Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время одной из актуальных задач, тоящих перед производством, являются снижение себестоимости и повышение роизводительности операций металлообработки путем разработки регрессивных конструкций режущих инструментов. Современное состояние и :ерспективы развития металлообработки характеризуются широким іспользованием сборного режущего инструмента, оснащенного сменными геханически закрепляемыми пластинами (СМП) выполненными из твердых плавов.
В реальных производственных условиях часто возникает необходимость ібработки деталей, имеющих сложный профиль (матрицы пресс-форм, [гтампов, корпусные детали, колесные пары тепловозов и электровозов и т.п.). \ ряде случаев наиболее эффективными режущими инструментами для ібработки таких деталей являются сборные фасонные фрезы, оснащенные менными многогранными пластинами. Механическое крепление режущих лементов устраняет трудоемкую операцию напаивания твердосплавных їластин по фасонному профилю фрезы, и наряду с этим значительно окращается номенклатура твердосплавных пластин, необходимых для існащения инструмента. Вследствие простоты восстановления режущих войств фасонных фрез с СМП допускается существенное повышение режимов юзания. Таким образом сборные фасонные фрезы оснащенные СМП обладают ысокой стойкостью, повышенной производительностью, связанной с тем, что ложная поверхность формируется за один проход, и возможностью обработки іеталей с большой длинной фасонного профиля за счет использования [регрессивных схем резания.
Сборные фрезы для обработки поверхностей сложного профиля сличаются сложностью и многовариантностью конструкций, сложностью [роектирования и изготовления. Существующие на сегодняшний день іетодики проектирования разработаны лишь для некоторых частных хжструкций сборных фасонных фрез, являются трудоемкими, не решают шогих вопросов, связанных с проектированием и эксплуатацией инструмента, ібеспечением точности изготовления и обработки и не рассматривают вопросы [роектирования и эксплуатации инструмента в комплексе.
Таким образом актуальной является задача исследования и разработки ювых конструкций сборных фасонных фрез и методов их проектирования с іспользованием современных информационных технологий.
Целью работы являлось повышение эффективности проектирования борных фрез для обработки поверхностей сложного профиля путем гатематического моделирования.
Научная новизна работы состоит в:
математической оптимизационной модели сборных фасонных фрез, учитывающей влияние геометрических, конструктивных и эксплуатационных параметров на точность, производительность и себестоимости обработки;
аналитических выражениях, позволяющих определить допуски на изготовление конструктивных элементов сборных фрез в зависимости от требуемой геометрической точности инструмента;
схеме ориентации заготовки корпуса фрезы на станке с ЧПУ, позволяющей повысить точность обработки за счет уменьшения числа требуемых степеней свободы оборудования;
обобщенных зависимостях для определения перемещений и напряжений элементов режущей части инструмента.
Методы исследования. Все разделы работы выполнены с единых методологических позиций. Последовательно осуществляются анализ и синтез конструкций с использованием графовых структур, построение геометрической модели методами матричной алгебры и аналитической геометрии, исследование прочности и жесткости инструмента численным методом конечных элементов, обработка результатов численных экспериментов методом наименьших квадратов с использованием теории вероятности и математической статистики, решение оптимизационной задачи методом динамического программирования с использованием возможностей современной вычислительной техники и программного обеспечения.
Практическая ценность диссертации состоит в алгоритмическом и программном обеспечении выбора оптимальных по критериям точности, производительности и себестоимости геометрических, конструктивных и эксплуатационных параметров сборных фасонных фрез; системе автоматизированного проектирования фрез для обработки поверхностей сложного профиля, реализованной в среде Delphi в виде пакета Windows-приложений.
Реализация работы. Разработанные рекомендации и программное обеспечение используется на ОАО ПТД «СТАНКОИНСТРУМЕНТ» (г. Москва), Новосибирском инструментальном заводе, ЗАО «ЛИГНУМ» (Нижегородская область), ЗАО «ПРОМОСНАЩЕНЕ» (г. Москва), а так же в учебном процессе кафедры «Инструментальная техника и технология формообразования» МГТУ «Станкин».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструктивных материалов и покрытий» (г. Волгоград 1999 г.), научной студенческой конференции, посвященной 70-летию МГТУ «Станкин» (г. Москва 2000 г.), четвертом международном конгрессе КТИ-2000 (г. Москва 2000 г.) и на
іседаниях кафедры «Инструментальная техника и технология ормообразования» МГТУ «Станкин». Программно-методический комплекс зтоматизированного проектирования и расчета основных характеристик гжущего инструмента получил второе место на конкурсе-выставке КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИНЖИНИРИНГ», проведенный в рамках XXV агаринских чтений (г. Москва 2000 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных ібот.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести іав, основных выводов, списка литературы (81 наименование) и 5 риложений. Материал изложен на 19$ страницах машинописного текста, эдержит 42 рисунка и 15 таблиц. Общий объем работы Z "2-8 страниц.