123932 (Проектування геометрії косозубих торцевих фрез з ступінчастими схемами різання)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет «Львівська політехніка»

Кафедра «Технології машинобудування»

Реферат

«Проектування геометрії косозубих торцевих фрез з ступінчастими схемами різання»

Дисципліна: Наукові дослідження

Виконав

Ст. гр.____

___________

Викладач

___________

Львів – 2008р.

Зміст

Вступ

1. Теоретичні відомості. Аналіз запропонованих рішень

2 Удосконалення комбінованої схеми різання з регулюванням положення профілюючого різального ножа в процесі обробки

3. Конструювання чистової косокутної торцевої фрези з комбінованою схемою різання

4. Експерементальна перевірка теоретичних розрахунків. Розроблення рекомендацій щодо визначення параметрів якості

Висновки

Література

Вступ

Корпуси механізмів, приладів, апаратів, а також опори, рами, станини складають більше 13% масиву продукції машинобудування і металообробки. Матеріалом цих деталей є чавуни (близько 60%) і загартована сталь (до 20%). В технологічних процесах виготовлення деталей від 10 % до 50% деталей повинні мати шорсткість оброблених поверхонь не більше 1,6 мкм.

Останнім часом чистова обробка плоских поверхонь все частіше виконується торцевим фрезеруванням, як правило, стандартними торцевими фрезами, які мають ряд недоліків. Усунення цих недоліків є важливою задачею, яка може вирішуватись в кількох напрямках. Одним з напрямків вирішення поставленої задачі є проектування більш досконалих конструкцій фрез з комбінованими схемами різання, які б відповідали поставленим вимогам та враховували накопичений досвід та результати сучасних наукових досліджень, з метою подальшого застосування таких фрез на виробництві.

При розробці спеціальних торцевих фрез з комбінованими схемами різання основною метою є встановлення раціональних конструктивних параметрів фрез та режимів експлуатації. Крім цього, застосування чистових торцевих фрез з комбінованими схемами різання викликає необхідність вивчення особливостей кінематики обробки.

Дослідження та вирішення розглянутих питань, які направлені на підвищення якості чистової обробки плоских поверхонь деталей, є актуальною задачею і має велике значення на сучасному етапі розвитку інструментального виробництва та машинобудування в цілому.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення якості обробки плоских поверхонь чавунних та стальних загартованих деталей за рахунок використання нових конструкцій, в яких застосовані ступінчасті схеми різання, косокутна безвершинна геометрія різальних ножів, комбінування рухів різальних ножів в процесі обробки.

Для досягнення поставленої мети запропоновано вирішення наступних завдань:

• виконання аналізу особливостей конструкцій, експлуатації та працездатності торцевих фрез, особливостей конструктивних елементів ступінчастих фрез з регулюванням розташування різальних ножів і їх впливу на характер процесу різання;

• розробка на основі теоретичного аналізу удосконалених конструкцій торцевих фрез з регулюванням розташування різальних ножів;

• дослідження впливу режимів різання розроблених конструкцій фрез на характер фрезерування;

• виконання аналізу кінематики процесу фрезерування торцевими ступінчастими фрезами з регулюванням розташування різальних ножів;

• дослідження впливу режимів різання на експлуатаційні показники оброблених поверхонь та визначення їх раціональних значень при обробці стальних загартованих та чавунних деталей;

• виконання виробничих досліджень та розробка рекомендацій щодо впровадження результатів роботи на машинобудівних підприємствах.

1.Теоретичні відомості. Аналіз запропонованих рішень

Проведено аналіз опублікованих за останні роки вітчизняних і зарубіжних рішень (у тому числі патентів та авторських свідоцтв) по удосконаленню конструкції чистових торцевих фрез. Умовно всі чистові торцеві фрези було розподілено на дві основні групи:

– інструмент з регулюванням різальних ножів в процесі обробки;

– інструмент з нерухомо закріпленими різальними ножами.

Для подальшого використання за базовий був обраний інструмент з регулюванням різальних ножів в процесі обробки. Серед напрямків удосконалення базового інструменту можна виділити декілька основних:

– застосування прогресивних схем зрізування припуску;

– спірально-ступінчасте розташування різальних ножів;

– застосування ножів з радіусною каліброваною кромкою і можливістю регулювання торцевого биття.

Розглянуті процеси фінішної обробки плоских поверхонь розроблені недостатньо. Має місце суперечливість існуючих рекомендацій щодо застосування та умов експлуатації чистових торцевих фрез, використання яких дозволяє підвищити якість обробки плоских поверхонь деталей.

На кафедрі технології машинобудування і конструювання технічних систем ЖІТІ було запропоновано застосування комбінованої схеми різання, в якій поряд з нерухомо закріпленими відносно корпуса фрези ножами існує профілюючий різальний ніж з необхідною геометрією і можливістю руху в процесі обробки, в напрямку перпендикулярному до вектора подачі заготовки для забезпечення високої якості обробки по ширині торцевого фрезерування.

Тому було виділено ряд пріоритетних напрямків, за якими проводились подальші дослідження, а саме необхідно було:

– розробити конструкцію чистової косокутної торцевої фрези, оснащеною НТМ, з комбінованою схемою різання;

– виконати силовий аналіз для фрези з комбінованою схемою обробки;

– дослідити вплив похибок верстата на формоутворення поверхні;

– визначити вплив режимів різання на експлуатаційні показники оброблених поверхонь та встановити їх раціональні значення при обробці стальних загартованих та чавунних деталей;

– практично підтвердити доцільність використання розробленої конструкції чистової косокутної торцевої фрези з комбінованою схемою різання і рекомендованих параметрів проведення експериментальних досліджень для фінішної обробки деталей із чавунів і загартованих сталей;

2. Удосконалення комбінованої схеми різання з регулюванням положення профілюючого різального ножа в процесі обробки

Удосконалення схеми плоского фрезерування торцевими фрезами реалізується шляхом зняття припуску різальними ножами, де найбільшу частину припуску видаляють різальними ножами, які нерухомо закріплені відносно корпусу фрези. Корпус рухається за коловою траєкторією, після чого чистовий припуск видаляють різальними ножами, які розташовані в радіальному напрямку на найменшій відстані від осі фрези з найбільшим вильотом відносно нерухомих різальних ножів і рухаються за прямолінійною траєкторією перпендикулярно до вектора повздовжньої подачі заготовки, що забезпечить підвищення якості обробки в напрямку, перпендикулярному до вектора повздовжньої подачі заготовки .

Формування перерізу зрізу відбувається наступним чином:

Силовий аналіз здійснювався за рівняннями розробленими Розенбергом А.М. і Розенбергом О.О. з уточненнями до умов чистового торцевого фрезерування. Для розрахунку складових сили різання: колової сили , подачі та осьової сили різання була 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, що складові сили різання для запронованого методу фрезерування розраховуються за наступною умовою:

де – поточний час обертання, – частина періоду обертання інструменту, в який здійснюється різання рухомим різальним ножем, – сумарна миттєва сила різання нерухомо закріпленими ножами, – сила різання, що діє на рухомий в процесі обробки різальний ніж.

Для визначення раціональної кількості ступіней фрези з комбінованою схемою різання був розраховані складові сили різання , , із врахуванням змінюваної кількості ножів, які приймають участь в різанні. Проведена апроксимація складових рядами Фур'є. Чисельний аналіз виконано в пакеті MathCad. За результатами аналізу отримані максимальні і середні значення складових сили різання і розрахований силовий коефіцієнт нестабільності фрезерування для одно- і багатоступінчастих фрез (табл. 1).

Таблиця 1

Результати розрахунків показують, що найбільш стабільними в процесі обробки є багатоступінчасті фрези. Для запропонованої комбінованої схеми різання рекомендована конструкція з 9-ма ступенями.

Одним із показників якості обробки є відхилення від площинності оброблених поверхонь.

Запропонована комбінована схема плоского фрезерування дозволяє отримати наступний профіль обробленої поверхні з відхиленням від площинності f = 0 мм :

1) при відхиленні вісі шпинделя в напрямку подачі ;

2) при відхиленні вісі шпинделя в напрямку, перпендикулярному подачі

3. Конструювання чистової косокутної торцевої фрези з комбінованою схемою різання

Запропоновано методику досліджень для визначення силових факторів обробки і методику визначення параметрів мікрогеометрії оброблених поверхонь.

Конструктивно фреза складається із корпуса, в якому закріплені різальні ножі. Установка фрези на верстаті. Кріплення різальних ножів здійснюється клиновим затискаючим механізмом. В плунжері встановлений і закріплений за допомогою гвинта рухомий різальний ніж з можливістю точного регулювання його осьового вильоту мікрометричним гвинтом. Копір, який забезпечує прямолінійний рух різального ножа в процесі обробки, закріплюється до корпусу шпиндельної коробки.

Вигляд фрези з торця і схематичне розташування різальних ножів за логарифмічними спіралями .

Запропонована конструкція чистової торцевої фрези з комбінованою схемою різання дозволяє:

– реалізовувати рух профілюючого різального ножа за прямолінійною траєкторією перпендикулярно до вектора подачі заготовки і вирівняти шорсткість обробки за шириною фрезерування;

– зрізати основну частину припуску різальними ножами, які рухаються відносно оброблюваної поверхні за коловими траєкторіями і закріплені нерухомо в корпусі фрези;

– за рахунок ступінчастого розташування різальних ножів підвищити максимальну глибину різання і поєднати чорнові і чистові операції за один прохід;

– здійснити регулювання осьового вильоту різальних ножів при необхідності корегування глибини різання;

– використовувати в якості матеріалу різальної частини ножі з НТМ, які дозволяють значно підвищити якість обробленої поверхні, стійкість інструмента та продуктивність обробки;

– забезпечувати косокутне різання, що дає можливість зменшити питомі навантаження на одиницю довжини різальних кромок ножів, і таким чином в значній мірі додатково підвищити стійкість різальних ножів;

– застосовувати фрезу для обробки плоских поверхонь на верстатах фрезерної і шліфувальної групи.

Диференційне рівняння руху профілюючого різального ножа в напрямку подачі має вигляд: