Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В различных отраслях машиностроения при обработке разнообразных деталей находят широкое применение цельные (составные) концевые твердосплавные фрезы. На универсальных станках и станках с ЧПУ они используются для обработки различных поверхностей с прямолинейным и фасонным профилем.
Отечественные и зарубежные производители предоставляют большой выбор таких фрез. Совершенствуется конструкция и технология их изготовления, применяются новые марки твердых сплавов, высокоскоростные и точные станки и патроны при их эксплуатации.
Вместе с тем непрерывно повышаются требования к качеству и точности обработки этими фрезами, растет стоимость фрез, станков и оснастки.
В этих условиях особенно актуально повышение эффективности работы твердосплавных концевых фрез: стойкости, качества обработанной поверхности, производительности.
Одним из важных направлений в решении этой научно-технической задачи является обоснованный выбор элементов кинематики формообразования и конструктивных параметров фрез.
Как показал анализ, ряд теоретических задач, связанных с выбором параметров фрезы и кинематикой формообразования при двухкоординатной обработке, не решены или исследованы недостаточно.
К ним относится выбор траектории фрезы при цилиндрическом и торцовом фрезеровании некоторых поверхностей, в том числе, плоскости, ограниченной фасонным контуром; расчет неровности обработанной поверхности с учетом совместного влияния конструктивных параметров фрезы и элементов кинематики формообразования, в том числе, с учетом радиального биения зубьев фрезы.
Отсутствует метод расчета фактического радиального биения зубьев
фрезы при наличии эксцентриситета осей фрезы, патрона и шпинделя станка.
Недостаточно сведений о влиянии величины подачи на зуб на стойкость фрез при чистовой обработке, особенно в связи с широким применением новых мелкозернистых твердых сплавов и в условиях «сухой» обработки. Указанные задачи весьма актуальны и имеют важное практическое значение. Современные средства компьютерной математики в большой мере облегчают их решение и практическое использование.
Цель работы: повышение эффективности работы цельных концевых твердосплавных фрез при двухкоординатной обработке на основе выбора элементов кинематики формообразования и конструктивных параметров фрез: траекторий движения фрезы, в том числе, при обработке сложных поверхностей; фактического радиального биения зубьев; подачи на зуб; диаметра и числа зубьев фрезы.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи.
1. Исследовать метод расчета траектории концевой фрезы при
цилиндрическом фрезеровании детали с контуром, состоящим из двух
участков разной формы, в том числе, прямолинейного и фасонного,
обрабатываемого при одной, общей для разных участков, траектории фрезы.
2. Разработать метод расчета траектории концевой фрезы при торцовом
фрезеровании детали, ограниченной фасонным контуром в форме плоской
кривой, из условия постоянства перекрытия фрезой линии контура.
3.Разработать метод выбора величины диаметра, числа зубьев и установки концевой фрезы при торцовом фрезеровании детали (плоской прямоугольной формы) из условия заданного числа одновременно работающих зубьев.
4. Разработать метод расчета фактического радиального биения зубьев
фрезы с учетом эксцентриситета осей шпинделя станка, патрона и фрезы.
Разработать способ уменьшения радиального биения зубьев фрезы,
установленной в шпинделе станка.
5. Разработать метод расчета теоретической высоты неровностей
поверхности с прямолинейным профилем, обработанной при попутном
цилиндрическом фрезеровании плоскости.
-
Выполнить исследование влияния подачи на зуб на стойкость фрез (при «сухой» чистовой обработке коррозионно-стойких сталей типа 08Х18Н10Т).
-
Выполнить расчетную и экспериментальную проверку разработанных методов (указанных выше в п.п.1-5).
Научная новизна работы состоит в:
методике получения уравнений общей траектории концевой фрезы при цилиндрическом фрезеровании детали с контуром из двух участков разной формы;
дифференциальном уравнении траектории концевой фрезы при торцовом фрезеровании плоскости детали, ограниченной фасонным контуром, из условия постоянного перекрытия фрезой линии контура;
математической модели выбора величины диаметра, числа зубьев, величины перекрытия фрезой заготовки из условия заданного числа одновременно работающих зубьев, при торцовом фрезеровании плоскости постоянной ширины концевой фрезой;
аналитическом и графоаналитическом методах определения фактического радиального биения зубьев концевой фрезы на станке (с учетом эксцентриситета осей шпинделя станка и фрезы) и методах определения теоретической высоты неровности (при цилиндрическом фрезеровании плоскости) с учетом биения зубьев; экспериментальной проверке возможности снижения радиального биения зубьев концевой фрезы за счет установки фрезы в патроне;
экспериментально установленном характере влияния подачи на зуб концевой фрезы на ее стойкость при «сухой» обработке стали типа 08Х18Н10 и влиянии угла наклона винтовых зубьев фрезы на интенсивность вибраций при «сухой» обработке сталей 08Х18Н10 и 12Х15Г9НД. Практическая ценность работы состоит в:
возможности обработки на станке с ЧПУ концевыми фрезами при
цилиндрическом фрезеровании поверхности с фасонным плоским контуром
из двух участков разной формы при использовании одной, общей траектории фрезы, что исключает переходные участки траектории на врезание и перебег (при условии достаточно малых погрешностей обработанного контура);
-возможности выполнить обработку концевой фрезой (при торцовом фрезеровании) плоской поверхности, ограниченной фасонным контуром, при постоянной величине перекрытия фрезой линии контура, что позволяет минимизировать заусенцы;
- рациональном выборе диаметра, числа зубьев и величины перекрытия
концевой фрезой ширины заготовки при торцовом фрезеровании плоскости
из условия заданного числа одновременно работающих зубьев для
уменьшения колебаний сил резания;
- уменьшении радиального биения зубьев концевой фрезы за счет
оптимизации установки фрезы в патроне, что повышает качество
обработанной поверхности и стойкость фрез при чистовом фрезеровании с
малыми подачами;
- повышении стойкости фрез при «сухой» чистовой обработке сталей типа
08Х18Н10 за счет рационального выбора подачи на зуб.
Методы исследования.
Использованы теория проектирования инструмента, теория резания, методы математического моделирования, в том числе основанные на использовании дифференциальной и алгебраической геометрии и систем компьютерной математики (MathCAD 14; Maple 10).
Использованы фрезы отечественного и импортного производства и фрезерные станки с ЧПУ производства России, США, Германии, Тайваня.
Использованы микроскопы БМИ, лазерный сканирующий микроскоп, профилометры.
Реализация работы. Разработанные рекомендациии и выводы
использованы на Серпуховском инструментальном заводе и в учебном
процессе на кафедре «ИТТФ» МГТУ «Станкин», при проведении
лабораторных работ и при издании учебного пособия.
Апробация результатов исследования.
Основные положения работы докладывались и получили одобрение на Х-й научной конференции МГТУ «Станкин - ИММ РАН» по математическому моделированию и информатике, на научно-методической конференции «Машиностроение - традиции и инновации» МТИ-08 , обсуждались на заседаниях кафедры ИТиТФ МГТУ «Станкин».
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе, 5 работ в журналах, входящих в перечень ВАК. Получены два патента на изобретение, подана заявка на изобретение.
Структура и объем диссертации.
