пологим хотя и с достаточно высокой величиной выпуклости. Полученные результаты хорошо согласуются с теоретическими расчетами.
С повышением частоты вращения nu изделия картина уменьшения показателя формы профиля n и увеличения величины выпуклости с ростом амплитуды осцилляции брусков А остается прежней но изменение n происходит на более высоком уровне значений а изменение - на более низком уровне. Это связано с тем что в данном случае увеличение частоты вращения изделия способствует возрастанию съема металла во всех точках профиля обрабатываемой поверхности на всех этапах обработки. При этом снижается величина выпуклости профиля и возрастает его показатель формы.
На рис. 2.11 показана зависимость формы профиля и величины выпуклости роликовой дорожки от давления Р брусков на обрабатываемую поверхность при обработке с различной частотой вращения изделия и постоянными значениями амплитуды и частоты осцилляции n брусков когда А=1.5 мм n=760 дв.х.мин а время обработки составляло 10 секунд.
Как видно с увеличением давления брусков на обрабатываемую поверхность показатель формы профиля дорожки качения уменьшается а ее выпуклость увеличивается. Увеличение давления в зоне обработки обеспечивает рост размеров площадки контакта брусков с изделием и глубины внедрения зерен в обрабатываемую поверхность. При этом средняя часть брусков в отличие от краевых участков практически не отрывается от поверхности обработки что затрудняет самозатачивание и отвод продуктов резания.
Рис. 2.10. Зависимость показателя формы n и величины выпуклости
обработанной дорожки качения от амплитуды осцилляции брусков А
и частоты вращения изделия nu при n=760 дв.х.мин
Р=0.82 МПа Твр.=10 с.
Рис. 2.11. Зависимость показателя формы n и величины выпуклости
дорожки качения от давления брусков Р и частоты вращения
изделия nu при А=1.5 мм n=760 дв.х.мин Твр.=10 с.
Поэтому интенсивность съема металла в крайних зонах дорожки качения значительно выше чем в любой другой точке профиля. В результате этого увеличивается величина выпуклости дорожки качения и уменьшается показатель формы ее профиля. При невысоких значениях давления съем металла на большей части профиля дорожки качения примерно одинаков а небольшой его рост наблюдается в малых по размерам самых крайних зонах дорожки качения. При этом профиль роликовой дорожки в средней ее части приближается к прямолинейному а по краям закругляется с малым радиусом кривизны. Профиль имеет высокое значение показателя формы и малую величину выпуклости.
С увеличением значения показателя формы средняя часть профиля все больше соответствует прямой линии а радиус кривизны его краев все более уменьшается.
Повышение частоты вращения изделия не изменяет механизма формирования профиля но за счет увеличения производительности съема припуска возрастает значение показателя формы и снижается выпуклость профиля. Как видно из рис. 2.12 при больших давлениях брусков рост показателя формы идет менее интенсивно а снижение - более интенсивно чем при малых давлениях.
Увеличение частоты осцилляции брусков (рис. 2.13) приводит к уменьшению показателя формы и увеличению величины выпуклости дорожек качения. При малых значениях амплитуды колебания брусков это уменьшение идет более интенсивно и происходит в области высоких значений n а при увеличении амплитуды осцилляции интенсивность уменьшения показателя формы снижается и снижение происходит на более низком уровне значений n. Это связано с тем что при малых амплитудах осцилляции брусков их средняя часть не успевает очиститься от продуктов резания в то время как условия очистки краевых участков значительно лучше.
Поэтому с увеличением частоты осцилляции брусков интенсивность резания увеличивается лишь на самых крайних участках профиля что приводит к незначительному росту величины его выпуклости и к снижению значения показателя формы.
Рис. 2.12. Зависимость показателя формы n и величины выпуклости
дорожки качения от частоты вращения изделия nu и давления
брусков Р при n=760 дв.х.мин А= 1.5 мм Твр.=10 с.
Рис. 2.13. Зависимость показателя формы n и величины выпуклости
дорожки качения от частоты n и амплитуды А осцилляции
брусков при nu= 3654 обмин Р= 0.82 МПа Твр.=10 с.
При работе с большими амплитудами осцилляции улучшаются условия очистки всей режущей поверхности брусков и увеличение частоты осцилляции способствует интенсификации резания на любом участке обрабатываемого профиля. При этом изменение параметров профиля идет более интенсивно.
Экспериментальная проверка теоретических предпосылок показала что действительно меняя режимы суперфиниширования при доводке многобрусковой головкой можно получить любую форму профиля дорожки качения с широким диапазоном величин выпуклости.
На рис. 2.14-2.17 показаны зависимости производительности q обработки и шероховатости Ra обработанной поверхности от значений варьируемых факторов доводки. Как видно исследуемому процессу многобрускового суперфиниширования присущи те же закономерности изменения данных параметров обработки в зависимости от ее режимов что и при традиционных методах суперфиниширования. Однако в результате улучшения условий очистки рабочей поверхности от продуктов резания и увеличения количества одновременно участвующих в работе зерен за счет применения нескольких абразивных брусков удалось значительно повысить производительность съема припуска на всех режимах доводки и обеспечить незатухающий характер резания.
С увеличением амплитуды осцилляции брусков шероховатость поверхности и производительность обработки увеличиваются (см. рис. 2.14 2.17). Это происходит потому что увеличивается скорость перемещения брусков вдоль поверхности обработки абразивные зерна начинают более интенсивно взаимодействовать с микронеровностями обрабатываемой поверхности улучшаются условия самозатачивания возрастает число контактов бруска с каждой точкой профиля поверхности обработки в единицу времени. При повышении частоты вращения изделия (см. рис. 2.15 2.16) производительность съема припуска увеличивается а шероховатость обработанной поверхности снижается.
Рис. 2.14. Зависимость производительности q обработки
и шероховатости Rа обработанной поверхности от амплитуды
осцилляции брусков А и частоты вращения изделия nu
при n= 760 дв.х.мин Р= 0.82 МПа Твр.=10 с.
Рис. 2.15. Зависимость производительности q обработки
и шероховатости Ra обработанной поверхности от давления
Р брусков и частоты вращения изделия nu при А=1.5 мм
n=760 дв.х.мин Твр.=10 с.
Рис. 2.16. Зависимость производительности q обработки
и шероховатости Ra обработанной поверхности от частоты
вращения изделия nu и давления Р брусков
при n=760 дв.х.мин А= 1.5 мм Твр.=10 с.
Рис. 2.17. Зависимость производительности q обработки
и шероховатости Ra обработанной поверхности от частоты n
и амплитуды А осцилляции брусков
при nu=3654 обмин Р=0.82 МПа Твр.=10 с.
Объясняется это тем что в данном случае так же увеличивается число контактов абразивных зерен с микровыступами обрабатываемой поверхности в единицу времени что способствует как было отмечено ранее увеличению производительности обработки. Однако время единичного контакта режущих зерен с микровыступами уменьшается снижается глубина внедрения режущей части зерен в поверхность обработки и соответственно уменьшается высота микронеровностей обработанной поверхности.
Влияние удельного давления на производительность процесса обработки и шероховатость обработанной поверхности показано на рис.2.15 2.16. Из графиков видно что с увеличением удельного давления производительность процесса резания шероховатость поверхности возрастают. Это связано с более глубоким проникновением режущих зерен в металл. Поэтому увеличение удельного давления ограничивается непроизводительным износом абразивных брусков и ухудшением шероховатости поверхности обработки.
Повышение частоты колебаний инструмента также (см.рис.2.17) при этом приводит к увеличению производительности необходимой обработки и также шероховатости данной обработанной поверхности. При этом за счет увеличения динамических нагрузок на рабочие зерна происходит активное обновление режущих граней повышение глубины их внедрения в металл что приводит к интенсификации процесса резания и как следствие к увеличению высоты микронеровностей обработанной поверхности.
Сравнение полученных зависимостей с результатами исследований традиционных процессов суперфиниширования и хонингования показывает что они не противоречат общепринятым представлениям.
5. Исследование влияния продолжительности цикла обработки и характеристики инструмента на результаты суперфиниширования
Математическая обработка экспериментальных данных второго этапа исследований позволила получить степенные зависимости параметров обработки от времени и структуры рабочего цикла суперфиниширования а также от факторов характеризующих применяемый абразивный инструмент. Эти зависимости имеют следующий вид:
Для удобства анализа и большей наглядности приведем графические интерпретации полученных зависимостей. Так из рис. 2.18 на котором представлена зависимость показателя формы и величины выпуклости роликовой от продолжительности цикла обработки видно что с увеличением времени врезания абразивных брусков от 4 до 12 секунд значение показателя формы резко снижается а величина выпуклости увеличивается.
Дальнейшее увеличение времени врезания оказывает слабое влияние на изменение показателя формы и величины выпуклости. Это говорит о том что активное формирование формы профиля обрабатываемой поверхности происходит в начальный период обработки когда абразивный инструмент еще не успел приработаться к обрабатываемой поверхности. Однако процесс профилирования поверхности обработки полностью не прекращается даже при работе абразивных брусков в режиме выхаживания. Как видно из рис. 2.19 с увеличением времени выхаживания значение показателя формы уменьшается. Это происходит от того что исследуемый процесс суперфиниширования обладает повышенной режущей способностью. Кинематика перемещения инструмента обеспечивает благоприятные условия для постоянной очистки режущей поверхности брусков от продуктов резания. Поэтому рабочая поверхность инструмента не засаливается даже при работе в режиме выхаживания.
Влияние твердости и зернистости абразивных брусков на параметры обрабатываемого профиля показано на рис. 2.20 и 2.21. Повышение твердости брусков способствует снижению значения показателя формы и возрастанию величины выпуклости.
Рис. 2.18. Зависимость показателя формы n и величины выпуклости
роликовой дорожки от времени врезания Твр. и времени выхаживания
Тв. при HRA=40 З=М14
Рис. 2.19. Зависимость показателя формы n и величины выпуклости
роликовой дорожки от времени выхаживания Тв. и времени врезания
Твр. при HRA=40 З=М14
Рис. 2.20. Зависимость показателя формы n и величины выпуклости
роликовой дорожки от твердости HRA абразивных брусков
и продолжительности режима врезания Твр. при Тв.=3 с З=М14
Рис. 2.21. Зависимость показателя формы n и величины выпуклости
роликовой дорожки от зернистости З абразивных брусков
и времени врезания Твр. при Тв.=3 с HRA=40
Это происходит от того что бруски повышенной твердости плохо прирабатываются к обрабатываемой поверхности и мало изнашиваются в местах возникновения высокого давления. Твердые бруски хорошо сохраняют в процессе обработки форму режущей поверхности и при определенных условиях могут иметь высокую исправляющую и формообразующую способность. Увеличение зернистости брусков обеспечивает повышение их режущей способности а значит и производительности обработки. Это приводит к увеличению выпуклости и снижению показателя формы профиля обработанной поверхности (рис. 2.21). При обработке крупнозернистыми брусками в местах повышенного давления абразивные зерна глубже внедряются в металл и обеспечивают интенсивный съем припуска. Они очень тонко реагируют на малейшее изменение условий обработки и формируют профиль обрабатываемой поверхности в течение очень короткого времени.
На рис. 2.22 и 2.23 представлены зависимости характеризующие степень влияния продолжительности цикла обработки на величину съема металла и шероховатость обработанной поверхности. С увеличением времени врезания и времени выхаживания производительность процесса увеличивается а шероховатость снижается. Как видно из рис. 2.23 интенсивный съем припуска в первые 6 секунд обеспечивается и на стадии выхаживания когда прекращается принудительная подача брусков и они подаются лишь за счет компенсации упругих деформаций в механической системе. В этот период цикла обработки происходит снижение шероховатости поверхности.
С увеличением твердости абразивного инструмента производительность процесса доводки уменьшается а шероховатость обработанной поверхности несколько увеличивается (рис. 2.24). Это обстоятельство объясняется тем повышение твердости брусков снижает их способность приработки к обрабатываемой поверхности что приводит к уменьшению количества активно режущих зерен. Кроме того твердые бруски мало изнашиваются в процессе обработки быстро засаливаются и не исключают возможности образования на рабочей поверхности металлических наростов которые приводят к увеличению шероховатости поверхности обработки.
Рис. 2.22. Зависимость величины съема металла q и шероховатости Ra
обработанной поверхности от времени врезания Твр. и времени
выхаживания Тв. при HRA=40 З=М14
Рис. 2.23. Зависимость величины съема металла q и шероховатости Rа обработанной поверхности от времени выхаживания Тв.
и времени врезания Твр. при HRA=40 З=М14
Рис. 2.24. Зависимость величины съема металла q и шероховатости Rа
обработанной поверхности от твердости HRA абразивных брусков
и продолжительности режима активного резания Твр.
Рис. 2.25. Зависимость величины съема металла q и шероховатости Rа
обработанной поверхности от зернистости З абразивных брусков и времени активного резания Твр. при HRA = 40 Т = 3 с.
Исключительно сильное влияние на величину съема металла и шероховатость обработанной поверхности оказывает зернистость абразивного инструмента (рис. 2.25). С увеличением размеров зерен эти параметры обработки повышаются. Это связано с увеличением глубины внедрения зерен в металл и возрастанием толщины единичных срезов. Анализ полученных зависимостей позволяет сделать вывод о том что основные закономерности присущие исследуемому процессу суперфиниширования не противоречат общепринятым представлениям о механизме брусковой доводки. Некоторое расхождение данных зависимостей с ранее известными в сторону увеличения производительности обработки связаны с кинематическими и динамическими особенностями перемещения инструмента по обрабатываемой поверхности.
На всех этапах экспериментальных исследований производили выборочный контроль волнистости обработанной поверхности и ее отклонений от круглости.
Полученные данные свидетельствуют о высокой исправляющей способности многобрускового суперфиниширования. Применение суперфинишной головки (см.рис.2.9) позволило стабильно обеспечить на обрабатываемой поверхности низкие значения волнистости и отклонений от круглости. Так при доводке с рациональными режимами волнистость дорожек качения находилась в пределах 0.005-0.1 мкм а отклонения от круглости - в пределах 0.2-0.5 мкм (приложение 15).
6. Выбор рациональных значений факторов процесса суперфиниширования
Одной из ключевых задач возникающих при разработке прогрессивного технологического процесса является выбор оптимальных режимов его осуществления. Решение этой задачи состоит в том чтобы на основе знания свойств заготовки инструмента механизма их взаимодействия в процессе обработки кинематических и динамических возможностей оборудования назначить такие режимы резания которые обеспечат формообразование детали в соответствии с техническими условиями на ее приемку при наименьших затратах общественного труда.
Наиболее универсальным методом условий обработки деталей является симплексный метод решения задач линейного программирования [4448] который заключается в том чтобы по заданным исходным данным определить параметры обработки при которых критерий оптимальности достигал бы минимума или максимума в зависимости от его характера. Поэтому правильный выбор критерия оптимальности играет важную роль в решении поставленной задачи.
Используя выражение (2.16) запишем систему технических ограничений режимов резания:
В качестве критерия оптимальности примем наибольшую производительность съема припуска которая в значительной степени определяется частотой и амплитудой осцилляции брусков. Тогда на основе рекомендаций [49] оценочная функция будет иметь вид:
Введем ограничения для А и n с учетом технологических особенностей оборудования:
Перепишем систему (4.18) с учетом дополнительных ограничений:
Прологарифмируем левые и правые части выражения (2.21) и обозначим ln100A= Х1 lnn=Х2 а правые части через b1b2 b8. После подстановки получим математическую модель процесса доводки роликовых дорожек:
Решая полученную систему уравнений с помощью стандартной программы [47] на ЭВМ и сравнивая допустимые решения с оценочной функцией (2.23) определим оптимальные значения режимов:
Графическая интерпретация математической модели (2.22) представлена на рис. 2.26.
Рис. 2.26. Графическая интерпритация выбора оптимального решения
Неравенствам системы (2.22) соответствует множество точек плоскости образующей многоугольник решений АВСДЕ (рис. 2.26).
Найдя координаты Х1опт. и Х2опт. определим оптимальное значение частоты и амплитуды осцилляции брусков:
Подобным же образом нашли оптимальные параметры продолжительности цикла обработки и характеристику инструмента. При этом использовали метод решения [148]. После обработки на ЭВМ получили: Зопт.=М14 Твр.опт.=4 с Твопт.=2 с HRAопт.=30 ед.
Таким образом исследуемый способ суперфиниширования обладает повышенной производительностью съема припуска. Она по меньшей мере в 2.5 раза выше чем у традиционных способов применяемых на подшипниковых заводах для суперфиниширования роликовых дорожек. Кроме того предложенный способ окончательной обработки прецизионных поверхностей деталей обеспечивает гарантированное получение выпуклого профиля дорожки качения колец роликовых подшипников и исключает возможность образования вогнутости роликовой дорожки.
Многобрусковое суперфиниширование позволяет в значительной степени исправлять исходные погрешности геометрической формы дорожки качения в продольном сечении такие как волнистость отклонение от круглости и гранность
Оптимальными условиями многобрускового суперфиниширования с осцилляцией суперфинишной головки являются следующие: частота осцилляции инструмента - 1470 дв.х.мин. амплитуда осцилляции - 25 мм время врезания - 4 с. время выхаживания - 2 с. Использование цикла обработки состоящего из времени активного резания и времени выхаживания когда прекращается подача брусков уменьшается частота их осцилляции и увеличивается частота вращения изделия позволяет снизить шероховатость обработанной поверхности.