Введение к работе
Актуальность работы. В современном машиностроении широкое применение получили детали, содержащие пространственно-сложные поверхности. Наиболее многочисленным представителем данного класса деталей является формообразующая оснастка: штампы, пресс-формы, модели для точного литья и др. Характерной особенностью деталей с пространственно-сложными поверхностями являются высокие технические требования по шероховатости (Ra<0,63mkm).
Постоянное возрастание требований к повышению производительности обработки пространственно-сложных поверхностей вызывает необходимость интенсификации и автоматизации процессов их изготовления. Основным средством автоматизации механической обработки пространственно-сложных поверхностей являются фрезерные станки с ЧПУ.
Типовой технологический процесс изготовления деталей с пространственно-сложными поверхностями содержит черновое, чистовое фрезерование и отделочно-доводочные операции, такие как шабрение, полирование. При этом трудоемкость последних может превышать суммарную трудоемкость чернового и чистового фрезерования. Для сокращения времени механической обработки деталей, содержащих пространственно-сложные поверхности, необходимо уменьшать объем доводочных операций, что возможно за счет максимального приближения выходных показателей чистового фрезерования к требуемым параметрам шероховатости готовой детали.
Исследования процесса формирования шероховатости показывают, что на величину последней существенно влияют такие факторы, как закон движения инструмента относительно заготовки и колебания его элементов. В связи с этим, для прогнозирования получения требуемого качества обработки на стадии проектирования операций нужны математические модели, учитывающие влияние вышеназванных факторов.
Анализ способов управления процессом фрезерования пространственно-сложных поверхностей показал, что в настоящее время появились конструкции фрез, в которые для снижения амплитуды колебаний вводятся демпфирующие элементы (диссипативные вставки), используется поглощающая способность диффузионной зоны при литом присоединении пластинки к корпусу фрезы и т.п. Однако существующие математические модели не учитывают эти факторы, а также и то, что фрезерование пространственно-сложных поверхностей сопровождается изменением толщины срезаемого слоя, которое вызывает нестабильность процесса резания.
Таким образом, исследование, направленное на разработку методики проекти
рования операций фрезерования пространственно-сложных поверхностей, позво
ляющей повысить качество их обработки, снизить трудоемкость доводочных работ
и тем самым повысить суммарную производительность изготовления детали, явля
ется актуальным, і —
I РОС. Ь,. БАЛЬНАЯ
I ь ,.UM
I -.* " кічч
Цель работы
Повышение производительности операций чистового фрезерования пространственно-сложных поверхностей на станках с ЧПУ путем управления процессом формирования параметров шероховатости на основе математического моделирования.
Задачи исследования
-
Разработать математическую модель формирования микропрофиля пространственно-сложных поверхностей, учитывающую режимы фрезерования, геометрию режущего инструмента, закон его движения относительно обрабатываемой поверхности, колебания технологической системы и позволяющую на стадии проектирования операций фрезерования прогнозировать параметры шероховатости.
-
Исследовать диссипативные свойства элементов технологической системы фрезерного станка и получить расчетные зависимости среднего арифметического отклонения профиля от коэффициента демпфирования элементов, вводимых в режущий инструмент для рассеяния энергии колебаний.
-
Разработать автоматизированный стенд сбора и обработки экспериментальных данных, позволяющий исследовать процесс формирования шероховатости пространственно-сложных поверхностей.
-
Разработать методику автоматизированного проектирования операций чистового фрезерования пространственно-сложных поверхностей.
-
Внедрить результаты исследования в производство.
Методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования базируются на основных положениях технологии машиностроения, теории резания, математического моделирования, теории автоматического управления, теоретической механики. Достоверность результатов исследований проверялась в лабораторных и производственных условиях.
Научная новизна
-
Построена комплексная математическая модель для определения значений высот микронеровностей, учитывающая закон формирования пространственно-сложных поверхностей, режимы фрезерования, конструктивно-геометрические параметры режущего инструмента и колебания элементов технологической системы.
-
Получена зависимость среднего арифметического отклонения профиля от коэффициента диссипации элементов, вводимых в технологическую систему для рассеяния энергии колебаний, которая может быть использована на этапе расчета конструктивных параметров режущего инструмента при проектировании фрезерной операции.
-
Разработана математическая модель для определения частотных диапазонов устойчивого резания, позволяющая назначать режимы резания для обеспечения заданной шероховатости пространственно-сложных поверхностей с учетом дисси-пативных свойств технологической системы фрезерного станка.
Практическая ценность
-
Методика проектирования операций чистового фрезерования пространственно-сложных поверхностей, позволяющая назначать конструктивно-геометрические параметры режущего инструмента, режимы обработки, обеспечивающие устойчивость процесса резания и производить проверочные расчеты параметров шероховатости.
-
Программно-методический комплекс прогнозирования параметров шероховатости при фрезеровании пространственно-сложных поверхностей (Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ),
-
Стенд сбора и обработки экспериментальных данных, позволяющий исследовать процесс формирования показателей шероховатости и определять динамические характеристики элементов технологической системы.
-
Конструкция сборной концевой фрезы для обработки пространственно-сложных поверхностей, позволяющая исследовать влияние диссипативных свойств режущего инструмента на формирование шероховатости.
Реализация работы. Методика проектирования операций чистового фрезерования пространственно-сложных поверхностей на станках с ЧТТУ внедрена в ЗАО «Юкас-Плюс» (г. Барнаул). Это позволило повысить производительность фрезерования пространственно-сложных поверхностей на 15%-20% и снизить трудоемкость доводочных операций на 25%-30%. Результаты работы используются в качестве методического и программного обеспечения в учебном процессе АлтГТУ дри подготовке бакалавров и магистров по направлению 552900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительного производства», инженеров-технологов по специальности 120100 «Технология машиностроения».
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены: на международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования - производству» (г. Барнаул, 2001); на межрегиональных научно-практических конференциях: «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» (г. Бийск, 2001); «Технологические процессы заготовительного производства» (г.Барнаул, 2001); «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (г. Томск. 2002); на научных семинарах кафедр «Общая технология машиностроения» и «Технология автоматизированных производств» АлтГТУ в 2000-2003 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 2Ьтраницах машинописного текста, содержит 42 рисунков, таблиц, список литературы из -ft6 наименований, 3 приложений. Общий объем работы 23^страниц.
Похожие диссертации на Повышение производительности обработки пространственно-сложных поверхностей на станках с ЧПУ путем управления процессом формирования шероховатости
