Анотація до роботи:

Самойленко О.В. Вдосконалення токарних верстатів для обробки полігональних поверхонь методом кінематичного налагодження. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 – процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут". – Київ, 2006.

В дисертації розглянуті питання вдосконалення існуючого та розроблюваного металорізального обладнання токарної групи для здійснення нетипової операції – обробки полігональних поверхонь методом кінематичного налагодження. Метою теоретичних досліджень було створення математичної моделі технологічної системи, в якій здійснюється обробка полігональної поверхні. Модель включає в себе 9 диференційних рівнянь другого порядку, 6 з яких описують радіальні коливання, а 3 – крутильні. Проаналізовано вплив технологічних та інших факторів на поведінку системи, а також похибки формоутворення полігональної поверхні. Експериментальні дослідження включали в себе дослідження технологічної системи в статиці, дослідження впливу технологічних та інших факторів на характерний розмір обробленої полігональної поверхні та виробничі дослідження технологічної системи. Також здійснено порівняння результатів математичного моделювання та експериментальних досліджень, яке дало задовільні результати. На підставі проведених теоретичних та експериментальних досліджень запропонований принцип створення спеціалізованого програмного забезпечення, розроблені загальні рекомендації по використанню способу та пристрою для обробки полігональних поверхонь, а також рекомендації по модернізації існуючого металообробного обладнання токарної групи. Прогнозований економічний ефект передбачає швидку окупність заходів по модернізації.

Основний результат роботи – розширені функціональні можливості існуючого та створюваного металообробного обладнання токарної групи за рахунок застосування способів обробки полігональних поверхонь при наявності додаткових кінематичних ланцюгів між заготовкою та інструментом, що дозволило підвищити загальну продуктивність обробки на 39% в порівнянні з використанням методу сферичного прошивання при підвищенні стійкості інструменту в ~3 рази.

1. Проаналізоване застосування полігональних поверхонь в сучасному машинобудуванні, в результаті чого виділено ряд галузей, в яких полігональні поверхні використовуються найчастіше: передача крутильного моменту в муфтах, передачі зачепленням, кулачкові і затискні механізми, об'ємні машини і багатоклинові гідодинамічні підшипики.

2. Проведений аналіз способів обробки різанням полігональних поверхонь показав, що способи з використанням комбінації обертальних рухів заготовки та інструменту є продуктивними, надійними і такими, що не потребують для своєї реалізації складного обладнання і суттєвих змін конструкції існуючого обладнання. Полігональний отвір обробляється інструментом у вигляді спеціального зенкера з прямими стружковими канавками, а зовнішня полігональна поверхня – різцевою головкою з вершинами різців, повернутими всередину. Кількість різальних кромок повинна бути на одиницю менша за кількість граней оброблюваної поверхні (при обробці поверхонь з непарною кількістю граней). Можливе використання неповнозубих інструментів.

3. Процес обробки різанням полігональної поверхні характеризується нерівномірністю припуску, а також низькими значеннями швидкості різання – на рівні одиниць м/хв. В той же час реальна величина відносної подачі інструменту та заготовки перевищує номінальну в стільки разів, скільки різальних кромок має інструмент. Через це величина подачі справляє найбільший вплив на силові фактори процесу різання.

4. Розроблена на базі теоретичних досліджень математична модель динамічної системи верстату, на якому здійснюється обробка полігональної поверхні, містить 9 диференційних рівнянь другого порядку, 6 з яких описують радіальні коливання, а 3 – крутильні. Розбіжність між результатами моделювання і експериментальних досліджень не перевищує 1,5% від характерного розміру обробленої полігональної поверхні, що дозволяє вважати математичну модель адекватною.

5. Застосування плаваючого кріплення робочого та інструментального затискних патронів дозволяють знизити нерівномірність силових факторів процесу різання і як наслідок – підвищити точність оброблюваної полігональної поверхні.

6. В ланцюгу між заготовкою та інструментом застосування механічних передач, в основі яких лежить використання тертя, є неприпустимим, оскільки навіть незначна зміна передавального відношення значно спотворює просторову форму полігональної поверхні. Необхідно використовувати лише передачі зачепленням, які виключають просковзування.

7. З метою зниження спотворення форми обробленої полігональної поверхні пружна система повинна характеризуватися підвищеною радіальною і крутильною жорсткістю. Наприклад, замість кулькових підшипників доцільно використовувати більш жорсткі роликові тощо, а замість зубчастопасових передач використовувати зубчасті, ланцюгові тощо.

8. Конструкція верстату та/або пристосування повинна забезпечувати можливість безступінчатої зміни відстані між осями заготовки та інструменту в ортогональних або полярних координатах; встановлення подачі інструменту відносно нерухомих частин верстату на рівні сотих долей мм/об; встановлення передавального відношення ланцюга "заготовка – інструмент" у вигляді , де m – число граней оброблюваної поверхні (ціле число).

9. Експериментально доведено, що спеціальних пристроїв для дроблення стружки непотрібно, оскільки процес стружкоутворення характеризується вільним виходом стружки із зони різання по стружковим канавкам, а стружка має вигляд голочок довжиною 0,5…1,5 мм і шириною 0,1…0,4 мм.

10. Запропоновано принцип створення спеціалізованого програмного забезпечення на базі розробленої математичної моделі для виконання наукових і прикладних задач дослідницького, технологічного і конструкторського спрямування.

11. Дані практичні рекомендації по вдосконаленню і модернізації існуючого металообробного обладнання (універсальний токарний верстат, багатошпиндельний токарний автомат, одношпиндельний токарно-револьверний автомат та автомат поздовжно-фасонного точіння) для забезпечення можливості обробки полігональних поверхонь. Найбільш придатними є багатошпиндельні токарні автомати через наявність приводів незалежного обертання і подачі інструменту. Модернізація зводиться до виготовлення додаткових комплектів змінних зубчастих коліс гітари різьбонарізання та встановлення простого пристосування.

12. Економічно обґрунтовано використання способів та пристроїв для обробки полігональних поверхонь з допомогою додаткового кінематичного зв'язку між заготовкою та інструментом. Наприклад, при модернізації багатошпиндельного токарного автомату мод. 1Б240-6 економічний ефект може сягнути понад 28 тис. грн. на рік.

Публікації автора:

1. Кузнєцов Ю.М., Редько Р.Г., Мачуга Р.І. Самойленко О.В., Вачев А.А., Нгуєн Тхієн Лок. Прогресивні методи механічної обробки деталей на верстатах // Вісник Житомирського інженерно-технологічного інституту. – 1999. – №10. – С. 28-30.

Наведені основні характеристики та математичні залежності способів обробки полігональних поверхонь методом кінематичного налагодження.

2. Кузнєцов Ю.М., Самойленко О.В. Полігональні поверхні в машинобудуванні та нові способи їх обробки // Вестник Национального технического университета Украины "Киевский технический институт". Машиностроение. – 2001. – № 41. – С. 38-46.

Здійснено аналіз полігональних поверхонь за характерними ознаками, способів обробки різанням полігональних поверхонь, описано конструкцію пристрою та інструменту для обробки полігональних отворів на багатошпиндельному токарному автоматі мод. 1Б240-6.

3. Кузнєцов Ю.М., Самойленко О.В., Валід Алі Рамадан. Модернізація багатошпиндельного токарного автомату мод. 1Б240-6 для виготовлення деталі з шестигранним отвором // Технологические системы. Научные разработки и результаты исследований. – 2002. – №2 (13). – С. 81-84.

Описано необхідні заходи по модернізації багатошпиндельного токарного автомату мод. 1Б240-6 для обробки деталі з глухим дрібнорозмірним полігональним отвором та запропоновано послідовність обробки цієї деталі.

4. Кузнецов Ю.Н., Вачев А.А., Волошин В.Н., Самойленко А.В. Расширение технологических возможностей автоматизированного оборудования для токарной обработки // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонГТУ, 2002. – №21. – С. 31-35.

Дані описання і рекомендації по застосуванню способу обробки зовнішніх полігональних поверхонь на токарних автоматах.

5. Патент України №40164А. Спосіб обробки зовнішніх полігональних поверхонь та пристрій для його реалізації. Заявка №2000074579 від 31.07.2000 р., МПК В23В41/04, опубл. 16.07.2001, бюл. №6 / Кузнєцов Ю.М., Вачев А.А., Самойленко О.В.

Застосовано метод інверсії для отримання способу обробки зовнішніх полігональних поверхонь та запропоновано використання у пристосуванні фрез замість одиничних різальних кромок.

6. Самойленко О.В. Прогресивні способи обробки полігональних поверхонь на токарних автоматах // Материалы Международной студенческой научно-технической конференции "Проблемы автоматизации технических объектов и технологических процессов в машиностроении, энергетике и на транспорте". – Севастополь, 1999. – С. 172-173.

7. Кузнецов Ю.Н., Вачев А.А., Самойленко А.В. Новые способы обработки гранных поверхностей и отверстий на токарных автоматах // Материалы 15-й Ежегодной международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии в машиностроении" ("Технология – 2000"). – Одесса: ОГПУ, 2000. – С. 76-80.

Описано кінематичні характеристики та структуру математичної моделі процесу обробки полігонального отвору.

8. Кузнецов Ю.Н., Мачуга Р.И., Самойленко А.В. Прогрессивные технологии для токарных автоматов // Материалы Международной научно-технической конференции "Технология – 2000". – Орел: ОрелГТУ, 2000. – С. 172-175.

Наведені основні положення математичного моделювання способу обробки полігональних отворів на багатошпиндельних токарних автоматах.

9. Кузнецов Ю.Н., Вачев А.А., Самойленко А.В. Пути повышения технико-экономических показателей токарных автоматов // Материалы научно-технической конференции "Технология машиностроения: проблемы и перспективы". – Севастополь: СевГТУ, 2000. – С. 41-46.

Наведено основні характеристики та структуру математичної моделі способу обробки полігональних отворів методом кінематичного налагодження на токарних автоматах.

10. Самойленко А.В. Математическая модель процесса обработки полигонального отверстия на токарных автоматах // Материалы 2-й Всеукраинской студенческой конференции "Современные металлорежущие системы машиностроения". – Донецк: ДонГТУ, 2001. – С. 130-134.

11. Самойленко О.В. Спосіб обробки зовнішніх полігональних поверхонь // Тези доповідей науково-технічної конференції студентів і молодих вчених "Машинобудівник – 2001". – К.: НТУУ "КПІ", 2001. – С. 30-32.

12. Самойленко О.В. Експериментальне дослідження процесу обробки полігональних отворів на токарному верстаті // Тези доповідей Першої Міжнародної науково-технічної конференції "Машинобудування та металообробка – 2003". – Кіровоград, 2003. – С. 198-199.