автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Исследование качества конструкций и разработка математической модели сборных торцовых фрез

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ. ВЛИЯЮЩИХ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ СБОРНЫХ ТОРЦОВЫХ ФРЕЗ.

1.1. Критерии работоспособности сборного режущего инструмента.

1.2. Связь входных и выходных параметров процесса торцового фрезерования.

1.3. Расчетные модели сборной фрезы.

1.4. Выводы по анализу литературных источников и постановка задач исследования.

Глава 2. МЕТОЩКА ИССЛЕДОВАНИЯ СБОРНЫХ ТОРЦОВЫХ ФРЕЗ,

ОСНАЩЕННЫХ тдадоспдАвными МЗРП.

2.1. Методика оценки качества сборных торцовых фрез по их статическим характеристикам.

2.2. Методика определения динамических характеристик сборных торцовых фрез.

2.2.1. Методика определения частотных характеристик сборных торцовых фрез с помощью импедансной голшвки.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ТОРЦОВОЙ ФРЕЗЫ С

РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ КРЕПЛЕНИЯ МЗРП.

3.1. Экспериментальная фреза с различными способами крепления МЗРП.

3.2. Статические характеристики экспериментальной фрезы.

3.3. Динамические характеристики экспериментальной фрезы.

3.4. Исследование качества узлов крепления

МЗРП с помощью импедансной головки.

3.5. Результаты стойкостных испытаний экспериментальной фрезы. 9о

3.6. Исследование стойкости торцовых фрез а тангенциальным расположением режущих пластин. з - СтР

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СЕРИЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СБОРНЫХ

ТОЩОВЫХ ФРЕЗ

4.1. Статические характеристики исследуемых фрез

4.I.I. Коррекция результатов статических испытаний фрез с учетом влияния отдельных факторов

4.2. Динамическая податливость узлов крепления режущих пластин

4.2.1. Коррекция результатов динамических испытаний фрез с учетом влияния отдельных параметров

4.3. Исследование фрез по механической подвижности узлов крепления МЗРП.

4.4. Сравнительные стойкостные испытания исследуемых фрез

Глава 5. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

5.1. Некоторые методические вопросы оценки качества сборного инструмента без применения опытов с резанием.

5.2. Сопоставление оценок качества сборных торцовых фрез, полученных на основе стендовых и стойкостных испытаний

5.3. Разработка математической модели сборной фрезы.

Современное состояние и перспективы развития металлообработки характеризуются широким использование сборных режущих инструментов, оснащенных механически закрепляемыми режущими пластинами из твердых сплавов, в том числе безвольфрамовых, режущей керамикой и сверхтвёрдыми материалами. Многообразие условий обработки, стремление к созданию высокопроизводительных режущих инструментов, обеспечивающих требуемое качество выполнения операций резанием, привели к созданию большого количества разнообразь ных способов крепления и базирования режущих пластин в корпусах инструментов, в; частности торцовых фрез. В этих условиях задачи научно обоснованного расчета конструкций фрез, выбора оптимальных конструкций для конкретных условий обработки, а также задачи контроля качества сборных фрез, в первую очередь методами нераз-рушающего контроля, представляются весьма актуальными. Постановка таких задач отвечает требованиям создания высокопроизводительного оборудования и инструмента,,повышения его качества и конкурентоспособности, вытекающим из решений ХХУТ съезда КПСС и решений последующих пленумов ЦК КПСС, постановлений Советского правительства в отношении металлообрабатывающей промышленности.

Исследования в этом направлении в течении ряда лет проводятся кафедрой технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов Университета дружбы народов им.П.Лумумбы совместно с ВНИИинструмент и рядом промышленных предприятий и проектных организаций Минстанкопрома. Настоящая диссертационная работа является составной частью общего комплекса исследований по проблеме 0.16.08 ГКНТ СССР и имеет своей целью повышение работоспособности сборных, торцовых фрез путем учета особенностей их статических. и динамических, характеристик, обусловленных влиянием отдельных элементов конструкции узлов крепления режущих пластин, на стадии проектирования инструмента, а также при его практическом использовании в конкретных условиях.

Для реализации поставленной цели выполнен анализ основных факторов, влияющих на работоспособность сборных торцовых фрез; усовершенствованы методики неразрушающего контроля их качества, основанные на использовании в лабораторных условиях специально разработанных измерительных устройств, а также стендов статического и динамического нагружения, защищенных авторскими свидетельствами; с помощью указанных методик исследованы статические и динамические характеристики специально изготовленной фрезы, имитирующей наиболее широко распространенные способы крепления режущих пластин, а также ряда отечественных и зарубежных конструкций фрез; оценено влияние различных конструктивных особенностей узлов крепления режущих пластин на статические и динамические характеристики фрез; проведены стойкостные испытания фрез, подтвердившие результаты стендовых испытаний и позволившие установить связь стойкости фрез с жесткостью узда щюпления режущей пластины.

На основе результатов исследования разработаны статическая и динамическая модели узла крепления режущей пластины в сборной фрезе, хорошо отражающие специфику различных конструкций фрез; разработаны практические рекомендации по конструированию фрез, их стендовым; испытаниям и использованию, спроектированы конструкции торцовых фрез, защищенных авторскими свидетельствами и внедренные в цроизводство на Московском станкостроительном производственном объединении "Красный пролетарий" им.А.И.Ефремова, Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов работы составил 170,2 тыс.рублей.

Отдельные воцросы методики исследования, аппаратура и стенды используются в учебном процессе по курсу "Теория обработки материалов и режущий инструмент" на кафедре технологии машиностроения УДН.

Отдельные разделы работы и вся работа в целом докладывались и обоуждались на заседаниях кафедры технологии машиностроения УДН, на научно-технических конференциях инженерного факультета УДН в 1980-1984 г.г.

Основные результаты исследования опубликованы в II печатных работах.

На защиту выносятся:

- методика регистрации и анализа статических и динамических характеристик сборного инструмента;

- стенда статического и динамического нагружения с комплексом измерительной аппаратуры, разработанных измерительных устройств и устройств для их градуировки;

- результаты стендовых, и стойкостных испытаний фрез;

- результаты исследования по установлению взаимосвязи статических, и динамических характеристик со стойкостью сборных фрез;

- статическая и динамическая модели сборного инструмента;

- конструкции сборных торцовых фрез.

Автор выражает искреннюю признательность: к.т.н., доц. Федорову В.Л., к.т.н., доц.Матвейкину В.В., к.т.н. Гупте Манавендра и инж.Пантюхину Ю.В. за большую помощь, оказанную н процессе выполнения работы.

15. Основные выводы работы подтверждены результатами стой-костных. испытаний в лабораторных условиях в УДН им.П.Лумумбы и ВНИИинструмент.

1. Андреев В.Н. Исследование вопросов конструирования сборных фрез с учетом динамики системы СПИД. Автореферат диссертации К'.т.н. М., 1969, 29 с.

2. Андреев В.Н*, Седов Е.В. Обработка серого чугуна торцовыми фрезами с минералокерамическими пластинами. Станки и инструмент. 1981, Я 5, с.22-33.

3. Андреев Г.С. Определение режущих свойств инструментальных материалов при периодическом резании. Станки и инструмент. 1975, Д 5, с.23-24.

4. Антипенко А.И. Исследование организационно-технических факторов эффективного применения токарных резцов с механическим креплением многогранных пластинок из твердого сплава. Автореферат диссертации к.т.н. М., 1973, 29 с.

5. А.с. 1053983 (СССР) Торцовая ступенчатая фреза. Малыгин В.И., Матвейкин В.В., Шустиков А.Д. и Филин М.М. Зарегистрировано с Гос.реестре изобретений СССР 15 июня 1983 г.

6. Бабаков И.М. Теория колебаний. М., Наука, 1968, 560 с.

7. Баклунов: К.Л., Маскалов А.П. Стойкость твердосплавных фрез при различных технологических средствах заточки и доводки. Вестник машиностроения. 1974, Д 8, с.60-63.

8. Бауман Э. Измерение сил электрическими методами. M.f Мир, 1978, 430 с.

9. Беляев С.К. Универсальные торцовые фрезы с механическим креплением многогранных пластин. В сборнике трудов ВНИИ. М., ВНИИ, 1982, с.43-46.

10. Бобров В.Ф., Дубровский А.А., Дроздиев Г.Т. Применение торцовых фрез и безвольфрамовых твердых сплавов для обработки серого чугуна. Станки и инструмент. 1981, Л 9, с.27-29.

11. Вольвачев Ю.Ф. Оценка качества сборных проходных резцов по статическим и динамическим характеристикам. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. М., УДН, 1982, 208 с.

12. Вульф A.M. Резание металлов. Д., Машиностроение, 1973, 496 с.

13. Глушков В.М. Автоматизированные системы управления сегодня и завтра. М., "Мысль", 1976, с.146-163.

14. Громаков К.Г., Бирин Б.В. Конструкции высокопроизводительного режущего инструмента (фрез) для обработки плоскостей. Рига. ЛатНИИНТИ, 1978, 56 с.

15. Громаков К.Г. Исследование вопросов конструирования торцовых фрез с многогранными твердосплавными пластинками. Диссертация на соискание степени к.т.н. М., ВНИИинструмент, 1973, 184 с.

16. Грудов П.П., Волков С.И. Скоростное фрезерование сталей. ЦДТИ, МСС, 1950, 259с.

17. Гудименко Н.Н., Матвейкин В.В., Вольвачев Ю.Ф. -Методика исследования статических характеристик сборного инструмента. В сб. Исследование процессов обработки материалов и металлообрабатывающего оборудования. М*, УДН, 1980, с.41-46.

18. Диллон Дж.Сингх Вопросы динамического качества режущего инструмента. Автореферат диссертации к.т.н. М., 1973, 27 с.

19. Дроздов Н.А. К вопросу о вибрации станка при токарной обработке. Станки и инструмент. 1973, А 12, с.10-17.

20. Жарков И.П., Зыкин А.С., Стебихов В.И. Фрезерование жаропрочных и титановых сплавов. Труды Всесоюзной межвузовской конференции. Куйбышев, 1962, с.129-144.

21. Исследование сборных торцовых фрез по их статическим и динамическим характеристикам. Отчет по НИР. М., УДН, 1983,Л гос.регистрации 0I82.5048II6.

22. Каменкович А.С., Дерегин Л.Г. Исследование процесса фрезерования закаленной стали и чугуна торцовыми фрезами из эльбора-Р. Станки и инструмент. 1976, Л 12, с.22-24.

23. Каминская В.В. Экспериментальное исследование статической жесткости станков. Руководящие материалы по составлению баланса упругих перемещений. Под ред.Решетова Д.Н., М., ЦБТИ, 1957, 40 с.

24. Косилов Л.Н., Бершадский В.Б., Александров А.В. Износ инструмента при торцовом фрезеровании стали 40ХНМА различной твердости и структуры. Тр.Уфимского авиационного института. Вып.84, 1975, с.56-60.

25. Каширин А.И. Исследование вибраций при резании металлов. М., Изд-во АН СССР, 1944, 132 с.

26. Колядин А.В., Ординарцев И.А., Сенькин Е.Н. Оптимизация конструкций ступенчатых торцовых фрез. Станки и инструмент. 1983, Л 8, с.27-29.

27. Кривоухов В.А. и др. Обрабатываемость резанием жаропрочных и титановых сплавов. М., Машиностроение, 1961, 244 с.

28. Кудинов В.А. Динамика станков. М., Машиностроение, 1967, 359 с.

29. Кудинов В.А. Динамическая характеристика резания. Станки и инструмент. 1963, # 10, с.1-7.

30. Кудинов В.А. Автоколебания при резании с неустойчивым наростом. Станки и инструмент. 1965, А 7, с.2-7.

31. Кучма Л.К. Устранение вибраций при обработке материала резанием. В кн.: Исследование вибратщй металлорежущих станков при резании. М., Машгиз, 1958, с.158-219.

32. Ларин М.Н. Основы фрезерования. М., Машгиз. ,1947,302с.

33. Ларин М.Н., Игнатов: Б.А. Скоростное фрезерование чугунных заготовок. В сб. Новое в= технологии гидромашиностроения. М., Машгиз, 1951,195с.

34. Ленк А. Электромеханические системы. М., Энергоиздат, 1982, 472 с. . .

35. Лихцнер Г.М., Семенченко Д.И. Сравнительная оценка качества режущего инструмента для автоматических линий. Станки и инструмент, 1975, й 10, с.14-16.

36. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М., Машиностроение, 1982, 320 с.-19643, Макаров А.Д., Шустер Л.Ш., Бермадский В.Б. Исследование износа твердосплавной фрезы. Тр. Уфимского авиационного института. Вып.84, 1975, с.35-45.

37. Малкин А.Я. Вопросы качества режущих инструментов. Известия вузов. Машиностроение, издание МВТУ им.Н.Э.Баумана, 1979, J* II, с.95-104.

38. Малкин А.Я., Федоров В.Л., Щустиков А.Д. Некоторые вопросы обрабатываемости материалов с точки зрения динамики процесса резания. В кн.: Проблемы обрабатываемости жаропрочных материалов резанием. М., 1975, с.62-87.

39. Малкин А.Я., Федоров В.Л., Шустиков А.Д. К вопросу о влиянии динамического качества системы СПИД на показатели обрабатываемости материалов; резанием. Материалы XI научно-технической конференции инженерного факультета. М., УДН, 1976.

40. Малкин А.Я. Критерии качества твердосплавного режущего инструмента. Тезисы докладов У научно-технической конференции инженерного факультета. М., УДН, 1969, с.58-60.

41. Малыгин В.И. и др. Методика измерения температуры режущей пластины методом: частичной радиации при торцовой фрезеровании. В сб. Исследование процессов обработки материалов и динамика технологического оборудования. М., УДН, 1982, с.103-110.

42. Марков А.Н. Разработка методики оценки динамического качества отрезных резцов. Диссертация кандидата техн.наук. М., 1975, 125 с.

43. Марков А.Н. Резание труднообрабатываемых материалов при помощи ультразвуковых и звуковых колебаний. М., Машгиз, 1962, 331 е., ,

44. Методика испытаний металлорежущих инструментов. Выпуск 2. М., НИИмаш, 1980, 44 с.

45. Мехта Н.К. Исследование стойкости твердосплавных торцовых фрез с учетом; параметров спектра колебаний системы СПИД. Автореферат к.т.н. M.t УДН, 1979, 15 с.

46. Надежность режущего инструмента. Сб. статей Киев-Донецк. Вшца школа, 1975, 256 с.

47. Нэгиси X., Акауц М. Современное состояние и перспективы применения твердосплавных фрез. Какай гидоду, 1975, с.23, J* 10, с.30-35.

48. Обработка резанием высокопрочных коррозионностойких и жаропрочных сталей. Под редакцией П.Г.Петрухи. М., Машиностроение, 1980, 167 с.

49. Общемашиностроительные нормативы режимов резания фрезами торцовыми с механическим, креплением многогранных твердосплавных пластин, (Временные). М., НИИмаш, 1978, 58 с.

50. Обобщенная оценка качества режущих инструментов, выпускаемых инструментальными заводами МСиИП. Методические указания. М., ВНИИ, 1973.

51. Остафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. М., Машиностроение, 1979, 168 с.

52. Отчет по НИР. Системный анализ основных параметров процесса резания и разработка системы показателей, характеризующих статическое и динамическое качество системы СПИД при назначении режимов резания. М.: УДН, 1979, й го с. регистрации 78009I8I.

53. Петрухин С.С. Основы проектирования режущей части металлорежущих инструментов. М.: Машгиз, I960, 163 с.

54. Петрухин С.С. Общий метод определения кинематических параметров режущей части металлорежущих инструментов. "Известия вузов. Машиностроение", 1962, J6 10, с. 151-155.- 66. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. М., Машиностроение, 1970, 351 с.

55. Подураев В.Н. Автоматически регулируемые и комбинированные процессы резания. М., Машиностроение, 1977, 303 с.

56. Приборы и системы для измерения вибраций, шума и удара. Справочник под редакцией В.В.Клюева. М., Машиностроение, 1978, 4.1, 447 с.

57. Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под ред.Е.П.Осадчего. М., Машиностроение, 1979, 480 с.

58. Проспект фирмы Вальтер. Новое в технике. Выпуск Л 6, 1974, Ю с.

59. Проспект фирмы Sctndvik Coromant „ руководство по фрезерованию. R$J -8240, 1976, 57 с.

60. Рамзадзе Г.Н. Методика определения температуры резания при прерывистом резании. Изв.вузов. Сер.Машиностроение, 1959, И 2, с.128-135.-19973. Режущие свойства твердого сплава при торцовом фрезеровании стали и чугуна, М., 1953.

61. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М., Машиностроение, 1981, 279 с.

62. Рождественский Л.А. Зависимость скорости резания и стойкости от подачи на зуб при скоростном фрезеровании. Станки и инструмент, й 9, 1951.

63. Саксена Л?.П. Исследование колебаний системы СПИДи их влияние на износ режущего инструмента. Автореферат диссертации к.т.н. М.: УДН, 1978, 16 с.

64. Сакр Н.А.Х. Оценка качества сборных торцовых фрез с МЗРП по их статическим и динамическим характеристикам. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. М., УДН, 1981, 272 с.

65. Саргсян Л.М., Аванов А.А. Повышение стойкости резцов за счет их предварительного нагрева. В сб. Технология машиностроения и проблемы прочности. Томский политехнический институт. 1978, с.85-89.

66. Сборные рея^щие инструменты с механическим креплением неперетачиваемых пластин из твердых сплавов и режущей керамики, РШ 23.5.68-77, 213 с. Министерство тракторного и сельскохозяйственного машиностроения.

67. Соколовский А.П. Точность механической обработки и пути ее повышения. М.-Л., 1951.

68. Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. М.-Л., Машгиз, 1955, 515 е.,

69. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. М., Наука, 1964, 440 с.

70. Федоров В.Л., Шустиков А.Д. Влияние частоты и амплитуда колебаний инструмента на его стойкость. Станки и инструмент. 1979, Л 6, с.18-19.

71. Федоров В.Л., Шустиков А.Д. Влияние частоты и амплитуды тангенциальных колебаний на стойкость проходных резцов.В сб.Исследование и расчет машин и сооружений. М., УДН, 1977, с.35-40.

72. Филиппов: Г.В. Режущий инструмент*. М., Машиностроение, 1981, 390 с.

73. Футорян С.В., Скибин В.В» Показатели качества режущего инструмента и их стандартизация. В сб.Надежность режущего инструмента. Киев. Техника, 1972, с.22-23.

74. Хает Г.Л. Прочность реющего инструмента. М., Машиностроение, 1975, 167 с.

75. Хает Г.Л» Повышение качества инструмента и эффективности его применения на основе системного подхода. Станки и инструмент. 1983, Л 7, с.10-13.

76. Шаров Г.А* Темперааура резания и стойкость торцовых фрез при фрезеровании жаропрочных сплавов ЛЖС6Ц. Тр.Уфимског® авиационного института. 1975, Я 77, с.55-56.

77. Экспресс-информация. Режущие инструменты. 1973, й 35,24 с.

78. Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред. П.В.Новицкого. М., Энергия, 1975, 576 с.

79. Элементы приборных устройств. Уч.пособие под ред. Тшценко О.Ф. М., Высшая школа, 1982, ч.П, с.172-204.

80. Этин А.О., Вильсон А.Л. Надежность инструмента, оснащенного пластинами из современных режущих материалов. Станки и инструмент. 1983, J* 7, с.23-25.

81. Юликов М.И.1 Применение САПР режущего инструмента и оптимизация конструктивных решений. Станки и инструмент. 1983, « 7, с.17-19.

82. Явленокий К.Н., Явленский А.К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем. Л., Машиностроение, 1983, 240 с.

83. Baroudi K.,Nagy Е. Metode zur Beurteilung mehrschneidiger werkzeuge. Fertigungstechn. und Betr, 1975, 25,No 10, 612-615.

84. Brandt H.,Keitz K.,Frasen mit Keramir, Werkstadt und Betr., 1980, 113, No6, p. 353-364.

85. Brauming Horst. Lochwendeplatfen fur das Frasen. Ing. Dig., 1978, 17, No1, p. 65-70.

86. Dois.Experimental research in cutting. K. Inn. Collage of englnering publication, 4,1938

87. Fabry I.,Fritsch R. Hahtmetall-Klassifizierung unter Beru-cksichtigung zuzerspanender Werkstoffe. We^kstattstecbnik.,1983, 72, No 11, p. 635-638.

88. Gheorhe I. Freazarea fina ca operatie finala de prelucrare a suprafetelor plane. Institutul plitehnic. Gheorge Gheorghiu- De3 Buletinul 1976, v. 38, No 3, p. 89-96.HO.i Gygax P.E. Dynamics of single^tooth milling. CIRP Ann. 1979, 28, No 1, p. 65-70.

89. Gygax P.E, Cutting dynamics and process-structure interaction applied to milling.Wear, 1980, 65,No 1p. 161-184.

90. Gygax P.E,, Matthias E.Experimental Fullx Milling Dynamics CIRP Ann., 1980, v. 29, No 1, p. 61-66.

91. Xacobs H.-I. Arttuelle standzeitfunktion die Arbeitsgangge statung beim Frasen. Fertigungstech. und Betr., 1981.,31, No6,p.35

92. Icks G., Philip P.K. Untesuchungen beim Frasen von geharte ten stahl. Tech. Zbl. pract. Metallbearb., 1976, 70,No 12, p.383-3

93. Klein H. Frasen. Berlin- Heidelberg- New Ycrk Springer-Vel 1974, s. 1-96.

94. Komm H. Verchleib und Zerspankrafte beim Ein- und Mehrzahf rasen, Erster Teil. Zerspankrafte beim Einzahnfrasen. Workstatts technik, 1976, 69, No 6,p. 341-345.

95. Koling St.,Forster D., Lesch W. Stirnfrasen mit Fraskopfen crhohter zahnezahl. Fertigungs-techn. und Betr., 1980, 30, No 8p, 487-488.

96. Kul;janic Elso. An investigation of wear in singletooth and multitooth milling. Mach. Tool Des. and Res., 1974,14, No 1, p. 95-Ю9.

97. Pekelharing A.I. Cutting tool damage in interrupted cutting Wear., 1980, No 1, p. 37-48.

98. Tobias S.A. Machine tool vibration research. International journal of machine tool design and research, vol. 1, No 1/2, 1961, p. 114.

99. Режущие свойства твердого сплава при торцовом фрезеровании чугуна и стали. Под редакцией Семенченко И.И. М.: ЦБТИ, 1953, 155 с.

100. Ларин М.Н. Определение оптимального переднего угла твердосплавных режущих кромок при скоростном резании металлов. "Вестник машиностроения", 1950, № 2, с.14-16.