Повышение эффективности изготовления корпусных деталей на участке из многоцелевых станков с ЧПУ путем разработки блочного расточного инструмента

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН»)

ФАКУЛЬТЕТ «Машиностроительных технологий и оборудования» Кафедра «Высокоэффективных технологий обработки»

Диссертация на соискание академической степени магистра по направлению 15.04.05. «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

«Повышение эффективности изготовления корпусных деталей на участке из многоцелевых станков с ЧПУ путем разработки блочного расточного инструмента»

Магистерская программа «Технология размерной формообразующей обработки»

Студент Алдангуров Р.Е.

Москва 2016 г.

Содержание

Введение

Глава 1. Состояние вопроса

1.1 Обрабатываемые корпусные детали

1.2 Анализ существующих конструкций блочного расточного инструмента

1.3 Пути повышения эффективности растачивания

Глава 2. Теоретический анализ конструкций

Глава 3. Разработка экспериментальной конструкции БРИ

Глава 4. Экспериментальное исследование БРИ

4.1 Расчет податливости экспериментальной конструкции

4.2 Измерение податливости БРИ

4.3 Испытания изготовленных блоков и собранного БРИ при растачивании

Глава 5. Экономическая эффективность применения БРИ

Заключение

Библиографический список

Приложения

Введение

Повышение технического уровня и качества продукции, а также эффективности производства изделий машиностроения во многом определяется опережающим развитием металлообработки. В свою очередь эффективность процессов обработки металлов резанием в значительной степени зависит от качества инструмента, как одного из основных компонентов технологической системы.

В современной металлообрабатывающей промышленности наиболее полно поставленным требованиям отвечает сборный инструмент. В частности, перспективным является использование инструментальных систем, создаваемых на основе агрегатно-модульных принципов. В настоящее время во многих отраслях металлообрабатывающей промышленности применяется сборный расточной инструмент. Эффективность применения такого инструмента, при условии хорошей организации инструментального хозяйства, определяется уменьшением затрат за счет: сокращения доли индивидуальных заказов на инструмент, гибкости использования элементов инструментальной системы, сокращения их номенклатуры в 3ч4 раза и количества более чем на 25%. Однако, широкому использованию сборного расточного инструмента препятствуют ряд обстоятельств, среди которых определенное место занимает малая исследованность вопросов создания такого инструмента, имеющего существенные отличительные особенности по сравнению с традиционным.

Целью работы является повышение эффективности растачивания корпусных деталей в условиях гибкого производства на базе многоцелевых станков с ЧПУ. В таком производстве многообразие обрабатываемых деталей и технология обработки точных отверстий в этих деталях требует большого количества расточных оправок, как на станках, так и на складе. Например, комплект оправок для обработки детали типа «Коробка подач» токарного станка мод. 16К20 включает 34 оправки.

Теоретические и экспериментальные исследования в работе выполнялись на базе основных положений теории сопротивления материалов, теории контактной жесткости и теории резания

Глава 1. Состояние вопроса

1.1 Обрабатываемые корпусные детали

К корпусным относят детали, содержащие систему отверстий и плоскостей, координированных друг относительно друга. Например, корпусы редукторов, коробок передач, насосов и т.д. Корпусные детали предназначены для монтажа различных механизмов машин. Для них характерно наличие опорных достаточно протяжённых и точных плоскостей, точных отверстий (основных), координированных между собой и относительно базовых поверхностей и второстепенных крепёжных, смазочных и других отверстий. По общности решения технологических задач, корпусные детали делятся на:

а) призматические (коробчатого типа) с плоскими поверхностями больших размеров и основными отверстиями, оси которых расположены параллельно или под углом;

б) фланцевого типа с плоскостями, являющимися торцовыми поверхностями основных отверстий.

По данным [1] 23% корпусных деталей изготавливают из стали (литье и прокат), до 60 % - из чугуна. В меньшей степени для корпусных деталей применяют алюминиевые сплавы и другие материалы. Виды корпусных деталей представлены на рисунке 1.

Рис. 1 - Виды корпусных деталей.

Технологические требования, предъявляемые к корпусным деталям:

- наличие технологических баз, обеспечивающих требуемую ориентацию и надежное закрепление детали на станке;

- обработка плоскостей должна выполняться на проход, для чего плоскости и торцы не должны иметь выступов;

- корпусная деталь не должна иметь поверхностей, не перпендикулярных осям отверстий;

- точно растачиваемые отверстия должны растачиваться на проход;

Характерные требования, предъявляемые к обработке отверстий в корпусных деталях:

- основные отверстия обрабатываются по 6-8 квалитету точности с шероховатостью Ra=0,32- 2,5мкм. Погрешность формы отверстий обычно находится в пределах 0,5-0,7 от величины допуска на диаметр отверстия;

- допуски на несоосность отверстий - 0,5 величины допуска на диаметр отверстия;

- неперпендикулярность опорных торцов к осям отверстий допускается в пределах 0,1- 1,0мкм на 1мм радиуса отверстий.

Технологический процесс изготовления основных отверстий в корпусных деталях включает:

1) черновую и чистовую обработку плоскостей, которые используются в качестве технологических баз;

2) черновую и получистовую обработку основных отверстий;

3) окончательную обработку основных отверстий.

Корпусные детали в настоящее время в связи с индивидуализацией производства, преимущественно обрабатываются на многоцелевых станках (МЦ) с ЧПУ горизонтальной компоновки.

Многоцелевые станки оснащают необходимым комплектом режущего и вспомогательного инструмента, расположенным в специальном инструментальном накопителе.

Трудоемкость обработки отверстий в корпусных деталях составляет в среднем 50 процентов от общей обработки.

При мелкосерийном характере изготовления корпусных деталей чистовое растачивание одним режущим лезвием соосных отверстий 6-9 квалитета точности является основным методом обработки. Наиболее точную окончательную обработку основных отверстий при всех других технологических факторах в процессе обработки вращающимся инструментом, обеспечивают мерные развертки. Однако, в условиях мелкосерийного производства и широкой номенклатуры размеров обрабатываемых отверстий в корпусных деталях, невозможно организовать инструментальное хозяйство на базе разверток.

Как правило, для обработки с указанными высокими требованиями к точности отверстий применяют расточные инструменты с регулировкой положения режущих лезвий (до 0,005 мм) для предварительной настройки их на размер на специальных устройствах.

Для обеспечения требуемой шероховатости используют методы гашения вибраций путем внедрения в конструкции расточного инструмента виброгасителей, методов измерения собственных частот колебаний и т.п. Одним из методов является увеличение количества стыков [2].

На основании изложенного можно сформулировать требования к инструментальной оснастке МЦ для обработки основных отверстий корпусных деталей:

1. Комплект инструмента должен включать набор универсальных однолезвийных расточных оправок в характерном диапазоне размеров отверстий для данного типоразмера МЦ.

2. Для упрощения инструментального обеспечения МЦ и, одновременно, для повышения виброустойчивости, необходимо конструкции расточного инструмента делать блочными из унифицированных узлов.

3. Унификация блочного расточного инструмента должна базироваться на конструктивных решениях, общих для базирования и закрепления всех видов режущего инструмента, применяемого при обработке корпусных деталей на МЦ.

1.2 Анализ существующих конструкций блочного расточного инструмента

В настоящее время существует значительное количество конструкций блочного расточного инструмента (БРИ), изготавливаемых различными производителями как в нашей стране, так и за рубежом. Как правило, такие инструменты объединяются в специализированные и универсальные системы расточного инструмента, как наиболее сложного по составу и номенклатуре.

Анализ имеющихся конструкций БРИ позволяет отметить ряд характерных особенностей и тенденций развития этого вида инструмента.

Для изготовления блоков БРИ используются стали, закаливаемые до твердости HRC=52ч60 [3] с целью износоустойчивости наружных поверхностей с сохранением вязкой сердцевины блоков. При динамическом нагружении это приводит к снижению высокочастотной составляющей колебаний инструмента. Размеры узлов сопряжения блоков выполняются по 3ч6 квалитету точности для диаметральных размеров и 5ч6 квалитет для осевых размеров. При этом в цилиндрических соединениях сборочные зазоры составляют в зависимости от диаметра соединения от 3 до 40 мкм. Точность конических поверхностей выполняется в большинстве случаев по степеням точности АТ4чАТ5. При этом применяют конические соединения в ряде конструкций, унифицированные на базе с существующих стандартов на хвостовики режущих инструментов и присоединительных элементов станков. Для повышения точности, жесткости и виброустойчивости в области характерных частот вращения БРИ, осуществляется ужесточение требований к точности изготовления диаметральных размеров присоединительных поверхностей блоков до 5ч6 квалитета. Имеется тенденция к применению деформируемых элементов цилиндрической, конической, или комбинированной формы, что позволяет более точно распределить нагрузку закрепления по торцовым и образующим поверхностям, повысить долговечность соединения.

В наиболее простых конструкциях, используются торцевые и цилиндрические базовые поверхности с закреплением с помощью резьбового соединения. Такой конструкцией является БРИ SKV (рис.1) фирмы Kaiser (Швейцария).

Рис. 2. Сборный расточной инструмент системы SKV фирмы Kaiser (Швейцария)

Статическая податливость является важным показателем БРИ и в значительной степени зависит от способа взаимного закрепления блоков. Максимальные значения радиальной податливости БРИ, согласно [4], должны быть не выше 110 мкм/кН. Податливость БРИ должна находиться практически на уровне податливости инструментов цельной конструкции, а по сравнению с традиционными схемами крепления инструментов в шпинделе станка - существенно меньше. Более низкой податливостью обладают системы с торцовыми контактными поверхностями блоков. Конструкции с торцово-цилиндрическим типом узла крепления блоков (см. рис. 1), в частности обладают более высокими показателями точности и уравновешенности, однако в области высоких нагрузок, податливость их резко возрастает. При обработке вязких материалов возникают вибрации ударного характера за счет значительных смещений в узле крепления модулей. Важными являются динамические характеристики БРИ. Как известно, на частоте 6 кГц у цельного инструмента резонансная амплитуда составляет около 150 мкм, а у аналогичного блочного, при более протяженной резонансной зоне амплитуда не превышает 30 мкм. По результатам исследований [5], на резонансной частоте порядка 400 Гц податливость БРИ с торцово-цилиндрическим способом соединения ниже, чем аналогичного цельного. Поэтому при создании узлов крепления необходимо предусматривать возможность как осевого, так и радиального закрепления модулей. Особенно это важно при работе как с прямой, так и обратной подачей.

В то же время, далеко не всегда необходимо удовлетворять всем отмеченным требованиям, потому, что избыточность требований приводит к усложнению и значительному удорожанию инструментального обеспечения. Большинство технологических операций может быть осуществлено с помощью простых и дешевых систем БРИ. Проектирование таких инструментов с учетом конкретных областей использования позволяет обеспечивать требуемое качество обработки при относительно низких эксплуатационных затратах. Стремление повысить эффективность использования модульного вспомогательного инструмента привело к созданию универсальных систем, способных работать в составе технологической оснастки станков с ЧПУ как токарной, так и сверлильно-фрезерно-расточной группы. Однако такие системы до сих пор не получили серьезного спроса.

Производители такого инструмента с целью унификации используемых технических решений унифицируют не только узлы закрепления режущего инструмента во вспомогательном, блоков между собой, но и узлы крепления державок в шпинделях станка [4].

Повышение уровня унификации узлов крепления позволяет снизить затраты на изготовление элементов БРИ и на ее эксплуатацию на участках из станков с ЧПУ различных моделей.

1.3 Пути повышения эффективности растачивания

В условиях гибкого производства многообразие обрабатываемых деталей и технология обработки точных отверстий в этих деталях требует большого количества расточных оправок, как на станках, так и на складе. Например, комплект оправок для обработки детали типа «Коробка подач» токарного станка мод. 16К20 включает 34 оправки.

Для повышения эффективности обработки корпусных деталей в указанных условиях целесообразно использовать блочный расточной инструмент (БРИ), состоящий из взаимозаменяемых функциональных блоков, которые в различных перестановках позволяют создавать сборки, отвечающие требованиям к цельному инструменту. С учетом работы без вмешательства оператора для наладки положения режущих кромок на станке, необходимо в конструкциях БРИ выполнить требования к его жесткости [6].

Сборные конструкции режущих инструментов обеспечивают значительную экономию инструментальных материалов и снижение эксплуатационных расходов из-за возможности многократного их использования при выполнении различных задач.

БРИ для выполнения поставленных задач должен удовлетворять условиям жесткости, которые описаны выше. Существующие конструкции отличаются сложностью сборки и разборки, так как это можно сделать только последовательно и поэтапно, начиная с державки;

Поэтому в работе задача была поставлена в создании легкосборного и, в то же время, жесткого БРИ.

деталь блочный расточный инструмент

Глава 2. Теоретический анализ конструкций

Одним из требований к БРИ, состоящего из блоков, является ограничение податливости, определяемой как отношение в направлении равнодействующей силы резания (рис. 2) в точке приложения силы :

(1)

Рис. 2. Деформации БРИ: а) схема нагружения составляющей силы резания; б) деформация изгиба ; в) перемещение из-за контактных деформаций; (г) суммарная деформация [6].

Суммарная деформация БРИ равна сумме трех величин:

(2)

где - упругая деформация при изгибе оправки; - перемещение в торцевых соединениях модулей за счет их раскрытия при нагружении внешней силой; - упругое перемещение оправки в результате деформации контактирующих поверхностей в месте соединения модулей.

Упругая деформация консольной оправки:

(3)

где - составляющая силы резания, Н; - вылет оправки, мм; - модуль продольной упругости материала оправки; - момент инерции сечения тела оправки.

Условием нераскрытия стыка блоков является отсутствие перемещения в торцевом соединении модулей при нагружении силой (рис. 3)

(4)

Рис. 3. Схема образования перемещения у_т в торцевом соединении.

Из рис. 2 следует, что условие (4) соблюдается при равенстве моментов силы и силыстягивающей модули вдоль оси вращения БРИ:

(5)

где - нагружающая сила, кН; - длина модуля, мм; - сила, стягивающая модули закрепления на стыке, кН; - наружный диаметр модуля, мм; - торцевый зазор, мм.

Для определения упругих перемещений у_к, возникающих в результате контактных деформаций в цилиндрическом соединении блоков, рассматривали схему закрепления цилиндрического хвостовика силой Q (Рис.6) [7].

Рис. 4. Схема патрона с односторонним прижимом крепежных элементов

Из схемы на Рис. 4 следует:

,(6)

где М_зат - крутящий момент затяжки винтов; d₁ - диаметр зажимного винта; n - количество зажимных винтов; f_пр - коэффициент трения на опорной поверхности винта; ш - угол подъема резьбы; с - угол трения в подвижных соединениях.

Под действием силы в образовавшемся цилиндрическом соединении с предварительным натягом по дуге 2ц₀ (Рис. 4) происходит упругое смещение хвостовика , которое из-за малости можно рассматривать как поворот на угол .

Для определения угла поворота в цилиндрическом соединении от внешней силы в результате контактных перемещений использовали выражение: [**]

(7)

где угол половины дуги натяга ц₀ определяется из соотношения:

cos ц₀ = Д / 2_дц + Д (8)

Анализ выражений (6) и (7) показывает, что на величину угла поворота и в значительной степени влияют диаметр d соединения, диаметр d₁ зажимных винтов, величина зазора Д в соединении и наружный диаметр D_н модуля.

Диаметром 40 мм: 1- Д = 0,098 мм; 2- Д = 0,048 мм; 3- Д = 0,032 мм; 4- Д = 0,014 мм; диаметром 32 мм: 5- Д = 0,014 мм.

На рис. 5 показана зависимость угла поворота и от направления нагружающей стык силы относительно плоскости, в которой расположены оси зажимных винтов (отсчет угла з - смотреть рис. 6)

Рис. 5. Зависимость угла поворота и в соединениях инструмента с цилиндрическим хвостовиком:

Рис. 6. Отсчет угла з между P и Q

Для БРИ, предназначенного для растачивания отверстий диаметром 40 -180 мм, максимально допустимая податливость д_допуст не должно превышать 0,11 мм/кН [3].

Упругое перемещение в результате деформации контактирующих поверхностей в месте соединения блоков БРИ (см. рис. 2) определяется из выражения (3) и составляет 0,024 мм при значениях = 1 кН, l = 80 мм и D_н = 63 мм.

Были определены параметры устройства, показанного на рис. 7, необходимого для создания торцевого натяга в соединении блоков, с целью соблюдения условия (5). По формуле (5) требуемая сила F стягивания торцев блоков БРИ составляет 1,14 кН при P_y = 1 кН, l = 80 мм и D_н = 63 мм.

Для закрепления одним винтом (см. рис. 4) с резьбой d₁ = М6, осевая сила Q₁ равна:

кН.

где М_зат = 5,9 Н·м - момент затяжки соединения с резьбой М6.

Cоставляющая F силы Q₁ вдоль оси БРИ равна:

откуда tgб = 1,15, а соответствующий угол .

Так как рассматривалось ограничение раскрытия стыка блока по минимуму, то угол 2б может быть принят в меньшую сторону, например, по нормальному ряду углов 2б = 90°.

Упругое перемещение в результате деформации контактирующих поверхностей в месте соединения модулей не должно превышать величины, равной , при соблюдении условия (2). В рассматриваемом БРИ мм/кН.

Допустимое перемещение режущей кромки на вылете l = 80 мм из-за контактных деформаций связано с величиной угла поворота и уравнением:

(9)

для рассматриваемого цилиндрического соединения модулей с зазором Д = 0,021 мм угол поворота и = 0,0013. Из выражения (9) рассчитывали минимально допустимые размеры зажимного винта в державке. В результате установлено, что этот винт должен иметь диаметр d₁ не менее 14,5 мм. Для БРИ принят размер резьбы винта М16.

Устройство осевого натяга работает следующим образом. В шпоночных пазах 7 и 8 выполнено резьбовые отверстия под винты с конической головкой. Винт 9 фиксирует в шпоночном пазу 8 шпонку 3. С другой стороны шпонки 3 выполнено коническое отверстие 12 с осью 15, смещенной относительно оси 13 резьбового отверстия под винт 4 на величину h. Головка винта 4, взаимодействуя с конической поверхностью 12 в точке «c» создает радиальный натяг в соединениях блоков 5 и 6.

Рис. 7. Устройство осевого натяга по торцам блоков УБРИ

Глава 3. Разработка экспериментальной конструкции БРИ

В соответствии с изложенными предпосылками была разработана конструкция БРИ с цилиндрическим соединением блоков с торцевым натягом и радиальным односторонним прижимом винтами (Рис. 8).

Рис. 8. Конструкция предложенного БРИ: 1 - расточной резец; 2 - оправка; 3 - шпонка; 4 - специальный винт; 5 - удлинитель; 6 - державка с коническим хвостовиком для закрепления в шпинделе станка; 10 - хвостовик оправки; 11 - хвостовик удлинителя; 14 - зажимной винт.

В предложенной конструкции соосно соединяемые блоки имеют цилиндрические хвостовики и встречные отверстия, предназначенные для радиального базирования блоков относительно друг друга, а также - торцевые поверхности для торцевого базирования блоков относительно друг друга. Для создания торцевого натяга разработано устройство осевого натяга, которое выполнено в виде шпоночного паза для каждой пары соединяемых блоков и размещенной в нем шпонки с двумя коническими отверстиями (рис. 5).

На конструкции блоков для сборки УБРИ разработана техническая документация, по которой изготовлена опытная партия унифицированных блоков УБРИ на Оршанском инструментальном заводе (Республика Беларусь). Пример сборки УБРИ показан на рис. 9.

Рис. 9. Пример сборки БРИ: 1 - хвостовик; 2 - державка; 3- удлинитель; 4 - оправка; 5 - резец; 6 - шпонка для торцевого натяга

Глава 4. Экспериментальное исследование БРИ

4.1 Расчет податливости экспериментальной конструкции

Сравнивали податливость БРИ, показанного на рис. 10 и аналогичной конструкции без устройства для торцового натяга:

Рис. 10

Точность изготовления конуса №40 конусностью 7:24 соответствует степени точности АТ4, посадки цилиндрических соединений выполнены по H7/g6. Базовый диаметр конуса d₁=44,45 мм; диаметры цилиндрических соединений обозначим d₂=25 мм и d₃=20 мм.

Деформация сборки регламентируется допустимой податливостью, т.е. деформацией БРИ (мм/Н) в точке приложения силы P.

(10)

где - нагружающая сила (например, сила резания);

мм, мм, мм - длины блоков;

- осевой момент сечения i-го элемента, мм, ;

где - диаметр i-го сечения, мм;

- модуль упругости, кН/мм²;

- податливость i-го соединения, 1/(кН*м).

В соответствии с [8], определим значение :

а) для БРИ, показанного на рис. 10, без устройства для торцового натяга:

кН*м, кН*м, кН*м.

Суммарное перемещение от воздействия силы Н: мм.

Относительная податливость:

мкм/Н.

б) для БРИ, показанного на рис. 10, но с устройством для торцового натяга по рис. 7:

кН*м, кН*м, кН*м.

Суммарное перемещение от воздействия силы Н: мм.

Относительная податливость:

мкм/Н.

4.2 Измерение податливости БРИ

Для оценки податливости БРИ использовали схему измерений перемещений (податливости) контрольных оправок диаметром 20 мм. Измерение выполняли на малогабаритном прецизионном токарном станке мод. D6000 типоразмера 125 (рис. 11)



Рис. 11. Установка нагрузочного и измерительного устройства на малогабаритном токарном станке мод. D6000: 1 и 2 - индикаторы перемещений; 3 - оправка; 4 - удлинитель; 5 - токарный патрон; 6 - датчик силы; 7 - нагрузочное устройство (винт-гайка); 8 - рама нагрузочного устройства

Нагрузка прикладывалась к оправке, закрепленной в удлинителе (см. рис. 8). Деформации измерялись в точках 1 и 2 (рис. 12).

Рис. 12. Схема нагружения и измерения деформаций системы, состоящей из следующих элементов: 1 - удлинитель; 2 - оправка.

Тарировочный график соотношения аналогового сигнала в mV и величины нагрузки в Н представлен на рис. 13.

Рис. 13. Тарировочный график.

По результатам трехкратно повторенных измерений было получены средние арифметические значения показаний индикаторов I и II для циклов нагрузки и разгрузки, приведенные в таблице 1.

Таблица 1. Средние арифметические значения, измеренных величин

Сила нагрузки P, mV	Нагрузка	Разгрузка
	Индикаторы	Индикаторы
	I	?II	I	II
18,04	0,0	0,0	5,0	10,7
18,05	31,3	12,3	44,3	27,0
18,06	64,0	24,7	74,0	39,0
18,07	94,0	36,3	107,0	50,7
18,08	123,0	48,7	143,3	66,7
18,09	157,0	63,3	180,3	81,7
18,1	186,0	74,0	199,3	91,0
18,11	214,0	88,7	237,7	107
18,12	243,0	102	271,3	120,3
18,13	292,0	123,7	292,0	123,7

Из таблицы 1 следует, что при значении нагрузки 400 Н отклонение оправки составило 292 мкм, а удлинителя с односторонним прижимом винтами - 123 мкм.

Полученные результаты использовали для определения податливости в стыках и, который сравнивали с расчетным по уравнению (10).

Результаты, полученные в результате проведения эксперимента, а также результаты, полученные расчетным путем отражены на графике, представленном на рис. 14.

Рис. 14 - Податливость УБРИ

Как видно из графика, расчетные и экспериментальные данные практически идентичны, что говорит о верности использованной теории и позволяют сделать вывод, что заявленное техническое решение, а именно разработка устройства торцевого натяга для рассматриваемого цилиндрического соединения позволяет уменьшить податливость БРИ в 2 раза, а значение угла наклона и в стыках более чем в 3 раза.

4.3 Испытания изготовленных блоков и собранного БРИ при растачивании

По разработанным чертежам (см. приложение 1) были изготовлены блоки БРИ. Изготовленные блоки и собранные БРИ испытывали в лаборатории технологий резания материалов ФГБОУ ВО МГТУ «СТАНКИН». Проводилось сравнение результатов растачивания втулок собранным комплектом с макетом без стыков.

Для экспериментов была использована оснастка, показанная на рис. 15.

Рис. 15. Растачивание оправки: 1 - державка; 2 - макет без стыков; 3 - оправка.

Перед растачиванием собранный из блоков комплект БРИ и макет настраивались на радиус обработки 23,00 мм (рис. 16) на приборе фирмы «BORLETTI» (Италия). Данное устройство работает по методу оптического проекционного контроля при 20-кратном увеличении проектора и позволяет измерять в проходящем луче света диаметр и длину наладок инструмента с точностью 0,005 мм.

Растачивание выполняли на токарно-винторезном станке модели ГС526У (Рис. 17).

Для экспериментов на токарном станке использовались заготовки из стали 45 с размерами, показанными на рис. 18. Химический состав заготовок определяли в лаборатории материаловедения ГИЦ ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН» на установке Q4 TASMAN фирмы «Brunker».



Рис. 16. Настройка расточной оправки на радиус обработки

Рис. 17. Токарный станок модели ГС526У

Режимы растачивания были установлены в соответствие с рекомендациями [9]. Частота вращения заготовки n=630 мин^-1; скорость резания V=81 м/мин, скорость подачи S_min=80 мм/мин, что соответствует подаче S=0,15 мм/об для получистового растачивания.



Рис. 18. Заготовки для растачивания

Рассчитывали силу резания при растачивании отверстия диаметром 46 мм в заготовке из стали 45, с твердости материала, геометрии резца, глубины резания и подачи.

Силу сопротивления резанию, действующую вдоль оси расточного резца и отжимающую БРИ от поверхности обрабатываемого отверстия - , действующую при растачивании заготовки из стали 45, резцом с пластиной из твердого сплава Т5К10 с режимами резания:

а) глубина резания t=1 мм;

б) подача S=0,15 мм\об;

в) скорость резания V=81 м/мин.

Сила резания при точении определяется по формуле [9]:

(11)

Определяли значения постоянной и показатели степеней:

=243, х=0,9, y=0,6, n= - 0,3.

Определяли значения поправочных коэффициентов:

,(12)

где

Другие поправочные коэффициенты, учитывающие геометрию резца из твердого сплава, равны:

Тогда коэффициент :

, а сила резания равна:

Н.

На рис. 19 показан процесс растачивания отверстия диаметром 46 мм, а на рис. 20 - обработанные втулки.

Рис. 19. Растачивание отверстия 46 мм на токарном станке: 1- токарный патрон; 2- обрабатываемая втулка; 3 - расточная оправка; 4 - державка; 5 - пиноль задней бабки

Обработанные поверхности отверстий диаметром 46 мм во втулках из стали 45 контролировали на оборудовании метрологической лаборатории Государственного инжинирингового центра. Измеряли шероховатость и отклонения от круглости обработанных отверстий в поперечных сечениях.



Рис. 20. Обработанные втулки

В качестве средств измерения были использованы:

1 Профилограф-профилометр Hommel Tester T800. Наименьшее отображаемое значение - 0,001мкм (рис. 21).

2 Высокоточный прибор измерения формы FORM MEASURING STATION MMQ 400 CNC (MarForm MMQ 400). Область измерений: Z-500 мм, Х -280 мм (рис. 22).

Рис. 21. Измерение шероховатости обработанной поверхности



Рис. 22. Измерение некруглости

Сравнивали результаты обработки макетом БРИ (образец №1) и собранным комплектом БРИ (образец №2). Протоколы и результаты измерений представлены в таблице 2 и в Приложении 2.

Таблица 2. Результаты измерений шероховатости внутренней поверхности образца изделия «Втулка»

№ втулки	Параметр шероховатости, в мкм	Некруглость
	Ra	Rz	мкм
1	5,246	28,264	29,032
2	5,354	31,745	29,928

Сравнение результатов показывает, что разработанный БРИ удовлетворяет условиям черновой и получистовой обработки отверстий с отношением вылета расточной оправки к диаметру отверстия в пределах диапазона от 3,5 до 6.

Глава 5. Экономическая эффективность применения БРИ

Разработанный комплект БРИ для участка из двух многоцелевых станков с ЧПУ, имеющих патроны для базисных агрегатов с конусом 7:24 №40 и 7:24 №50 позволяет сократить количество используемых расточных оправок и втулок. Таким образом, использование БРИ с различными хвостовиками позволяет применять одну и ту же инструментальную систему из унифицированных элементов на станках различных конструкций.

Эффективность применения БРИ выявляли сравнением приведенных затрат на обработку годового количества деталей применяемого комплекта инструмента и приведенных затрат на тот же объем производства с помощью системы БРИ.

Расчет экономической эффективности при условии, что в комплекте заменяется часть нерегулируемого инструмента на БРИ приведен в Табл. 3.

Таблица 3. Данные об инструменте

№ п/п	Наименование инструмента	Цена за штуку, руб.	Кол-во инструмента в комплекте	Суммарная стоимость
		базовая	новая	базовая	новая	базовая	новая
1	Расточные оправки 32…40 мм	4950	4950	10	4	49500	19800
2	Удлинители	-	2000	-	2	-	4000
3	Базовый агрегат	2625	2625	1	1	2625	2625
Итого:	-	-	-	11	7	52125	26425

Цельный инструмент используется для обработки типовой детали на участке станков с ЧПУ, а внедряемый БРИ включает комплект регулируемых расточных оправок и удлинители для обработки такой же типовой детали на тех же станках с ЧПУ.

Экономический эффект Э_н при указанных условиях определяется по формуле:

, (13)

где и - цены базового и нового комплекта инструмента, руб.;

- коэффициент эквивалентности БРИ по отношению к базовому;

- трудоемкость обработки одной типовой детали цельным инструментом;

- трудоемкость обработки одной типовой детали с помощью БРИ.

Цены базового и нового комплектов инструмента соотвественно равны:

и руб.

(14)

Годовой экономический эффект от применения разработанного БРИ на участке из двух многоцелевых станков составляет:

руб.

Заключение

1. Аналитический обзор состояния научных и конструкторских разработок в области создания унифицированного расточного инструмента показал перспективность исследования и создания инновационных конструкций блочного расточного инструмента (БРИ).

2. В ходе выполнения диссертации разработана конструкция БРИ, заменяющая цельный расточной инструмент, которая удовлетворяет условиям черновой и получистовой обработки отверстий с отношением вылета расточной оправки к диаметру отверстия в пределах диапазона от 3,5 до 6.

3. На разработку по приоритетной заявке на полезную модель имеется положительное решение о выдаче патента «Расточной инструмент» № 2016105789 от 19. 02.2016.

4. Выполнены аналитические расчеты и экспериментальные исследования, подтверждающие их правильность, которые доказали работоспособность созданного БРИ.

5. Разработаны чертежи на все блоки БРИ, которые прошли проверку на технологичность в условиях Оршанского инструментального завода (Республика Беларусь). По отдельным чертежам изготовлены опытные образцы блоков БРИ для выполнения экспериментальных исследований.

6. Разработка БРИ удостоена золотой медали на XIX Московском Международном Салоне изобретений и инноваций «Архимед 2016» (копия наградного диплома в Приложении 3).

7. Экономический эффект от выполненной разработки составляет 25700 рублей.

Библиграфический список

1. Маслов А.Р. Разработка методов и средств проектирования и изготовления систем вспомогательного инструмента для автоматизированного машиностроительного производства // Маслов Андрей Руффович…диссертация доктора техн. наук. 05.03.01. [Защищена 21.10.1998 в М.: МГТУ «СТАНКИН»] М.: 1998, 307 с. Библиография 229-237 с.

2. Гречишников В.А. Расчетные методы оптимизации конструкции агрегатно-модульного вспомогательного инструмента. (Гречишников В.А., Малыгин В.И., Худяков М.П. и др.). Вестник машиностроения, № 7/1996, с. 13-19.

3. Григорьев С.Н. Инструментальная оснастка станков с ЧПУ (С.Н. Григорьев, М.В. Кохомский, А.Р. Маслов) // М.: Машиностроение, 2006, 544 с.

4. Худяков М.П. Повышение эффективности агрегатно-модульных расточных инструментов методами математического моделирования [Текст] : дисс. …канд. техн. наук : 05.03.01: защищена 22.11.1998: утв. 15.06.1999 / Худяков Михаил Павлович. - М., 1998 - 213 с. - Библиогр. : с. 202 - 2011. - 51.99 - 5/651- Д).

5. Левина З.М. Решетов Д.Н. Контактная жесткость машин. М.: Машиностроение, 1971, 264 с.

6. Маслов А.Р. Приспособления для металлообрабатывающего инструмента. Справочник (изд. 3-е. испр. и доп., М.: Машиностроение, 2008, 320 с.

7. Маслов А.Р. Крепление концевого инструмента с цилиндрическим хвостовиком. Станки и инструмент № 6, 1979, с. 19-20.

8. Маслов А.Р. Инструментальные системы машиностроительных производств. М.: Машиностроение, 2006, 320 с.

9. Справочник технолога машиностроителя в 2-х томах // Под ред. Дальского А.М., Косиловой Г.М., Мещерякова Р.М. и др. - М.: Машиностроение, 2005, Т.1. - 620 с.: илл.

10. Алдангуров Р.Е., Маслов А.Р. Инновационная инструментальная оснастка многоцелевого станка // Вестник МГТУ «СТАНКИН», 2016, №2 (37), с. 41-44.

Приложение 1

Чертежи блочного расточного инструмента



Приложение 2

Результаты измерений обработанных отверстий

№ /________________от «26» февраля 2016 г.

Результаты измерений геометрических параметров образца изделия «Втулка»

1. Основания для проведения работ

Заявка № 24/2/16 от «24» февраля 2016г.

2. Цель работы - определение геометрических параметров образца изделия «Втулка» согласно эскизу для повышения качества обрабатываемых деталей.

3. Задачи и исходные данные для выполнения работ

Для образца изделия «Втулка» необходимо измерить:

- шероховатость внутренней поверхности;

- некруглость в трех сечениях.

3. Период проведения измерений

Дата начала измерений - «24» февраля 2016 г.

Дата окончания измерений - «26» февраля 2016 г.

4. Место проведения измерений, условия измерений

Метрологическая лаборатория ЦКП МГТУ «СТАНКИН».

Адрес: Россия, 127055, Москва, Вадковский пер., 3а.

Температура окружающей среды (°С): 21±1;

5. Средства проведения измерений (СИ)

№	Средство измерения
1	Профилограф-профилометр Hommel Tester T800. Наименьшее отображаемое значение - 0,001мкм.
2	Высокоточный прибор измерения формы FORM MEASURING STATION MMQ 400 CNC (MarForm MMQ 400). Область измерений: Z-500 мм, Х -280 мм. Отклонение круглости при (мкм + мкм/мм высота измерения) при максимальном отклонении от базовой окружности - Не более 0,01 + 0,00025. Осевое биение (мкм + мкм/мм радиус измерения), погрешность измерения при максимальном отклонении от базовой окружности - Не более 0,02 + 0,0001.

6. Результаты измерений

Внешний вид образца изделия «Втулка» представлен на Рисунке 1.

Рисунок 1. Внешний вид образца изделия «Втулка»

Образец 1

Образец 2

Образец 1

Образец 2

Размещено на Allbest.ru