Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В современной России предприятия, занимающиеся обработкой металлов, играют важную роль в экономике нашего государства. Возможность быстро реагировать на изменение спроса, корректируя номенклатуру выпускаемых изделий, обеспечивает успешное функционирование таких производств в условиях рыночной экономики. Поэтому задачей актуальной для современного производства, является повышение производительности обработки деталей за счет внедрения прогрессивных методов металлообработки с использованием более производительных инструментальных материалов и конструкций режущего инструмента, что ведет к снижению себестоимости конечного изделия. Одной из особенностей современного производства является широкое использование сборных инструментов, оснащенных сменными механически закрепляемыми пластинами (СМП), которые изготавливают из твердых сплавов, керамики или сверхтвердых материалов (СТМ). Высокая стойкость, производительность, надежность и легкость восстановления режущих свойств обусловили широкое применение инструмента с СМП в автоматизированном производстве.
При обработке некоторых видов направляющих, установочных пазов под радиооборудование и др. возникает необходимость в большой номенклатуре инструмента, так как пазы отличаются геометрическими параметрами и формой профиля. Поэтому их невозможно обработать стандартным инструментом за один проход. Одним из направлений, значительно увеличивающим эффективность процесса обработки таких деталей фрезерованием, является применение сборных фрез оснащенных режущими элементами из СТМ с регулировкой по диаметру фрезы.
Проектирование и изготовление таких фрез представляет значительную сложность, связанную с тем, что сборные фрезы включают в себя большое количество пластин различного размера, формы и ориентации в корпусе. При этом важным условием обеспечения работоспособности фрезы является точное совпадение режущей кромки пластины и образующей обрабатываемой поверхности. Существующие на сегодняшний день методы проектирования и расчета актуальны для конкретных конструкций сборных фрез с СТМ и оставляют не решенными много вопросов, связанных с проектированием, эксплуатацией, настройкой на размер и обслуживанием торцевых регулируемых фрез. Отсутствуют системы выбора данных для расчета конструктивных элементов сборных регулируемых фрез при обработке различных пазов, характеристик режущих свойств СТМ, применяемых при оснащении таких фрез.
Возможность регулировки режущих вставок по диаметру фрезы, а также угла установки пластин в корпусе позволяет обеспечить обработку за один проход пазов различной ширины и профиля, повысить производительность обработки, сократить долю затрат на инструмент в стоимости детали. Таким образом, разработка методики проектирования фрез с регулируемыми режущими вставками является актуальным и целесообразным научным и практическим направлением, а исследование режущей способности фрез, в оснащении которых используются режущие элементы с СТМ, является актуальной научно- технической задачей.
Цель работы. Повышение эффективности обработки мерных пазов торцевыми фрезами с режущими элементами из СТМ на основе исследований конструктивных параметров фрез и их взаимосвязи с параметрами детали, разработки фрез с возможностью регулировки режущих элементов по ширине и профилю обрабатываемого паза.
Поставленная цель может быть достигнута решением следующих задач:
провести анализ профилей мерных пазов и технологического процесса их изготовления;
провести анализ конструкции торцевых фрез с СТМ для обработки пазов и условий их работы;
разработать обобщенную структурную модель конструкции регулируемых торцевых фрез с СТМ;
разработать расчетные схемы для определения конструктивных и геометрических параметров регулируемых торцевых фрез с СТМ, предложить и спроектировать новые конструкции.
разработать методики расчета параметров точности и жесткости основных элементов регулируемых торцевых фрез с СТМ.
-подготовить, провести и обработать результаты эксперимента по исследованию работоспособности регулируемых торцевых фрез с СТМ;
на основании испытаний дать практические рекомендации по настройке, работе и обслуживанию регулируемых торцевых фрез с СТМ;
Научная новизна состоит в:
установлении взаимосвязи параметров конструктивных элементов узлов крепления режущих вставок и регулировочных элементов проектируемых фрез, с параметрами расположения режущих элементов и геометрических параметров фрезы до регулировки режущих вставок на заданный размер и в процессе регулировки;
математических зависимостях, связывающих угол поворота эксцентриковой втулки и угол коррекции поворота режущей вставки относительно своей оси, необходимого для определения начального значения заднего угла, который изменяется в процессе регулировки;
установлении влияния положения режущей кромки фрезы относительно оси инструмента с учетом изменения угла профиля мерного паза на изменение геометрических параметров заднего угла а;
математических зависимостях по определению величины полей допусков на расположение режущей кромки фрезы с СТМ с регулировкой на размер мерного паза;
экспериментальном исследовании работоспособности регулируемых торцевых фрез с СТМ с учетом статической и динамической балансировки по параметрам точности, жесткости и влияния режимов резания на точность мерных пазов.
Практическая ценность работы состоит в:
- практических рекомендациях по выбору способа регулировки режущих вставок на размер в зависимости от размеров и профиля обрабатываемых мерных пазов;
геометрической трехмерной модели, используемой для расчета регулируемой фрезы с СТМ на прочность.
практических рекомендациях по настройке, эксплуатации регулируемых фрез с СТМ;
разработке и выборе оптимальных конструкций торцевых фрез для обработки мерных пазов;
в предложенной конструкции фрез с регулируемыми режущими вставками на уровне патента. (Патент №88594 «Сборная торце-концевая фреза с режущими элементами из наноструктурированных сверхтвердых материалов»).
Методы исследования. Теоретические исследования базировались на основных положениях теории проектирования режущих инструментов, методах компьютерного и математического моделирования, теории резания металлов. Экспериментальные исследования проводились на современном оборудовании (фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ MAZAK Variaxis 630-5X), способном с высокой точностью проводить контроль конструктивных параметров инструмента и обрабатываемой детали, с использованием электронных измерительных средств и фотоаппаратуры.
Апробация результатов исследования. Способ фрезерования мерных пазов торцевыми фрезами с СТМ с регулировкой на размер при помощи эксцентриковой втулки, принят к внедрению на предприятии ООО «Георесурс» НПФ «Центргаз- геофизика» и на предприятии ОАО «Гагаринский светотехнический завод». Основные положения диссертационной работы докладывались на всероссийской молодежной научной конференции «Инновационные технологии в машиностроении», обсуждались на заседании кафедры «Инструментальная техника и технология формообразования» МГТУ «СТАНКИН». Метод регулировки радиального размера с помощью эксцентриковых втулок был отмечен серебряной медалью «Десятого московского салона инноваций и инвестиций» за разработку инновационных конструкций инструмента из СТМ, и серебряной медалью Тринадцатого Московского международного салона изобретателей и инновационных технологий «АРХИМЕД - 2010» за разработку инновационных конструкций режущих инструментов из сверхтвердых материалов (СТМ)».
Публикации по теме работы. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работы, в том числе 3 входящих в перечень ВАК, и патент на полезную модель.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Диссертационный материал изложен на 175 листах машинописного текста, содержит 94 рисунка и 16 таблиц, список литературы из 95 наименований.
