Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1 Теоретический анализ состояния вопроса 10
1.1 Конструктивно-технологический анализ деталей с наружной винтовой поверхностью 10
1.2 Анализ методов и способов обработки НВП деталей 16
І.З. Анализ существующих способов ротационного резания 22
1.4 Выводы и задачи исследования 31
Раздел 2 Теоретическое обоснование технологии ротационного точения НВП деталей принудительно вращаемым многолезвийным инструментом 34
2.1 Анализ схем движений при формировании НВП деталей принудительно вращаемым многолезвийным инструментом 34
2.2 Разработка модели формирования профиля НВП деталей машин ротационным точением принудительно вращаемым многолезвийным инструментом 39
2.3 Разработка методики расчета профиля режущих кромок МИ для ротационного точения НВП деталей машин 47
2.4 Принципы построения кинематической схемы и компоновки устройства для ротационного точения НВП деталей машин, интегрированного с токарно-винторезным станком 55
2.5 Разработка конструкторско-технологических решений изготовления устройства, интегрированного с токарно-винторезным станком, и многолезвийного инструмента для реализации технологии ротационного точения НВП деталей машин 62
2.6 Выводы 69
Раздел 3 Экспериментальное исследование усовершенствованной технологии ротационного точения НВП деталей и эксплуатационных характеристик, созданного технологического оснащения для ее реализации 71
3.1 Проектирование и изготовление опытного технологического оснащения для экспериментального исследования усовершенствованной технологии ротационного точения НВП деталей машин 71
3.2 Экспериментальное исследование влияния режимных параметров на шероховатость НВП деталей и производительность процесса при ротационном точении 79
3.3 Экспериментальное определение объемного коэффициента для оценки степени дробления стружки при ротационном точении НВП деталей машин 90
3.4 Экспериментальная оценка температуры на поверхностях инструмента, детали и стружки бесконтактным методом с помощью тепловизора HotFind при ротационном точении НВП деталей машин 93
3.5 Выводы 98
Раздел 4 Практическое применение результатов исследования 101
4.1 Рекомендации по использованию усовершенствованной технологии ротацонного точения принудительно вращаемым многолезвийным инструментом НВП деталей 101
4.2 Рекомендации по организации изготовления трансформируемого устройства на бездифференциальной основе, интегрированного с токарно-винторезным станком 1М65, и многолезвийного инструмента для ротационного точения 103
4.3 Практическое использование результатов исследований при обработке винтовой поверхности червячных фрез 109
4.4 Выводы 112
Основные результаты и выводы 114
Список использованных источников 116
Приложение 126
- Анализ существующих способов ротационного резания
- Разработка методики расчета профиля режущих кромок МИ для ротационного точения НВП деталей машин
- Проектирование и изготовление опытного технологического оснащения для экспериментального исследования усовершенствованной технологии ротационного точения НВП деталей машин
- Рекомендации по использованию усовершенствованной технологии ротацонного точения принудительно вращаемым многолезвийным инструментом НВП деталей
Введение к работе
Актуальность работы. В современных отраслях машиностроения находят широкое применение винтовые механизмы и передачи, в конструкцию которых входят детали с наружной винтовой поверхностью (НВП). Особый класс крупногабаритных деталей с НВП в тяжелом машиностроении составляют канатные барабаны грузоподъемных машин. В технологии изготовления зубчатых колес применяют червячные фрезы с НВП.
Среди способов формирования НВП широко используется технология токарной обработки радиальными фасонными резцами по методу копирования. Однако этот способ обработки НВП ряда деталей имеет низкие показатели, как по производительности, расходу режущего инструмента, так и безопасности из-за образования сливной стружки в процессе резания.
Одним из эффективных путей устранения указанных недостатков является применение усовершенствованной технологии ротационного точения НВП принудительно вращаемым многолезвийным инструментом, кинематика формообразования которого характеризуется качением без скольжения центроиды инструмента в форме окружности по центроиде детали в форме прямой линии. При этом взаимодействие режущего клина инструмента с материалом заготовки осуществляется при постоянном изменении точки контакта в зоне резания в результате комбинации качения со скольжением, что является характерным признаком ротационного точения.
Применение технологии ротационного точения может позволить повысить производительность обработки по сравнению с обработкой радиальными фасонными резцами в Ъ-А раза, обеспечить требуемую шероховатость НВП, обеспечить безопасность технологического процесса, а также повысить износостойкость инструмента.
В настоящее время, несмотря на значительное число работ, посвященных исследованию технологии ротационного точения НВП и очевидную ее прогрессивность, вопросы связанные с научным обоснованием повышения производительности обработки и создания технологического оснащения, обеспечивающего выполнение процесса на прогрессивных режимах не разработаны.
В связи с изложенным, настоящая работа, направленная на совершенствование технологии ротационного точения принудительно вращаемым многолезвийным инструментом наружной винтовой поверхности деталей машин с целью повышения ее производительности является актуальной.
Цель работы - повышение производительности обработки наружной винтовой поверхности деталей машин на основе теоретического обоснования процесса ротационного точения принудительно вращаемым многолезвийным инструментом и разработки для ее реализации трансформируемого устройства с кинематической цепью повышенной жесткости на бездифференциальной основе, интегрированного с токарно-винторезным станком.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели определены следующие основные задачи:
- исследовать влияние режимных параметров обработки (S, t, V) на шероховатость наружной винтовой поверхности для обоснования
рациональности их выбора с целью повышения производительности ротационной обработки НВП;
разработать модель формирования профиля НВП ротационным точением принудительно вращаемым многолезвийным инструментом;
разработать методику расчета геометрических параметров режущих кромок многолезвийного инструмента для ротационного точения НВП;
выполнить теоретический анализ схем движений при обработке НВП ротационным точением;
разработать принципы построения кинематической схемы и рациональной компоновки трансформируемого устройства на бездифференциальной основе, интегрированного с токарно-винторезным станком, для реализации ротационного точения НВП вне зависимости от типа производства;
исследовать процессы ротационной обработки и распределение температуры на поверхности режущих элементов многолезвийного инструмента, стружки и детали для обоснования повышения стойкости инструмента;
разработать рекомендации по практическому использованию усовершенствованной технологии ротационного точения принудительно вращаемым многолезвийным инструментом НВП деталей машин.
Объект исследования - технологический процесс механической обработки НВП деталей машин.
Предмет исследования - модель формирования НВП и технологические режимы ротационного точения принудительно вращаемым многолезвийным инструментом НВП деталей машин.
Методы исследований. Теоретические исследования выполняли с использованием положений математического анализа, аналитической геометрии, учения о резании металлов, научных основ технологии машиностроения и учения об инженерии поверхности деталей. При этом применяли разработанную модель генерации профиля НВП. Экспериментальные исследования проводили с использованием созданного технологического оснащения, защищенного патентами, а также с применением методики, разработанной на основе планирования многофакторного эксперимента типа 2 . Контроль температуры на поверхностях режущего элемента инструмента и стружки в зоне резания выполняли бесконтактным методом с использованием тепловизора модели Hot FindDTX.
Достоверность полученных результатов. Сформулированные в диссертации положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретическими решениями и экспериментальными данными, полученными в работе, и не противоречат известным положениям, технических и фундаментальных наук, базируются на корректном математическом аппарате, а также на доказанных однотипных выводах, предложенных авторами ранних исследований.
Научная новизна работы: - теоретически и экспериментально обосновано повышение производительности технологии ротационного точения принудительно вращаемым многолезвийным инструментом наружной винтовой поверхности деталей машин за счет увеличения продольной подачи инструмента и создания жесткой кинематической цепи и рациональной компоновочной схемы
устройства на бездифференциальной основе, интегрированного с токарно-винторезным станком;
разработана модель и алгоритм генерации профиля винтовой поверхности многолезвийным инструментом, позволяющие выбирать рациональное значение подачи при ротационном точении;
установлена эмпирическая зависимость для определения шероховатости НВП деталей изготовлешшх ротационным точением принудительно вращаемым многолезвийным инструментом от основных режимных параметров процесса.
Личный вклад автора. Автором лично проведено теоретическое и экспериментальное исследование технологии ротационного точения НВП деталей, результаты которого позволили обосновать возможность повышения производительности процесса за счет увеличения продольной подачи инструмента и многопроходности обработки. Создано технологическое оснащение для реализации усовершенствованной технологии ротационного точения НВП деталей многолезвийным инструментом, имеющее патентную чистоту.
Практическая значимость. Разработаны методики расчета профиля режущего элемента многолезвийного инструмента. Разработано технологическое оснащение для ротационного точения НВП деталей машин. Даны рекомендации по рациональным технологическим режимам ротационной обработки НВП многолезвийным инструментом с режущими элементами из быстрорежущей стали.
Разработаны принципы построения жесткой кинематической цепи и компоновочной схемы, а также рекомендации по конструированию трансформируемого устройства на бездифференциалыюй основе для ротационного точения НВП деталей, интегрированного с токарно-винторезным станком, и многолезвийного инструмента.
Реализация работы. Научные результаты внедрены на предприятиях тяжелого машиностроения ЗАО «Сибтяжмаш», ООО «Сибмашхолшшг» и использованы в учебном процессе при обучении студентов по дисциплине «Технологическое обеспечение качества и надежности машин», «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов специальностей 151001 «Технология машиностроения» и 200503 «Стандартизация и сертификация».
На защиту выносятся:
результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса ротационного точения НВП деталей машин принудительно вращаемым многолезвийным инструментом при увеличении его продольной подачи и многопроходности обработки, а также создания рациональной конструкции многолезвийного инструмента, кинематической и компоновочной схем трансформируемого устройства на бездифференциальной основе, интегрированного с токарно-винторезным станком;
модель формирования профиля НВП деталей машин ротационным точением;
методика расчета профиля режущих кромок многолезвийного инструмента для ротационного точения НВП деталей машин;
теоретический анализ схем движений при обработке НВП ротационным точением;
принципы построения кинематической схемы и компоновки трансформируемого устройства на бездифференциальной основе, интегрированного с токарно-винторезным станком, для реализации ротационного точения НВП вне зависимости от типа производства;
практические рекомендации по использованию усовершенствованной технологии обработки НВП деталей машин ротационным точением многолезвийным инструментом.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на международной научно-практической конференции САКС 2002 (г. Красноярск 2002); на девятой и десятой Всероссийских конференциях «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика» (г. Красноярск, 2003, 2004 г.г.) на VIII Всероссийской научной конференции с международным участием «Решетневские чтения» (г. Красноярск, 2004 г.), VIII и XIV международных научных конференциях «Решетневские чтения» (г. Красноярск 2009-2010 г.г.); на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Актуальные проблемы авиации и космонавтики» (г. Красноярск 2009, 2010 г.г.)
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 печатных работ, из них 5 в журналах, по перечню ВАК и 3 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников, содержащего 111 наименований. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста и содержит 39 рисунков, 12 таблиц и приложение.
Анализ существующих способов ротационного резания
Процесс обработки лезвийным инструментом, режущая часть которого имеет форму конической чашки с возможность вращения вокруг собственной оси, вращающимся при взаимодействии с заготовкой, называется ротационным резанием [43]. Из этого определения следует, что контактное взаимодействие режущего клина инструментом с материалом заготовки осуществляется в виде комбинации процесса качения со скольжением. Для традиционных способов лезвийной обработки это взаимодействие осуществляется в виде скольжения и является постоянным. Это отличие ротационного резания от традиционного сопровождается рядом особенностей, которые положительно сказываются на протекании процесса обработки, что обеспечивает значительно более высокие показатели качества обработанной поверхности и износостойкости инструмента [44].
В настоящее время выполнено значительное количество теоретических и экспериментальных исследований по кинематике, стружкообразованию, динамике ротационного точения, износу и стойкости ротационных инструментов, качеству обработанной поверхности. В исследованиях Е.Г. Коновалова [47,48], Б.Ф. Боброва [45], П.А. Гика [43, 44] разработаны научные основы ротационного резания, предложены конструкторско-технологические решения по созданию технологической оснастки для реализации процесса ротационного резания самовращающимися инструментами.
Научные разработки Ю.М. Ермакова [49, 105], Н.Н. Попок [50, 51], Ю.А. Новоселова [52, 53] посвящены вопросам дальнейшего совершенствования конструкции инструмента и процесса ротационного резания. Однако полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса ротационного резания относятся в основном к наиболее распространенной круглой чашечной форме режущей части ротационных самовращающихся инструментов, используемых при чистовой обработке наружных и внутренних гладких цилиндрических и конических поверхностей вращения, а также плоских поверхностей.
Следует отметить, что в настоящие время понятие «ротационное резание» стало более широким и кроме традиционного резания инструментом, оснащенным круглыми режущими вставками, установленными в корпусе инструмента с возможностью вращения вокруг своей оси, включает в себя много других разновидностей обработки. Как отмечено в работе Ю.М. Ермакова [38] и Н.Н. Попок [40] в основе этих разновидностей лежит как характер схемы формообразования обрабатываемой поверхности, так и развитие режущей кромки от круглой к винтовой. Что проявляется в трансформации способов ротационного резания от точения вращающимся резцом до токарного протягивания.
Классификация способов ротационного резания с учетом последних разработок в этой области представлена на рисунке 1.9, а различные способы ротационного точения в исторической последовательности приведены на рисунке 1.20.
Из всех рассмотренных способов ротационного точения наибольший интерес применительно к предмету нашего исследования представляет способ ротационного точения, при котором имеет место принудительное концентричное вращение многолезвийного инструмента с фасонными режущими кромками, кинематически связанное с вращением детали (рискнок 1.10 з).
Кинематика (рисунок 1.10 з) формообразования присущая данному способу обработки характеризуется качением без скольжения центроиды инструмента в форме окружности по центроиде заготовки в форме прямой линии [54-58, 107]. Взаимодействие режущего клина инструмента с материалом заготовки осуществляется в виде комбинации качения со скольжением, что является характерным признаком ротационного точения. Для традиционных способов лезвийной обработки это контактное взаимодействие осуществляется в виде скольжения и является постоянным [43, 59]. Одни авторы [41] этот способ обработки НВП называют обработкой обкаточными резцами, акцентируя внимание только на определении профиля инструмента, сопряженного профилю НВП, т.е. на придание НВП требуемой формы. Другие авторы [40] относят его к ротационному точению, учитывая не только характер формообразования НВП, но и характер взаимодействия режущего элемента инструмента с материалом заготовки и его послойное срезание.
В нашем исследовании будем придерживаться второй точки зрения, как наиболее полно отражающей обе функции инструмента - это послойное срезание припуска с поверхности заготовки и придание ей требуемой формы.
Переход от обработки НВП деталей радиальными фасонными резцами к ротационному точению принудительно вращательным многолезвийным инструментом приводит, как отмечено в работах [43, 47], к коренным изменениям характера контактного взаимодействия рабочих поверхностей инструмента с обрабатываемым материалом. При этом происходит обновление в процессе резания контактных поверхностей инструмента за счет его вращения и многолезвийности, для каждого режущего лезвия инструмента имеет место периодически повторяющийся процесс резания.
Периодизация процесса резания улучшает условия работы контактных поверхностей инструмента, которые в период холостого цикла покрываются адсорбированными пленками окислов и охлаждаются. Кроме того, это способствует повышению теплоотвода из зоны резания через инструмент, снижению общей тепловой напряженности процесса и в результате способствует увеличению работоспособности инструмента [59-62].
Различные аспекты данного способа обработки НВП рассматривались в работах многих авторов.
Теоретические вопросы анализа кинематики станков для реализации способа ротационного точения НВП отражены в работе А.А. Федотенка [63]. Научные основы профилирования многолезвийного инструмента для ротационного точения НВП с использованием теории сопряженных поверхностей, разработанной Т. Оливье и Х.И. Гохманом [65], наиболее полно изложены в работах А.И. Фрайфельда [39], Ю.В. Цвиса [57, 66], Г.Н. Сахарова [41, 42] , П.Р. Родина [56, 68], СИ. Лашнева [14], М.И. Юликова [15]. На ряду с разработкой теоретических вопросов профилирования инструмента Ю.В. Цвисом [57] было разработано технологическое оснащение и проведено апробирование способа.
Для внедрения в производство данной технологии промышленностью был освоен выпуск специального станка модели ЕЗ-10А (рисунок 1.11) для ротационного точения многолезвийным инструментом НВП червячных зуборезных фрез и цилиндрических червяков с ограниченными технологическими возможностями: модуль нарезаемых НВП до 6 мм с максимальным диаметром заготовки до 140 мм и длинной до 250 мм, допускаемой продольной подачей 0,047-0,159 мм/об, узкой специализацией и сложным конструктивным исполнением. Кинематическая схема станка разработана на дифференциальной основе и не позволяет использовать прямозубый инструмент.
Недостатки станка ЕЗ-10А обусловлены не рациональным выбором кинематической схемы цепи деления. Принятое расположение органа настройки цепи деления в форме гитары сменных зубчатых колес ix (рисунок 1.12) не рационально, что приводит к значительным нагрузкам на него и этим самым накладывает ограничения на продольную подачу при обработке НВП детали, а также не позволяет использовать гитару с передвижными пальцами из четырех зубчатых колес.
Разработка методики расчета профиля режущих кромок МИ для ротационного точения НВП деталей машин
Из анализа схем движений при формообразовании НВП деталей машин принудительно вращаемым многолезвийным инструментом (рисунок 2.1) следует, что профиль режущего инструмента является сопряженным к профилю НВП, т.е. он может быть определен как огибающая семейства кривых профиля обрабатываемой НВП, зависящих от одного параметра.
Из математического анализа [74] известно правило нахождения огибающей семейства кривых, зависящих от одного параметра. Оно заключается в следующем. Считается заданным уравнение семейства кривых. После дифференцирования данного уравнения по переменному параметру составляют систему уравнений из полученного уравнения и уравнения семейства кривых. В результате решения этой системы получают искомое уравнение огибающей.
В разрабатываемой методике правило нахождения огибающей кривой предваряется действием, связанным с нахождением самого уравнения семейства кривых профиля ВП деталей с учетом характера движений инструмента и детали в процессе формирования профиля ВП.
Рассмотрим последовательность вычислительных операций при определении профиля режущей кромки многолезвийного инструмента для ротационного точения НВП деталей машин.
При выполнении расчета вводятся в рассмотрение подвижные системы координат ХОУ и Х202У2, жестко связанные соответственно с инструментом и деталью, и неподвижная система координат Х]0{У\ (рисунок 2.8). Начало координат систем ХОУ и ХіОіУі совпадает с центом центроиды Ци инструмента, начало координат системы Х2О2У2 расположено на центроиде Цд детали, а ось абсцисс совпадает с центроидой Цд детали. За начальное принимают положение, при котором оси ординат всех трех систем совпадают.
Из практики известно, что наиболее распространенными формами профилей НВП деталей машин являются круговая, циклоидальная, прямолинейная с наклоном под углом к оси детали (соответствующая профилю резьбы и цилиндрических червяков), а также комбинация круговой и прямолинейной. Выполним определение профиля режущей кромки инструмента с учетом предложенной последовательности вычислительных операций на примере расчета профиля режущей кромки многолезвийного инструмента для обработки НВП радиусного профиля.
Расчетная схема для определения профиля режущей кромки многолезвийного инструмента для ротационного точения НВП деталей радиусного профиля представлена на (рисунок 2.9) [37].
Вывод формул для определения профиля режущей кромки многолезвийного инструмента, используемого при обработке НВП циклоидального профиля имеет особенность. Эта особенность состоит в том, что с целью сокращения объемов вычислений при определении профиля режущей кромки инструмента используют известные из математики параметрические уравнения эпициклоиды. Для реализации этой возможности в расчетной схеме для определения профиля режущих элементов инструмента для обработки НВП с циклоидальным профилем (рисунок 2.10) совмещают направляющую прямую циклоидального профиля с центроидой детали. В этом случае точка, лежащая на производящей окружности, при ее качении по неподвижной направляющей окружности опишет эпициклоиду. Эта же точка при качении по направляющей прямой, совпадающей с центроидой детали, опишет циклоиду Уг глубины профиля НВП, а радиус направляющей окружности принимают равным радиусу центроиды инструмента. Согласно теоремы Камуса [65] циклоида и эпициклоида, полученные с учетом схемы (рисунок 2.10), будут являться сопряженными кривыми.
Число ветвей эпициклоиды принимают равным числу РЭ инструмента. В этом случае соотношение между радиусом центроиды инструмента и глубиной профиля НВП принимает вид Д = т-, (2.25) где m - число РЭ равное числу ветвей эпициклоиды; h - глубина профиля НВП детали. Таким образом, предложенная схема (рисунок 2.10) позволяет при определении профиля режущей кромки многолезвийного инструмента для обработки НВП детали циклоидального профиля применить известные из математики параметрические уравнения обыкновенной эпициклоиды [75]
Проектирование и изготовление опытного технологического оснащения для экспериментального исследования усовершенствованной технологии ротационного точения НВП деталей машин
С целью подтверждения теоретического обоснования, выполненного во втором разделе настоящей работы, о возможности повышения производительности и универсальности технологии ротационного точения принудительно вращаемым многолезвийным инструментом наружной винтовой поверхности деталей машин проведено экспериментальное исследование усовершенствованной технологии ротационного точения и эксплуатационных характеристик созданного технологического оснащения для ее реализации. Повышение производительности технологии ротационного точения НВП обеспечивается за счет обоснованной области увеличения продольной подачи инструмента и создания рациональной кинематической и компоновочной схем устройства на бездифференциальной основе для ротационного точения, интегрированного с токарно-винторезным станком, а также конструкций многолезвийного инструмента.
В процессе проведения эксперимента исследовали шероховатость обработанной поверхности в зависимости от режимных параметров обработки, производительность процесса ротационной обработки НВП, температурные нагрузки на режущий элемент многолезвийного инструмента, стружки и детали, определяли объемный коэффициент степени дробления стружки, а также оценивали работоспособность сборочных узлов созданных устройства и инструментов.
Опытное технологическое оснащение (устройство, интегрированное с токарно-винторезным станком 1М65, и многолезвийные инструменты) спроектировано на основе разработанных КТР его изготовления, и изложенных в параграфе 2.5 второй главы настоящей работы. Общий вид опытного устройства, интегрированного с токарно-винторезным станком 1М65, для реализации технологии ротационного точения НВП деталей винтовых передач и механизмов представлен на рисунке 3.1.
Опытное трансформируемое устройство (рисунок 3.1) содержит: инструментальную головку 5, установленную на поперечных салазках суппорта станка вместо резцедержателя; конический редуктор 6, установленный на каретке суппорта; раздаточную коробку 3; базовую плиту 9; ходовой вал 4, соединенный неподвижно с выходным валом конического редуктора 6; гитара сменных зубчатых колес 1 через вал 2 соединена с выходным валом раздаточной коробки.
Устройство работает следующим образом. Заготовка 8, на которой необходимо обработать поверхность, закрепляется в зажимном приспособлении, установленном на шпинделе станка, и поджимается центром задней бабки. Исходя из характеристики НВП обрабатываемой детали, числа РЭ многолезвийного инструмента и выбранной продольной подачи определяется передаточное отношение зубчатых колес гитары по формуле (2.38). По рассчитанному передаточному отношению производится подбор сменных колес и выполняется настройка гитары.
При помощи коробки подач станка устанавливается выбранная продольная подача. Включается вращение шпинделя станка и одновременно вращением винта перемещения поперечных салазок суппорта станка инструментальная головка 5 с инструментом 7 настраивается на требуемую глубину резания, после чего салазки закрепляются. Дальнейшая обработка НВП происходит на постоянном расстоянии между осями детали и инструмента в автоматическом режиме. Общий вид многолезвийных инструментов для ротационного точения НВП деталей, спроектированных и изготовленных на основе разработанных КТР, представлен на рисунке 3.6.
Для многолезвийных инструментов данного типа на ряду с механическим креплением элементов к корпусу можно использовать сварной или наплавной вариант. Для наплавки режущей части может найти широкое применение экономнолегированная вольфрамом быстрорежущая сталь 110х5М8Ф2В2С2Ю [79]. Шероховатость рабочих поверхностей РЭ должна быть в пределах Ra 0,32-0,63 мкм, твердость 63-66 Н11Сэ, допуски на профиль режущей части, шаговые размеры и радиальное биение в пределах 0,5 допуска на соответствующие параметры профиля НВП.
После изготовления опытного технологического оснащения (рисунок 3.1 и 3.6) было выполнено его апробирование.
Детали, используемые при проведении апробирования устройства и инструментов, имели следующие характеристики винтовой поверхности. Обработку НВП с прямолинейным профилем, наклоненным под углом к оси детали, выполняли на образце: наружный диаметр 150 мм, длина винтовой поверхности 500 мм, модуль винтовой поверхности 10 мм, глубина профиля НВП 25 мм, осевой шаг 31,4 мм, угол наклона прямолинейного профиля к оси детали 20, материал образца сталь 40Х. Обработку НВП радиусного профиля выполняли на детали: наружный диаметр 170 мм, длина НВП 400 мм, радиус профиля НВП 24 мм, глубина профиля 14 мм, осевой шаг НВП 48 мм, угол подъема винтовой линии 8, материал образца сталь 20. Характеристика НВП образца (кроме угла подъема винтовой линии) соответствует характеристике НВП нарезаемой на обечайке канатного барабана диаметром 2500 мм механизма главного подъема электрического литейного мостового крана грузоподъемностью 300 т.
При этом применяемые многолезвийные инструменты (рис. 3.6) имели следующие характеристики. Для обработки прямолинейного профиля: наружный диаметр 260 мм, число режущих элементов 24, профиль режущей кромки эвольвентный, угол наклона режущих элементов 4 39 , т. е. равный углу подъема винтовой линии обрабатываемой поверхности, переднюю поверхность затачивали под углом / = 0 по методу «феллоу», тип конструкции инструмента сборный (режущая часть изготовлена из быстрорежущей стали Р6М5, корпус -из стали 40Х). Для обработки радиусного профиля: наружный диаметр 270 мм, число режущих элементов 12, профиль режущих кромок круговой, так как при его расчете центроиду детали расположили, проходящей через центры радиусного профиля НВП, наклон режущих элементов 8, переднюю поверхность режущего элемента затачивали под углом у = 50 , тип конструкции инструмента сборный (режущая часть изготовлена из быстрорежущей стали Р6М5, корпус - из стали 40Х).
Рекомендации по использованию усовершенствованной технологии ротацонного точения принудительно вращаемым многолезвийным инструментом НВП деталей
При принятии решения о внедрении УТРТ, изготовление технологического оснащения (устройства, интегрированного с токарно-винторезным станком, и многолезвийных инструментов) может выполняться по двум вариантам.
По первому варианту изготовление технологического оснащения заказывается на специализированные заводы.
Изготовление устройства заказывается на станкостроительный завод, а режущий инструмент на инструментальный завод, в специализацию которого входит изготовление зуборезного инструмента (в том числе и зуборезных долбяков).
В этом случае заказчик только разрабатывает и согласовывает техническое задание на проектирование и изготовление заказываемого технологического оснащения.
При изготовлении опытного образца устройства для ротационного точения, интегрированного с токарно-винторезным станком 1М65, находили применение детали и узлы с незначительной доработкой, ранее изготовленные на станкостроительных заводах. Этот факт показал, что применяемая на станкостроительных заводах технология вполне обеспечивает качественное изготовление заказываемого устройства и каких-либо дополнительных технологических рекомендаций не требуется.
По второму варианту технологическое оснащение заказчик изготавливает своими силами, используя возможности комплексного инструментального цеха.
В этом случае необходимо руководствоваться следующим. Технологическая подготовка производства должна осуществляться по правилам основного производства, т. е. должны разрабатываться операционные технологические процессы на изготовление деталей и сборку узлов устройства и инструмента. При этом проектируются и изготавливаются необходимые приспособления, режущий, вспомогательный и измерительный инструмент. Такой подход к технологической подготовке производства технологического оснащения для ротационного точения НВП деталей гарантирует их качественное изготовление.
Выполнение работ по монтажу узлов устройства на токарно-винторезном станке необходимо производить в следующей последовательности.
Осуществляют демонтаж суппорта с поперечных салазок токарно-винторезного станка.
После чего выполняется установка базовых плит на продольные салазки суппорта (рисунок 4.1), коробку подач вместо верхней крышки (рисунок 4.2) и заднюю стенку передней бабки станка (рисунок 4.3). Базовые плиты на данном этапе монтажа закрепляются только винтами. Сверление отверстий под винты и штифты можно выполнить с помощью пневмоинструмента или переносного сверлильного станка.
Следующим этапом работ является монтаж сборочных узлов устройства: головка инструментальная (рисунок 3.2) устанавливается вместо резцедержателя на поперечные салазки станка, редуктор конический (рисунок 3.2) устанавливается на базовой плите (рисунок 4.1), смонтированной на продольных салазках суппорта, коробка раздаточная (рисунок 3.4) устанавливается на базовой плите (рисунок 4.2), смонтированной на коробке подач. Характер крепления головки шпиндельной к поперечным салазкам станка, конического редуктора и раздаточной коробки устанавливается по рисункам 3.2, 3.3, 3.4, и в дополнительном пояснении не нуждается.
Следующим шагом в монтажных работах является перевод оси ходового вала на базовую плиту, установленную на задней стенке передней бабки станка (рисунок 4.3). После чего базовая плита снимается.
В результате перевода оси ходового вала на базовую плиту получают точку отсчета при выполнении координатно-расточных работ на базовой плите. После обработки отверстий под оси рядового зубчатого механизма и гитары сменных зубчатых колес выполняется монтаж на базовой плите рядового зубчатого механизма и гитары сменных зубчатых колес.
После сборки на базовой плите рядового зубчатого механизма и гитары выполняют повторную установку базовой плиты с механизмами на заднюю стенку станка с последующей выверкой плиты, установкой крепежных болтов и штифтованием.
Общий вид смонтированной базовой плиты с рядовым зубчатым механизмом и гитарой сменных зубчатых колес показан на рисунке 3.5. Изготовленное опытное устройство, интегрированное с токарно-винторезным станком 1М65, с учетом разработанных рекомендаций представлено на рисунке 3.1.
Из анализа формул (2.21), (2.23) и (2.26) для расчета профиля многолезвийного инструмента, полученных в соответствии с методикой расчета профиля режущих кромок многолезвийного инструмента, разработанной в параграфе 2.3 второй главы настоящей работы, следует, что в качестве аргумента наряду с параметрами обрабатываемой НВП детали входит значение радиуса центроиды инструмента. В свою очередь на величину радиуса центроиды оказывает влияние с одной стороны размер рабочего пространства инструментальной головки, с другой - необходимость соблюдения в определенном интервале (от 0,05 до 1) отношения окружной скорости вращения инструмента к скорости резания для обеспечения реализации принципа нестационарности теплообмена в зоне резания [59, 61]. Обоснование благоприятного влияния данного принципа на процесс резания при обработке ВП ротационным точение многолезвийным инструментом выполнено в параграфе 3.4 третьей главы настоящей работы.
