/>МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національнийуніверситет «Львівська політехніка»
Кафедра«Технології машинобудування»
Реферат
«Проектування геометріїкосозубих торцевих фрез з ступінчастими схемами різання»
Дисципліна: Науковідослідження
Виконав
Ст.гр.____
___________
Викладач
___________
Львів – 2008р.
Зміст
Вступ
1.Теоретичні відомості. Аналіз запропонованих рішень
2Удосконалення комбінованої схеми різання з регулюванням положення профілюючогорізального ножа в процесі обробки
3. Конструюваннячистової косокутної торцевої фрези з комбінованою схемою різання
4.Експерементальна перевірка теоретичних розрахунків. Розроблення рекомендацій щодовизначення параметрів якості
Висновки
Література
Вступ
Корпуси механізмів, приладів, апаратів,а також опори, рами, станини складають більше 13% масиву продукціїмашинобудування і металообробки. Матеріалом цих деталей є чавуни (близько 60%)і загартована сталь (до 20%). В технологічних процесах виготовлення деталей від10 % до 50% деталей повинні мати шорсткість оброблених поверхонь /> не більше 1,6 мкм.
Останнім часом чистова обробка плоских поверхонь все частішевиконується торцевим фрезеруванням, як правило, стандартними торцевими фрезами,які мають ряд недоліків. Усунення цих недоліків є важливою задачею, яка може вирішуватисьв кількох напрямках. Одним з напрямків вирішення поставленої задачі єпроектування більш досконалих конструкцій фрез з комбінованими схемами різання,які б відповідали поставленим вимогам та враховували накопичений досвід тарезультати сучасних наукових досліджень, з метою подальшого застосування такихфрез на виробництві.
При розробці спеціальних торцевихфрез з комбінованими схемами різання основною метою є встановлення раціональнихконструктивних параметрів фрез та режимів експлуатації. Крім цього,застосування чистових торцевих фрез з комбінованими схемами різання викликаєнеобхідність вивчення особливостей кінематики обробки.
Дослідження та вирішеннярозглянутих питань, які направлені на підвищення якості чистової обробкиплоских поверхонь деталей, є актуальною задачею і має велике значення насучасному етапі розвитку інструментального виробництва та машинобудування вцілому.
Мета і задачі дослідження.Метою роботи є підвищення якості обробки плоских поверхонь чавунних та стальнихзагартованих деталей за рахунок використання нових конструкцій, в якихзастосовані ступінчасті схеми різання, косокутна безвершинна геометріярізальних ножів, комбінування рухів різальних ножів в процесі обробки.
Длядосягнення поставленої мети запропоновано вирішення наступних завдань:
· виконанняаналізу особливостей конструкцій, експлуатації та працездатності торцевих фрез,особливостей конструктивних елементів ступінчастих фрез з регулюваннямрозташування різальних ножів і їх впливу на характер процесу різання;
· розробкана основі теоретичного аналізу удосконалених конструкцій торцевих фрез зрегулюванням розташування різальних ножів;
· дослідженнявпливу режимів різання розроблених конструкцій фрез на характер фрезерування;
· виконанняаналізу кінематики процесу фрезерування торцевими ступінчастими фрезами зрегулюванням розташування різальних ножів;
· дослідженнявпливу режимів різання на експлуатаційні показники оброблених поверхонь тавизначення їх раціональних значень при обробці стальних загартованих тачавунних деталей;
· виконаннявиробничих досліджень та розробка рекомендацій щодо впровадження результатівроботи на машинобудівних підприємствах.
1.Теоретичні відомості. Аналіззапропонованих рішень
Проведено аналіз опублікованих заостанні роки вітчизняних і зарубіжних рішень (у тому числі патентів таавторських свідоцтв) по удосконаленню конструкції чистових торцевих фрез.Умовно всі чистові торцеві фрези було розподілено на дві основні групи:
– інструмент з регулюваннямрізальних ножів в процесі обробки;
– інструмент з нерухомозакріпленими різальними ножами.
Для подальшого використання забазовий був обраний інструмент з регулюванням різальних ножів в процесіобробки. Серед напрямків удосконалення базового інструменту можна виділитидекілька основних:
– застосування прогресивних схем зрізування припуску;
– спірально-ступінчасте розташування різальних ножів;
– застосування ножів з радіусною каліброваною кромкою іможливістю регулювання торцевого биття.
Розглянуті процеси фінішної обробкиплоских поверхонь розроблені недостатньо. Має місце суперечливість існуючихрекомендацій щодо застосування та умов експлуатації чистових торцевих фрез,використання яких дозволяє підвищити якість обробки плоских поверхонь деталей.
На кафедрі технологіїмашинобудування і конструювання технічних систем ЖІТІ було запропонованозастосування комбінованої схеми різання, в якій поряд з нерухомо закріпленимивідносно корпуса фрези ножами існує профілюючий різальний ніж з необхідноюгеометрією і можливістю руху в процесі обробки, в напрямку перпендикулярному довектора подачі заготовки для забезпечення високої якості обробки по шириніторцевого фрезерування.
Тому було виділено ряд пріоритетнихнапрямків, за якими проводились подальші дослідження, а саме необхідно було:
–розробити конструкцію чистової косокутної торцевої фрези, оснащеною НТМ, зкомбінованою схемою різання;
–виконати силовий аналіз для фрези з комбінованою схемою обробки;
–дослідити вплив похибок верстата на формоутворення поверхні;
– визначитивплив режимів різання на експлуатаційні показники оброблених поверхонь тавстановити їх раціональні значення при обробці стальних загартованих тачавунних деталей;
–практично підтвердити доцільність використання розробленої конструкції чистовоїкосокутної торцевої фрези з комбінованою схемою різання і рекомендованихпараметрів проведення експериментальних досліджень для фінішної обробки деталейіз чавунів і загартованих сталей;
2. Удосконалення комбінованої схемирізання з регулюванням положення профілюючого різальногоножа в процесі обробки
Удосконалення схеми плоского фрезерування торцевими фрезамиреалізується шляхом зняття припуску різальними ножами, де найбільшу частинуприпуску видаляють різальними ножами, які нерухомо закріплені відносно корпусуфрези. Корпус рухається за коловою траєкторією, після чого чистовий припусквидаляють різальними ножами, які розташовані в радіальному напрямку нанайменшій відстані від осі фрези з найбільшим вильотом відносно нерухомихрізальних ножів і рухаються за прямолінійною траєкторією перпендикулярно довектора повздовжньої подачі заготовки, що забезпечить підвищення якості обробкив напрямку, перпендикулярному до вектора повздовжньої подачі заготовки .
Формування перерізу зрізу відбуваєтьсянаступним чином:
Силовий аналіз здійснювався зарівняннями розробленими Розенбергом А.М. і Розенбергом О.О. з уточненнями до умовчистового торцевого фрезерування. Для розрахунку складових сили різання: коловоїсили />, подачі/> та осьовоїсили /> різаннябула створена методика визначення кількості ножів, які приймають участь в різанні,та реалізований алгоритм і програма обчислення на ЕОМ на мові програмування С++.
Результати моделювання показують, щоскладові сили різання /> для запронованого методу фрезеруваннярозраховуються за наступною умовою:
/>
де />– поточний час обертання, />– частина періодуобертання інструменту, в який здійснюється різання рухомим різальним ножем, />– сумарна миттєвасила різання нерухомо закріпленими ножами, />– сила різання, що діє на рухомий впроцесі обробки різальний ніж.
Для визначення раціональної кількостіступіней фрези з комбінованою схемою різання був розраховані складові сили різання/>, />, /> із врахуваннямзмінюваної кількості ножів, які приймають участь в різанні. Проведена апроксимаціяскладових рядами Фур'є. Чисельний аналіз виконано в пакеті MathCad. За результатамианалізу отримані максимальні і середні значення складових сили різання і розрахованийсиловий коефіцієнт нестабільності фрезерування/>для одно- і багатоступінчастих фрез(табл. 1).
Таблиця 1 № з/п Схема різання
/>, Н
/>, Н
/> 1. одноступінчаста 144,06 94,483 1,524 2. трьохступінчаста 48,022 32,698 1,468 3. девятиступінчаста 16,008 11,311 1,415
Результатирозрахунків показують, що найбільш стабільними в процесі обробки є багатоступінчастіфрези. Для запропонованої комбінованої схеми різання рекомендована конструкція з9-ма ступенями.
Одним із показників якості обробки євідхилення від площинності оброблених поверхонь.
Запропонована комбінована схема плоскогофрезерування дозволяє отримати наступний профіль обробленої поверхні з відхиленнямвід площинності f = 0 мм :
1) при відхиленні вісі шпинделя в напрямкуподачі ;
2) при відхиленні вісі шпинделя в напрямку,перпендикулярному подачі
3. Конструювання чистової косокутноїторцевої фрези з комбінованою схемою різання
Запропонованометодику досліджень для визначення силових факторів обробки і методику визначенняпараметрів мікрогеометрії оброблених поверхонь.
Конструктивнофреза складається із корпуса, в якому закріплені різальні ножі. Установка фрезина верстаті. Кріплення різальних ножів здійснюється клиновим затискаючим механізмом.В плунжері встановлений і закріплений за допомогою гвинта рухомий різальний ніжз можливістю точного регулювання його осьового вильоту мікрометричним гвинтом. Копір,який забезпечує прямолінійний рух різального ножа в процесі обробки, закріплюєтьсядо корпусу шпиндельної коробки.
Виглядфрези з торця і схематичне розташування різальних ножів за логарифмічними спіралями.
Запропонована конструкція чистової торцевоїфрези з комбінованою схемою різання дозволяє:
– реалізовувати рух профілюючого різальногоножа за прямолінійною траєкторією перпендикулярно до вектора подачі заготовки івирівняти шорсткість обробки за шириною фрезерування;
– зрізати основну частину припуску різальниминожами, які рухаються відносно оброблюваної поверхні за коловими траєкторіями ізакріплені нерухомо в корпусі фрези;
– за рахунок ступінчастого розташуваннярізальних ножів підвищити максимальну глибину різання і поєднати чорнові і чистовіоперації за один прохід;
– здійснити регулювання осьового вильотурізальних ножів при необхідності корегування глибини різання;
– використовувати в якості матеріалурізальної частини ножі з НТМ, які дозволяють значно підвищити якість обробленоїповерхні, стійкість інструмента та продуктивність обробки;
–забезпечувати косокутне різання, що дає можливість зменшити питомі навантаженняна одиницю довжини різальних кромок ножів, і таким чином в значній мірі додатковопідвищити стійкість різальних ножів;
– застосовувати фрезу для обробки плоскихповерхонь на верстатах фрезерної і шліфувальної групи.
Диференційне рівняння руху профілюючогорізального ножа в напрямку подачі має вигляд:
/>
де />– миттєве положення різального ножа,/>– маса рухомоговузла, />– коефіцієнттертя, />– жорсткістьпружини рухомого вузла, />– рівнодіюча складових сили різання,які діють на профілюючий різальний ніж.
Результати моделювання в системі ExcelXP :
Аналіз отриманих значень показує, щосила попереднього стиску пружини рухомого різального вузла забезпечує його лінійнутраєкторію під час чистової обробки розробленою торцевою фрезою з комбінованою схемоюрізання (P
Для забезпеченнязрізання тонких перерізів зрізуваних шарів доцільно використовувати для фрез ножіз косокутною геометрією з кутами нахилу різальних кромок /> із передньою плоскою тазадньою циліндричною поверхнями.
Перетин задньої циліндричноїз плоскою передньою поверхнею утворює монотонну різальну кромку, що полегшує процесїї заточки та створює умови різання, близькі до вільного різання.
Для отримання значень складових силирізання />, />, />, в процесі обробкибув використаний монолітний трикомпонентний фрезерний динамометр з блоком датчиків,блоком спряження з ПЕОМ і пакетом обробки сигналів (ПОС).
Вимірювання мікрогеометрії обробленихповерхонь оброблених чистовими фрезами з комбінованою схемою різання проводилосьна профілографі Talysurf 6 (Англія).
Зметою забезпечення достовірності експериментальних досліджень визначалися характеристикигеометричної точності і жорсткості верстата, на якому виконувалися дослідження.
4.Експерементальна перевірка теоретичних розрахунків.Розроблення рекомендацій щодовизначення параметрів якості
Об’єктомдосліджень була спроектована торцева ступінчаста фреза діаметром 320 мм, оснащенагексанітом–Р. Максимальна ширина оброблюваної деталі – 90 мм.
Дляспівставлення складових /> сили різання, що виникають при різанніножами фрези, які мають безвершинну косокутну геометрію, знадобилися додаткові досліди.Для виключення похибки співставлення, пов’язаної з фізико- механічними властивостямиі твердістю оброблюваного матеріалу, проводилося фрезерування деталей з чавуну СЧ21та загартованої сталі 45 ножами з косокутними безвершинними ножами (матеріал різальноїчастини – гексаніт-Р) без рухомого різального ножа та фрезою з рухомим різальнимножем.
Встановлено,що питоме навантаження на одиницю довжини різальної кромки для ножів чистової косокутноїторцевої фрези з комбінованою схемою різання складає близько 250 Н/мм, що відповідаєстандартним умовам чистового косокутного різання, що дозволяє припустити їх високузносостійкість.
Збільшенняшвидкості різання /> для спроектованих фрез призводитьдо зменшення всіх складових сил різання, що особливо важливо при умові недостатньоїжорсткості технологічної системи. Підвищення подачі /> призводить до збільшення складовихсил різання, особливо при обробці загартованих сталей. При використанні чистовоїторцевої фрези з рухомим різальним ножем складова сили різання /> перевищує складову /> , що сприяє створеннюу об’ємі різального клину напружень стиску.
Для порівняння статистичних параметрівпрофілограм для фрез з традиційною і комбінованою схемами різання проводилась обробкачавунних деталей (матеріал – СЧ21) фрезою з комбінованою схемою різання. Обробкавиконувалась з використанням рухомого різального ножа і без нього. Розташуваннярізальних ножів за спірально-ступінчастою схемою різання. Режими різання: n =120хв-1, Sхв= 15 мм/хв, /> = 0,75 мм, глибина різання рухомимножем –0,05 мм.
Фотографія обробленої поверхні. Отриманіпараметри мікрогеометрії обробки.
Дисперсія відхилень отриманих значеньвід середніх складає відповідно: 0,02 мкм і 0,011 мкм. При використанні запропонованоїконструкції фрези досягається зменшення дисперсій відхилень значень середньоарифметичноївисоти мікронерівностей /> в 1,82 рази відповідно до фрези зісхемою різання без рухомого різального ножа. Відмічається зменшення середнього крокунерівностей профілю />, висот найбільшого виступу профілю/>, найбільшоївисоти нерівностей профілю />.
Обробкадеталей із чавунів і загартованих сталей на ВАТ «Беверс» (м. Бердичів)показала, що розроблена чистова торцева фреза має більш високу якість обробки повідношенню до чистових торцевих фрез стандартних конструкцій. За рахунок ступінчастогорозташування ножів, використання косокутної геометрії ножів і формування рухомимножем прямолінійних штрихів обробки перпендикулярно до вектора подачі заготовкифрези можуть бути застосовані для напівчистової та чистової обробки деталей з додержаннямвсіх вимог до якості обробки.
Впровадженняфрези у виробництво показало, що при обробці деталей із чавунів і загартованих сталейдосягається підвищення продуктивності обробки до 20% по відношенню до обробки стандартнимифрезами, оснащеними НТМ.
Встановлено, що використання комбінованоїсхеми різання веде до вирівняння шорсткості обробки за шириною фрезерування, формуванняпрямолінійних штрихів обробки в напрямку перпендикулярному повздовжній подачі.
Середньоарифметичнависота мікронерівностей оброблених поверхонь для чавунних деталей становила Ra =0,6 – 1,1 мкм, для стальних загартованих деталей – Ra = 0,6 – 1,5 мкм.
ВИСНОВКИ
1.Проведене теоретичне дослідження аспектів чистового торцевого фрезерування дозволилорозробити спосіб плоского фрезерування та конструкцію чистової косокутної торцевоїфрези з комбінованою схемою різання, оснащену надтвердими матеріалами, для чистовоїобробки плоских поверхонь чавунних та стальних загартованих деталей і тим самимпідвищити якість обробки, порівняно із фрезами стандартних конструкцій.
2. Експериментально обгрунтовано доцільністьвикористання комбінованої схеми різання з від’ємними кутами нахилу радіусних (r= 5–10 мм) різальних кромок.
3. Розроблена методика розрахунку тапрограми на ПЕОМ основних параметрів процесу чистового торцевого фрезерування ступінчастимифрезами з комбінованою схемою різання.
4. Встановлено, що використання комбінованоїсхеми різання призводить до вирівняння середньоарифметичної висоти мікронерівностейза шириною фрезерування, формування прямолінійних штрихів обробки в напрямку, перпендикулярномуповздовжній подачі.
5. При обробці сірого чавуну і загартованоїсталі рекомендовані наступні режими різання і геометрія ножів: V = 5,2 м/с, Sхв= 30 мм/хв, глибина різання t = 0,75 мм, задній кут />, передній кут />, кут нахилу різальноїкромки />, радіусзадньої поверхні нерухомо закріплених ножів r = 5 мм, для рухомого – r = 10 мм.
6.За результатами впровадження розробленої фрези на ВАТ “Беверс” (м. Бердичів) відбулосьпідвищення продуктивності обробки до 20% по відношенню до обробки стандартними фрезами,оснащеними НТМ. Середньоарифметична висота мікронерівностей оброблених поверхоньдля чавунних деталей становила Ra = 0,6 – 1,1 мкм, для стальних загартованих деталей– Ra = 0,6 – 1,5 мкм.
Література
1) ВиговськийГ.М., Мельничук П.П., Громовий О.А. Розрахунок сил різання при обробці деталей ступінчастимиторцевими фрезами косокутного різання Вісник ЖІТІ. – 1999. – №11. – С. 58–66.
2) ВиговськийГ.М., Мельничук П.П., Громовий О.А. Безвершинне косокутне фрезерування. Знос тастійкість // Вісник Черкаського інженерно технологічного інституту. – 1999. – №4.– С. 94–98.
3) Виговський Г.М., Громовий О.А., МельничукП.П. Косокутне різання. Деформація і напрямок сходу стружки // Вісник Житомирськогоінженерно-технологічного інституту. – 2000. – №12, С. 76–84.
4) ВиговськийГ.М., Мельничук П.П., Громовий О.А. Вплив похибок верстата на площинність обробленихповерхонь при чистовому торцевому фрезеруванні Вестник НТУУ «Киевский политехническийинститут», Машиностроение, 2000. – № 39. – С. 336–342.
5) ВиговськийГ.М., Громовий О.А., Мельничук П.П., Ольшевський В.С. Комп’ютерне моделювання процесуторцевого фрезерування одно– і багатоступінчастими фрезами // Вісник Сумського державногоуніверситету. 2000. – №15. – С. 104–110.