Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Прогрессивным методом изготовления прессформ и штампов из стальных заготовок и ряда деталей из легких и цветных сплавов является их фрезерование на 5-координатных станках с ЧПУ с большими скоростями резания (400-3000 м/мин) концевыми твердосплавными фрезами с цилиндрическими хвостовиками диаметром 3...32 мм. Для базирования и закрепления этих фрез в шпинделях станков применяют специальный вспомогательный инструмент.
Из-за малых величин подач (менее 0,005 мм/зуб) к вспомогательному инструменту предъявляются высокие требования по точности закрепления фрез (биение - 0,003 мм). Из-за высоких частот вращения (до 30 000 мин1) необходимо, чтобы собранные комплекты инструмента имели малый остаточный дисбаланс (класс точности балансировки порядка G 6,3) и минимальные габариты. Рядом изготовителей для этих целей рекомендуется так называемый «термопатрон», обеспечивающий закрепление фрез способом термических деформаций.
Однако при этом отсутствуют объективные рекомендации по выбору конструктивных и размерных параметров вспомогательного инструмента для высокоскоростного фрезерования, нет сведений о материалах, из которых изготовлен термопатрон, о технологии его изготовления. Исследования производительности высокоскоростного фрезерования в зависимости от конструктивного варианта применяемого вспомогательного инструмента до настоящего времени не проводилась.
Перечисленные требования к вспомогательному инструменту и реальная ситуация с его применением и исследованиями показывают, что актуальным является повышение производительности высокоскоростного фрезерования на основе объективного выбора и совершенствования вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез.
Объект исследования. В качестве объекта исследования был использован вспомогательный инструмент нескольких конструктивных вариантов (рис.1) различных изготовителей, модели и опытные образцы инструмента, разработанные в настоящей работе, установки для нагрева изделий токами высокой частоты и 5-координатный станок с ЧПУ мод. С 800 U HERMLE (Германия).
Цель работы. Повышение производительности высокоскоростного фрезерования на основе совершенствования вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез способом термической деформации.
Научная новизна работы заключается:
- в системе критериев оценки качества вспомогательного инструмента
Рис. 1. Конструктивные варианты вспомогательного инструмента а) цанговый
патрон; б) втулка с конусом Морзе; в) патрон с прижимным винтом;
г) гидравлический патрон; д) термопатрон.
для закрепления концевых фрез на станках для высокоскоростного фрезеро-ванияю. Установлены 7 критериев: точность базирования, жесткость закрепления, величина дисбаланса, габариты, коэффициент использования рабочего пространства станка, момент силы сборки - разборки комплекта инструмента и затраты времени на его обслуживание;
в расчетных зависимостях по определению сил, возникающих при закреплении цилиндрического хвостовика концевой фрезы во вспомогательном инструменте, с учетом величины натяга в соединении термопатрон - фреза, длины этого соединения и толщины стенок термопатрона;
в установлении для различных систем базирования и закрепления концевых фрез предельных значений производительности процесса фрезерования при заданной шероховатости обработанных поверхностей.
Практическая ценность работы заключается:
в разработке методов расчета размеров и допускаемых отклонений на присоединительные поверхности вспомогательного инструмента, обеспечивающего закрепление фрез способом термической деформации;
в доведении до инженерных решений рекомендаций по выбору материалов и размерных параметров деталей вспомогательного инструмента, предназначенного для закрепления фрез способом термической деформации;
в разработке усовершенствованного вспомогательного инструмента и технологии его изготовления, что позволяет изготавливать его силами машиностроительных предприятий.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов В теоретических исследованиях применены основные положения теории сопротивления материалов, теории режущего инструмента, теории размерных цепей и теории контактной жесткости. Для получения математической модели расчета сил, возникающих при закреплении цилиндрического хвостовика концевой фрезы во вспомогательном инструменте проводили эксперименты с применением ортогонального планирования второго порядка для трех независимых переменных, варьируемых на 5 уровнях. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается результатами и воспроизводимостью экспериментальных исследований, их корреляцией с данными других авторов, производственными испытаниями и апробацией полученных результатов в производственных условиях. Положения, выносимые на защиту:
Система критериев определения наилучшего варианта сборки комплектов режущего и вспомогательного инструмента.
Модель расчета сил, возникающих при закреплении цилиндрического хвостовика концевой фрезы во вспомогательном инструменте способом термической деформации.
Установленные зависимости производительности обработки от конструктивных параметров средств базирования и закрепления концевых фрез при заданном параметре шероховатости обработанных поверхностей.
4. Разработанные рекомендации по выбору размеров, допускаемых отклонений на присоединительные поверхности вспомогательного инструмента и материалов для его изготовления для закрепления твердосплавных концевых фрез способом термической деформации с помощью токов высокой частоты.
Реализация работы
Результаты работы использованы в проекте совершенствования инструментального хозяйства на ОАО «КП» (Красный Пролетарий), что позволило повысить производительности высокоскоростного фрезерования деталей из цветных сплавов на 20%.
Апробация результатов исследования. Материалы диссертации доложены на Международной конференции «Образование через науку» в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2005 г., на Международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств» в ТулГУ в 2008 г.и на научно-методической конференции «Машиностроение - традиции и инновации» (МТИ - 08) в МГТУ «Станкин» в 2008 г.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ, в том числе одна работа в журнале, входящем в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 97 наименований и 4 приложений. Основная часть работы изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунка и 15 таблиц.
