Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Основой технического прогресса в машиностроении является внедрение автоматизированного и автоматического технологического оборудования с ЧПУ, которое эксплуатируется как автономно, так и в составе ГПС. Однако высокая стоимость такого оборудования и связанная с ней высокая стоимость станкоминуты, вызывает необходимость повышения эффективности его эксплуатации путем сокращения машинного и вспомогательного операционного времени, как в безлюдном режиме, так и с ограниченным участием оператора.
Как показывает отечественный и зарубежный опыт при эксплуатации ГПС с целью обеспечения высокой надежности режущего инструмента, режимы резания обычно назначают на 20-30% ниже нормативных. При этом доля простоев оборудования, связанная с заменой затупившегося инструмента, может составлять более 40% от вспомогательного операционного времени.
Сокращение времени простоев оборудования, связанных с заменой затупившегося инструмента, возможно в случае его своевременной замены в инструментальном магазине станка без остановки последнего. Для этого система автоматизированного управления в каждый момент времени должна иметь информацию о текущем состоянии каждого из режущих инструментов и соответствующем этому состоянию оставшемся ресурсе их работы. На основе сопоставления оставшегося ресурса инструмента и заранее известного машинного времени, необходимого для обработки детали, система выбирает из числа дублирующих, находящихся в магазине станка, инструмент с достаточным для обработки остаточным ресурсом. Вышеизложенное практически исключает возможность отказа инструмента в процессе обработки детали. Замена затупившегося инструмента осуществляется в магазине станка без его остановки. Кроме того, наличие текущей информации о состоянии инструмента позволяет не занижать режимы
резания с целью обеспечения его надежности, как это делается в настоящее время.
Одним из распространенных видов металлообработки является фрезерование, которое имеет широкое применение в машиностроении, в частности, при обработке плоскостей призматических деталей из конструкционных углеродистых сталей, таких как корпуса, штампы и др.
Оснащение современных фрезерных станков системами диагностирования состояния инструмента ограничено вследствие их недостаточной достоверности. Для создания систем диагностирования необходим комплекс теоретических и экспериментальных исследований по расчету и выбору наиболее информативного диагностического признака, адекватно отображающего реальное состояние инструмента.
Цель работы. Повышение производительности фрезерования твердосплавными торцевыми фрезами изделий из конструкционных углеродистых сталей на основе диагностирования состояния инструмента, основанного на комплексном анализе силовых параметров процесса и виброакустического сигнала.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
выявить и систематизировать возникающие в процессе обработки деталей повреждения твердосплавных пластин торцевых фрез, приводящие к их отказу;
определить и количественно описать критерии состояния и отказа твердосплавных торцевых фрез, в том числе с износостойкими покрытиями
установить и математически описать связи критериев состояния и отказа твердосплавных торцевых фрез с параметрами, используемыми в качестве диагностических признаков;
разработать алгоритм и программу расчета предельного значения силового диагностического признака состояния твердосплавных торцовых фрез.
Методы и средства исследования. Теоретические исследования
проведены на основе базовых положений теории резания материалов,
технологии машиностроения, математического моделирования.
Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием современного оборудования и измерительных средств. Обработка результатов исследований осуществлялась с использованием специализированного ПО.
Научная новизна работы состоит в:
выявленном характере изменения радиуса р по мере изнашивания твердосплавных пластин по задней поверхности при торцевом фрезеровании изделий из конструкционных углеродистых сталей и его влияния на составляющие силы резания;
аналитических зависимостях для определения силовых параметров, учитывающих влияние износа инструмента и режимов резания при фрезеровании изделий из конструкционных углеродистых сталей твердосплавными торцевыми фрезами;
установленной взаимосвязи между поломкой зубьев твердосплавной торцевой фрезы и разницей между максимальными и минимальными значениями уровня виброакустического сигнала за время оборота фрезы;
методике диагностирования состояния торцевых фрез, основанной на комплексном анализе силовых параметров процесса и уровня виброакустического сигнала.
Практическая ценность работы заключается в:
рекомендациях по выбору предельных величин допускаемого износа твердосплавных торцевых фрез;
разработанных рекомендациях и аппаратуре для измерения составляющих силы резания при фрезеровании с помощью динамометра повышенной жесткости;
разработанном алгоритме и программном комплексе для выбора и расчета предельного значения силового диагностического признака состояния инструмента при фрезеровании твердосплавными торцевыми фрезами изделий из конструкционных углеродистых сталей.
Апробация и реализация результатов работы
Результаты работы были доложены на Международной научно-технической конференции "Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения-2011" в Брянске, Международной научно-практической конференции студентов и молодых учёных «Современные техника и технологии-2011» в Томске, «Инновационные технологии в машиностроении - проблемы, задачи, решения-2012» в Орске, а также были удостоены серебряной медали XIV Московского международного Салона изобретений и инновационных технологий "Архимед-2011".
Работа выполнялась в рамках госконтракта №02.740.11.0176 от 25.06.2009 на проведение НИОКР «Проведение коллективом государственного инжинирингового центра МГТУ «СТАНКИН» исследований по разработке и практической реализации принципов мониторинга и диагностики состояния металлообрабатывающих станков и инструментов при изготовлении высокотехнологичной машиностроительной продукции» и госконтракта №14.740.11.0148 от 13.09.2010 на проведение НИОКР "Проведение коллективом научно-образовательного центра "Перспективные технологии, инструмент и оборудование для оборонных и гражданских отраслей машиностроения" работ по созданию инновационных конструкций твердосплавного фрезерного инструмента для многоцелевых станков автоматизированных машиностроительных производств" ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».
Созданный в результате выполнения работы программный комплекс для выбора и расчета предельного значения силового диагностического признака состояния инструмента при фрезеровании прошел успешные производственные испытания и рекомендован к использованию на ОАО «Станкоагрегат» (г. Москва) и ОАО «НПО «Квант» (г. Великий Новгород).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК и 1 патент РФ на изобретение №2411471.
Структура диссертации
Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка использованной литературы.
