Формообразование фасонных поверхностей при точении жаропрочных сталей и сплавов на станках с ЧПУ с использованием оперативных коррекций

• Автор: Некрасов, Роман Юрьевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 201 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ФАСОННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ДЕТАЛЕЙ ТОЧЕНИЕМ НА СТАНКАХ С ЧПУ ВО ВЗАИМОСВЯЗИ С

ИЗНАШИВАНИЕМ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ЛЕЗВИЙ ИНСТРУМЕНТА.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Проблемы обеспечения точности формообразования фасонных поверхностей деталей в процессе точения инструментом с криволинейным лезвием
1.2. Системы регулирования, критерии оптимальности процесса резания и их эффективность при точении жаропрочных сталей и сплавов
1.3. Управление обработкой и использование информационноизмерительных систем при точении на станках с ЧПУ

1.4. Проблемы, состояние вопроса и задачи исследования

2. ДИАГНОСТИКА И ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

ИЗНАШИВАНИЯ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ЛЕЗВИЙ
РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТОЧЕНИИ
2.1. Специфика потери работоспособности твердосплавным инструментом при точении жаропрочных сталей и сплавов
2.2. Разработка системы измерения и регистрации геометрических параметров криволинейных лезвий
режущего инструмента
2.3. Управление диагностикой с использованием РС14С и формирование модели криволинейного контура лезвия режущего инструмента
2.4. Выводы по разделу
3. ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССОВ НАГРУЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ПРИВОДОВ СТАНКОВ С ЧПУ
3.1. Определение составляющих силы резания по данным
диагностики приводов станков с ЧПУ

3.2. Формирование системы модулей для определения отклонений расположения элементов ТС при их нагружении
3.3. Модели отклонений расположения элементов ТС и нагружения следящих приводов станков с ЧПУ
3.4. Выводы по разделу
4. НАГРУЖЕНИЕ ИНСТРУМЕНТА И ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА
РЕЗАНИЯ ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
4.1. Деформирование срезаемого слоя, нагружение и формирование отказов инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов
4.2. Стабилизация контактных нагрузок при изнашивании инструмента и оценка ее эффективности
4.3. Разработка и реализация рациональных схем, параметров нагружения и конструкций сборного инструмента повышенной работоспособности
4.4. Выводы по разделу
5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ФАСОННЫХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПЕРАТИВНЫХ
КОРРЕКЦИЙ ПРИ ТОЧЕНИИ НА СТАНКАХ С ЧПУ
5.1. Формирование модели коррекций траекторий перемещений формообразующего инструмента при точении на станках с ЧПУ
5.2. Синтез структуры программного обеспечения, алгоритмов и интерфейса оператора при управлении обработкой от РСИС
5.3. Повышение эффективности использования инструмента при точении фасонных деталей из жаропрочных материалов на станках с программным управлением
5.4. Выводы по разделу
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В процессе нестационарного резания при точении на токарных станках с ЧПУ деталей из жаропрочных сталей и сплавов используемых, в частности, в авиационной промышленности при изготовлении деталей авиадвигателей, повышение силовых и температурных контактных нагрузок приводит к нерегламентированньтм отказам инструмента, усложняет прогнозирование его эксплуатационного ресурса и приводит к снижению размерной точности обработки. При этом процесс формообразования фасонных поверхностей деталей реализуется преимущественно криволинейным участком режущего лезвия, контур которого интенсивно изменяется по мере его изнашивания, микро- и макроразрушений.
Неравномерность изнашивания и разрушений участков криволинейного лезвия инструмента, изменения расположения точек контура лезвия инструмента относительно других элементов технологической системы при обработке на токарных станках с ЧПУ приводят к необходимости использования сложных коррекций, вносимых в траектории движения исполнительных рабочих органов (ПРО) станков для компенсации возникающих погрешностей обработки. Причем ввод коррекций должен компенсировать не только текущие изменения геометрических параметров криволинейных лезвий инструмента, но также деформации и перемещения элементов технологических систем, обусловленные непрерывными изменениями повышенных силовых и температурных контактных нагрузок, действующих на рабочих поверхностях лезвий инструмента при точении жаропрочных сталей и сплавов, что существенно усложняет решение задачи прогнозирования и обеспечения точности обработки.
Обеспечение точности формообразования достигается при
значительном увеличении трудоемкости обработки за счет «уточнения»
выдерживаемых размеров путем выполнения дополнительных проходов с
«ручным» вводом коррекций, которые на практике осуществляются
высококвалифицированными наладчиками и операторами станков с ЧПУ на

ки, как показано в работах профессора Ю.А. Розенберга, имеют кинематический характер [78].
Формирование суставчатой и элементной стружки в диапазоне режимов резания Уэ > Уо в условия повышения контактных напряжений и температур сопровождается циклическим нагружением лезвия, что обуславливает изменения характера потери работоспособности режущим инструментом при точении жаропрочных сталей и сплавов [62].
Преобладающим фактором при расходовании эксплуатационного ресурса режущего инструмента, в процессе точения высокопрочных труднообрабатываемых материалов вместо изнашивания становится разрушение режущих лезвий в виде выкрашивания, микро- и макросколов (см. рис. 2.3 Приложений). Учитывая дискретный характер проявления разрушений, связанный с развитием трещин и накоплением повреждений в металлокерамических твердых сплавах, особо важное значение приобретает характер нагружения режущих лезвий, т.е. стабильность контактных нагрузок. При изменениях контактных напряжений в условиях нестационарного резания значительно возрастает вероятность сколов режущих лезвий, что ведет к потерям по браку и простоям технологического оборудования. Причем при изготовлении дорогостоящих ответственных деталей авиадвигателей риск потерь по браку, а также возникновения сколов и внедрения сколотой части лезвия в обрабатываемую поверхность вынуждает снижать скорость резания, в особенности при обработке на станках с ЧГГУ [16, 27, 89].
Учитывая специфику процессов формообразования сложных фасонных поверхностей детали при точении на станках с программным управлением необходимо отметить, что традиционный путь обеспечения работоспособности режущего инструмента за счет изменения геометрии режущего лезвия путем уменьшения или увеличения переднего угла у, или угла наклона режущей кромки Я, использование «упрочняющих» фасок, выточек [37, 68] и т.п. на практике неприемлем. Это связано с непрерывным кинематическим изменением положения угла схода стружки по передней поверхности инст-