Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1 Область применения титановых сплавов 8
1.2 Классификация титановых сплавов 12
1.3 Особенности резания титановых сплавов 15
1.4 Анализ технологии обработки типовых элементов деталей из титановых сплавов 19
1.5 Современная терминология процесса фрезерования
1.5.1 Кинематика и геометрические параметры 23
1.5.2 Силы, действующие на фрезу. Мощность резания
1.6 инструментальные материалы, применяемые для обработки титановых сплавов 31
1.7 Назначение оптимальных режимов резания при фрезеровании титановых сплавов 35
Выводы по главе 1 39
Глава 2. Теоретическое исследование эффективности механической обработки титанового сплава 40
2.1 Оценка эффективности механической операции 40
2.2 Выбор параметров оптимизации и ограничивающих факторов 42
2.3 Математическая модель мощности резания 49
2.4 Программа эвм для расчета требуемой мощности главного привода 55
2.4 Математическая модель оптимизации фрезерной обработки титанового сплава 58
Выводы по главе 2 60
Глава 3. Экспериментальные исследования параметров фрезерной операции при обработке титанового сплава 61
3.1. Экспериметпо определению мощности резания 61
3.1.1 Условия, образцы и оборудование для проведения исследования 61
3.1.2 Методика регистрации мощности резания в ходе проведения эксперимента
3.1.3 Моделирование фрезерной обработки титанового сплава при помощи мкэ 67
3.1.4 Обработка результатов эксперимента 80
3.1.5 Сравнителньный анализ теоретических и экспериментальных данных 88
3.2. Эксперимент по определению жесткости концевой фрезы, закрепленной в цанговом патроне 93
3.2.1. Методика измерения коэффициента жесткости 93
3.2.2. Сравнение полученных результатов с теоретическими данными 95
Выводы по главе 3 97
Глава 4. Использование результатов теоретических и экспериментальных исследований 98
4.1 Выбор режимов резания, допустимых мощностью оборудования 98
4.2 Определение максимальной силы, допускаемой жесткостью фрезы 101
4.3 Методика назначения оптимальных режимов резания .104
4.4 Повышение эффективности обработки детали «кронштейн» с использованием методики назначения оптимальных режимов резания 108
4.5 Сравнительная оценка экономической эффективности внедрения результатов работы 114
4.6 Практическая реализация результатов работы 119
4.7 Варианты модернизации оборудования и существующей технологии обработки титановых сплавов 120
Выводы по главе 4 124
Основные результаты и выводы 125
Библиографический список
- Современная терминология процесса фрезерования
- Математическая модель мощности резания
- Методика регистрации мощности резания в ходе проведения эксперимента
- Повышение эффективности обработки детали «кронштейн» с использованием методики назначения оптимальных режимов резания
Введение к работе
Актуальность работы. Применение титановых сплавов в авиа- и ракетостроении позволяет значительно улучшить летные характеристики аппаратов. Основными преимуществами титановых сплавов по сравнению с другими конструкционными материалами являются высокая удельная прочность и хорошая коррозионная стойкость в большинстве агрессивных сред. Оборотной стороной высоких значений физико-механических свойств является низкая обрабатываемость резанием данных материалов.
Основной причиной плохой обрабатываемости титановых сплавов является возникновение больших сил и высоких температур в зоне резания. Производство авиационных деталей характеризуется большими объемами снимаемого припуска (до 80 - 90% от объема заготовки), в сочетании с низкой скоростью резания данных материалов это приводит к значительным материальным затратам на механическую обработку.
Современная инструментальная промышленность предлагает высокопроизводительный инструмент для обработки титановых сплавов, тем не менее скорость изготовления деталей из титановых сплавов очень низкая (например, для некоторых изделий машинное время составляет 300 - 400 ч). Применение современных обрабатывающих центров позволяет сократить сроки изготовления. Но стоимость содержания и эксплуатации данного оборудования очень высокая и часто его возможности используются нерационально, поэтому в данных случаях сокращение машинного времени не приводит к значительному снижению себестоимости продукции.
Повышение эффективности изготовления деталей из титановых сплавов, направленной на рациональное использование имеющегося оборудования и инструмента за счет поиска оптимальных параметров операции механической обработки, в настоящее время является актуальной задачей для предприятий космической и авиационной промышленности. Решение данной задачи позволит, в конечном счете, снизить себестоимость и повысить конкурентоспособность продукции.
Цель работы. Разработка методики определения оптимальных параметров операции механической обработки, обеспечивающих повышение эффективности изготовления деталей из титановых сплавов.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Определено влияние параметров операции механической обработки титановых сплавов на ее эффективность.
-
Разработана математическая модель оптимизации операции фрезерной обработки титанового сплава.
-
Разработана математическая модель мощности резания при фрезеровании титанового сплава инструментом со сложной формой режущей части.
-
Получена методика назначения оптимальных режимов резания при фрезеровании титанового сплава.
-
Проведена обработка опытной детали с использованием разработанных моделей и методик.
6. Дана сравнительная экономическая оценка, показывающая снижение себестоимости изготовления детали при использовании предложенной методики назначения оптимальных режимов резания.
Методы исследований. При проведении исследований использовались математические модели, в том числе с применением конечно-элементного анализа, и полученные с их помощью алгоритмы. Для контроля и регистрации технологических параметров использовалось специальное разработанное оборудование и программное обеспечение.
Научную новизну работы составляет следующее:
Выявленные функциональные связи в технологическом процессе изготовления деталей из титановых сплавов, заключающиеся во влиянии параметров операции механической обработки на ее эффективность.
Математическая модель оптимизации операции фрезерной обработки титанового сплава, отличающаяся учетом мощности резания, затрачиваемой на съем припуска, и жесткости фрезы, определяющей точность обработки.
Математическая модель мощности резания при фрезеровании титановых сплавов, позволяющая оценивать затраты мощности главного привода станка при использовании инструмента со сложной формой режущей части.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований в виде принципиально нового алгоритма назначения оптимальных режимов резания при фрезеровании титанового сплава и специализированной программы ЭВМ для расчета требуемой мощности главного привода.
Автор выносит на защиту:
Способ оценки эффективности выполнения операции на произвольном промежутке времени.
Математическую модель оптимизации операции фрезерной обработки, учитывающую свойства обрабатываемого материала, форму режущей части используемого инструмента и возможности применяемого оборудования.
Схему мониторинга оборудования и информационную систему, обеспечивающие повышение эффективности изготовления деталей из титановых сплавов.
Практическая ценность работы заключается в полученных в ходе исследования номограммах для изучения оптимальных режимов обработки титановых сплавов концевой фрезой, практических рекомендациях по модернизации технологического оснащения механической обработки с контролем и регистрацией мощности, затрачиваемой на снятие припуска, предложенной структуры организации базы данных по назначению технологических режимов, выбору оборудования и инструмента, эффективной методики проектирования технологических процессов механической обработки титановых сплавов.
Внедрение результатов исследования. Результаты проведенных теоретических и практических исследований внедрены в виде рекомендаций и технических указаний на ОАО «ВАСО», используемых при обработке сложно-профильных деталей из титановых сплавов, в виде номограмм для назначения
оптимальных режимов обработки титановых сплавов, которыми комплектуются фрезы со сменными многогранными пластинами производства ООО «СКИФ-М». Результаты диссертации используются также в учебном процессе кафедры технологии машиностроения БГТУ им. В.Г. Шухова.
Апробация работы: основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:
III Международная студенческая конференция «Образование, наука, производство» (Белгород, 2007);
Научно-практическая конференция студентов и аспирантов «Образование, наука, производство и управление» (Старый Оскол, 2010);
XII Международная научно-техническая интернет-конференция «Новые материалы и технологии в машиностроении» (Брянск, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть научных работ, в том числе две работы в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен патент РФ № 71423 (Опубл. в бюл. № 7,2008).
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, четыре главы, заключение, приложения, список литературы, состоящий из 112 источников. Общий объем диссертации 171 страница, включая 48 рисунков, 26 таблиц и 36 страниц приложений.
Благодарности. Диссертация выполнена в период работы на ООО «СКИФ-М», а также учебы в аспирантуре Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.
Автор выражает благодарность генеральному директору ООО «СКИФ-М» к.т.н. Москвитиігу А.А. за предоставленную возможность проведения исследований, глубокую признательность начальнику БИПЗ ООО «СКИФ-М» Щендрыгину А.И. за переданные знания и опыт, без которых данная работа не могла состояться; своему научному руководителю д.т.н., профессору Погонину А.А и д.т.н., профессору Чепчурову М.С. за влияние на направление исследований. Отдельная благодарность коллегам и близким людям, которые помогали и поддерживали на всех этапах работы над диссертацией.
Современная терминология процесса фрезерования
По классификации, описанной в [26], титановые сплавы относятся к VII группе труднообрабатываемых материалов. Сравнение значений механических характеристик данных материалов и стали 45 показывает, что значения предела прочности и твердости НВ при обычной температуре и отсутствии деформации (упрочнения) примерно равны. Поэтому худшая обрабатываемость титановых сплавов определяется другими физико-механическими и химическими свойствами и прежде всего структурой, механическими характеристиками, определяющими их свойства не только в исходном, но и в упрочненном состоянии и при нагреве, а также теплофизическими показателями (температура плавления, энергия активации, теплопроводность), определяющими свойства материала при повышенных температурах.
Основной причиной низкой обрабатываемости титановых сплавов является возникновение при их обработке значительных усилий и высоких температур в зоне резания. В данном случае обрабатываемость рассматриваемого материала характеризуется скоростью резания, соответствующей определенной стойкости инструмента при работе с определенным сечением срезаемого слоя и оптимальной конструкцией инструмента.
Основные особенности резания данных материалов, затрудняющие их механическую обработку, следующие:
1. Высокое удельное упрочнение в процессе деформации резанием. Повышенная упрочняемость титановых сплавов объясняется специфическими особенностями строения кристаллической решетки этих материалов. Характеристикой, определяющей пластичность или способность материала к упрочнению, является отношение условного предела текучести, соответствующего 0,2-процентной остаточной деформации, к пределу прочности (ГоУ в- Чем меньше это соотношение, тем более пластичен материал и тем большей работы и сил резания требуется для снятия одного и того же объема материала. Величина этого отношения для титановых сплавов составляет до 0,4... 0,45, в то время как для обычных конструкционных сталей эта величина составляет 0,6.. .0,65 и более.
2. Малая теплопроводность обрабатываемого материала, приводящая к повышенной температуре в зоне контакта, а, следовательно, к активизации явлений адгезии и диффузии, интенсивному схватыванию контактных поверхностей и разрушению режущей кромки. Эти явления не позволяют в ряде случаев использовать при обработке сплавов на основе титана определенные виды инструментальных материалов, в первую очередь, твердые сплавы. Вместе с этим при использовании быстрорежущего инструмента по тем же причинам приходится принимать весьма малые скорости резания. Учитывая плохой теплоотвод при обработке титановых сплавов, основное значение приобретают охлаждающие свойства СОЖ.
3. Малая усадка стружки. При обработке деталей из титановых сплавов усадка стружки весьма мала, и при определенных условиях происходит не усадка, а удлинение стружки. Это явление названо «отрицательной» усадкой стружки [26]. Малая усадка обуславливает малую площадь контакта стружки и передней поверхности инструмента и большую скорость перемещения стружки по передней поверхности, что вызывает высокие контактные давления и повышение температуры.
4. Пониженная виброустойчивоть движения резания, обусловленная высокой упрочняемостью титана при неравномерности протекания процесса его пластического деформирования. Возникновение вибраций приводит к переменным силовым и тепловым нагрузкам на рабочие поверхности инструмента, следовательно, к микро- и макровыкрашиваниям режущих кромок. При наличии вибраций особенно неблагоприятное влияние на износ инструмента оказывают явления схватывания стружки с передней поверхностью инструмента.
5. Высокая химическая активность. Сплавы на титановой основе активно взаимодействуют с газами при повышенных температурах, начиная с 600 С. Наиболее активным элементом при газонасыщении является кислород. Твердость слоя, насыщенного газами, значительно возрастает. Микротвердость насыщенных слоев превышает микротвердость нижележащих слоев металла в 3—5 раз. В соединении титана с кислородом она достигает 13000 Мпа, титана с азотом и титана с углеродом — 20000 Мпа, при микротвердости нижележащих слоев металла 3000—3500 Мпа. Толщина окалины и глубина слоя с а-структурой зависят от температуры и длительности ее воздействия. Поэтому на обрабатываемость заготовок из сплавов на титановой основе по корке влияет способ получения заготовки. Толщина дефектного слоя у отливок может достичь нескольких миллиметров, у поковок — 1 мм, у проката — 0,5 мм. Обрабатываемость по корке кованых прутков ниже, чем катаных. Скорости резания, применяемые при обработке заготовок из сплавов на титановой основе без корки, в зависимости от их предела прочности в 1,5—4 раза ниже скоростей резания, применяемых при обработке деталей из стали 45.
Учитывая рассмотренные особенности, процесс резания титановых сплавов протекает следующим образом: вначале рабочие поверхности инструмента соприкасаются с относительно мягким, неупрочненным металлом, и под их воздействием происходит пластическая деформация срезаемого слоя, сопровождаемая значительным поглощением прикладываемой извне (инструментом) энергией. При этом срезаемый слой получает большое упрочнение и приобретает свойства наклепанного металла, т.е. становится хрупким. Запас пластичности при этом в значительной мере исчерпывается и происходит сдвиг - разрушение, образование элемента стружки. Малая теплопроводность этих материалов приводит к резкому снижению отвода тепла в стружку и обрабатываемую заготовку, а следовательно, повышению температуры в зоне контакта режущей части инструмента и заготовки с активизацией процессов адгезии PI диффузии. В результате этого увеличивается износ инструмента и явление налипания (схватывания), вызывающее разрушение режущих кромок. Интенсификации этих процессов способствуют повышенные механические характеристики обрабатываемого материала при высокой температуре, а также переменное воздействие этих факторов, обусловленное вибрациями.
Точение, фрезерование и сверление заготовок из сплавов на титановой основе не вызывает затруднений. Однако вследствие большой упругости этих сплавов нарезание резьбы метчиками, развертывание и протягивание отверстий в заготовках из них затруднительны из-за защемления инструмента по задним и вспомогательным поверхностям. В связи с этим задние и вспомогательные углы инструмента для обработки заготовок на титановой основе следует выполнять на 3—5 большими, чем инструмента для обработки заготовок из конструкционных сталей. Исполнительные размеры мерного инструмента должны выполняться на верхнем пределе допусков.
Большинство сплавов на титановой основе применяются в отожженном состоянии. Однако для изготовления многих ответственных деталей машин все шире применяются сплавы, подвергаемые упрочнению путем закалки и старения, а также термомеханической обработки (ВТ 14, ВТ 15, ВТЗ-1, ВТ22). Обрабатываемость этих сплавов после указанных видов упрочнения на 20—25% ниже, чем после отжига.
Математическая модель мощности резания
Анализ существующих методов оптимизации [16, 33] процесса резания дает основание считать, что наиболее рационально выполнить определение оптимальных значений параметров операции механической обработки на базе математических моделей.
В разделе 1.4 был приведен анализ типовых элементов авиационных деталей из титановых сплавов, который показал, что основной задачей при черновой обработке данных деталей является фрезерование уступа.
Для построения математической модели оптимизации обработки уступа концевой фрезой определим параметры оптимизации и ограничивающие факторы.
Параметрами оптимизации в данном случае являются режимы резания. Параметры инструмента и оборудования принимаются как постоянные величины, которые задаются при проектировании технологического процесса изготовления детали.
К наиболее важным ограничивающим факторам можно отнести: работоспособность инструмента, мощность электропривода главного движения, точность обработки и др.
Режимы резания при фрезеровании достаточно подробно были разобраны в первой главе, поэтому далее рассмотрим только ограничивающие факторы. 1. Ограничение по минутной подаче . 7/Cmin) Vf Vn max) (2.7) где V (-min) и V (max) минимально и максимально допустимые подачи рабочего органа станка (стола или шпинделя), мм/мин. Они определяются кинематикой привода вспомогательного движения.
2. Ограничение по частоте вращения шпинделя: nmin п nmax , (2.8) где nmin и nmax - минимально и максимально допустимые частоты вращения шпинделя, об/мин. Они определяются кинематикой привода главного движения.
3. Ограничение по стойкости инструмента.
Стойкость инструмента зависит от выбранных режимов резания. При увеличении скорости резания, подачи на зуб и ширины фрезерования она сокращается, увеличение глубины фрезерования незначительно уменьшает стойкость, при уменьшении режимов резания она асимптотически стремится к предельному значению, которое и определяет максимальное значение стойкости. Работа на низких режимах резания с максимальной стойкостью значительно увеличивает машинное время обработки. Учитывая высокую стоимость станко-часа современных обрабатывающих центров, это экономически нецелесообразно.
Поэтому для каждого обрабатываемого материала и выбранного инструмента производитель инструмента определяет границы рекомендуемых режимов резания, в рамках которых обеспечивается минимально гарантированная стойкость инструмента, которая экономически обоснована. Таким образом, вводится ограничение на стойкость: rnin Т, (2.9) где Tmin — минимальная стойкость инструмента, мин. 4. Ограничение, связанное с точностью обработки детали.
Точность фрезерования зависит от многих факторов. Факторы, вызывающие погрешности при обработке, могут быть систематические и случайные. Систематические погрешности обусловливаются: изнашиванием и деформацией деталей станков, износом режущего инструмента, упругими деформациями технологической системы под действием сил резания. К случайным погрешностям относят: разброс твердости обрабатываемого материала, неравномерность упругих отжатий элементов технологической системы из-за нестабильности сил резания. При определении оптимальных значений режимов резания необходимо учитывать только систематические погрешности. Основное влияние на точность обработки оказывает изменение взаимного расположения детали и фрезы под действием сил резания.
Если рассматривать концевую фрезу как балку, абсолютно жестко заделанную с одной стороны и со свободным вторым концом, то в данном случае ее максимальный отжим определяется выражением [14]: F I3 8= у (2.10) ЗЕ-Ґ К } где у — сила отжатия, Н (см. рис. 1.7); 8 — отжим фрезы, мм; I — вылет фрезы, мм; Е — модуль упругости материала корпуса фрезы, МПа; / — момент инерции в опасном сечении, мм4. Максимальный отжим фрезы не должен превышать допустимого значения, для этого вводится следующее ограничение: 3 Smax, (2.11) ГДЄ (Smax — ДОПУСТИМЫЙ ОТЖИМ, ММ. Допустимый отжим определяется допуском выполняемого размера Т (таблица 2.1). Таблица 2.1 Рекомендации по выбору допустимого отжима концевых фрез Точность обработки тах предварительная 0,1 мм чистовая для 6-10 квалитетов 0,25Т чистовая грубее 10 квалитета 0Д25Т
5. Ограничение по качеству получаемой поверхности.
Качество получаемой поверхности и точность изготовления являются основными требованиями при проектировании технологического процесса изготовления любой детали. Как было описано в главе 1, при изготовлении деталей из титановых сплавов требуется удаление значительного объема припуска на этапе черновой обработки, где производство несет значительные временные и материальные затраты. В технологическом процессе для данных операций требования по качеству минимальны, они обеспечиваются при назначении режимов резания в соответствии с рекомендациями производителя инструмента.
6. Ограничение по мощности главного привода. Мощность, затрачиваемая на процесс резания, не должна превышать максимально допустимую мощность привода главного движения: Р Ртах, (2.12) max максимально допустимая мощность привода главного движения станка, кВт. 7. Ограничение по мощности приводов подачи: Pf Pfmax, (2.13) где Pf — требуемая мощность привода подачи станка, кВт; Р/тах -максимально допустимая мощность привода подачи станка, кВт. Обычно станок имеет несколько приводов подач, поэтому данное условие в случае многокоординатной обработки проверяется для каждого из приводов.
Особенностью фрезерования титановых сплавов является низкая частота вращения шпинделя в сравнении с обработкой стали или алюминиевых сплавов. В таблице 2.2 приведены характеристики фрез различных производителей для высокопроизводительной обработки титанового сплава ВТ6. Используя данные о рекомендуемой скорости резания (таблица 1.7) , был проведен расчет максимальной частоты вращения шпинделя для каждого инструмента по формуле 1.8 (колонка 5).
Методика регистрации мощности резания в ходе проведения эксперимента
При обработке металлов резанием происходят сложные физико-механические процессы, явления пластических деформаций, сопровождающиеся температурными изменениями, структурными превращениями в обрабатываемых материалах и режущих сплавах, находящиеся в определенной зависимости друг от друга. Эти зависимости пока не выявлены. Для учета влияния этих явлений, а также геометрических параметров инструмента теоретически полученная модель требует проверки.
Параллельно с реальным экспериментом была проведена серия виртуальных экспериментов при помощи метода конечных элементов (МКЭ).
Программные продукты, использующие МКЭ, можно разделить на 2 группы. В первую входят те пакеты, которые позволяют исследовать статические процессы, а во вторую - те, чьими средствами можно исследовать динамические процессы, протекающие во времени.
Как было сказано выше, процесс резания - это сложный комплекс взаимосвязанных процессов, динамически протекающих во времени, поэтому для его исследования необходимо выбрать программные продукты из 2-ой группы.
К ним можно отнести лидера в данной области - программный комплекс ANSYS. Но он требует высокой квалификации пользователя и значительного опыта работы в данной сфере.
Более выгодным при экономии средств и времени, по мнению автора, считается программный продукт DEF0RM-3D. Это специализированный инженерный программный комплекс, предназначенный для анализа процессов обработки металлов давлением, термической и механической обработки.
Поскольку экспериментальные исследования проводились в соответствии с рекомендациями производителя инструмента и матрицей планирования дробно-факторного эксперимента, то для моделирования фрезерной обработки воспользуемся этими данными, которые представлены в таблице 3.3.
Выполним моделирование фрезерной обработки титанового сплава при помощи DEFORM-3D с описанием всех этапов на примере опыта №9.
При работе с программой DEFORM-3D можно выделить следующую последовательность действий:
Первым этапом является построение трехмерных моделей заготовки и инструмента, а также правильное их позиционирование относительно друг друга. DEFORM-3D имеет встроенные средства трехмерного моделирования, но они достаточно примитивны и не обеспечивают достаточной детализации при построения моделей. Поэтому построение модели произведем в системе твердотельного моделирования NX {Unigraphics) и воспользуемся функциями импорта. DEFORM-3D позволяет импортировать геометрию в формате STL.
Для сокращения времени расчета построим модель заготовки таким образом, чтобы зуб фрезы врезался в профиль, оставленный от предыдущего зуба, а не в плоский торец. Таким образом, мы начнем моделирование процесса с момента врезания в заготовку одного из зубьев - когда фреза прошла врезание и наблюдается стабильность процесса стружкообразования. В противном случае пришлось бы потратить значительные вычислительные ресурсы на моделирование процесса врезания фрезы.
Цифровая трехмерная модель инструмента в сборе предоставлена производителем. Ее общий вид представлен на рис. 3.7. Это модель фрезы, которая была использована при экспериментальных исследованиях. Средства NX позволяют проводить параметрическое твердотельное моделирование. Построим модель заготовки и спозиционируем инструмент.
Параметризация данной твердотельной модели позволяет оперативно менять ее состояние согласно выбранных режимов резания: фреза перемещается в поперечной плоскости при изменении ширины фрезерования, в вертикальной — при изменении глубины фрезерования, в продольной - при изменении подачи на зуб. Модель заготовки, а именно вырез - след от предыдущего зуба также изменяет свою форму согласно установленным режимам резания. Виды получившейся модели представлены на рис. 3.8. Диалоговое окно с параметрами модели изображено на рис. 3.9.
Свойства материала заготовки и инструмента задаются путем выбора из соответствующей базы данных, встроенной в DEFORM-3D. Для модели обрабатываемого материала указываем ВТ22. Для модели материала инструмента указываем ВК10-ОМ.
Повышение эффективности обработки детали «кронштейн» с использованием методики назначения оптимальных режимов резания
Согласно математической модели фрезерной операции, которая была получена в разделе 2.4, оптимальными режимами резания являются такие режимы резания, которые обеспечат максимальную производительность (целевая функция), при этом должен выполниться ряд условий (ограничивающие факторы).
Составим методику определения оптимальных режимов резания, ее можно представить в виде последовательности шагов: 1. Сбор исходных данных. К исходным данным относятся: эскиз обработки, точность выполняемой операции, диаграмма мощности главного привода станка, марка обрабатываемого материала (/сс 1Л и тс). 2. Выбор фрезы и разработка схемы инструментальной наладки. Выбор фрезы производится по каталогу производителя инструмента согласно поставленной задачи. Затем выбирается оснастка (патрон) для крепления фрезы в шпинделе станка, одновременно определяется ее требуемый вылет. 3. Выбор скорости резания. По рекомендациям производителя инструмента определяется рекомендуемая скорость резания для данного обрабатываемого материала, выбранной фрезы и схемы резания. 4. Расчет максимальной мощности главного привода. Частота вращения определяется по формуле 1.8. Далее, используя диаграмму мощности, для рассчитанной частоты вращения определяется мощность главного привода Ртах. 5. Определение допустимой отжимающей силы Fy. Методика выбора отжимающей силы подробно описана в разделе 4.2. 6. Определение лимитирующего фактора: жесткость фрезы или мощность главного привода.
Решение данной задачи заключается в определении требуемой мощности главного привода станка, используя значение максимально допустимой отжимающей силы.
Между главной составляющей силы резания Fs и отжимающей силой Fy существует зависимость, которая определяется схемой обработки (см. раздел 1.5.2): при попутном фрезеровании Fy = (0,7 ... 0,9) ; при встречном фрезеровании Fy = (0,2 ...0,3)FS. Данные зависимости позволяют получить следующие выражения для требуемой мощности главного привода:
Существует два решения поставленной задачи: Р$ Ртах иР Ртах-В первом случае мощность главного привода является лимитирующим фактором, во втором случае жесткости фрезы недостаточно для обеспечения точности обработки при работе станка на его максимальной мощности. 7. Выбор подачи на зуб, ширины и глубины фрезерования, используя номограммы оптимальных режимов резания. В том случае если жесткость фрезы является ограничивающим фактором, в качестве допустимой мощности главного привода следует использовать рассчитанное значение Р5. 8. Коррекция полученных режимов резания. Производитель инструмента приводит рекомендации по режимам резания. Для обеспечения требуемой стойкости инструмента следует учитывать максимальные значения подачи на зуб, ширины и глубины фрезерования. 9. Расчет коэффициента эффективности.
Коэффициент эффективности позволяет провести сравнительную оценку между различными вариантами выбранных режимов резания. Данная методика в виде блок схемы изображена на рис. 4.3.
Для проверки методики назначения оптимальных режимов резания проведем оптимизацию фрезерной операции технологического процесса изготовления детали «Кронштейн» с последующей обработкой опытной детали.
Данная операция является основной операцией, на которой выполняется значительный съем припуска, и ее оптимизация, по мнению автора, наиболее интересна с целью получения экономического эффекта.
Эта деталь серийно производится на ОАО «ВАСО» (г. Воронеж). Материалом данной детали является титановый сплав ВТ6. Заготовка подается предварительно обработанной с габаритами 490 х 210 х 70 мм. Для изготовления 2х деталей используется 1 заготовка. Она закрепляется на специальном приспособлении посредством 2х болтов. Общий вид детали и контуры заготовки изображены на рис. 4.4.
Используемое оборудование - HERMLE C30V. Это универсальный трехкоординатный обрабатывающий центр, его характеристики приведены в таблице 4.3.
Для съема основного припуска, учитывая конфигурацию и размеры данной детали, выбираем концевую торцово-цилиндрическую фрезу для обработки титановых сплавов производства «СКИФ-М» MT190L-030W32R03AD10-50-IK, ее параметры представлены в таблице 4.4, а рекомендуемые режимы резания - в таблицах 4.5 и 4.5.
