Введение к работе
Актуальность работы. Среди многообразия типов и форм режущих инструментов значительную часть составляют инструменты со сложными рабочими и, в частности, винтовыми поверхностями: сверла, зенкера, развертки с винтовыми зубьями, фрезы, метчики с винтовыми зубьями
Проектирование и изготовление режущих инструментов для обработки этих поверхностей являются наиболее сложными вопросами инструментального производства.
Это обстоятельство объясняется тем, что нет однозначного соответствия между профилем инструмента и профилем винтовой поверхности.
Специфика проектирования режущих инструментов, предназначенных для обработки фасонных винтовых поверхностей, обуславливает необходимость учета многочисленных связей между параметрами конструкции, требованиями к их эксплуатации и производству, рассмотрения большого числа конструктивных и технологических вариантов. Комплексное решение поставленных задач возможно только на базе широкого применения вычислительной техники и создания систем автоматизированного проектирования режущих инструментов (САПР РИ).
Традиционный способ обработки фасонных винтовых канавок предусматривает в качестве режущего инструмента дисковую фасонную острозаточенную или затылованную фрезу. Заготовке сообщается согласованное движение вокруг ее оси и перемещение, при этом фреза устанавливается под углом скрещивания, на межосевое расстояние и на угол, фиксирующий положение точки скрещивания.
Однако данный способ обработки характеризуется трудоемкостью технологической подготовки производства инструмента второго порядка, которая обусловлена сложностью проектирования, сложностью изготовления, необходимостью в большой номенклатуре режущего инструмента, а также зачастую невозможностью оснащения современными инструментальными материалами.
Перечисленные недостатки можно решить, применяя способ обработки винтовых фасонных поверхностей концевыми фрезами прямого профиля, который позволяет сократить номенклатуру необходимого инструмента и отказаться от проектирования и изготовления специальных фасонных дисковых фрез. Использование стандартного инструмента с прямолинейными режущими кромками позволяет оснастить инструмент твердым сплавом, минералокерамикой и сверхтвердыми материалами. Применение указанных инструментальных материалов позволяет реализовать высокоскоростную обработку на операциях фрезерования фасонных поверхностей и тем самым повысить ее производительность и эффективность использования оборудования.
Применение стандартного инструмента особенно актуально в условиях единичного и мелкосерийного инструментального производства, когда проектирование и изготовление специального инструмента второго порядка экономически не оправдано.
Особенностью данного способа является специальное позиционирование режущего инструмента относительно заготовки с последующим фрезерованием винтовой канавки за один проход. В качестве режущего инструмента может использоваться концевая или торцевая фреза.
Цель работы. Замещение специального фасонного дискового инструмента стандартным с цилиндрической или торцевой исходной инструментальной
поверхностью на операции фрезерования сложнопрофильных винтовых канавок инструментов.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:
^ Определить условия формообразования фасонных винтовых поверхностей концевыми фрезами прямого профиля за счет параметров установки и размеров стандартного инструмента (концевой фрезы или торцевой фрезы);
^ Установить математические зависимости между размерами и формой профиля винтовой канавки, параметрами установки и диаметром стандартного инструмента прямого профиля при обработке винтовых канавок инструментов.
^ Установить взаимосвязи между расчетными и станочными параметрами установки стандартной фрезы прямого профиля для формообразования фасонной винтовой канавки.
^ Разработать математическую модель формообразования фасонных винтовых поверхностей инструментов стандартной концевой фрезой в рамках решения обратной задачи профилирования численным методом;
^ Разработать модель формирования схемы резания концевой фрезой фасонной винтовой поверхности на базе цилиндрической и торцевой инструментальной поверхности.
Научная новизна работы состоит:
^ в теоретическом обосновании и экспериментальном определении условий формообразования фасонных винтовых канавок концевыми фрезами прямого профиля за счет определения параметров установки и размеров инструмента;
^ во взаимосвязи между расчетными и станочными параметрами установки концевой фрезы для формообразования фасонной винтовой поверхности, обеспечивающей установку инструмента на станке относительно заготовки в соответствии с расчетными параметрами, которые позволяют получать необходимый профиль;
в математической модели формообразования фасонных винтовых канавок инструментов стандартными инструментами прямого профиля (концевой или торцевой фрезами), включающей определение координат профиля обрабатываемой винтовой канавки при заданном профиле инструмента в рамках решения обратной задачи профилирования численным методом;
в математической модели формирования схемы резания, включающей определение размеров срезаемых слоев режущими зубьями на всех этапах формирования профиля обрабатываемой фасонной винтовой поверхности концевой фрезой на базе цилиндрической и торцевой инструментальной поверхности.
^ во взаимосвязях между размерами и формой профиля винтовой поверхности обрабатываемой детали, параметрами установки и конструкцией инструмента.
Практическая ценность работы состоит:
^ в рекомендациях по определению параметров установки и размеров инструмента для формообразования фасонных винтовых поверхностей концевыми фрезами прямого профиля;
^ в рекомендациях по определению станочных параметров установки в зависимости от расчетных параметров установки концевой фрезы для формообразования фасонной винтовой поверхности;
^ в рекомендациях по назначению задних углов инструмента в зависимости от изменения кинематических задних углов вдоль режущей кромки инструмента в процессе формообразования фасонной винтовой поверхности; ^ в рекомендациях по оценке загрузки различных участков режущей кромки в процессе формообразования на основании определения размеров срезаемых слоев за счет формирования фасонной винтовой поверхности концевой фрезой на базе цилиндрической и торцевой инструментальной поверхности; ^ в рекомендациях по выбору конструктивных параметров стандартного инструмента прямого профиля и параметров его установки для обработки фасонной винтовой поверхности заданного профиля детали с необходимой точностью.
Методы исследования. В работе использованы основные положения теории проектирования режущих инструментов для обработки фасонных винтовых поверхностей, в частности, различные методы профилирования и теории огибающих поверхностей. При проведении исследований применялись средства дифференциальной геометрии, матричного исчисления, численные методы, языки программирования высокого уровня (delphy), средства векторной и трех мерной графики, пакеты программ mathcad 14, Tfex-11 и др. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с использованием лабораторного оборудования, в том числе на универсальнофрезерном станке модели 6Р82 с поворотной шпиндельной головкой и делительной головкой для передачи согласованного винтового движения заготовки. Для контроля полученных результатов экспериментов применялась современная цифровая фототехника. Достоверность научных выводов обеспечена согласованием расчетных и экспериментальных данных.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертационной работе рекомендации используются на предприятии ОАО «Станкоагрегат», а также в учебном процессе по курсу «Технология изготовления режущего инструмента» и «САПР и машинная графика в инструментальной технике» кафедры «Инструментальная техника и технология формообразования» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАН-КИН», а также работа была заслушана и получила одобрение на совместном техническом совете ОАО «МПЗ» и кафедры «ИТиТФ» МГТУ «СТАНКИН».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 9 конференциях, в том числе, на международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (г. Севастополь 6-10 сентября 2010г.), на III международной научно-практической конференции «Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-2011)» (Брянск, 19-20 мая 2011г.), на XXII Международной инновационно-ориентированной конференции молодых учёных и студентов «Будущее машиностроения России» (МИКМУС-2010)(Москва, 26-29 октября 2010 г.), обсуждались на заседании кафедры «Инструментальная техника и технология формообразования» МГТУ «Станкин».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе четыре работы в журналах, входящих в перечень ВАК, в 1 иностранном журнале, входящим в индекс цитирования SCOPUS и подана 1 заявка на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Материал диссертации изложен на 208 страницах машинописного текста, содержит 110 рисунков 14 таблиц, список литературы из 86 наименований.
