Введение к работе
Актуальность темы. Обработка деталей, имеющих поверхности сложной формы, занимает значительное место на предприятиях машиностроительной отрасли. В настоящее время существует значительное разнообразие подходов к решению производственных задач, связанных с обработкой деталей со сложными фасонными поверхностями.
Одним из наиболее распространенных видов металлорежущего инструмента, применяемого при фасонной обработке, являются фрезы. В современной промышленности существует определенный круг производственных задач, требующий применения фасонных фрез со сменными многогранными пластинами. К таким задачам относится, в частности, обработка направляющих сложной формы, колесных пар локомотивов, деталей, используемых в строительстве, автомобильной и авиационной промышленности, и т. п.
Применение для фасонной обработки сборных конструкций фрез с режущими пластинами, механически закрепленными в корпусе инструмента, позволяет, по сравнению с цельными или составными конструкциями, существенно повысить стойкость фрезы, увеличить экономию твердого сплава, обеспечить необходимую форму передней поверхности за счет конфигурации режущего элемента, что может быть весьма выгодно с экономической точки зрения. Расположение режущих пластин под углом к оси фрезы обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с ориентацией их параллельно оси. К ним относятся: улучшение равномерности фрезерования, уменьшение вибраций, возникающих в процессе резания, увеличение прочности режущей кромки, снижение усилий, действующих в процессе фрезерования, повышение стойкости фрез, создание дополнительных условий для стружкодробления. Расположение режущих элементов на соседних зубьях со смещением друг относительно друга, строго говоря, не является винтовым. Однако совокупность режущих кромок сменных твердосплавных пластин образует общую дискретную режущую кромку, кото-
рая может быть описана как винтовая линия переменного (иррегулярного) характера.
Анализ доступных научных работ, патентных документов и технических рекомендаций ведущих фирм-производителей режущего инструмента показал, что вопросы проектирования и изготовления сборных фасонных фрез с режущими элементами, расположенными на иррегулярной винтовой поверхности, в настоящее время проработаны недостаточно. Это означает, что существующие методики проектирования сборных фрез имеют ограниченное применение к проектированию указанных конструкций, поскольку в них не рассматриваются или не достаточно проработаны вопросы влияния ориентации режущих пластин в корпусе фрезы на геометрические параметры режущей части, особенности технологии изготовления таких фрез и способы достижения требуемой точности обработанной поверхности детали. Не разработаны методы оценки точности расположения режущих пластин на иррегулярной винтовой линии, лежащей на фасонной образующей исходной поверхности инструмента, а также рекомендации по изготовлению и эксплуатации таких конструкций фрез.
Таким образом, создание системы проектирования фасонных фрез с режущими пластинами, расположенными на иррегулярной винтовой поверхности, а также разработка рекомендаций по изготовлению и эксплуатации таких фрез является актуальной научно-технической задачей.
Целью представленной работы является разработка и исследование конструкций сборных фасонных фрез, оснащенных сменными многогранными пластинами (СМП), режущие кромки которых расположены по иррегулярной винтовой линии, лежащей на исходной инструментальной поверхности с криволинейной образующей, на основе определения взаимосвязей конструкторских и технологических решений и методов математического моделирования.
Методы исследования. Построение модели рассматриваемой конструкции инструмента основано на базе фундаментальных положений теории проек-
тирования режущих инструментов, с использованием аппарата аналитической и дифференциальной геометрии, векторно-матричного анализа, методов математического и компьютерного программирования и средств компьютерной графики. Изготовление модели корпуса фрезы рассматриваемой конструкции осуществлено методами быстрого прототипирования. Научная новизна работы заключается в:
математической модели дискретной режущей кромки сборной фасонной фрезы с СМП, расположенными на иррегулярной винтовой поверхности;
математической модели формообразующей части фасонных фрез с режущими пластинами, расположенными на иррегулярной винтовой поверхности, учитывающей влияние расположения пластин в корпусе инструмента на параметры точности и шероховатости обрабатываемой заготовки и особенности технологического процесса изготовления корпуса фрезы;
закономерностях изменения геометрических параметров вдоль режущих кромок пластин сборной фасонной фрезы с учетом изменения угла наклона винтовой стружечной канавки на фасонной исходной инструментальной поверхности инструмента;
математической модели и определении параметров установки на станке заготовки корпуса спроектированной фрезы для обработки посадочных мест под режущие пластины;
алгоритме формообразования криволинейных участков фасонного профиля детали при обработке фрезами с СМП, имеющими режущую кромку в форме отрезка прямой, установленными определенным образом в корпусе инструмента.
Практическая ценность работы заключается в:
рекомендациях по проектированию сборных фасонных фрез с СМП, расположенными на иррегулярной винтовой поверхности;
алгоритме проектирования конструкции сборных фасонных фрез с СМП, расположенными на иррегулярной винтовой поверхности;
программных средствах, обеспечивающих создание трехмерной модели фасонной фрезы с использованием методов компьютерного геометрического моделирования в различных системах САПР, на основе разработанных алгоритмов;
геометрической трехмерной модели, используемой для генерации управляющей программы многокоординатного обрабатывающего центра с ЧПУ, обрабатывающего корпус спроектированного инструмента;
Достоверность полученных теоретических положений подтверждается компьютерным моделированием конструкции сборной фасонной фрезы и изготовлением модели данной конструкции методами быстрого прототипирования.
Апробация работы. Основные положения и наиболее существенные разделы работы доложены на научно-образовательной конференции «Машиностроение — традиции и инновации» (МТИ-2010), всероссийской молодежной конференции «Инновационные технологии в машиностроении» (ИТМ-2011), на совместном техническом совете ОАО «МИЗ» (Московский инструментальный завод) и кафедры «Инструментальная техника и технология формообразования» (ИТ и ТФ), а также на заседаниях кафедры ИТ и ТФ МГТУ «Станкин».
Публикации по теме работы. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 5 — в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по каждой из глав, заключения, списка использованных источников из 102 наименований и приложений. Работа содержит 200 страниц машинописного текста, 58 рисунков и 6 таблиц.
