WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Барабанов Андрей Борисович

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ

НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ

СПОСОБОМ ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ

Специальность 05.03.01.

Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена на кафедре «Высокоэффективные технологии обработки»

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «Станкин»

(ГОУ ВПО МГТУ «Станкин»)

Научный руководитель доктор технических наук, ст. научн. сотр.

Маслов Андрей Руффович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Петухов Юрий Евгеньевич кандидат технических наук, ст. научн. сотр.

Балков Виктор Павлович

Ведущая организация ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» (УМПО), г. Уфа

Защита диссертации состоится « » октября 2009 г. в часов на заседании диссертационного совета Д. 212.142.01 в ГОУ ВПО МГТУ «Станкин»

по адресу: 127994, ГСП-4, Москва, Вадковский пер., д. 3а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГТУ «Станкин»

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения (организации), высылать по указанному адресу в диссертационный совет Д. 212.142.01.

Автореферат разослан « » сентября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук М.А. Волосова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Прогрессивным методом изготовления прессформ и штампов из стальных заготовок и ряда деталей из легких и цветных сплавов является их фрезерование на 5-координатных станках с ЧПУ с большими скоростями резания (400-3000 м/мин) концевыми твердосплавными фрезами с цилиндрическими хвостовиками диаметром 3…32 мм. Для базирования и закрепления этих фрез в шпинделях станков применяют специальный вспомогательный инструмент.





Из-за малых величин подач (менее 0,005 мм/зуб) к вспомогательному инструменту предъявляются высокие требования по точности закрепления фрез (биение - 0,003 мм). Из-за высоких частот вращения (до 30 000 мин-1) необходимо, чтобы собранные комплекты инструмента имели малый остаточный дисбаланс (класс точности балансировки порядка G 6,3) и минимальные габариты. Рядом изготовителей для этих целей рекомендуется так называемый «термопатрон», обеспечивающий закрепление фрез способом термических деформаций.

Однако при этом отсутствуют объективные рекомендации по выбору конструктивных и размерных параметров вспомогательного инструмента для высокоскоростного фрезерования, нет сведений о материалах, из которых изготовлен термопатрон, о технологии его изготовления. Исследования производительности высокоскоростного фрезерования в зависимости от конструктивного варианта применяемого вспомогательного инструмента до настоящего времени не проводилась.

Перечисленные требования к вспомогательному инструменту и реальная ситуация с его применением и исследованиями показывают, что актуальным является повышение производительности высокоскоростного фрезерования на основе объективного выбора и совершенствования вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез.

Объект исследования. В качестве объекта исследования был использован вспомогательный инструмент нескольких конструктивных вариантов (рис.1) различных изготовителей, модели и опытные образцы инструмента, разработанные в настоящей работе, установки для нагрева изделий токами высокой частоты и 5-координатный станок с ЧПУ мод. С 800 U HERMLE (Германия).

Цель работы. Повышение производительности высокоскоростного фрезерования на основе совершенствования вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез способом термической деформации.

Научная новизна работы заключается:

– в системе критериев оценки качества вспомогательного инструмента Рис. 1. Конструктивные варианты вспомогательного инструмента а) цанговый патрон; б) втулка с конусом Морзе; в) патрон с прижимным винтом;

для закрепления концевых фрез на станках для высокоскоростного фрезерованияю. Установлены 7 критериев: точность базирования, жесткость закрепления, величина дисбаланса, габариты, коэффициент использования рабочего пространства станка, момент силы сборки - разборки комплекта инструмента и затраты времени на его обслуживание;

- в расчетных зависимостях по определению сил, возникающих при закреплении цилиндрического хвостовика концевой фрезы во вспомогательном инструменте, с учетом величины натяга в соединении термопатрон - фреза, длины этого соединения и толщины стенок термопатрона;

- в установлении для различных систем базирования и закрепления концевых фрез предельных значений производительности процесса фрезерования при заданной шероховатости обработанных поверхностей.





Практическая ценность работы заключается:

- в разработке методов расчета размеров и допускаемых отклонений на присоединительные поверхности вспомогательного инструмента, обеспечивающего закрепление фрез способом термической деформации;

- в доведении до инженерных решений рекомендаций по выбору материалов и размерных параметров деталей вспомогательного инструмента, предназначенного для закрепления фрез способом термической деформации;

- в разработке усовершенствованного вспомогательного инструмента и технологии его изготовления, что позволяет изготавливать его силами машиностроительных предприятий.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов В теоретических исследованиях применены основные положения теории сопротивления материалов, теории режущего инструмента, теории размерных цепей и теории контактной жесткости. Для получения математической модели расчета сил, возникающих при закреплении цилиндрического хвостовика концевой фрезы во вспомогательном инструменте проводили эксперименты с применением ортогонального планирования второго порядка для трех независимых переменных, варьируемых на 5 уровнях. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается результатами и воспроизводимостью экспериментальных исследований, их корреляцией с данными других авторов, производственными испытаниями и апробацией полученных результатов в производственных условиях.

Положения, выносимые на защиту:

1. Система критериев определения наилучшего варианта сборки комплектов режущего и вспомогательного инструмента.

2. Модель расчета сил, возникающих при закреплении цилиндрического хвостовика концевой фрезы во вспомогательном инструменте способом термической деформации.

3. Установленные зависимости производительности обработки от конструктивных параметров средств базирования и закрепления концевых фрез при заданном параметре шероховатости обработанных поверхностей.

4. Разработанные рекомендации по выбору размеров, допускаемых отклонений на присоединительные поверхности вспомогательного инструмента и материалов для его изготовления для закрепления твердосплавных концевых фрез способом термической деформации с помощью токов высокой частоты.

Реализация работы Результаты работы использованы в проекте совершенствования инструментального хозяйства на ОАО «КП» (Красный Пролетарий), что позволило повысить производительности высокоскоростного фрезерования деталей из цветных сплавов на 20%.

Апробация результатов исследования. Материалы диссертации доложены на Международной конференции «Образование через науку» в МГТУ им. Н.Э.

Баумана в 2005 г., на Международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств» в ТулГУ в г.и на научно-методической конференции «Машиностроение – традиции и инновации» (МТИ – 08) в МГТУ «Станкин» в 2008 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ, в том числе одна работа в журнале, входящем в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 97 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунка и 15 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель, научные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены пути повышения производительности фрезерования за счет оптимизации конструкций инструмента и способы ее определения. Проведен обзор существующего вспомогательного инструмента и его классификация по способам базирования и закрепления фрез. Рассмотрены способы получения соединений, основанных на деформации деталей путем запрессовки или способом термической деформации. Проведен анализ работ по контактным деформациям в соединениях с гарантированным натягом.

Вопросам повышения производительности механообработки и снижения себестоимости получаемых в результате изделий за счет совершенствования элементов технологической системы «станок – вспомогательный инструмент – режущий инструмент – деталь» посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых.

Исследованиями в этой области занимались А.М. Дальский, В.С. Корсаков, Ю.Н. Кузнецов, В.И. Малыгин, А.С. Проников, Г.М. Рывкин, Т.К. Синельщикова, К.А. Украженко, Ю.Л. Фрумин, А.А. Шатилов, E Kocherovsky, I Popescu, T A Ribich, M Sadowy, R W Welk и др. Изучение тенденций в развитии средств базирования и закрепления концевых фрез на станках с ЧПУ и их классификация по конструктивным параметрам позволили сделать вывод, что традиционные конструкции вспомогательного инструмента не удовлетворяют ряду требований к высокоскоростному фрезерованию на станках с ЧПУ, а вновь применяемые конструкции недостаточно исследованы.

На основании аналитического обзора литературы сформулирована цель работы и поставлены следующие задачи:

1. Исследовать систему базирования и закрепления концевых фрез способом термической деформации для определения условий надежного закрепления цилиндрического хвостовика фрезы в термопатроне с требуемой точностью.

2. Разработать модель термопатрона для экспериментального определения его силовых характеристик.

3. Разработать промышленный образец вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез способом термической деформации с использованием токов высокой частоты.

4. Провести сравнительные производственные испытания конструктивных вариантов вспомогательного инструмента для высокоскоростного фрезерования концевыми фрезами.

5. Разработать рекомендации по конструированию и технологии изготовления вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез способом термической деформации.

6. Установить реальное повышение производительности высокоскоростного фрезерования конкретных деталей, на основе внедрения разработанных рекомендаций в промышленности.

Во второй главе проведено исследование соединения цилиндрического хвостовика фрезы с цилиндрическим отверстием термопатрона по посадке с натягом типа Н7/р6 или Н7/n6, образуемое в результате нагрева токами высокой частоты и последующего остывания. Концентрированное магнитное поле, образуемое многовитковым индуктором и изменяющееся с высокой частотой, создает вихревые токи в материале термопатрона, что обеспечивает нагрев узкой зоны зажимной части вспомогательного инструмента.

Хвостовик закрепляемой фрезы вставляется в расширенное отверстие зажимной части термопатрона (рис.2).

При охлаждении до комнатной температуры диаметр отверстия возвращается к нормальному размеру, при этом возникают контактные давления p (рис. 3).

В случае сборки с нагревом термопатрон (охватывающая деталь) должен быть нагрет до температуры где Sсб – минимально необходимый зазор для сборки, м; Nmax – максимально допускаемый натяг, м; tсб – температура помещения сборки, оС; – коэффициент линейного расширения материала термопатрона при нагреве, 1/оС; d2 – наружный диаметр термопатрона, м.

Исходя из условия, что возникающие деформации должны быть упругими и не должны переходить в область упругопластических, натяг Nmax необходимо ограничить величиной, при которой еще от- Рис. 2. Основные параметры нагрева соединяемых деталей:

сутствуют пластические требуется создать минимальный натяг Nmin, необходимый для передачи внешних нагрузок Pос и Mкр.

Требуемое удельное контактное давление р, Н/м2:

где Мкр – крутящий момент, стремящийся повернуть фрезу относительно термопатрона, Н•м; l – длина контакта хвостовика фрезы и отверстия в в иермопатроне, м; fтр – коэффициент трения при установив-шемся процессе распрессовки; dн.с – номинальный диаметр сопряжения, м.

буемого натяга Nmin, [м], при условии, что d1 = 0:

шероховатостей контактных поверхностей при первичном закреплении:

Rz1 – высота микронеровностей на поверхности хвостовика фрезы; Rz2 – высота микронеровностей отверстия термопатрона; t – поправка, учитывающая различие рабочей температуры tdн.с. и температуры термопатрона :

1, 2 – коэффициенты линейного расширения материалов фрезы и термопатрона; ц – поправка, учитывающая ослабление натяга под действием центробежных сил при вращении фрезы с термопатроном на станке:

где v – окружная скорость на наружной поверхности термопатрона, м/с; – плотность материала термопатрона, кг/м3; Е2 – модуль упругости термопатрона, ГПа; – коэффициент Пуассона (0,25…0,3).

Максимально допускаемое удельное контактное давление [pmax], при котором еще отсутствует пластическая деформация, определяется по формуле:

где т2 – предел текучести материала термопатрона, Н/м2.

На основе рассчитанных величин минимально требуемого и максимально допускаемого натягов установили геометрические параметры и размеры соединения хвостовика фрезы с термопатроном.

Для определения толщины стенки u рассчитывали тепловые напряжения (рис. 4):

Рис. 4. Определение толщины стенки u термопатрона где, ГПа; b = d2/2 – радиус наружной зажимной части термопатрона, м; a = dн.с/2 – радиус внутренней цилиндрической части термопатрона, м; r – текущий радиус зажимной части термопатрона, мм; А – длина окружности с радиусом а, м; С3 и D1 – константы интегрирования; – угол поворота текущего радиуса r.

Для определения знака тепловых напряжений на внутренней поверхности термопатрона в выражениях (8), (9) и (10) вместо текущего радиуса rа принимали радиус внутренней поверхности цилиндра а, тогда:

Расчет тепловых напряжений на внутренней поверхности отверстия от величин его внутреннего диаметра dн.с и наружного диаметра d2 показал, что они не имеют отрицательных значений и соответствуют условию зажима хвостовика фрезы.. Имеется максимум тепловых напряжений и соответствующих сил закрепления, определяемый соотношением d2/dн.с = 2,0…2,8.

При заданной величине контактного давления pmax толщина стенки термопатрона u определяли по формуле:

Верхняя граница поля допуска на отверстие в термопатроне определяется как разница между минимальным диаметром хвостовика фрезы (с учетом поля допуска) и величиной минимального натяга в соединении после остывания термопатрона, а нижняя граница - как разница между максимальным диаметром хвостовика фрезы и величиной минимального зазора (с учетом поля допуска) в соединении после нагрева термопатрона.

При установленных в данной работе полях допусков на отверстие термопатрона расчетная величина передаваемого крутящего момента в 2…2,5 раза превышает моменты сил, возникающие при высокоскоростном фрезеровании концевыми фрезами.

В третьей главе приведены результаты проверки аналитических зависимостей в лабораторных условиях. Для проверки были изготовлены специальные оправки, имитирующие концевые фрезы, и термопатроны, размеры которых были определены на основе анализа, выполненного в данной работе.

Для эксперимента использовали установку ТВЧ фирмы «Roeders» (Германия), предназначенную для нагрева цилиндрических изделий диаметром 18мм под последующее соединение методом «горячей» посадки.

Экспериментальные термопатроны с закрепленными оправками устанавливали в фиксирующее устройство и определяли крутящий момент Мкр с помощью динамометра. Установлены, зависимости крутящего момента Мкр, передаваемого исследуемым термопатроном, от величины натяга в соединении с фрезой и от длины этого соединения (рис. 5).

При уменьшении длины соединения термопатрон – оправка с номинальным диаметром 16 мм с 60 до 30 мм крутящий момент в соединениях с натягом в пределах 0,18…0,21 мм уменьшается в 2 раза, что необходимо учитывать при регулировании вылета фрезы при сборке комплекта инструмента.

В четвертой главе приведены результаты разработки конструкции термопатрона и отработки основных элементов технологического процесса его изготовления и контроля. Установлено, что контроль назначенных размеров посадочных отверстий термопатрона при температуре ниже 50оС и допусков на их изготовление может быть обеспечен средствами измерений в производственных условиях. Испытания экспериментальных термопатро- Рис. 5. Зависимость передаваемого крутящего нов путем многократного момента от величины натяга в соединении повторения цикла «нагрев – втулка-оправка с номинальным диаметром 16 мм охлаждение» показали, что для изготовления их зажимной части необходимо использовать стали, применяемые для изготовления штампов, например, сталь 4Х5МФС, позволяющую выдерживать не менее 1000 циклов «нагрев-охлаждение» без деформаций и ухудшения качества присоединительной поверхности. На основе проведенных экспериментов разработана и изготовлена усовершенствованная конструкция термопатрона для закрепления концевых фрез, предложен технологический процесс его изготовления, включая методы контроля основных присоединительных поверхностей.

В пятой главе приведены результаты сравнительных испытаний конструктивных вариантов вспомогательного инструмента (см. рис. 1). Эксперименты проводились в заводских условиях на 5-координатном станке с ЧПУ мод. С 800 U HERMLE (Германия), имеющем шпиндель HSK 63A с максимальной частотой вращения 16 000 мин-1 и биением конического отверстия шпинделя в пределах 0,002 мм.

Испытаниям подвергали следующие варианты вспомогательного инструмента с хвостовиками HSK-A63 по DIN 69893:

а) цанговый патрон с диапазоном зажима 2-20 мм для работы на частотах вращения до 25 000 мин-1 с цангой с отверстием диаметром 16 мм с биением оправки у торца патрона – не более 0,01 мм;

б) гидравлический патрон с отверстием диаметром 16 мм, для работы на частотах вращения до 25 000 мин-1, обеспечивающий биение оправки у торца патрона – не более 0,005 мм;

в) патрон с боковым прижимом винтом с отверстием 16 мм для работы на частотах вращения до 25 000 мин-1, измеренное в центрах биение оправки у рабочего торца патрона – не более 0,02 мм;

г) термопатрон, изготовленный по разработанным в данной работе чертежам, с отверстием диаметром 15,800 мм и биением у торца втулки не более 0,003 мм, предназначенный для работы на частотах вращения до 30 000 мин- Для закрепления фрез в термопатроне использовали заводскую установку ТВЧ фирмы («Roeders» Германия), аналогичную применяемой в лабораторных экспериментах, с охлаждением собранных комплектов инструмента с помощью алюминиевых радиаторов.

Сравнение вариантов вспомогательного инструмента по точности базирования осуществляли путем многократного (50 раз) перезакрепления контрольных оправок диаметром 15,998 мм в каждом конструктивном варианте вспомогательного инструмента. В качестве результата измерений принималось среднее арифметическое, которое сравнивалось с расчетным значением, и интервал разброса показаний с надежностью 0,95. Обработанные результаты измерений показаны на рис. (обозначения - см. рис. 1) Измерение жесткости выполняли на станке мод. С 800 U HERMLE (Германия), используя ручной режим перемещения стола в продольном направлении в качестве нагрузочного устройства. По результатам определяли жесткость стыков в результате контактных перемещений, которые сравнивали с расРис. 6. Результаты измерений биения оправок, закрепчетными. Результаты изме- ленных в сравниваемом вспомогательном инструменте рений податливости ( – среднее арифметическое измеренных величин;

Для сравнения вариантов вспомогательного инструмента по производительности в заводских условиях обрабатывали заготовки из электродной меди и алюминиевого сплава марки АМГ16 на 5-координатном станке с ЧПУ мод. С 800 U HERMLE (Германия), оснащенным шпинделем HSK–63А. Фрезеровали пазы шириной 16 мм с различной глубиной твердосплавными двузубыми концевыми фрезами с цилиндрическим хвостовиком диаметром 16 мм с длиной Рис. 7. Зависимости жесткости вспомогательных рабочей части 70 мм и раобозначения - см. рис. 1) диусом закругления 2 мм, ( – средние арифметические значения) предназначенными для высокопроизводительного фрезерования цветных металлов. Устанавливали предельные значения производительности фрезерования при заданном параметре шероховатости обработанной поверхности не хуже Ra 1,25.

Испытания вспомогательного инструмента с вылетом от торца шпинделя равным 95 мм проводили при частоте вращения 12000 мин-1 (скорость резания 603 м/мин), при подаче 0,2 мм/зуб со скоростью подачи 4800 мм/мин с шириной обрабатываемой поверхности 16 мм. Глубина резания в ходе фрезерования за счет наклонной установки заготовки возрастала с 2,0 мм до 4, мм (объем срезаемой стружки – от 154 до 367 см3/мин). Измерение шероховатости обработанной поверхности осуществлялась профилометром «Mitutoyo» (Япония). При обработке с помощью гидравлического патрона выход за пределы установленной шероховатости происходил при глубинах резания порядка 2…2,3 мм; при глубинах резания 2,1…2,5 мм такая же картина наблюдалась у цангового патрона. При применении патрона с прижимным винтом снижение шероховатости наблюдались, начиная с глубины резания 2,6 мм.

Термопатрон обеспечивал обработку в пределах заданной шероховатости при глубинах резания до 3,8 мм. Рассматривали предельное значение производительности фрезерования, как показатель динамической неустойчивости системы станок – инструмент – деталь. Значения максимального объема снимаемого металла для различных конструктивных вариантов вспомогательного инструмента приведены на рис. 8.

Дополнительно исследовали предельные значения производительности для удлиненных инструментов, имеющих вылет от торца шпинделя равный мм. Условия испытаний: частота вращения 11 000 мин- (скорость резания 552 м/мин), подача - 0,2 мм/зуб, скорость подачи 4400 мм/мин., ширина обрабатываемой поверхности мм. Глубина резания: 0,8 мм (объем срезаемой стружки - 56, см3/мин.), 1,2 мм (84, и 1,6 мм (112,6 см3/мин.).

Рис. 8. Максимальный объем снимаемого меУдлиненные цанговые талла для различных конструктивных варианпатроны не могли обеспечить тов вспомогательного инструмента:

верхности при глубине реза- ( - с вылетом 95 мм.; - удлиненные) ния свыше 0,7 мм. При закреплении фрез в удлиненных гидравлических патронах, ухудшение шероховатости было обнаружено начиная с глубины резания 0,8 мм,. При применении удлиненных патронов с односторонним прижимом винтом заданная шероховатость обеспечивалась при глубинах резания до 1,6 мм. При применении удлиненных термопатронов была достигнута глубина резания 1,8 мм с получением шероховатости в пределах Ra 1,25. Оценка удлиненного инструмента по максимальному объему снимаемого металла при заданной шероховатости приведена на рис. 8.

При высоких скоростях вращения комплектов инструмента, закрепленных в шпинделях станков, необходимо сводить к минимуму приведенные к вершине инструмента деформации, вызываемые центробежными силами. Установлено, что при частоте вращения инструмента 10000 мин-1, чтобы обеспечить класс точности балансировки G6,3, необходимо, чтобы погрешность закрепления инструмента (биения) была не более 6 мкм, а при 20000 мин-1 – не более 3 мкм.

Комплекты инструмента, собранные с использованием цанговых патронов и патронов с односторонним прижимом винтом, для достижения класса точности балансировки G6,3 необходимо балансировать непосредственно в шпинделе станка или значительно снижать частоту вращения инструмента. Установлено, что термопатроны, наряду с высокими показателями точности и жесткости, обеспечивают высокую стабильность величины дисбаланса (рис. 9), что позволяет достигать максимальных скоростей фрезерования по сравнению с другими конструктивными вариантами вспомогательного инструмента. Максимальными частотами вращения при фрезеровании стали 40Х с HRC 43…47 и подаче 168 мм/мин являются для цанговых патронов – мин-1; для патронов с односторонним прижимом винтом мин-1; для патронов с гидравлическим зажимом – 19 000 мин-1 и для термопатрона – 22 000 мин-1.

Оценка конструктивных вариантов вспомогательного инструмента для высокоскоростного фрезерования по системе критериев, разработанной в данной работе, позволила установить, что оптимальной является конструкция вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез способом термических деформаций.

Как следует из таблицы Рис. 9. Разброс показателей балансировки для наибольшим суммарным пообозначения - см. рис. 1) казателем обладает термопатрон (обозначение «д» по рис.1). Благодаря отсутствию промежуточных сборочных единиц и большой степени симметричности конструкции, обеспечиваются высокие показатели точности базирования и низкие значения дисбаланса. При этом термопатрон имеет достаточно высокую жесткость, наилучшую эргономичность и хорошие показатели по универсальности использования. Из таблицы следует, что, термопатрон позволяет увеличить производительность фрезерования концевыми фрезами на высокоскоростных станках с ЧПУ за счет:

а) сокращения времени на обслуживание инструмента в 1,6 раза;

б) уменьшения габаритов комплекта инструмента до 2-х раз;

в) увеличения коэффициента использования рабочего пространства станка в 1,7 раза;

Применение усовершенствованного вспомогательного инструмента, позволяет повысить частоту вращения в 1,3…1,5 раза, что способствует росту производительности фрезерования.

Использование рекомендаций по конструированию и технологии изготовления термопатронов, усовершенствованных на основе результатов, полученных в данной работе, обеспечило повышение производительности высокоскоростного фрезерования при изготовлении деталей из цветных сплавов на ОАО «КП» (Красный Пролетарий) на 20 процентов.

Сравнительная оценка конструктивных вариантов

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В диссертации решена научно-техническая задача, заключающаяся в повышении производительности и точности высокоскоростного фрезерования концевыми фрезами на основе исследования и совершенствования вспомогательного инструмента для их закрепления способом термических деформаций.

Соединение обеспечивает повышение в 2 раза точности базирования фрез с цилиндрическим хвостовиком и снижает разброс величины дисбаланса собранных комплектов инструмента до 10 раз по сравнению с обычно применяющимися конструкциями вспомогательного инструмента.

2. На основе расчетов термических деформаций зажимной части вспомогательного инструмента с установленным в нем цилиндрическим хвостовиком фрезы получены расчетные зависимости по определению сил, удерживающих фрезу от перемещения относительно вспомогательного инструмента под действием сил резания, что гарантирует заданную точность и шероховатость обработанных поверхностей при высокоскоростном фрезеровании.

3. На основе расчетов напряжений, возникающих в результате термических деформаций зажимной части вспомогательного инструмента, установлено, что отношение наружного и внутреннего диаметра зажимной части вспомогательного инструмента в пределах 2,0…2,8 является оптимальным по критерию максимума сил закрепления хвостовика фрезы.

4. Разработана система критериев оценки качества вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез на станках для высокоскоростного фрезерования: точность базирования, жесткость закрепления, величина дисбаланса, габариты, коэффициент использования рабочего пространства станка, момент сил сборки-разборки комплекта инструмента и затраты времени на его обслуживание.

5. Установлено, что при температуре нагрева 380оС за время 22 с и толщине нагреваемого слоя 7…9 мм расширение посадочного отверстия термопатрона составляет 0,18…0,20 мм, что подтверждает правильность расчетных зависимостей для назначения величин полей допусков на диаметры отверстий термопатронов и хвостовиков концевых фрез.

6. Установлено, что для изготовления зажимной части вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез способом термической деформации необходимо применять штамповые стали, что позволяет осуществлять не менее 1000 циклов «нагрев – охлаждение» без ухудшения точности относительного расположения присоединительных поверхностей вспомогательного инструмента.

7. Установлены предельные значения производительности высокоскоростного фрезерования для различных систем базирования и закрепления концевых фрез при шероховатости обработанной поверхности в пределах Ra 1,25, что соответствует техническим требованиям к качеству рабочих поверхностей пресс-форм после окончательного фрезерования.

8. Установлены экспериментальные зависимости силовых характеристик закрепления концевых фрез от основных размеров соединения цилиндрических хвостовиков фрез и зажимной части вспомогательного инструмента, подтверждающие полученные расчетные зависимости.

9. Установлено, что усовершенствованный вспомогательный инструмент для закрепления концевых фрез позволяет увеличить точность и производительность фрезерования на станках с ЧПУ за счет:

а) увеличения точности базирования инструмента до 2 раз и соответствующего повышения допустимой частоты его вращения в 1,3...1,5 раза;

б) снижения до 10 раз разброса величины дисбаланса собранного комплекта инструмента, и соответствующего сокращения в 1,6 раза времени обслуживания инструмента на станке за счет исключения дополнительной балансировки комплекта инструмента.

10. Результаты работы использованы на ОАО «КП» (Красный Пролетарий») и позволили повысить производительность на 20 процентов при фрезеровании деталей из цветных сплавов на станках с ЧПУ.

1. Барабанов А.Б. Обоснование наилучшего варианта сборки комплектов инструмента для станков с ЧПУ // «Сборка в машиностроении, приборостроении», № 9, 2008, с. 11-13.1) 2. Барабанов А.Б., Маслов А.Р. Исследование систем закрепления режущего инструмента для высокоскоростного резания // Образование через науку. Тезисы докладов Международной конференции. М.: МГТУ им. Н.Э.

Баумана, 2005, с. 192-193.

3. Барабанов А.Б., Завгородний В.И., Маслов А.Р. Расчет конструкции патрона для фрезерования лопаток компрессора // Вестник МГТУ»Станкин», №2, 2008, с. 58-62.

4. Барабанов А.Б., Маслов А.Р. Расчет конструкции патрона для высокоскоростного фрезерования // Вестник ТулГУ. Сер. Инструментальные и метрологические системы, 2008, с. 163-164.

5. Барабанов А.Б., Вычеров В.А., Маслов А.Р. Повышение эффективности фрезерования труднообрабатываемых материалов // Вестник МГТУ»Станкин», №4, 2008, с. 50-53.

– публикация в журнале, включенном в Перечень ВАК РФ Автореферат диссертации на соискание ученой степени Специальность 05.03.01. Технологии и оборудование механической

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ

НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ

СПОСОБОМ ТЕРМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ

Решена научно-техническая задача, заключающаяся в повышении производительности высокоскоростного фрезерования концевыми фрезами на основе исследования средств их закрепления и разработки конструкции вспомогательного инструмента, обеспечивающего повышение точности базирования фрез с цилиндрическим хвостовиком и существенное снижение величины дисбаланса собранных комплектов инструмента по сравнению с ранее применявшимися видами вспомогательного инструмента. Разработана и экспериментально подтверждена модель расчета сил, возникающих при закреплении цилиндрического хвостовика концевой фрезы во вспомогательном инструменте в результате термической деформации последнего с помощью токов высокой частоты. Установлены зависимости производительности обработки от конструктивных параметров вспомогательного инструмента по критерию шероховатости обработанных поверхностей.

Разработаны критерии оценки качества систем базирования и закрепления вращающегося режущего инструмента на станках с ЧПУ.

IMPROVING PERFORMANCE OF MILLING

THROUGH DEVELOPMENT OF

CLAMPING DEVICES FOR END MILLS

BY THERMIC DEFORMATION

The solution of scientific and technical challenge in improving the productivity of high-speed end milling cutter based on a study of their means of consolidating and design to improve the accuracy of base cutters with cylindrical shank and a significant reduction in size of the imbalance assembled a tool kit, as compared with the previously applied forms a clamping chucks. Developed and experimentally validated model for calculating the forces encountered in securing a cylindrical shank end mills in aid as a result of thermal deformation of the latter by means of high frequency currents. The interrelation of geometrical parameters of surface-based means connecting and fastening the end mill with the parameters of roughness of treated surfaces. Developed criteria for assessing the quality of the home and clamping of the rotating cutting tool in CNC machines.



 
Похожие работы:

«Сахаров Александр Владимирович УСТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СТАНКОВ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОСНОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2012 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«АХТАРИЕВ РУСЛАН ЖАУДАТОВИЧ РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИФРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ВЫСОКОКОНТРАСТНОГО ОБЪЕКТА Специальность 05.02.13. – Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2010 г. Работа выполнена на кафедре Технология допечатных процессов в ГОУВПО Московский государственный университет печати доктор технических наук, Научный руководитель профессор Винокур Алексей...»

«Галкин Денис Игоревич РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ БЕЗОБРАЗЦОВОЙ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ ПОВРЕЖДЕННОСТИ МЕТАЛЛА ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ Специальность: 05.02.11 – методы контроля и диагностика в машиностроении АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре технологий сварки и диагностики в Московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана....»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.