Совершенствование процессов профилирования винтовых канавок и обработки концевых фрез со сферическим торцем
Скачать 175.83 Kb.
|
На правах рукописи Фасхутдинов Айрат Ибрагимович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОФИЛИРОВАНИЯ ВИНТОВЫХ КАНАВОК И ОБРАБОТКИ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ СО СФЕРИЧЕСКИМ ТОРЦЕМ Специальность 05.02.07 – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Набережные Челны - 2011 Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты" Камской государственной инженерно-экономической академии. Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Н.А. Чемборисов Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Репко Александр Валентинович г. Воткинск кандидат технических наук Мурзин Юрий Павлович г. Ижевск Ведущая организация: ОАО Автомобильный завод «Урал» г. Миасс Защита состоится 27 октября 2011 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.065.02 в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7, ИжГТУ. Отзывы на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим выслать по указанному адресу. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета. С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ИжГТУ: www.istu.ru. Автореферат разослан « 19 » сентября 2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор В.Г. Осетров ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы Развитие машиностроительной промышленности в современных условиях характеризуется усилением конкуренции на мировых рынках. Основной задачей предприятий в таких условиях становится выпуск высококачественной продукции при жесткой экономии материальных, информационных и временных ресурсов. Повышение качества изделий невозможно без совершенствования методов обработки и конструкций режущего инструмента. Изделия с винтовыми поверхностями получили широкое распространение в автомобилестроении, станкостроении, инструментальном производстве и медицине. Это червячные и винтовые пары рулевого управления автомобилей, ходовые винты станков, многочисленные осевые режущие инструменты с цилиндрической и конической винтовой передней поверхностью, конические бор-фрезы, применяемые в стоматологии. Обработка этих изделий выполняется режущими инструментами со сложной формой на многокоординатных (обычно 5-ти координатных) станках с числовым программным управлением специально спрофилированным инструментом, требующим больших материальных и временных затрат на правку. Существенным упрощением явилось бы использование шлифовальных кругов стандартного профиля для получения винтовых канавок. Однако их применение затруднено из-за отсутствия математического аппарата, позволяющего спроектировать профиль винтовой канавки для обработки шлифовальным кругом стандартного профиля и определить технологически параметры установки шлифовального круга относительно заготовки. Кроме того большие трудности, несмотря на использование станков с ЧПУ, возникают при изготовлении сферического участка концевых фрез связанные с переменным шагом винтовой канавки и сложностью заточки заднего угла. В то же время на многих предприятиях отсутствуют заточные станки с ЧПУ, но есть универсальные заточные станки. Таким образом, для совершенствования производства концевых фрез со сферическим торцем необходимо, с одной стороны, перейти к использованию шлифовальных кругов стандартного профиля, а с другой стороны, разработать технологическую оснастку для заточки и переточки режущих кромок и заднего угла сферического участка на универсальных заточных станках. Решение этих задач безусловно актуально. Целью работы является: совершенствование процессов профилирования винтовых канавок и обработки концевых фрез со сферическим торцем, за счет использования шлифовальных кругов стандартного профиля и специальной технологической оснастки для заточки и переточки режущих кромок и заднего угла сферического участка на универсальных заточных станках. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Научная новизна заключается:
Практическая ценность работы заключается: – В методе обработки винтовых стружечных канавок концевых фрез шлифовальными кругами стандартного профиля (Патенты РФ №67011, №74324). – В рекомендациях по расчету и пакете прикладных программ объединяющих проектный расчет инструмента с моделированием обработки (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ РФ №2010612270). – В конструкции приспособления для заточки и переточки концевых инструментов со сферическим торцем на универсальных заточных станках (Патент РФ №60890). Реализация результатов работы: Результаты работы, в виде пакета прикладных программ, технологической оснастки для универсальных заточных станков и методики обработки винтовых канавок концевых фрез со сферическим торцем шлифовальными кругами стандартного профиля внедрены в департаменте главного технолога ОАО КАМАЗ, ОАО «Камазинструментспецмаш», ООО ПО «Начало», ОАО «КАМАЗ-Дизель». Используется при чтении лекций и проведении лабораторных работ по курсу «Основы теории режущего инструмента» в ГОУ ВПО ИНЭКА. Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на ВНПК «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» (г. Бийск, 2006), МНТК «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием» (г. Тула, 2007), МНТК «Научная сессия ученых АГНИ» (г. Альметьевск, 2007). В полном объеме диссертация докладывалась на расширенных заседаниях кафедры «ТМ, МСиИ» ГОУ ВПО ИНЭКА; «Технология производства двигателей» КГТУ им. Туполева. Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 12 научных работах, из них 3 патента, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, пять докладов в сборниках трудов конференций, три статьи в изданиях рекомендованных ВАК, в которых отражены основные положения диссертации. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 103 наименований и 4 приложений. Материал изложен на 130 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 28 таблиц и 37 страниц приложений. Общий объем работы 184 страниц. Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, дается ее краткая характеристика, показана научная новизна и практическая ценность полученных результатов. В первой главе рассмотрено современное состояние и тенденции развития методов проектирования концевого инструмента с винтовыми канавками, способов обработки винтовых канавок и проведен их анализ. На основе анализа показаны достоинства и недостатки известных методов обработки, а также методов проектирования инструмента, исходя из которых сформулированы цели и задачи исследования. Вопросам определения профиля образующей исходной инструментальной поверхности для проектирования режущих инструмента, обрабатывающих винтовые поверхности, посвящены работы советских и российских ученых В.А.Гречишникова, Н.А.Чемборисова, Ю.Е. Петухов, А.Н.Борисова, Э.А.Волкова, Г.И.Грановского, Ф.С.Дихтяря, С.Ю.Илюхина, Г.Г.Иноземцева, Г.Н.Кирсанова, С.И.Лашнева, Ф.Л.Литвина, В.С.Люкшина, В.А.Перепелицы, С.П.Радзевича, П.Р.Родина, И.И.Семенченко, Г.Н.Сахарова, Ю.С.Степанова, Г.И.Шевелевой, Н.Н.Щеголькова, Ф.С.Юнусова, М.И.Юликова. Анализ работ и производственного опыта показал, что проблемы обработки винтовых поверхностей до настоящего времени полностью не решены. Для обработки винтовых поверхностей в спиральных сверлах, концевых фрезах и ряде других инструментов применяются фасонные шлифовальные круги. Использование фасонных шлифовальных кругов сопряжено с их невысокой стойкостью, необходимостью частой правки из-за повышенного изнашивания, что как следствие, ведет к увеличению трудоемкости и себестоимости процесса обработки. Кроме того большой парк универсальных заточных станков не используется для заточки и переточки режущих кромок и заднего угла на сферическом участке концевых фрез. Исходя из проведенного анализа было отмечено, что для повышения эффективности процесса обработки концевых фрез со сферическим торцем желательно перейти от использования фасонных шлифовальных кругов к инструменту стандартного профиля и создать технологическую оснастку для заточки и переточки режущих кромок и заднего угла на сферическом участке концевых фрез на универсальных заточных станках. Исходя из проведенного анализа были сформулированы цели и задачи исследования. Во второй главе приводится способ профилирования винтовых канавок шлифовальным кругом со стандартным профилем. Целесообразно выполнение концевой фрезы со стружечными канавками профиль которых позволит обеспечить обработку канавок шлифовальным кругом стандартной формы при его винтовом движении относительно заготовки (рис.3).  Рис. 3. Мгновенные положения сечения шлифовального круга Данный метод позволяет получить любой профиль инструмента. Изменение параметров установки позволит влиять на получаемый профиль. Профиль канавки образован двумя кривыми (рис. 4). Кривая 1 образована точкой на торце шлифовального круга и задана уравнениями (2):  Рис. 4. Кривые образующие профиль канавки  (2) где   - толщина шлифовального круга; - угол наклона шлифовального круга; - межосевое расстояние; - смещение шлифовального круга; - смещение плоскости сечения; - угол поворота системы координат; - технологический поворот заготовки. Рис. 5. Схема преобразования системы координат Кривая 2 представляет собой огибающую ряда положений сечения периферии шлифовального круга который задан уравнениями (3):  (3)где  Координаты точек кривой 2 могут быть определены с достаточной точностью пересечением прямых входящих в семейство (рис.6).  Рис. 6. Образование кривой 2 профиля канавки  (4)где  Выполнение концевой фрезы со стружечными канавками профиль которых задан указанными уравнениями позволит обеспечить обработку канавок шлифовальным кругом простой формы при его винтовом движении относительно заготовки (рис. 7).  Рис. 7. Схема обработки канавки Профиль инструмента характеризуется следующими параметрами:  – число зубьев фрезы,  – шаг винтовой линии,  – диаметр фрезы,  – передний угол,  – высота передней поверхности зуба,  – глубина канавки,  – ширина ленточки. На этом профиле можно выделить ряд ключевых точек, координаты которых определяются (рис. 8):точка 1  точка 2  точка 3  точка 4  где   Рис. 8. Параметры инструмента определяющие профиль канавки Каждая из этих точек позволяет составить два уравнения с переменными:  . Где  - величины смещения плоскостей сечения для каждой точки.Система уравнений:  (5)где  где  - угол поворота системы координат соответствующий . Система может быть решена численными методами, с применением компьютера. Решение системы уравнений позволяет получить параметры установки круга относительно заготовки, которые могут быть использованы для моделирования процесса обработки. Третья глава посвящена графическому моделированию профиля винтовой стружечной канавки. Для графического моделирования результатов обработки необходимо определение координат точек профиля стружечной канавки в плоскости торцового сечения. Координаты точек первой кривой определяются следующими зависимостями: (6)  Рис. 9. Координаты точки профиля стружечной канавки на кривой 1 Координаты точек второй кривой определяются следующими зависимостями: (7)  Рис. 10. Координаты точки профиля стружечной канавки на кривой 2 Построение профиля стружечной канавки можно представить как имитацию обработки шлифовальным кругом. Для этого необходимо рассечь заготовку и шлифовальный круг рядом плоскостей перпендикулярных оси заготовки. Каждая из этих плоскостей будет содержать сечение шлифовального круга, которые можно свести в одну плоскость, разворачивая вокруг оси по винтовой линии. Данный механизм реализован в компьютерной программе «Cutting Tools Designer», разработанной в языке программирования Visual C++, с применением библиотек Open Cascade. Исходными данными для построения являются:  – диаметр инструмента,  – число зубьев,  – угол наклона винтовой линии,  – диаметр шлифовального круга,  – толщина шлифовального круга,  – угол наклона шлифовального круга,  – межосевое расстояние,  – смещение круга в поперечном сечении,  – смещение плоскости сечения в начале и конце обработки,  – шаг смещения плоскости сечения.Программа обеспечивает возможность построения результата обработки, масштабирование изображения, панорамирование, изменение угла обзора, возможность визуализации процесса обработки на любом этапе формообразования, сохранение результата в графический файл. Результат работы программы показан на рисунке 11.  Рис. 11. Внешний вид программы «Cutting Tools Designer» Трехмерное графическое построение можно представить в виде имитации обработки заготовки инструмента шлифовальным кругом. Строится трехмерная модель заготовки и шлифовального круга, которые располагаются с учетом расчетных наладочных параметров. После этого модель шлифовального круга копируется вдоль винтовой линии и вычитается из модели заготовки. Данный механизм имитации обработки стружечной канавки реализован в языке программирования AutoLisp и позволяет построить трехмерную модель в программе AutoCAD. Исходными данными для построения являются: – диаметр инструмента, – число зубьев, – угол наклона винтовой линии, – диаметр шлифовального круга, – толщина шлифовального круга, – угол наклона шлифовального круга, – межосевое расстояние, – смещение круга в поперечном сечении, – шаг смещения шлифовального круга вдоль оси.На рисунке 12 показано окно программы AutoCAD с результатом построения трехмерной модели заготовки фрезы с одной стружечной канавкой.  Рис. 12. Окно программы AutoCAD Четвертая глава посвящена разработке управляющей программы для заточки и переточки концевых фрез со сферическим торцем на станках с ЧПУ на основе теоретического анализа винтовой режущей кромки на сферическом участке и проектированию технологической оснастки для использования универсальных заточных станков вместо станков с ЧПУ. Эффективное использование цельных концевых фрез возможно при их своевременной и качественной переточке. Переточка таких фрез вызывает серьезные трудности у большинства машиностроительных предприятий. Большинство производителей этих фрез оказывают услуги по переточке. Для большинства предприятий это приводит к значительным затратам времени и средств. Данную проблему можно решить, осуществляя переточку внутри предприятия. Для этого необходим заточной станок с ЧПУ. Написание корректной программы ЧПУ возможно при математическом моделировании режущей кромки фрезы на ее сферическом участке. Для этого на режущей кромке выделим ряд точек, количество которых определяется необходимой точностью (рис. 1). Координаты текущих точек в декартовой системе определим следующими зависимостями:  (1)где x,y,z – координаты текущей точки; R – радиус сферы; Н – шаг винтовой линии;  φ – угловое положение текущей точки; Рис. 1. Расчетная схема для определения координат точек режущей кромки Указанные зависимости позволяют разработать управляющую программу для станка с ЧПУ, но в условиях мелкосерийного производства целесообразно применение универсального заточного оборудования. Разработана конструкция соответствующего приспособления. 
Предлагаемое приспособление позволяет осуществлять переточку фрез на универсальном заточном оборудовании, стоимость которого значительно ниже заточного станка с ЧПУ. Пятая глава посвящена реализации результатов теоретических и экспериментальных исследований. Результаты теоретических исследований проверяются на примере обработки концевой фрезы 06-2220-4056 применяемый для обработки детали 740 50.1111.064-90 «фланец ведомой полу муфты». Обработка осуществлялось на станке фирмы Michael Deckel мод. S22 (рис. 13).  Рис. 13. Рабочая зона станка фирмы Michael Deckel мод. S22 Исходными данными для проектирования инструмента являются параметры профиля канавки. В процессе проектирования получены наладочные параметры для установки шлифовального круга относительно заготовки на станке. Для проверки результатов расчета построена графическая модель концевой фрезы (рис. 14).  Рис. 14. Трехмерное изображение профиля канавки По результатам расчета разработан чертеж концевой фрезы 06-2220-4056, по которому изготовлена опытная партия инструмента (рис. 15).  Рис. 15. Концевая фреза 06-2220-4056 На фрезах произведен технологический разрез, торцы которого были дополнительно отшлифованы, после чего профиль стружечной канавки измерялся на инструментальном микроскопе ИМ 150х50, Б 1 АЛ2.787.129 ТУ. Измерения проведены на тридцати образцах фрез. Результаты измерений профиля винтовой стружечной канавки изготовленных концевых фрез приведены в таблицах 1 и 2. Таблица 1 Таблица 2 Координаты точек на кривой 1. Координаты точек на кривой 2.
Результаты измерений с проведенным статистическим анализом показали, что профиль стружечной канавки соответствует требуемым условиям обработки. Основные результаты и выводы:
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
| ||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Рабочая программа дисциплины Целью изучения дисциплины является изучение физических и кинематических особенностей процессов обработки материалов и формирование... | | Программа дисциплины дпп. Дс. 04 Технология обработки металлов томск... Целью преподавания дисциплины «Технология обработки металлов» является приобретение студентами системы знаний, необходимых для анализа... |
| Рабочая программа учебной дисциплины «Теория обработки металлов давлением» Цель преподавания дисциплины – приобретение студентами знаний и навыков в области теории обработки металлов давлением, традиционных... | | Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка методов и средств... «Разработка методов и средств информационной поддержки образовательных процессов с применением перспективных технологий передачи... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины дс. Ф. 2 Интернет технологии... Целью преподавания дисциплины является ознакомление студентов с понятием информационные ресурсы, общей характеристикой процессов... | | Московский энергетический институт (технический университет) Профиль(и) подготовки: Машины и технологии высокоэффективных процессов обработки материалов |
 | Рабочая программа дисциплины в10 Интернет технологии и ресурсы образовательной... Целью освоения дисциплины является: ознакомление студентов с понятием информационные ресурсы, общей характеристикой процессов сбора,... | | Совершенствование клинико-технологических процессов донорства крови... |
| Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Совершенствование... Цель проекта Разработка теоретических основ, методов и технических средств, обеспечивающих высокое качество термической обработки... | | 2 Курс «Математика и информатика» Понятие информации, общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации |
| Т. Я. Хабриева Совершенствование правовой базы СНГ и государоств-участников... Совершенствование правовой базы СНГ и государств-участников Содружества в сфере регулирования миграционных отношений обусловлено... | | Совершенствование процесса плоского шлифования коррозионно-стойких,... Специальность 05. 02. 07. – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки |
| Совершенствование технологии хлебобулочных изделий повышенной биологической... ... | | Совершенствование технологий хлебобулочных изделий с добавлением продуктов переработки овса ... |
| Вирусный гепатит В Вирусные частицы этих типов не проявляют инфекционных свойств. Лишь 7% педставлены комплексным двухслойным сферическим образованием... | | Совершенствование технологических процессов и технических средств при заканчивании скважин Охватывают весь цикл работ от начала вскрытия продуктивного пласта бурением и до ввода скважины в эксплуатацию |
