Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса .9
1.1. Области применения РК -и К- профильных соединений .9
1.2. Анализ методов изготовления РК-профильных соединений .11
1.3. Описание нового способа обработки и синтез производящей по
верхности фрезы 15
1.4. Обоснование целесообразности применения предложенного способа обработки РК- и К- профильных валов 19
1.5. Выбор критериев для оценки работоспособности фрезы дисковой с конструктивным исполнением радиальной подачи 22
1.6. Выводы 23
Глава 2. Математическое моделирование фрез с радиальной конструк тивной подачей для обработки РК- и К- профильных валов 26
2.1. Моделирование режущих кромок фрезы, передней и задней поверхности 26
2.2. Моделирование поверхности резания образованной режущими кромками фрезы в процессе фрезерования 33
2.3. Моделирование переточек режущих кромок фрезы .35
2.4. Выводы 38
Глава 3. Создание совокупности методик расчта оценочных параметров проектируемой фрезы .39
3.1. Методика расчта кинематических углов 39
3.2. Методика расчта геометрических параметров срезаемых слов...39
3.3. Методика расчта фактической величины подачи на зуб 46
3.4. Методика расчта параметров остаточных гребешков 47
3.5. Методика расчта глубины фрезерования 50
3.6. Методика расчта величины искажения профиля после фрезерова-ния .51
3.7. Методика расчета объема стружечной канавки фрезы дисковой с радиальной конструктивной подачей 52
3.8. Выводы 55
Глава 4. Теоретическое исследование процесса фрезерования РК-и К-профильных валов и создание методики проектирования фрезы .56
4.1. Анализ условий работы зубьев фрезы .56
4.2. Анализ влияния конструктивных параметров фрезы и режимов фрезерования на оценочные параметры .65
4.3. Анализ влияния переточек на оценочные параметры 74
4.4. Создание обобщенного алгоритма, как основы методики проектирования фрезы дисковой с конструктивным исполнением подач .78
4.5. Выводы 81
Глава 5. Пример проектирования дисковых фрезы с радиальной конструктивной подачей и выполнение натурных экспериментов .82
5.1. Исходные данные для проектирования 82
5.2. Расчет параметров фрезы и оценка е работоспособности 82
5.3. Создание прототипа фрезы и выполнение натурных экспериментов 88
5.4. Рекомендации по проектированию и эксплуатации дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей .90
5.5. Выводы 95
Основные выводы и результаты работы .97
Список использованной литературы
- Анализ методов изготовления РК-профильных соединений
- Моделирование поверхности резания образованной режущими кромками фрезы в процессе фрезерования
- Методика расчта фактической величины подачи на зуб
- Анализ влияния конструктивных параметров фрезы и режимов фрезерования на оценочные параметры
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время для передачи крутящего момента в изделиях авто-, судо-, авиа-, ракето-, машиностроения нашли применение профильные соединения, как альтернатива шлицевых и шпоночных соединений. Среди них наибольшее распространение получили соединения с РК- и К-профилем, которые имеют ряд эксплуатационных и технологических преимуществ.
Современные CAD-системы имеют в свом арсенале инструменты моделирования поверхностей деталей образующих данные соединения, что позволило конструкторам принципиально улучшить качество изделий на этапе проектирования. Однако ключевой проблемой является их изготовление, что особенно остро проявляется в условиях серийного и массового производства.
Существующие и применяемые в единичном производстве схемы и способы обработки данных поверхностей основаны на многокоординатном перемещении инструмента относительно заготовки, для чего, например, используются станки с ЧПУ. Для изготовления данных поверхностей в условиях серийного и массового производства необходимо выполнить переход от использования универсального технологического оборудования к специализированному оборудованию, отвечающему требованиям заданной производительности и точности.
Существующие схемы и способы обработки деталей РК- и К-профильных соединений, применяемые в условиях серийного и массового производства, основаны на придании заготовке и/или инструменту возвратно-поступательных движений (гармонических перемещений), количество ходов которых за один оборот заготовки равно количеству граней профиля, что отрицательно сказывается на точности и производительности. Реализация данных схем на предприятиях требует создания или покупки специализированных станков и/или приспособлений, которые имеют сложную конструкцию и соответственно высокую стоимость. В связи с этим РК- и К-профильные соединения не нашли должного применения в отечественном машиностроении.
Основным направлением совершенствования технологии изготовления РК-и К-профильных соединений в условиях серийного и массового производства является создание и применение схем обработки, основанных на использовании специализированных станков имеющих простую кинематическую структуру и высокопроизводительных инструментов (например, фрез) с конструктивной подачей, что позволит исключить возвратно-поступательные движения.
Поэтому научная задача, решаемая в работе и состоящая в создании нового технически эффективного способа обработки РК- и К-профильных валов основанного на идее применения дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей и метода проектирования подобного инструмента, является актуальной.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013гг».
Цель работы: Создание метода проектирования дисковых фрез с конструктивным исполнением радиальной подачи для обработки РК- и К-профильных
участков валов на основе синтеза и анализа схем формообразования и съема припуска.
Объектом исследования являются процессы съема припуска и формообразования РК- и К-профильных валов дисковыми фрезами с радиальной конструктивной подачей.
Предметом исследования является метод проектирования дисковых фрез с конструктивным исполнением радиальной подачи для обработки РК- и К-профильных участков валов.
Область исследований. Содержание диссертации соответствует П.4 «Создание, включая проектирование, расчеты и оптимизацию, параметров инструмента и других компонентов оборудования, обеспечивающих технически и экономически эффективные процессы обработки» специальности 05.02.07 – «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки».
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:
-
выполнен синтез и анализ параметров схем съема припуска и формообразования РК- и К-профильных валов дисковыми фрезами с радиальной конструктивной подачей;
-
разработана совокупность методик моделирования процессов съема припуска и формообразования профильных валов и режущих кромок проектируемых дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей, в т.ч. с учтом возможных переточек;
-
разработана методика расчета оценочных параметров процессов съема припуска и формообразования профильных валов дисковыми фрезами с радиальной конструктивной подачей;
-
создан обобщенный алгоритм и метод проектирования дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей для обработки РК- и К-профильных валов;
5) проведена опытная апробация разработанного метода проектирования
фрез с радиальной конструктивной подачей и предложены практические реко
мендации по проектированию и эксплуатации.
Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений геометрической теории формирования поверхностей, методов: математического и компьютерного моделирования, численного решения задач линейной алгебры и дифференциальной геометрии.
Положения научной новизны, выносимые на защиту:
-
Алгоритм проектирования дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей, позволяющий выполнить подбор числа зубьев фрезы, среднего диметра, заднего угла и режимов фрезерования исходя из условий обеспечения номинальной производительности формообразования, заданной точности, стойкости фрезы, положительного значения заднего угла в процессе контакта режущей кромки с припуском и возможности размещения стружки в стружечной канавке.
-
Обобщнная методика расчета параметров срезаемых слов в процессе фрезерования, заключенных между: поверхностями резания, образованными соседними режущими кромками; поверхностью резания, образованной режущей кромкой и поверхностью заготовки; поверхностями резания, образованными ре-
жущей кромкой за текущий и за предыдущий оборот фрезы; поверхностями резания, образованными режущей кромкой за текущий оборот фрезы и соседней режущей кромкой за предыдущий оборот фрезы.
-
Методики расчта: фактической величины подачи на зуб на основе моделирования толщины срезаемого слоя в направлении подачи; глубины фрезерования на основе определения точек входа и выхода режущей кромки из контакта со снимаемым припуском; высоты остаточного гребешка с учетом его ограничения поверхностью заготовки.
-
Математические модели процессов съема припуска и формообразования РК- и К-профильных валов и режущих кромок фрез с радиальной конструктивной подачей учитывающих возможные переточки.
Практическая значимость работы включает:
-
Метод проектирования дисковых фрез с конструктивным исполнением радиальной подачи предназначенной для обработки РК- и К-профильных валов;
-
Программное обеспечение процесса проектирования дисковых фрез для обработки РК- и К-профильных валов;
-
Практические рекомендации по проектированию и эксплуатации изготовленных фрез.
По результатам исследований оформлена и подана заявка на регистрацию патента РФ и получено свидетельство регистрации программы для ЭВМ.
Реализация результатов. Результаты работы внедрены на предприятиях машиностроительного комплекса Курской области, что подтверждено соответствующими актами. Отдельные результаты используются в учебном процессе Юго-Западного государственного университета.
Апробация работы: Отдельные результаты работы нашли признание и были отмечены дипломом лауреата Всероссийского конкурса научных, образовательных и инновационных студенческих научных обществ, Казань, 2012 г.; дипломом победителя Всероссийского конкурса научно-технических работ студентов и аспирантов в области технических наук, Санкт-Петербург 2012г.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Современные материалы, техника, технология», Курск, ЮЗГУ, 2011г.; «Перспективное развитие науки, техники и технологий», Курск, ЮЗГУ, 2012г.; «Поколение будущего: Взгляд молодых ученых», Курск, ЮЗГУ, 2012г.; «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации», Курск, ЮЗГУ, 2013г., «Машиностроение-основа технологического развития России (ТМ-2013)» - Курск, ЮЗГУ, 2013г.; «Актуальные проблемы техники и технологии машиностроительного производства», Орел, ЮЗГУ, 2013г.; «Современные материалы, техника и технология» - Курск, ЮЗГУ, 2013г.; «Перспективное развитие науки, техники и технологий» - Курск, ЮЗГУ, 2013г.
В полном объеме диссертация была заслушана и одобрена на расширенном заседании кафедры «Управление качеством, метрология и сертификация» Юго-Западного государственного университета.
Публикации. Общий объем публикаций по теме работы составляет свыше 2,3 печ. л., из них соискателю принадлежит свыше 1,3 печ. л. По теме диссерта-
ции опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов работы; выполнена на 132 страницах и содержит 68 рисунков, список использованной литературы из 135 наименований, 4 таблицы, 4 приложения.
Анализ методов изготовления РК-профильных соединений
Анализ существующих методов обработки РК-профильных поверхностей показал, что существующие и применяемые схемы и способы обработки данных валов характеризуются наличием возвратно-поступательных перемещений и гармонических колебаний.
В частности валы с равноосным профилем на финишных операциях обрабатывают на профилешлифовальных станках. Данный способ реализуется при сочетании двух возвратно-поступательных перемещений режущего инструмента. Для реализации данного способа фирма FORTUNA выпустила станок для токарной и абразивной обработки РК-профильных соединений. Патент на данный станок был приобретен некоторыми экономически развитыми странами [56].
Также существует метод получения РК- профильных валов, используя кулачковые автоматы. Можно отметить, что применение данного метода при обработке валов данного типа в условиях серийного и массового производства не эффективно, так как для каждого профильного вала с заданными размерами необходимо изготавливать специальный кулачок, который имеет высокую стоимость изготовления и недостаточную долговечность, вследствие больших нагрузок [61, 100].
Известен метод копирования [18, 56, 110], осуществляющийся на гидрокопировальном станке зарубежном применялся наиболее часто. Существенным недостатком данного способа является то, что для каждого РК-профильного вала производится настройка станка путм установки нового копира с требуемыми размерами поперечного и продольного сечений, что существенно влияет на производительность.
В зарубежном и отечественном машиностроении применяется процесс формообразования РК-профильных поверхностей по принципу Р. Мюсиля. Данный способ основывается на сочетании двух поступательных прямолинейных гармонических перемещениях. Центру шлифовального круга или вершине токарного резца при помощи различных конструкций механизмов-построителей станков сообщают гармонические перемещения относительно вертикальной и горизонтальной осей координат с частотой в N раз превышающей частоту вращения обрабатываемой заготовки [18, 50, 56].
Недостатком данного способа является наличие гармонических колебаний, которые снижают точность обрабатываемой поверхности и производительность.
В отечественном машиностроении в 1949 году Л.С. Борович разработал новый процесс формообразования РК-профильных поверхностей, характеризующийся сочетание двух поступательных перемещений по траектории окружности, он основывается на том, что каретка совершает переносное перемещение по траектории окружности с рассчитанным радиусом. Недостаткам данного способа также является наличие гармонических колебаний, которые снижают точность обрабатываемой поверхности и высокая стоимость таких станков [13, 14, 18, 56]. Также существует метод фрезерования специальными торцевыми фрезами [110] валов с равноосным контуром на обычных горизонтально-фрезерных, расточных и многоцелевых станках горизонтальной компоновки с применением специального приспособления, что является недостатком данного метода.
Профессор Тимченко А.И. совместно с Гулмутдиновым Р.Г. предложил способ формообразования РК-профильных поверхностей при сочетании одного поступательного движения по горизонтальной координате и одного поступательно перемещения по траектории окружности. Данный способ основывается на перемещении каретки вдоль оси ОХ, совершая переносное возвратно-поступательное движение и прямолинейно гармоническое перемещение [3, 18, 56, 103].
Далее профессором Тимченко А.И. был представлен процесс формообразования РК-профильных поверхностей при сочетании одного поступательно движения по траектории окружности и одного поступательно движения вдоль оси OY.
Позже Тимченко А.И. предложил новый способ обработки РК-профильных валов при реализации одного поступательно перемещения. Данный способ заключается в перемещении формообразующей плоскости вдоль оси ОХ по гармоническому закону [4, 5, 6, 7, 18, 103].
Недостатком данных способов является наличие гармонических перемещений, которые влияют на точность обрабатываемой поверхности, что обуславливает использование специальных приспособлений или станков.
В 1999 году Ковтун Д.А. предложил процесс формообразования РК-профильных отверстий, основанного на одном движении по окружности с заданным радиусом в плоскости, расположенной под углом к оси обрабатываемой заготовки. Данный процесс основывается на том, что формообразующая точка, перемещаясь по окружности с заданным радиусом в заданной системе координат [18, 56]. К недостаткам данного способа можно отнести сложность обработки валов с равноосным контуром, что влияет на производительность.
Далее Волковский С.В. предложил способ обработки равнооснокон-турного профиля по методу огибания цельной (монолитной) и сборной червячной фрезой [18].
В данных способах принцип гармонических колебаний остается неизменным, что влияет на точность и производительность, оборудование по-прежнему имеет сложную конструкцию и высокую стоимость.
Позже Шитиковым А.Н было предложено для исключения гармонических перемещений использовать сборную фасонную фрезу, которой обрабатывалась часть профиля вала, и для обработки другого участка профиля заготовку переворачивали относительно оси на заданный угол. Недостатком данного способа является сложность проектирования и изготовления инструмента, также возможность подрезания смежных участков поверхностей вала и сложность обработки коротких участков и шеек валов с равноосным контуром [103].
На данный момент в отечественной промышленности РК-профильные валы обрабатывают специальными торцевыми фрезами. Реализация процесса фрезерования осуществляется на обычных горизонтально-фрезерных, расточных и многоцелевых станках горизонтальной компоновки путм оснащения последних специальным станочным агрегатом. Для получения РК-профиля профиля обрабатываемой заготовке необходимо задать поступательное прямолинейное гармоническое движение.
Моделирование поверхности резания образованной режущими кромками фрезы в процессе фрезерования
Данный способ позволяет обрабатывать короткие участки и шейки ва лов с равноосным контуром, осуществлять подрезание смежных участков поверхностей вала без использования специальных приспособлений, также повысить производительность и точности обработки.
Повышение производительности и точности обработки достигается тем, что: - частота вращения вала и частота вращения фрезы равна, причем движение вала и фрезы различны по направлению; - оси вала и фрезы расположены параллельно относительно друг друга; - для исключения возвратно-поступательного движения при обработке, профиль фрезы имеет равноосный контур, количество вершин которого и величина эксцентриситета равны количеству вершин и величине эксцентриситета обработки вала. Однако для реализации данного способа на практике необходимы методы проектирования дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей.
Вопросы, связанные с проектированием фрез, были рассмотрены в трудах С.И. Лашнева [69], А.Н. Борисова [11], М.В. Ушакова, А.С.[105], Тарапа-нова [85, 86, 100], И.Н. Сухаркина [98], С.И. Брусова [15, 16], Г.Н. Харламова [107], О.В. Полохин [85, 86, 87], М.В. Жуплова [45], В.И. Сотникова [95], В.В. Истоцкого [55], Д.А. Жихарева [43], А.Н. Фролова [105], Д.Б. Белова [12], С.Ю. Илюхина [54], Юликова [112], Протасьева [89], В.А. Гречишнико-ва [21-39,], Ю.Е. Петухов [79-83] С.Г. Емельянова [41, 42], А.А. Горохова [20], В.В. Куц [65, 66] С.А. Чевычелова [107], А.О. Гладышкина [19], С.П. Радзевича [90] и т.д.
Анализ работ данных авторов показал, что в настоящее время отсутствует опыт в проектировании дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей, в результате чего методов проектирования подобного инструмента не существует, что является основной проблемой внедрения данного способа в производство.
1.4. Обоснование целесообразности применения предложенного способа обработки РК- и К- профильных валов
Целесообразность применения того или иного технологического оборудования при различных типах производства в первую очередь определяется его технической эффективностью, производительностью, надежностью и гибкостью [52]. Эффективность является комплексным показателем, наиболее полно отражающим главное назначение металлорежущих систем – повышение производительности труда и снижение затрат при обработке деталей [52]. При переходе от одного типа производства к другому меняются требования к технической эффективности оборудования, так как меняются требования к производительности и себестоимости продукции. Из чего следует, что применение одного и того же оборудования может быть эффективно при одном типе производства и менее эффективно при другом.
Так, например, использование универсального технологического оборудования эффективно в условиях единичного производства и не эффективно в условиях массового производства [90], прежде всего в силу его недостаточной производительности. К тому же не все узлы, имеющиеся на универсальном оборудовании не будут использованы в условиях массового производства, что существенно будет влиять на себестоимость обработки [66]. Это касается и специального оборудование, например кулачковых автоматов, применение которых эффективно в условиях серийного производства и не эффективно в условиях массового производства.
Себестоимость обработки зависит, в том числе и от стоимости применяемого технологического оборудования, а именно от стоимости (станка, приспособлений и инструмента) [93]. Во всех рассмотренных ранее способах обработки профильных валов (п. 1.2), применимых в условиях серийного производства, наибольшие затраты будут приходиться на покупку или создание станка, придающего заготовке и/или инструменту возвратно-поступательные движения (гармонические перемещения).
Исходя из того, что стоимость станка и приспособлений во многом определяется количеством реализуемых ими формообразующих движений и кинематических связей, более предпочтительно будет использование станков и приспособлений, реализующих минимально достаточное количество формообразующих движений и кинематических связей.
Анализируя способ обработки валов с равноосным контуром, описанный в пункте 1.3. с выше рассмотренными способами (п. 1.2.) можно сделать вывод, что процесс формообразования осуществляется с наименьшим количеством формообразующих движений и кинематических связей, так например способ обработки периферией цилиндрической фрезы характеризуется 4 формообразующими движениями и 2 кинематическими связями, а предложенный способ характеризуется 2 формообразующими движениями и 1 кинематической связью (рис. 4). В связи с этим можно утверждать, что стоимость станка, реализующего данный способ по сравнению с известными способами будет гораздо ниже, однако реализация данного способа требует применения специализированного инструмента, что связано с дополнительными затратами (проектирование, изготовление и эксплуатация) по сравнению со стандартным инструментом.
Рис. 4. Способы обработки валов с равноосным контуром [51] а) способ обработки периферией цилиндрической фрезы б) способ обработки дисковой фрезой с радиальной конструктивной подачей Можно предположить, что увеличение стоимости такого инструмента будет незначительным по сравнению с уменьшением стоимости станка. Таким образом, следует, что стоимость технологического оборудования необходимого для реализации данного способа в целом будет снижена (рис.5). ктивіїои подачей Рис. 5. Структура затрат на реализацию способов обработки РК- и К профильных валов Все выше сказанное позволяет утверждать, что применение предложенного способа обработки РК и К-профильных валов в условиях серийного и массового производства будет эффективно и целесообразно.
Методика расчта фактической величины подачи на зуб
Для расчета кинематических углов, использована созданная и широко апробированная методика расчета, предложенная профессорами Лашне-вым С.И., Борисовым А.Н., Емельяновым С.Г.
Разработана обобщнная методика расчта геометрических параметров срезаемых слов заключенных между: поверхностями резания, образованными соседними режущими кромками; поверхностью резания, образованной режущей кромкой и поверхностью заготовки; поверхностями резания, образованными режущей кромкой за текущий и за предыдущий оборот фрезы; поверхностями резания, образованными режущей кромкой за текущий оборот фрезы и соседней режущей кромкой за предыдущий оборот фрезы.
3. Разработана методика расчта фактической величины подачи на зуб, на основе моделирования толщины срезаемого слоя в направлении вектора подачи.
4. Разработана методика расчта глубины фрезерования на основе определения точек входа и выхода режущей кромки из контакта со снимаемым припуском.
5. Разработана методика расчта высоты остаточного гребешка с учетом его ограничения поверхностью заготовки.
6. Создана методика расчета величины искажения профиля после фрезерования. Глава 4. Теоретическое исследование процесса фрезерования РК-профильных валов и создание методики проектирования фрезы
На основе созданной совокупности методов расчета оценочных параметров была разработана программа для ЭВМ [94], с ее использованием, были проведены теоретические исследования процесса формообразования РК-профильных валов фрезой дисковой с переменным радиусом.
На основе созданного метода расчета параметров срезаемых слоев фрезой дисковой с переменным радиусом (п. 3.2) для обработки валов с равноосным контуром были проведены теоретические исследования изменения объема срезаемого слоя от количества зубьев фрезы при заданных режимах обработки, параметрах вала и конструктивных параметрах фрезы.
При заданной частоте вращения вала и фрезы 60 об/мин, подаче врезания Sf = 4 мм/мин, радиусе заготовки 25 мм, ширине заготовки 20 мм, эксцентриситета вала 2 мм, среднего радиуса фрезы 100 мм позволили получить следующие результаты изменения объема срезаемого слоя. На рисунке 22 представлен график изменения объема срезаемого слоя зубьями фрезы при количестве зубьев 36, 56, 90, 120 при обработке РК-3 профильного вала. Рис. 22. График изменения объема срезаемого слоя зубьями фрезы при обработке РК-3 профильного вала:
График изменения максимального объема срезаемого слоя зубьями фрезы для при обработке РК-3 и К-4 профильного вала Из данных графиков можно сделать вывод, что при увеличении количества зубьев фрезы величина объема срезаемого слоя уменьшается как при обработке РК-3 профильного вала, так и К-4 профильного вала. Далее исследуем изменение объема срезаемого слоя от среднего радиуса фрезы при заданной частоте вращения вала и фрезы 60 об/мин, подаче 4мм/мин, радиусе заготовки 25 мм, ширине заготовки 20 мм, эксцентриситета вала 2 мм, количества зубьев 36. Результаты исследования объема срезаемого при среднем радиусе фрезы 50, 90, 120, 200 мм для РК-3 профильного вала представлены на рисунке 25.
На рисунке 26 представлены графики изменения объема срезаемого зубьями фрезы при среднем радиусе фрезы 50, 90, 120, 200 мм при обработке К-4 профильного вала. Рис. 25. График изменения объема срезаемого слоя зубьями фрезы
На рисунке 32 отображена зависимость объема срезаемого слоя при изменении частоты вращения вала и фрезы для РК-3 и К-4 профильного вала. Рис. 32. График изменения объема срезаемого слоя при изменении частоты вращения вала и фрезы для РК-3 и К-4 профильного вала Из данных графиков видно,что с увеличением частоты вращения вала и фрезы при постоянной подаче врезания величина объема срезаемого слоя уменьшается.
Далее исследуем изменение максимальной скорости для зубьев фрезы На рисунке 33 отображено изменение максимальной скорости резания на каждом зубе фрезы.
График изменения максимальной скорости резания на каждом зубе фрезы На основе полученных результатов можно сделать вывод, что зубья фрезы работают в неодинаковых условиях и можно ожидать, что при обработке РК-3 профильного вала зубья с углом Єг=0,120 и 240 будут снимать наибольший объем срезаемого слоя, в результате чего будут подвержены наибольшему износу, а при обработке К-4 профильного вала с 0=0, 90,180и 270.
Анализ влияния конструктивных параметров фрезы и режимов фрезерования на оценочные параметры
Так как высота и шаг остаточного гребешка (Rz и Sz) являются одним из оценочных параметров работоспособности дисковой фрезы с радиальной конструктивной подачей, то на основе теоретических экспериментов выполним анализ влияния конструктивных параметров фрезы и режимов обработки на данные параметры.
Вначале проанализируем влияние параметров фрезы на изменение величин Rz и Sz. Ввиду того, что изменение величины подачи врезания не оказывает никакого влияние на изменение величины параметра Rz и Sz, то будем только исследовать влияние среднего радиуса фрезы, количества зубьев и частоты вращения вала и фрезы на изменение параметров остаточного гребешка для РК-3 и К-4 профильного вала.
На основе проведенного теоретического эксперимента при частоте вращения вала и фрезы 60 об/мин, подаче врезания 4 мм/мин и числа зубьев 36 были получены следующие результаты (рис. 34, 35).
Анализ влияния конструктивных параметров фрезы и режимов фрезерования на оценочные параметры
Для вала РК3-20h10/1.26h10 был выполнен расчет конструктивных параметров фрезы (число зубьев 85, средний диаметр 220 мм, задний угол 10) и режимов фрезерования (число оборотов фрезы и вала 40 об/мин, подача врезания 5,35 мм/мин). На основе полученных данных была построена 3d модель фрезы дисковой с радиальной конструктивной подачей и изготовлен опытный образец.
Изготовленный прототип фрезы в ходе испытаний показал, что точность размеров обработанного им вала и класс шероховатости его поверхности соответствуют 10-му квалитету точности.
Для РК-3 и К-4 профильных валов с диапазоном размеров 13/08-500/57мм были выполнены расчеты конструктивных параметров фрезы и режимы обработки. Для рассмотренного диапазона валов были даны рекомендации по назначению величин поправок на межосевое расстояние вала и фрезы, обеспечивающие заданную точность обработки при количестве переточек по передней поверхности зубьев 12. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
В диссертации содержится решение научной задачи, имеющей существенное значение для повышения технической эффективности процесса формообразования РК- и К-профильных валов по сравнению с уже известными способами.
В процессе теоретического и экспериментального исследования получены следующие результаты и сделаны выводы:
1. Создан новый способ обработки РК- и К-профильных валов основанный на идее применения дисковой фрезы с радиальной конструктивной подачей. В работе доказано, что применение данного способа, позволяет выполнить формообразование без придания инструменту и/или заготовке одно-двух-координатных возвратно-поступательных перемещений, характерных для уже существующих способов обработки.
2. Разработана обобщнная методика расчта геометрических параметров срезаемых слов заключенных между поверхностями резания образованными: соседними режущими кромками; образованными режущей кромкой за текущий и за предыдущий оборот фрезы; образованными режущей кромкой за текущий оборот фрезы и соседней режущей кромкой за предыдущий оборот фрезы; а также поверхностью резания, образованной режущей кромкой и поверхностью заготовки.
3. Разработаны методики расчта: фактической величины подачи на зуб, на основе моделирования толщины срезаемого слоя в направлении пода чи; глубины фрезерования, на основе определения точек входа и выхода ре жущей кромки из контакта со снимаемым припуском; высоты остаточного гребешка с учетом его ограничения поверхностью заготовки.
4. Теоретическими исследованиями установлены следующие особенно сти предложенных в работе схем съма припуска и формообразования РК- и К-профильных валов: наибольшая высота остаточного гребешка и величина искажения профиля будет формироваться на участках вала с наибольшим ра 98 диусом кривизны; наибольший объм снимаемого припуска будет приходиться на зубья фрезы с наибольшим радиусом расположения; увеличение среднего диаметра фрезы приводит к возрастанию высоты остаточного гребешка и величины искажения профиля обработанного вала.
5. Установлено, что переточка зубьев фрезы по передней или задней поверхности приводит к увеличению высоты остаточного гребешка и величины искажения профиля обработанного вала. Предложено, для снижения искажения профиля вала уменьшать межосевое расстояние на величину поправки, для расчета которой получены зависимости.
6. Учт выявленных особенностей процесса формообразования позволил создать метод и как его основу алгоритм проектирования дисковых фрез с радиальной конструктивной подачей для обработки РК- и К-профильных валов, позволяющий выполнить подбор числа зубьев фрезы, среднего диметра, заднего угла и режимов фрезерования исходя из условий обеспечения номинальной производительности обработки, заданной точности, стойкости фрезы, положительного значения заднего угла в процессе контакта режущей кромки с припуском и возможности размещения стружки в стружечной канавке.
7. В рамках опытной апробации разработанного метода для вала РК3-20hl0/l,26hl0 был выполнен расчет конструктивных параметров фрезы (число зубьев 85, средний диаметр 220 мм, задний угол 10) и режимов фрезерования (число оборотов фрезы и вала 40 об/мин, подача врезания 5,35 мм/мин). Изготовленный прототип фрезы в ходе испытаний показал, что точность размеров обработанного им вала и класс шероховатости его поверхности соответствуют 10-му квалитету точности.
8. С применением разработанного метода для РК-3 и К-4 профильных валов в диапазоне размеров 13/08-500/57мм были выполнены расчеты, результаты которых представлены в табличной форме, позволяющие назначать конструктивные параметры фрезы и режимы обработки, способствующие достижению заданной точности. Для рассмотренного диапазона валов были даны рекомендации по назначению величин поправок на межосевое расстояние вала и фрезы, обеспечивающие заданную точность обработки при количестве переточек по передней поверхности зубьев 12.
9. Результаты проведенных исследований приняты к промышленному применению на предприятиях: ОАО «Кореневский завод низковольтной аппаратуры» Курская обл., пгт. Коренево; ЗАО «Курская подшипниковая компания» г. Курск.
