автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Основы теории проектирования осевых комбинированных (КИ)

S"

„ ^ НАЦЮНАЛЬНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1БЕРСИТЕТ УКРА1НИ

"КИ1ВСБКИЙ П0Л1ТЕХН1ЧНИЙ 1НСТИТУТ

На правах рукопису УДК 621.952

МАЛЛЖО I ВАН ОЛЕКСАНДРОВИЧ

ОСНОВЛ TEOPII ПРОЕКХУВАНШ ОСЬОВИХ КОМБ1НОВАНИХ 1НСТРУМЕНТ1В

Спец1альн1сть 05.03.01. - Процеси механ1чно1 обробки, верстати та 1нструменти

Автореферат

дисертацИ на здобуття наукового ступени доктора техн1чних наук

Ки1в - 1996

Дисертац1ею е рукопис

Робота виконана в Донецькому державному техн1чному ун1верситет1 на кафедр1 металор1зальних верстатХв та 1нструмент1в

Науковий консультант: член-кореспоццент HAH Укра1ни,

доктор техн1чних наук, професор

П.Р. Род1н

0ф1ц1йн1 опоненти: доктор техн1чних наук, професор

A.A. Виноградов

доктор техн1чних наук, професор

B.А. Румбешта

доктор техн1чних наук, професор

C.П. Радзевич.

Пров1дна установа: AT Горл1вський машинобуд1вний завод

Захист в1дбудеться "/f " "tüf&W 1996 р. о на зас1данн1 спец1ал1зованно1 вчено1 ради Д 01.02.09 при Нац1ональ-ному техн1чному ун1верситет1 Укра1ни "Ки1вський пол1техн1чний 1нститут" за адресом 252056, м. Ки1в, пр. Перемоги, 37, корпус I, ауд. 214.

3 дисертац1ею можна ознайомитись у б1бл1отец1 НацГонального технГчного ун1верситету Укра1ни "Ки1вський пол1техн1чний 1нститут"

Автореферат роз1сланий

тр 1996 р.

Вчений секретар

спец1ал1зовано1 вчено1 ради Д 0I.02.0i доктор техн!чних наук, професор

Н.С. Равська

БАТАЛЬНА. ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть теми. Основними показниками, що визначають кон-курентноспроможн1сть продукцИ, е 11 висока споживча як1сть та мала варт1еть. Висока як!сть ново! продукцИ 1 швидкий перех!д на II випуск заОеспечують багатооперац!йн! вврстати та ГВС. Однак велика варт1сть обладнання веде до зростання соб1вартост! продукцИ, що робить II неконкурентноспроможною. При обробц1 деталей на автома-тичних л!н1ях з короткими зв'язками, особливо при велик!й к!лько-ст! обладнання, яким комплектуется л!н!я, зменшуеться II над!й-н1сть, а це зб!льшуе со01варт!сть продукцИ.

Найб1льш ефективний шлях зменшення со01вартост1 продукцИ -це концентрац1я переход!в за рахунок використання комб!нованих 1н-струмент!в (К1). Вони можуть використовуватись при обробц! як сту-п1нчатих, так 1 р1вних цил!ндричних отвор!в. Так1 отвори складають б!ля 35 % в!д ус1х поверхонь, що використовуються в машинобуду-ванн1.

Ця робота 1 присвячена проблем1 зниження со01вартост1 обробки отвор1в за рахунок п1двищення продуктивности

1снуюч1 конструкцИ К1 через недосконал1сть метода® 1х проек-тування мають багато недол1к1в:

- великий об'ем металу, що зр1заеться, веде до пакетування стружки, зниження якост! оброСлених поверхонь, зменшення ст1йкост1 1нструмента, що може привести до його поломки. Для видалення стружки 1нструмент пер1одично виводять !з отвору;

- концентрац1я сил р1зання веде до розбивання отвор!в, похи-Оок форм поперечного та поздовжнього перер!з1в;

- зростання температури р1зання зб1льшуе зношування 1нстру-мента.

Використання К1 забеспечуе п1двищення продуктивност! техноло-г!чних систем (ТС), однак це пов'язано з! зниженням точност! оО-робки отворХв.

Усунення недол1к1в К1 можливе за рахунок отримання 1х оптимальнее конструктивних параметр1в 1 режим!в роботи. Ураховуючи численн!сть конструкц!й К1 та багатопараметричний характер впливу робочих процес1в, як! течуть в ТС, вир!шення задач! вибору опти-мальних параметр!в 1нструмент1в можливе т!льки на п!дстав! анал!-тичного 1х проектування.

Мета роботи. Розробити основи.теорИ проектування К1, що за-безпечують п1двшцення продуктивност! 1 точност1 обробки отвор!в при багатопараметричних впливах робочих процес!в ТС.

Завдання дослЗдження. Для досягнення вказано! мети необх1дно виконати так! досл!джвння:

- провести анал1з 1снуючих конструкц!й К1 та 1х класиф1кац!ю;

- розробити модель транспортування стружки по гвинтових канавках 1 на И основ! створити повну модель продуктивност1 ТС;

- розробити блок анал!тичних моделей, як1 дозволять визначити граничн! величини конструктивних параметр1в 1 робочих процес1в, де знаходиться максимальна продуктивн1сть ТС: модель сталост! К1 при багатопараметричному силовому навантаженн1 1 його зв'язок з критичною величиною подач!; модель прукн1х перем1щень ос1 1нструмента 1 1х зв'язок з розбиванням отвор1в; модель утворення огранки отвор1в, И зв'язок з числом зубц1в 1нструмента 1 !х розпод1лом; модель ресурсу 1нструмента I 11 взаемозв'язок з оптимальною температурою 1 швидк1стю р1зання;

- для перев!рки адекватност! анал!тичних моделей виконати експериментальн! досл!дження для визначення впливу конструктивних параметр1в К1 1 режим!в р!зання на точн!сть обробки отвор1в, шор-стк1сть поверхонь, ст1Дк1сть 1нструмента 1 транспортування стружки;

- розробити структуру модел! проектування К1.

Обгрунтування теоретично! 1 практично! ц!нност! досл!дження

1 його наукова новизна. Наукова новизна виконаних досл1джень поля-гае в тому, що на основ! математичного моделювання багатопарамет-ричних функц!ональних зв'язк1в м!ж конструктивними параметрами 1н-струмент!в 1 робочими процесами, як! прот!кають в ТС, вир!шен! як загальн! питания проектування 1нструмент!в, так 1 окрем! задач!.

Загальна структура модел1 проектування К1 визначаеться р!в-нянням продуктивност1, яке виявляе функц!ональн! зв'язки м!ж про-дуктивн!стю ТС з одного боку, конструктивними параметрами К1 1 робочими процесами з 1ншого.

Вир1шення окремих задач, таких як визначення меж1 конструктивних параметр!в К1, як1 забезпечують найб!льшу продуктивн1сть ТС, базуеться на блоц! математичних моделей, що встановлюють функ-ц!щнальн! зв'язки м1ж конструктивними параметрами ! робочими процесами.

Теоретична ц!нн!сть досл!джень.

1. На п!дстав! розгляду К1, як складово! частини ТС, розроб-лен! теоретичн1 основи його проектування, як1 базуються на модел1 продуктивност1, що встановлюз функц1ональн! зв'зки м!ж продуктивною ! елементами ТС.

2. Розроблено блок математичних моделей, що визначають сту-п1нь впливу конструктивних параметра 1 робочих процес1в на пове-д1нку ТС при багатопараметричяих д1ях на не!. До того ж методология цих досл!джень спрямована на досягнення к!нцево1 мети - зб!ль-шення продуктивное^! ТС.

2.1. Встановлено, що пакетування стружки в канавках !нстру-мент1в в!дбуваеться при швидкостях 11 руху уздовж ос1 1нструмента

< 0. Дом1нуючий вплив на швидк!сть руху стружки чинить сила тертя м!ж обробленою поверхнею отвору I стружкою, яка при обертан-н1 1нструмента створюеться !нерц1йними силами, а при обертанн1 детал! - боковим тиском стружки на оброблену поверхню отвору.

2.2. Незалежно в!д схеми р!зання !снуе м1н1мально допустима величина в1дхил9ння кутових крок1в, при яких частота коливань 1н-струмента зб!лыпуеться, а огранка отвор1в при цьому практично л!к-в!дуеться. При паралельн!й схем! р1зання цей ефект може досягатись за рахунок р1зно! к!лькост1 зубц!в на кожному ступен1 1 р1вном!р-ному 1х розпод1лу по колу.

2.3. На основ1 модел! сталост! 1 пружних перем!щень ос1 К1 установлено, що при багатопараметричному силовому навантакенн! еи-значний вплив на стал!сть 1нструмента I пружн! перем!щення його ос1 мають осьова та рад!альна невр!вноважена сили. Частка крутного моменту не перевищуе 1 %. Отриман! анал!тичн1 залежност! дозволя-ють прогнозувати допустиму величину подач! 1 точн1сть обробки от-вор!в.

2.4. На основ1 модел1 ресурсу !нструмента установлено, що значения оптимально! швидкост! р!зання на л!м!тн1й ступен! визна-чаеться оптимальною температурою р!зання, яка повинна бути мэншою на величину 11 приросту в!д теплових джерел сус!дн!х ступен1в.

3. На баз! математичних моделей розроблен! блоки анал!тичного визначення основних параметр!в К1 1 робочих процес1в, як1 разом !з р!внянням продуктивност! складають структурну модель проектування К1.

Практична ц!нн!сть досл!джень.

1. Запропонована структура модел1 проектування К1 1 алгоритма визначення 1х основних конструктивних параметр!в дозволяв створити методики проектування майже вс!х вид1в К1 з оптимальними конструк-тивними параметрами, що забезпечують максимамальну продуктивн!сть ТС.

2. К1 з конструктивними параметрами, одержаними на основ! ал-горитм!в, практично л!кв!дують недол!ки, притаманн! даному виду

!нструмент!в, так1 як пакетування стружи, огранка 1 розбивання отвор1в, ламання 1нструмент!в.

3. Модель ресурсу !нструмента дозволяв норматива режим!в р1-зання, розроблен! для одном1рних !нструмент!в з урахуванням попра-вочних коеф!ц!ент!в, використовувати для К1.

Р1вень реал!зац11 розробок. Реал1зац1я виконаних досл1джень зд1йснювалась двома шляхами:

- розроОкою рекомендацШ по проектуванню К1 з оптимальними конструктивними параметрами;

- створенням принципово нових конструкц1й К1 I 1х патентуван-

ня.

Упровадження авторських св!доцтв велось за 1н!ц1ативою п1д-приемств (на 4 заводах СНД).

РекомендацИ по проектуванню комб!нованих !нструмент!в впро-вадкен! на Донецькому АТ "Точмаш", а такок на 23 заводах вуг!льного машинобудування "Союзвуглемаш".

В1нницьким !нструментальним заводом виготовлена досл!дна пар-т1я свердл 1з зб!льшеними кутами нахилу стружкових канавок, як1 п1сля усп1шних вопробувань рекомендован! до сер1йного виробництва.

Основи теорП проектування К1 викладаються в лекц1ях 1 вико-ристовуються в курсовому та дипломному проектуванн1 ДонДТУ.

Декларац!я особистого внеску автора у розробку наукових результат^, що виносяться на захист. На захист автором виноситься теор!я проектування осьових К1, основн1 положения 1 висновки яко! сформульован1 в розд1л! "Обгрунтування теоретично! 1 практично! ц!нност1 досл!дження 1 його науково новизна".

Дисертац1йна робота являе собою самост!йний труд автора по створенню 1де! 1 основ теорИ проектування осьових К1.

Характеристика методолог!!, методу досл!дження, предмету 1 об'ект.у.

Об'ектом досл!дження в дисертац1йн!й робот! е конструктивн! параметри К1 1 робоч! процеси, як! протЗкають в ТС.

Предметом досл1дження е фуккц1лдаальн1 зв'язки м1ж конструктивними параметрами К1 1 робочими процесами, як1 течуть в ТС, а також функц!ональн! зв'язки м!ж продуктивн1стю ТС, робочими процесами 1 конструктивними параметрами.

Методом досл!даення е математичне моделювання на баз1 трьох вид1в моделей: вербальних, анал!тичних, емп!р!ко-статистичних. Адекватн1сть анал!тичних моделей перев1рялась на емп1р1ко-стати-стичних моделях. Адекватною приймалась модель, якщо помилка не

перевшцувала 5 %, за винятком моделей ресурсу 1нструмента, де ця помилка складала 24-28 %.

На методолог1чному р1вн! використовувались вс! три п!дходи: феноменолог1чний, дедуктивний та 1ндуктивний, що обумовлено широким д1апазоном досл!джень.

Структура й обсяг роботи. Робота складавться 1з вступу, семи розд1л!в, висновк1в, списку л!тературких джерел та висновкХв.

Перший розд1л - обгрунтування завдань досл1джень та 1х мето-ДОЛОГ1Я.

Другий розд1л - класиф1кац1я осьових комб!лованих 1нструмен-

т!в.

Трет1й розд1л - продуктивн1сть технолог!чно1 системи та И зв'язок з параметрами 1нструмента.

Четвертий розд1л - погр1шн1сть форми поперечного перер!зу от-вору 1 способи його усунення.

П'ятий розд1л - вплив багатопараметричних навантажень на фун-кц1онування 1нструмента.

Шостий розд1л - ст1йк1сть комб!нованих 1нструмент1в.

' Сьомий розд1л - структура проектування комб1нованих 1нстру-

мент1в.

Загальний обсяг роботи - 430 с., 1з них 290 с. основного тексту, 91 рис., 51 табл., 36 с. добавок, 257 використаних л1тературних джерел.

Публ1кац11. По тем1 дисертацП опубл!ковано 42 науков1 працХ, в тому числ! одноособова монограф1я, 9 авторських св1доцтв на ви-находи.

Апробац1я роботи. Основн! положения та результати роботи до-пов!дались, обговорювались та були схвален1 на 17 конференц1ях в Донецьку, Мар1упол1, Краматорську, Ки1в1, 0дес1, Севастопол1, а також на м!жнародних конференц!ях в Алушт1 (Висок1 технологи в машинобудуванн!; 1993); В1нниц1 (Використання коливань в техноло-г!ях; 1994); 1ркутську (1нструментальне забезпечення автоматизова-них виробництв; 1990); Лен1нград1 Цнструменти та оснащения для обробки глибоких отвор!в; 1986); Свердловську (Шляхи п1двищення ефективност! I р1вня верстат1в з ЧПУ; 1988); Севастопол! (Прогре-сивна техн1ка I технолог1я в машинобудуванн!.; 1995), Ки1в1 (Осна-щення-94; 1994).

ОСНОВНИИ ЗМ1СТ РОБОТИ

Основними причинами, як1 народжують недол1ки К1, е недоскона-л1сть 1х конструкцИ. Отримати К1 з оптималькими конструктивними параметрами можливо з допомогою математичних моделей, як1 базують-ся на багатопараметричних функц1ональних зв'язках м1ж конструктивними параметрами I робочими процесами, що прот!кають в ТС.

Теор1я проектування К1 грунтуеться на математичному моделю-ванн!, методолог!я якого нац1лена на досягнення к!нцево1 мети -п1двицення продуктивност! обробки отвор1в.

Основним вихХдним положениям теорИ проектування е те, що К1 розглядавться як складова частина ТС, а його конструктивн! пара-метри визначаються робочими процесами, д1ючими в систем1. До того ж взаемод1я конструктивних параметр!в 1 робочих процес1в носить багатопараметричний характер.

Поняття "робочий процес" дещо ширше поняття процесу р1зання, сюда також включаються:

- процес транспортування стружки по канавках 1нструм0нт1в;

- вплив температур в!д сус!дних теплових джерел на оптимальну температуру р!зання, а в насл1док, 1 на оптимальну швидкХсть р!зан-ня;

- багатопараметричний характер впливу складових сил р!зання на точн!сть обробки отвор!в.

Для визначення напрямку досл1джень, а також I задач досл!д-жэнь на першому етап.1 отримане нове р1вняння продуктивност1, яке грунтуеться на пропускн1й здатност1 стружкових канавок

^ =-V—!-' (1)

4 %-г. (<1г - а2.)

». 01

де К - коеф!ц1бНТ заповнення стружково! канавки;

- число зубЩв Хнструмента;

Р. - площа поперечного перер!зу- стружково! канавки;

- швидк!сть руху стружки уздовж ос1 г;

- довжина ступеня отвору;

й. - д!аметр обробленого отвору аОо ступеню;

(1о. - д!аметр отвору до обробки.

Анал1з р1вняння (1) показуе, що продуктивность ТС, оснащено! осьовим 1нструментом, обмежена пропускною здатн1стю стружкових канавок, як1 в свою чергу обмежен1 д1аметром 1нструмента, який визна-чаеться д!аметром отвору.

Р1вняння (1) не розкривае вс!х функц!ональних зв'язк!в робо-

чих процес1в, як1 визначаються швидкЮтю руху стружки, з конструк-тивними параметрами KI. Воно визначае напрямок й задач! досл!д-жень •

На першому етап1 досл!джень виконана анал1з 1 класиф!кац!я 1снуючих конструкц!й осьових KI. В основу класиф1кац11 покладено досв!д завод1в тракторно! 1 автомоб!льноХ промисловост! СНД, проведай. св!тових ф1рм, окремих автор!в 1 винах!дник!в.

Установлено, що конструктивн1 1 геометричн1 параметри yclx вид!в осьових 1нструмент1в (свердл, зенкер1в, розверток, м!тчик1в, розточних 1нструмент1в) визначаються робочими процесами. Передня поверхня р1зального клина KI, на в!дм1ну в!д передньо! поверхн1 одном1рного 1нструмента, служить для формування 1 транспортування стружки, яка утворюеться 1 на попередн1х р!жучих кромках. Сум1сниц-тво робочих процес!в на кожному ступен1 KI визначае виб!р схеми pl-зання (посл1довний, паралельний 1 комб1нований), а також 1 структуру конструкцП KI.

Систематизац!я 1снуючих конструкц1й KI на основ! 1х вид1в, форм стружкових канавок, геометричних параметр!в i розм!р!в дозволили отримати еих!дн1 дан1 для досл!джень, а також утворити базу для розробки галузевих класиф1катор!в.

Основним параметром р1вняння продуктивност! ТС (1), що визначае функЩональн! зв'язки м1ж робочими процесами i конструктивними параметрами 1нструмента, е швидк!сть руху стружки Vz. При швидко-ст1 Vz > 0 ймов1рн!сть пакетування стружки виключаеться.

На ochobI вербальних моделей установлено, що структуру мате-матично! модел! транспортування стружки по гвинтових канавках визначае к1нематика головного руху 1нструмента чи детал1. Установлено, що основний вплив на швидк!сть руху стружки чинять сили тертя Fc м1ж стружкою 1 обробленою поверхнею отвору. При обертанн1 1нстру-мента сила Fc створюеться 1нерц1йними силами, а при обертанн1 де-тал1 ця сила створюеться боковим тиском стружки на оброблену повер-хню отвору детал1.

Сили, як! рухають стружку, внасл1док 2х взаемодИ з робочими процесами при обертанн! 1нструмента, подан! на рис.1.

Сп!вв1дношення сил, д1ючих на стружку, визначае швидк1сть 11 руху. На даному етап1 досл!джень розглядаеться елементна стружка. При розробц! модел1 транспортування елементно! стружки по гвинтових канавках частка стружки розглядаеться як маса, зосереджена в одн!й матер1альн1й точц1.

Рух стружки в!дносно нерухомо! системи координат XYZ (рис.1)

описуеться р!внянням Лагранжа другого роду d Г О Т 1 д Т

[яд]' я m = Qa6> (2)

dt L а ф J дф

де Т - к1нетична енерПя частки стружки;

Ф - узагальнена координата;

8 х д у в z

С! = X- + Y- + Z--узагальнена сила, яка визнача-

в д ф д ф д ф

еться активними силами;

X, Y, Z - алгебраХчна сума проекцИ активних сил.

Рух точки в рухом1й систем1 координат Z n t* визначаеться:

2 Nk sin u - cos w - Fc sin ¡3 - m в ф - G cos р. = 0;

£ PUG sin ц sin ф - R m ф - N kcos u - Fksin ш + Focos (3 = 0;

2 ?,r„ ?y - К - G sln V- cos Ф = 0. (3)

• г

де Py = Рт(ш0+ф) - в1дцентрова сила 1нерц11, яка включав 1 силу

Кор1ол1са; & ф

ф = —— - кутове прискорення в1дносного перем1щення частки d t стружки; d ф

ф = -- кутова швидк1сть в1дносного перем1щення стружки;

d t

Nk - нормальна реакц1я стружково! канавки;

Nc - нормальна реакц1я поверхн1 обробленого отвору;

Fk = Nkfk - сила тертя м1к стружкою 1 поверхнею стружково! канавки;

Fk = NkTk - сила тертя м1ж стружкою 1 поверхнею отвору;

íe - коеф1ц1внт тертя поверхн1 обробленого отвору; 1к - коеф1ц1ент тертя стружки гто поверхн! стружково! канавки;

G - вага частки стружки; g - прискорення сили тяж1ння; ш - маса частки стружки. Сп1льне р1шення р1внянь (2) 1 (3) дозволяв визначити кутову швидк1сть перем1щення частки стружки соо. Тод1 швидк1сть перем1щення стружки уздовж ос! 1нструмента визначиться

V = Rctgrj

<V

q fcosp.

R (tg ф

ctgu + tgcp.(1 + ctg ы)

- SinjJL

(4)

Анал!з р!вняння (4) показуе, що швидк!сть руху стружки уздовк ос1 !нструмента залежить в!д його рад1уса Я, кута нахилу струкко-во! канавки ш, кута установления 1нструмента ц, кут!в тертя <рк 1 <рс, як1 визначаються в!дпов!дниш коеф!ц!ентами. Дом1нуючий вшшв на швидк!сть руху стружки виявляе кутова швидк1сть обертання 1нсту-мента шо.

Ураховуючи те, що при швидкост! 7х $ 0 спостер1гаеться паке-тування стружки, 1з р1вняння (4) можна отримати критичне значения кутово! швидкост! при заданих конструктивних параметрах 1нструмента

со,

И Ьб Ф,

« + га Ф (1 - ctg «)

- в1п ц

(5)

^Фс

Р1вняння (5) дозволяе отримати достов1рн! величини кутово! швидкост! в д!апазон! кута ц = 0-30°. Анал1з р1вняння (5) показуе, що основний вплив на критичне значения кутово! швидкост1 робить кут нахилу стружково! канавки. При його зб1льшенн! величина кутово! швидкост1, коли пакетуеться стружка, зменшуеться. Зменшення кута тертя м!ж стружкою 1 поверхнею стружково! канавки фк з01льшуе критичну величину кутово! швидкост!; в той час при зменшенн1 кута тертя <р критична величина кутово! швидкост1 зменшуеться.

При проектуванн1 нових 1нструмент!в дом1луючим параметром е кут нахилу стружково! канавки. Оптимальну його величину можна отримати 1з формули (5).

Кут нахилу стружково! канавки при обертанн! ос1 дотал1 може бути визначений залекн!стю, яка мае вигляд

со = aтc.tg

СОБ |1

(6)

а К

ср а

к СОБ |1

И и.

+

V „ ч К

с к * Э

1з р!вняння (6) видно, що при зб!лыиенн! площ! контакту стружки глибини отвору Пср, динам!чного коеф1ц1ента 1 кута установки |а величина кута нахилу стружково! канавки, при як!й пакетуеться стружка, зменшуеться. При зб!льшенн! об'ему стружково! канавки Уск кут 11 нахилу, коли пакетування стружки стае неможли-вим, також зб!льшуеться. Зменшення кута тертя <рк сприяе зниженню величиш кута нахилу стружково! канавки и, при якому ймов!рн!сть пакетування стружки зникае.

Анал!з р!внянь, отрима1шх на баз! математичних моделей транс-

+

портування стружки, показуе, що м1ж конструктивними параметрами KI 1 робочими процесами 1снуе оптимальна сп1вв1дношення, при якому швидк1сть руху стружки Vz > 0, тоОто коли ймов1рн1сть 11 пакету-вання виключаеться.

Для к!льк1сного анал!зу конструктивна параметр!в на умови транспортування стружки виконан1 експериментальн1 досл!дження по визначенню коеф!ц1ент1в зовн1шнъого тертя fc i ik, а також коеф!-ц!ента внутр1шньго тертя в стружц! Г .

Внасл1док експериментальних досл1джень отриман1 р!вняння, як! визначають вплив розм1р1в стружки, шорсткост! поверхонь I швидаост1 руху стружки на коеф1ц1енти тертя.

Досл1дження виконувались на зразках 1з чавуну СЧ28-48, стал! 45 i швидкор1зально! стал! Р6М5. В якост1 об'ект1в досл1джень вико-ристовувались стружка 1з стал1 45 1 clporo чавуну 0428-48.

Внасл1док досл!джень установлено, що дом!нуючий вплив на кое-ф!ц!ент тертя виявляють розм1ри стружки 1 шорстк!сть поверхн!, в той час, як швидк!сть руху стружки в досл1дженому д1апазон1 майже не впливав на коеф1ц!внт тертя.

К1льк1сний анал1з р1внянь (5) 1 (6) показав, що для виключення можливост1 пакетування стружки необх1дао при 1снуючих режимах pl-зання прийняти для свердл величини кут1в нахилу стружкових канавок со = 40-60°, для зенкер1в ы = 20-50°. При розвертанн1, яке характе-ризуеться малими швидкостями р1зання 1 низькою шорстк!стю поверхонь оОроблених отвор1в, значения кут!в нахилу стружкових канавок при обертанн1 1нструмента 0лизьк1 до 90°, що неможливо реал1зувати. Тому розвертки необх1дно виготовляти з кутами ш = 0, що узгоджуеться з практикою.

Для р1зьбових поверхонь отвор1в сила тертя, яка забезпечуе рух стружки по канавках, визначаеться коеф!ц1ентом внутр1шньго тертя f , величина якого Олизька до одиниц1, завдяки цьому стружка руха-еться вгору при кутах нахилу канавок и = 15-40°.

Установлено, що л1м1туючим ступенем, який визначав ймов1рн1сть пакетування стружки, е ступ1нь з м1н1мальним д1аметром, тобто перший.

Для перев1рки адекватност! анал1тично! модел1 ф1зичн1й проведен! експериментальн1 досл!дження. За критер!й оц1нки стаб1льност1 транспортування стружки приймалась глибина свердл!ння, на як!й не в1дбувалось пакетування стружки.

Результата, отриман1 шляхом розрахунк1в ! експериментально, показали хороше погодження (погр1шн!сть не перевищувала 7 %). Хара-

ктерно, що отриман1 результата були 1д9нтичниш, як при робот1 од-ном!рними, так 1 комб!нованими !нструментами.

На основ1 моделей транспортування стружки, як при обертанн1 Инструмента, так 1 детал!, а також р!вняння продуктивное! ТС (1) отриман! повн1 р!вняння продуктивност1, як! базуються на пропускн1й здатност1 стружкових канавок.

При обертанн! !нструмента продуктивн!сть ТС визначаеться

4 к-гч^.

V

Г»-/

q•cos^J.

И

%

тс

-. (7)

%г I (й* - <£.) гвш При обертанн! детал! продуктивн1стъ ТС визначаеться залежн1стю 4 к-гч^. | /2 тс.нид- (сгео- ГГ |

<3 =

то

(8)

*г1 К -С

Р1вняннми (7) 1 (8) визначаються функц!ональн1 зв'язки м1ж продуктивн!стю ТС, з одного боку, конструктивними параметрами 1н-струмента ! робочими процесами з 1ншого, а в1дпов1дно 1 к1нематикою головного руху.

Таким чином, р1вняння продуктивност1 одночасно можуть бути як основою проектування К1, так 1 моделями функц1онування (роботи) 1н-струмента в ТС.

Анал1з граф1к!в, рис.2, отриманих 1з р1внянь (7) 1 (8), пока-зуе, що максимальну продуктивн1сть мають ТС (ц = 0) при обертанн! 1нструмента (в даному випадку - свердла) з оптимальним кутом нахилу стружково! канавки.

Параметрами, що обмежують продуктивн1сть ТС, при обробц! осьо-вим !нструментом е точн1сть отвор!в 1 ст1йк!сть !нструмента, тому виникае необх!дн1сть провести досл1дження по визначенню меж1 конст-руктивних параметр1в 1нструмент1в, в яких знаходиться максимальна продуктивн!сть ТС. Одним з важливих фактор1в, що визначають точ-н!сть обробки отвор1в, е !х огранка.

Установлено, що причиною утворення огранки е вимушвн1 коливан-ня-в ТС. При цьому к!льк!сть граней в поперечному перер1з! отвор!в мозке бути на одиницю б!льша, або менша числа зубц!в 1нструмента.

С(шт/мин

Рис. 2. Вплив кута нахилу стружково! канавки на продуктивн1сть ТС при ц = О (для свердла й = 10 мм, I = 100 мм, V = 20 м/мин)

1 - при обертанн! свердла з со = 30°;

2 - при ооертанн1 свердла з ш =

3 - при о0ертанн1 детал1 з ы = ~

На першому етап1 досл1джень розглянута к1нематика утворення огранки отвор!в при посл!довн1й схем1 р1зання. Допускаючи, що при р1вном1рному розгод1л1 зубц1в траектор!я руху центру е коло, тод! пер!од коливань центру 1нструмента визначиться часом його повороту на один кутовий крок. Р1вняння руху будь-яко!' пари зубц1в 1нстру-

мента при вимушених коливаннях мають вигляд:

%

1; +

V, = и соэ

к Р

I

. = й з1п

к Р

2Т

X

гт

t +

+ А'сози^;

+ А'в1ш I,

(9)

де

И

Ъ - число пар зубц1в 1нструмента; рад1ус д1аметра 1нструмента; ш0 - колова частота коливань центру 1нструмента;

- кут, що визначае положения пари зубц1в, як1 лежать в од-н1й д1аметральн1й площин1. Знак в р1внянн1 (9) св1дчить, що траектор1я руху центру спрямована протилежно напрямку обертання 1яструмента, тобто зм1на сили р1зання в1дстав е!д зм1ни товщини зр1зу. Знак "+" означав, що зм!на сили р1зання випереджае зм1ну товщини зр1зу. Характерно, що

при випереджеш11 силою р!зання товщини зр!зу викикае демпф1рування рад1альних коливань, що веде до зменшешя огранки отвор1в.

Виконан! розрахунки 1 експериментальн1 досл!дження показали, що к1льк!сть граней в поперечному перер1з1 отвору при в1дставанн! сили р1зання в1д зм1ни товщини зр1зу на одиницю б1лыпа числа зубц1в 1нструмента, при випередженн! - на одиницю менша. Бфект випереджен-ня силою р1зання зм1ни товщини зр1зу утворювався за р^хунок п1дтис-нення 1нструмента в мить його вр!зання в оброблюваний матер!ал. Характерно, що величина огранки при цьому Оула в 3-5 раз!в меншою, н!ж при в1дставанн! сили р!зання в1д товщини зр1зу.

Частота коливань центру 1нструмента в обох випадках залишалась пост1йною 1 визначалась залежн!стю

шо = nzno/15. (10)

Установлено, що 1снуе д1апазон величин в!дхилення кутових кро-к!в А8 < A9min при яких пер!од коливань центру визначаеться часом повороту 1нструмента на один кутовий крок, що в1дпов1дае р!вном!р-ному розпод!лу зубЩв.

КалЮрувальна частина зубця при цьому буде зр1зати припуск ма-тер1алу товщиною

"тс

- Acos —

= 2Acos

b

тс

— + п тс - где

2

+ n тс - где

(11)

Розрахунки показують, що розвертки з розпод1лом зубц1в, який в!дпов1дае ГОСТ 7722-77 (при Z = 4 1 А = 0,01 мм) кал1брувальною частиною зубця зр1зають припуск а,^ = 0,0028 мм. В1домо, що умови р1зання виконуються при рад1ус! округленого леза р < аь. Так як рад!ус округления леза в сталому процес1 р1зання р = 0,008 мм, то умови р!зання не виконувались. Про це св1дчить наявн1сть усадки от-вор1в, оброблених в заготовках 1з стал1 45. При цьому кожний насту-пний зуб буде "вигладжувати" сл1д, залишений попередн1м зубцем, що забезпечуе зниження шорсткост! оброблено! поверхн1. Зменшення огранки отвор1в при цьому зв'язане 1з зб!льшенням сил демпф1рування на кал1брувальн!й частин! зуба. Характерно, що к1льк1сть граней в поперечному перер1з1 отвору була на одиницю менша числа зубц1в, що також п1дтверджуе наявн!сть ефекту демпф1рування коливань. При цьому д1аметр отвор1в був меншим, н1ж д1аметр розверток, що говорить про наявн1сть усадки отвор1в. Шорстк1сть оброблено! поверхн! при цьому зменшувалась.

На траектор1ю руху центру розвертки визначальний вплив робить характер розпод!лу сил на головних р!зальних лезах кожного зубця,

що зв'язаний з р1занням сл!д1в в1д попередн1х проход1в.

На основ! динам!ки процесу р!зання установлено, що при нер!в-ном!рному розпод!л! зубц1в траектор!я !х руху зм1ниться в тому ра-з1, якщо величина приросту рад1ально! сили в1д р1зання сл1ду на зубц! к + 1 буде б1льша, н!ж величина ц1е! сили на зубц1 к, тоб-то яйцо Р , ^ Р ,

уксл у(к+1>

Дана нер1вн1сть розв'язана з деякими наближеннями за допомогою ряд!в. Внасл1док отримано р1вняння третього ступ1ню, яке мае вигляд

А6Э

2%3 . . . Г %3 %-■ ~г

Згэ

+ де2(1сг- 27/) + де

згэ г

%

—Г= 0. (12)

2 Ъ1

Р1внянню (12) задовольняе кор!яь 9т1п > %/212, який в1дпов1-дае м1н1мальншй величин1 в!дхилення кутових крок1в, коли зм!нюзться траектор1я руху центру 1нструмента в перех1дному процес!. В сталому робочому процес! при таких значениях Д9 в1дбуваеться зб1льшення частоти коливань центру 1нструмента I зменшення ампл1туди, що веде до зникнення огранки отвор!в.

Значення кутових крок!в, при яких огранка зникае, визначаеться залекн1стю

180°- £(3 - 1)Д9

1=1

е =--+ (к - 1 )Д9. (13)

г

Величина огранки при р1зниц! крок!в Д9 > Д9т1п визначаеться д = а (1 - созде). (14)

о г

При р1зниц! крок1в Д9 > Д9т1п пер!од коливань центру 1встру-мента визначаеться часом його повороту на кут ДО

12 п %

со = -— . (15)

Д9

При паралельн1й робот1 двох ступен1в 1нструмента ефект л1кв1-дац1! огранки досягаеться за рахунок р1зно! к!лькост1 зубц1в на кожному ступен1 при р1вном!рному 1х розпод!л1 по колу.

В сталому процес1 при р1зному числ1 зубц!в на кожному ступен1 пер!од коливань центру 1яструмента визначаеться часом його повороту на кут Д8 = 94- 9г, де 91, 92 - величина кутових крок!в на в1дпо-в1дному ступен1. При цьому число зубц!в на ступен1 меншого д1аметру

в1дпов!дае к1лькост1 зубц1з стандартно! розвертки такого ж д!аметра.

Тод1 к1льк!сть зубц!в на другому ступен! визначаеться через

м!н1мальну величину огранки 1 ампл1туду коливань

Ъ 180

тах

агс сое

А Л ' (16)

1 - +180 |

Анал1з показуе, що р!зниця м1ж числом зубц1в на першому 1 другому стуренях не повинна бути бХлыпою двох, бо при б1лыд1й р1зниц1 зб1лыпуеться кут Д9, що веде до зростання величини огранки отвор!в. Але необх!дно мати на уваз!, що 1нструменти з р1зним числом зубц!в на кожному ступен1 можуть бути виготовлен1 в тому випадку, коли е достатн1й прост1р м!ж ступенями для виходу 1нструмента при виготов-ленн1 стружкових канавок. Тому схема розпод1лу зубц1в 1 1х число визначаються технолог1чними критер!ями.

Наявн1сть огранки отвор1в викликае пер!дичн1 зм!ни заднього кута (рис. 3), що мае великий вплив на демпф1руючу здатн1сть проце-су р1зання. Для виявлення ступеню впливу заднього кута, а також кута нахилу головно! рХзально! кромки, рад1уса И округления 1 частота коливань на демпф1руючу здатн1сть процес1в, як! виникають на задн1й поверхн! зубц!в, запропоновано р!вняння динам!чно1 характеристики рад1ально! сили.

ЯкХсний анал1з замкнуто! динам1чно! ТС показуе, що 1з зб!ль-шенням частота вимушених коливань 1лструмента динам1чний коеф1ц!ент зменшуеться, це говорить про зменшення ампл1туди коливань 1нстру-мента. Зб1льшення рад1уса округления р1зально! кромки 1 абсолютного значения кута II нахилу веде до зменшення динам1чного коеф1ц!ента.

Експериментальн1 досл1дження показали, що розвертки, у яких р!зниця м!ж кутовими кроками визначаеться залежн!стю

360"

де =--(17)

(2г)2

практично л1кв!дують огранку отвор1в. Частота коливань центра визначаеться залежн1стю (15), в той час як при А6 < А9т1п частота коливань визначаеться залежн1стю (10).

Аналог1чн1 результата отриман1 при обробц! розвертками, як! працюють по паралельн1й схем1 р1зання 1 мають р1зне число зубц1в на кожному ступен1.

Установлено, що величина огранки отворХв, оброблених стандарт-ними розвертками, складала 10-25 мкм, в той час як отвори, обробле-н1 розвертками з запропонованими схемами розпод!лу зубц1в, мали огранку 2-5 мкм (рис. 4).

«о

Рис. 3. Вплив налрямку руху 1 рад!альних коливань на величину заднього угла

а) напрям руху коливань, спрямованих проти руху К1 б) напрями руху коливань 1 руху 1нструмента сп1впадають

а)

б)

Рис. 4. Круглограмми отвор1в при розвертуванн1

а) при розгодШ зубц1в зг1дно ГОСТ 7722-77, Ъ=4 б) при 2г1=6; 2га=8

При обробц1 отвор1в розвертками з розпод1лом зубц!в зг1дно ГОСТ 7722-77 зб1лылення подач! веде до зростання величини огранки, в той час як при робот1 розвертками з запропонованими схемами роз-под1лу зубц!в зб!льшення подач1 практично не впливае на огранку. Величина подач1 обмежуеться т1льки поздовжньою стал!стю 1нструмента.

Ураховуючи, що п1двищення продуктивном 1 ТС обмежуеться поздовжньою стал!стю 1нструмента, виникае необх!дн1сть в розробц1 мо-дел1 сталост1 1нструмента.

Анал1з показав, що макоимальна продуктивн1оть дооягаетьоя при паралельн1й схем1 р1зання.

Установлено, що втрата сталост1 1нструмента обумовлена д1ею трьох складових сили р!зання: осьово1,рад1ально1 невр1вноважено! сили 1 крутного моменту (рис. 5). Стал1сть системи визначалась з урахуванням взаемовпливу вс!х д1ючих сил. На другому етап1 досл1д-жень розглядались 1нструменти з р1вними осьовими моментами 1нерц11, що характерно для зенкер1в, розверток 1 м1тчик1в при числ1 пар зуб-ц1в г > 2.

Р1вняння сталост1 К1, працюючого по паралельн1й схем1 р!зання, при вр1занн1 отримано на основ! енергетичного критер!ю

к

8 X

I

(С 3 . р_

г )2й2

у*

Ы,

- + ■

1

■ = 1

(18)

де |Рк j - критична осьова сила;

] - критичний крутний момент;

|у4 ] - допустима величина перем!щення першого ступени.

При визначенн! критичних величин осьовоХ сили 1 крутного мо-нту застосовувався енергетичний метод, а при визначенн1 пружних перем1день ос1 К1 - метод початкових парадоетр1в.

Р; Р.- .

Рис. 5. Сили, д1юч! на К1 в момент його вр!зання в матер!ал

На основ! р!вняння сталост1 (18) отримана залежн1сть для визначення критично! величини подач1

± Ь2 - 4ас 2а

зк =---, (19)

.К мх . .К*

V - а. А 1 = 1 ^Х

де а =-; Ь =-; с =--1.

М. Ы.

Даний вираз критично! подач! дозволяв при попередн!х розраху-нках визначити допустиму II величину, обмежувану сталЮтю 1нстру-мента.

Анал1з р!внянь (18) ! (19) показуе, що частка впливу крутного момента на стал1сть ТС не перевищуе 1 %, але при 1/& > 40 його частка зб1льшуеться.

Дом1нуючий вплив як на стал!сть 1нструмента, так ! на критичну величину подач1 при 1/й. = 20 робить невр!вноважена рад!альна сила (80-90 %). При 1/й = 40 II питома вага зменшуеться до 55 %, а осьово! сили - зб!льшуеться до 44 %.

Анал1з показуе, що найб!льш ефективним шляхом п!двищення ста-лост! 1нструмента 1 п1двшцення критично! величини подач! е зменшен-ня похибок загострення 1нструмент1в при 1х виготовленн1.

Для прогнозування оч1кувано! точност1 необх1дно знати величини прукних перем1щень ос! 1нструмента при багатопараметричному силовому навантаженн! (осьовою 1 рад1альною силами та крутним моментом).

Р1вняння пружно! ос! як ступени К1, так 1 всього 1нструмента мае вигляд:

й2у йг

Е1. — = + N. (У - У. ) + М.- + Ш. - Оу. X:

1 сЬГ 1 1 йх

(20)

й2г йу

И, ^г = + " + + М — - Му, - 02, X,

де о = ог = о; - р = о: - Рг ;

V X I V X, V

Оу , <3^ - умовн1 поперечн1 сили, в1даесен! до початкового поло-1 1 ження ос! !нструмента;

N. = ^ Р. - осьова сила на к!нц! I ступеню;

сума крутних момент1в, д!ючих на ступ!яь;

1 = 1

М= М - згинаюч! моменти на 1 ступен!.

Розв'язуючи систему р!внянь, що визначаютъ положения пружно! ос!, можна отримати величину прогину ос! 1нструмента:

92.

т.

му,

у. = у. +•

V I + 1

Б. * Б.

V V

М.Б.

V V

■к

N.

■е +■

N.

N.

0г;

Б. N.

V I.

М Б.

N.

62.

му:

Ми.

г. = ъ. , +■

V V + 1

• 6 - -2

N.

ОУ, Б N.

V V

)

02. V.

Б. N.

6 - Б. X -

е - Б X -

2 V

М.Б.-,

V V

N.

N.

МБ. N.

(21 )

де , е. - фунцИ впливу.

Кути повороту ос1 стуи!нчатого 1нструмента, згинаюч! моменти та поперечн1 сили визначаються:

6У(х) = У(х)., вг(х).= ¿(х).'

(12У

М = Е1.-

ах

с!3У

О = Е1. —- , >4 1 (Зх

а2 г

м = Е1. —-; 1 йх2 7

(22)

0 = Е1.

(1 й

(ix

Чисельний анал1з впливу режим!в р!зання 1 погр1шност! загост-рення 1нструмента показав, що дом1нуючий вплив на пружн1 перем!щвн-ос! 1нструмента виявляють погр1шност! загострення. До того ж максимальна величина перем1щень, а в1дпов!дно, I кута повороту ос! спо-стер1ггються на першому ступен1. Це дозволяв зробити висновок, що л!м1туючим ступеней по в1дношенню до точност1 обробки отвор1в е перший ступ1нь. Характерно, що кут повороту ос! першого ступеню зенкера б1лыпий величини допом1жного кута (зворотна конусн!сть), регламентованого стандартом, в той час як величина кута повороту ос! останнього ступеню близька до нуля. Це дозволяе зробити висно-

Б

бок, що К1 мокуть виготовлятись без зворотньо! КОНУСНОСТ1. Наяв-н1сть зворотньо! конусност! у К1, особливо при обертаючому 1нстру-мент1, приводе до заклинення стружки м1ж направляючими стр!чками I поверхнею отвору. Це викликае появу рисок як на стр1чках 1нструмен-та, так 1 на оброблен!й поверхн1.

При обробц! отвор1в ступ1нчатою розверткою з запропонованою схемою розпод!лу зубц1в !х розбивання переходить в усадку. Точн1сть д!аметральних розм!р1в на обох ступенях в!дпов1дае 6-7 квал1тету, погр!шн1сть геометрично! форми р!вню С, в той час як при обробц! отвор1в розвертками з розпод1лом зубц1в, який регламентуеться стандартом, точн1сть д1аметральних розм1р1в в1дпов1дала 9-10 квал1тету, а погр1шн1сть геометрично! форми р1вню А.

Висока концентрац!я р1зальних кромок викликае не т1льки велик! силов! навантаження, а й зб1лыпуе температуру р1зання. Це з01льшуе зношування 1нструмента. Тому використання норматив!в, розроблених для одном1рних 1нструмент!в, без урахування впливу температури су-с!дн1х теплових джерел на оптимальну швидк!сть р1зання е недопусти-мим.

Використовуючи загальн1 законом1рност! розпод1лу температури для двох теплових джерел, а також степенн1 ряди для наближенного об-числення, отриман! залежност! для визначення температур при числ1 теплових джерел б1льше двох.

Ураховуючи наявн1сть сус1дн1х теплових джерел оптимальна температура р1зання л!м1туючого ступеня повинна бути менша на величину II приросту в1д цього джерела.

Значения оптимально! швидкост! р1зання на л1м1туючому ступен1, яка в1дпов1дае м1н!муму в1дносного спрацювання, з урахуванням приросту температури в1д сус1дн1х теплових джерел визначиться залеж-

н1стю г- _

(в* - А0.I - г.

V

лоп

зп

(23)

де величина оптимально! температури для одном1рного 1нстру-

мента такого ж д1аметра; Д9.- величина приросту температури в!д сус1дн1х теплових джерел; X - коеф!Щент теплопров1дност1; Ь - ширина зр!заного шару металу; 10- I - довжина теплового джерела;

б - коеф1ц1ент приросту температури в1д сус1дн1х зубц1в К1; Р2тСп- м!н1мальне стаб!льне значения тангенц!ально! сили;

0)т- коеф!д1ент температуропров1дност1 т1ла, в якому рухаеться тешгове джерело;

к - коеф!ц1ент, ураховуючий к1льк1сть тепла, яка переходить в деталь, а також розм1рност1.

При визначенн! ресурсу 1нструмента попередн!й виб!р л!м1туючо-го ступени проводиться за максимальним шляхом р1зання в!дпов1дного ступеню.

Заключний виб1р л!м1туючого степеню проводиться по ресурсу 1нструмента за пер!од його ст1йкост1.

Ресурс л!м!туючого ступеню 1нструмента з урахуванням норматива, розроблених для одном1рних 1нструмент!в того ж типу, визнача-еться

Ь = С1"™ • V1-1'"" . (24)

Л »V ОП

с -к

V л

де С ---пост1йний коефЩ1ент, який визначаеться норма-

г-.Б^нв*

тивами для одном!рних !нструмент!в; кл - коеф1ц1ент, ураховуючий прирощення температури в1д сус!дн1х теплових джерел.

Для перев1рки адекватност! отримано! математично! модел! ресурсу 1нструмента виконан1 експериментальн! досл1дження. Установлено, що роз01гга!сть м!ж розрахунками 1 експерементальними даними при визначенн! ресурсу свердл складала 24 %, зенкер!в -28 %.

Досл1дження по визначенню впливу схеми розпод!лу зубц1в роз-вертки на пер!од ст1йкост! показали, що м!н!муму спрацювання в1дпов1дае схема розпод!лу зубц!в, яка забезпечуе м1н!мальну величину огранки. Це обумовлено тим, що при А6 = А8гп.п ампл!туда коли-вань 1нструмента буде м1н!мальною, завдяки чому величина прирощу-вання швидкост! р1зання зменшуеться, а м1н1мальна величина к1нематичного заднього кута зб!льшуеться. Умови роботи 1нструмента при цьому покращуються, завдяки чому спрацьовування його зменшуеться. При зб1лып9нн1 р1зниц! кутових крок1в, коли А9 >> А9т.п спос-тер1гаеться нер!вном1рне спрацьовування зубц1в. Це зв'язане з р1зною величиною товпщни, яку зр1зае кожний зуб.

Забезпвчекня зубц1в розверток перех!дним лезом з оптимальним кутом в план! фо = 3-5° сприяе зниженню шорсткост! обробленоХ поверхн1 1 зб1лыпенню пер!оду ст1йкост! 1нструмента в 1,5-2 рази. При цьому зм!нюеться 1 характер спрацювання. Якщо при кут! фо = О переважало абразивне спрацювання, то при <ро = 3-5° - адгез!йне.

Виконан! досл1дження дозволяють скласти як загальну структуру

модел1 проектування комб!нованих 1нструмент1в, так 1 розробити алгоритми визначення основних параметр1в конструктивних елемент1в 1 робочих процес1в.

Структура модел! проектування KI визначаеться на ochobI трьох вих1дних положень:

I - положения. Конструктивн! параметра KI визначаються робо-чими процесами, що прот1кають в ТС, де в1н функц1онуе.

И - положения. Структура модел1 проектування KI, яка визначаеться к!яцевою метою - досягненням потр!бно! продуктивност1 ТС, складаеться 1з двох етап1в:

- обгрунтування структури системи;

- анал1тичне проектування I синтез конструкцП KI.

111 - положения. Структура модел! першого етапу проектування KI основана на лог!чн!й суп!дрядност! розрахункових блок1в. Структура модел! другого етапу проектування та 1ерарх1чна суп!дрядн1сть розрахункових блок1в визначаеться рХвнянням продуктивност1.

Загальна структура проектування KI подана на рис.6.

На ochobI математичних моделей, що визначають меж! конструктивних параметр1в KI, в яких знаходиться максимум продуктивност1 ТС, розроблено блок алгоритм1в для анал!тичних розрахунк1в основ-них параметр1в конструктивних елемент1в 1 робочих процес1в.

Системний принцип проектування, оснований на модульному п!д-ход!, дозволчяе в загальну 1ерарх1чну систему вставляти ' потр!бн1 блоки алгоритм1в 1 створювати структурну схему проектування практично вс1х вид1в KI.

Основу системи проектування складають так1 алгоритми:

- обгрунтування виду 1нструмента;

- визначення ресурсу KI;

- визначення оптимального кута нахилу стружково! канавки;

- визначення числа зубц1в;

- визначення критично! величини подач1;

- визначення цружних перем1щень oci KI.

Базуючись на отриманих алгоритмах в роботi наведен! приклада визначення основних конструктивних параметр1в осьових KI, а також параметр!в робочих процес1в.

Запроваджен! техн1чн1 р!щення спрямован! на п!двищення про-дуктивност1 ТС, зниження шорсткост1 оброблених поверхонь отвор!в, а також п1двшдення 1х точност1, впровадкен1 б!льш н!ж на 30 заво-дахУкрайш 1 СДЦ.

Рис. 6. Структурна схема проектування KI при обертанн! 1нструмента

БИСНОВКИ

1. В дасертац!йн1й робот! на баз! математичного моделюванш вир1шена актуальна проблема розробки основ теор!! проектуванш осьових К1, яка дозволяв створити науково обгрунтован! методики !г розрахунку, реал!зац!я яких внесе 1стотний вклад в науково-техн1ч-ний прогрес машинобуд!вельного комплексу.

2. Розроблена структура модел! проектування К1, що базуеться на досягненн! к1нцево! мети - п1двшцення продуктивност! ТС. База-вою математичною моделлю для II розробки використано р!вняння продуктивност! ТС, яке встановлюе функц!ональн! зв'язки м1ж цродук-тивнЮтю системи, з одного боку, конструктивними параметрами К1 1 робочими процесами з 1ншого.

3. Розроблений блок математичних моделей, як! встановлюють функц1ональн! зв'язки м!ж робочими процесами 1 конструктивними параметрами К1, а також визначають меж1 конструктивних параметр!в, де знаходиться максимум продуктивност! ТС.

4. На основ! модел1 транспортування стружки по гвинтових канавках !нструмент!в установлено, що завжди !снуе оптимальне сп!в-в!дношення м!к конструктивноми параметрами К1 1 робочими процесами, при яких ймов1рн!сть пакетування стружки виключаеться. Дом!ну-ючий вплив на швидк!сть руху стружки робить кут нахилу стружкових канавок.

5. Установлено, що незалежно в1д схеми рХзання 1снуе м1н1-мально допустима величина в!дхилення кутових крок!в А0т1г,» при як1й частота коливань центра 1нструмента зб1льшуеться, а ампл1туда - зменшуеться, що практично вгашачае огранку отвор!в. При пара-лельн1й схем! р!зання цей ефект досягаеться за рахунок р!зного числа зубЩв на кожному ступен! 1 р!вном1рного 1х розпод1лу по колу.

6. На баз! використання енергетичного критер1я розроблена математична модель сталост! К1 в1д д!1 вс1х складових сил р!зання, на основ1 яко! отримано залежн!сть критично! величини подач!. Встановлено, що дом!нуючий вплив на критичну величину подач! робить рад!альна невр1вноважена сила, в той час як частка крутного моменту не перевищуе 1 %. Аналог1чний вплив виявляють складов! си-ли р1зання на пружн! перем1щення ос! 1нструмента, а в!дпов!дно, ! на розбивання отвор1в.

7. Запропанована модель ресурса 1нструмента, що базуеться на оптимально швидкост! 1 температур! р!зання, яка дозволяе нормати-ви, розроблен! для одном!рних !нструмент!в, використовувати при

призначенн1 решш1в р!зання для К1.

8. Розроблена структура модел! проектування К1 1 алгоритм визначення 1х оптималышх конструктивних параметр1в дозволяв отри-мати 1нструмонти, практично усуваюч1 недол!ки, властив1 1м. Усува-еться ймов1рн1сть пакетування стружки, що виключав виведення 1нс-трумента для видалення стру шеи. Це дозволяв пХдняти продуктивн!сть обробки в 2-3 рази. Огранка отвор1в практично усувазться.

9. Результата досл1джень у вигляд1 рекомендацП по проекту-ванню К1 з оптимальними конструктивними параметрами 1 нових конструкций 1нструмент1в впроваджен1 в виробництво на заводах Украйш 1 СВД.

0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦП 0ПУБЛ1К0ВАН1 В Р060ТАХ:

1. Малышко И.А. Осевые комбинированные инструменты (рекомендации по проектированию и эксплуатации). - Донецк: ПКТИ, 1996.135 с.

2. Малышко И.А., Мартынов И.Н., Нестеров В.А. Совершенствование и применение прогрессивных конструкций металлорежущего-инструмента. - М: ЦНИЭИУголь, 1978.-44 с.

3. Малышко И.А., Каплий Н.И. Конструкции разверток, повышающие производительность и точность обработки. Состояние и перспективы развития инструментального производства в тяжелом машиностроении - М: НИШШРШМАШ, 1974.С.32-36.

4. Малышко И.А. Влияние распределения зуезьев на устойчивость разверток.//. В кн:- Надежность режущего инструмента.-Киев-Донецк: Вшца школа, 1975.-С.131-135.

5. Малышко И.А., Толстов С.Л. Обоснование схемы распределения зубьев разверток для обработки ступенчатых отверстий.//Резание и инструмент. Республ.межвед.научно-техн.сб.-Харьков: Вища школа, 1990.- вып. 44. С.51-53.

6. Малышко И.А. Взаимосвязь производительности обработки с конструктивными параметрами комбинированных инструментов.// Материалы международного семинара: Высокие технологии в машиностроении - достижения нового уровня.-Харьков: Вшца школа, 1993.~ вып. 48.- С.28-31. . _ .

7. Малышко И.А. Теоретические предпосылки и назначению режимов резания для осевых комбинированных инструментов.// Сб. трудов: Прогрессивные технологии и системы машиностроения.- Донецк:

ДонГТУ, 1994.-вып. I. - С.48-55.

8. Малышко И.А., Шевченко Ф.Л., Улитин Г.А., Татьянченко-А.Г. Устойчивость сжато-закрученных стержней;// G6.трудов: Прогрессивные технологии и системы машиностроения.-Донецк: ДонПУ, 1995.-вып. 2.-С.90-98.

9. Малышко И;А..Татьянченко А.Г. Продольно-поперечный изгиб закрученного стержня.// Сб.трудов: Прогрессивные технологии и системы машиностроения.. - Донецк: ДонГТУ, 1966.-вып.3,- С.45-32.

10. Малышко И.А. Влияние устойчивости комбинированного инструмента на критическуа величину подачи.// G6.трудов: Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк: ДонГТУ, 1966.-вып. 3. - С. 38-45.

11. Малышко И.А., Гордиенко В.П., Маньковский Г.Я. К вопросу . определения высоты микроноровностей по свинцовым слепкам.// Научно-исследовательские работы в области машиностроительной промышленности: Материалы научно-технической конференции - Донецк,

' 1970. - С.7-9.

12. A.c. №749582 МКИ3 В23Д77/02. Развертка / И.А. Малышко, В.А. Нестеров; Оцуьл. 23.07.8О, Б.И. №27.-Зс.

13. A.c. №1127710 МКИ3 В23.Д43/02. Сборная протяжка / И.А. & лышко, И.Г. Рябов; Опубл. 07.12.84 Б.И. №45.- 2с.

14. A.c. №1673324 AI МКИ3 В23Д77/02. Комбинированная разверз ка / П.Р. Родин, И.А. Малышко, Толстов С.Л.; Опубл. 30.08.91.

Б.И. №32.-Зс.

15. A.c. №1281350 AI МКЙ3 В23Д77/02. Комбинированная развертка /Родин П.Р., Малышко И.А., Батрак В.В. и др.; Опуьл..07.01,87. Б.И. №1- 4с.

16. A.c. №1723593 МКИ3. В23 С 5/06; Сборная торцовая фреза/ И.А. Малышко, В.Ф. Федюкин, Н.И. Каплий и др.; Опубл. 25.07.93. Б.И. №31,- 2с.

17. A.c. №1382595 МКИ0. В23 В35/00. Способ обработки отверстий и комбинированный инструмент для его осуществления /

И.А. Малышко, С.Л. Толстов; Опубл. 23.03.88. Б.И. №11. -5 с.

18. A.c. №1328077 МКИ3. В23 В29/034. Расточная головка/ A.A. Грачев, И.А. Малышко, С.Л. Толстов и др.; Опубл. 07.08.87. Б.И. №29. - 4с.

19. A.c. №1657295 AI МКИ3. В23 Д77/02. Устройство для обработки отверстий /И.А. Малышко, С.Л. Толстов, А.И. Булыгин и др.

'Опубл. 23.06.91. Б.И. № 23. - 2 с.

20. A.c. №1215898. А.МКИ3. B23 Д77/02. Развертка / A.A."Грачев, И.А. Малышко; Ю.А. Сапронов. Опубл. 07.03.86. Б.И. №9,- 3 с.

21. Малышко И.А. Рекомендации по применению машинных разверток с неравномерным угловым шагом. 20-29 ТР. - Донецк: ПКТИ.-12 с.

22. Родин П.Р., Малышко И.А., Толстов С.Л. Комбинированная развертка.// Рационализаторские предложения и изобретения, рекомендуемые министерством для внедрения на заводах угольного наша- ' ностроения: Науч.-технический реферативный сборник. - М.:.ЦИИЭИ-Уголь, 1989. -Ю. - С. 12-13.

23. Малышко И.А., Батрак В.В. Кинематика образований огранки отверстий при равномерном распределении зубьев развертки/ -;Деп. НИИМаш, №8, - 1982. - II с.

24. Малышко Л.А., Нестеров В.В., Батрак В.В. Влияние переходной режущей кромки на период стойкости развертки. Деп. НШМаи, №8, 1982. - 7 с.

25. Малышко И.А., Толстов С.Л. Технико-экономическое обоснование вариантов обработки отверстий./Деп. ВИНИТИ, №10, 1989. - 19с.

26. Родин П.Р., Малышко И.А. Повышение производительности ТС, оснащенных осевым комбинированным инструментом.//Новые технологии и системы обработки в машиностроении: Тезисы докладов научно-технической конференции. - Севастополь, 1994. - C.I08-II0.

27. Малышко И.А., Полгородник А.Е., Толстов СЛ. Прогрессии* ный комплексный инструмент для обработки отверстий. // Интенсифи-

' кация технологических процессов механической обработки: Тезисы докладов всесоюзной конференции. - Ленинград, 1986. - С.59-60.

28. Родин П.Р., Малышко И.А. Теория проектирования комбинированных инструментов.// Прогрессивная техника и технологии машиностроения: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Севастополь, 1995. - С.207-208.

29. Малышко Л.А., Киселева И.В. Влияние частоты колебаний развертки на величину огранки отверстий.//Применение колебаний

в технологиях: расчет и проектирование машин для реализации технологий. Материалы П международной научно-технической конференции. - Винница, 1994. - C.5I.

30. Малышко H.A., Завгородний В.М.. Влияние погрешности установки развертки пои заточке на величину биения зубьев.// Прогрессивные конструкции и' технология изготовления ре;йущего ик- ; струмента: Материалы семинара. - Киев: Знание. 1977.-С. 14-15.

31. Малышко И.А. Обоснование оптимальных конструктивных параметров комбинированных инструментов.// Новые технологические процессы в машиностроении: Тезисы докладов конференции. - Одесса Киев, 1993. - С.51-52.

32. Малышко И.А., Толстов С.Л., Аксютин В.А. Повышение эффек тивности использования многооперационных станков.// Пути повышения эффективности и уровня использования станков с ЧПУ: материалы конференции. - Свердловск, 1988. - С. 29-30.

33. Малышко И.А. Влияние угла наклона главной режущей кромки развертки на точность обработки отверстий. '// Оптимизация процессов механической обработки на металлорежущих станках: Материалы семинара общества "Знание". - Киев, 1975. ~ С.47-48.

34. Малышко И.А., Киселева И.В., Сурженко А.Ю. Исследование условий транспортировки стружки по винтовым канавкам осевых инструментов. // Тезисы докладов международной конференции: Оснастка-94. - Киев: Общество "Знание", 1994. - С.82.

35. Малышко И.А., Ковалевский В.А. Группирование ступенчатых 'отверстий - как Основа создания переналаживаемых инструментов.// Новые технологии и системы обработки в машиностроении: Тезисы док ладов научно-технической конференции.-Севастополь, 1994. - С.78-7

36. Малышко И.А., Татьянченко А.Г. Прогнозирование точности обработки осевым комбинированным инструментом.// Прогрессивная техника и технологии машиностроения: Тезисы докладов международной научно-технической конференции.- Севастополь, 1995,- С.59 •

37. Малышко И.А., Куликов Д.Н. Сборные конструкции сверл.// Тезисы докладов международной конференции: Оснастка - 94. - Киев: .. Общество "Знание". 1994. - С.22.

38. Малышко И.А., Киселева И.В., Сурженко А.Н. Анализ критериев минимизации параметров пластин зенкеров.// Прогрессивная техника и технологии машиностроения: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. - Севастополь, 1995. - С.158-159.

39. Малышко И.А., Киселева И.В., Куликов Д.Н. и др. Взаимосвязь температуры резания и стойкости комбинированного инструмента. // Новые технологии и системы обработки в машиностроении: Тезисы докладов научно-технической конференции. Севастополь, - 1994, С.77.

40. Малышко И.А., Каплий Н.И. Влияние распределения зубьев развертки на устойчивость процесса резания. // Новые достижения в области обработки металлов резанием: Материалы семинара. - Киев, 1974. -'С.16.

АННОТАЦИЯ

Малышко И.А. Основы теории проектировал осевых комбинированных (КИ). Диссертацией является рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.01 - процессы механической обработки, станки и инструменты. Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 1996 г.

Защищается теория проектирования осевых комбинированных инструментов, основанная на математическом моделировании многопараметрических функциональных связей между параметрами инструмента и рабочими процессами, протекающими в системе. Разработана общая структура модели проектирования КИ, основанная на уравнении производительности, устанавливающем функциональные связи между производительностью системы, с одной стороны, конструктивными параметрами и рабочими процессами, с другой. На базе математических моделей разработаны алгоритмы расчета основных параметров КИ.

ANNOTATION

Malyshko I.A. Basis of theory of designing axial combined tools (CI). The manuscript is the dissertation.

The dissertation for searching of academic degree of Doctor of technical sciences on speciality 05.03.01 - processes of mechanical and physic-technical processing, machlns and tools. The National Ukraine technical university "Kiev Polytechnical Institute", Kiev, 1995.

Theory of designing axial combined tools Is being defended, which Is based on mathematic modelling of multiparametric functional connections between the parameters of the Instrument and the working processes taking place in the system.

The general structure of designing model CI has been worked out. It is based on the equation of productivity which establishes functional connections between the productivity of the system on the one hand and the structural parameters, working procrsses on the other hand.

Algorythms of basic parameters calculations CI have been developed on the base of mathematic models.

Ключов! слова: комб1нований 1нстумент, математичне моделювання, технолог!чна система, продуктивн1сть, проектування. ¡Цjjfyy '