автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Режущие инструменты с планетарным движением для обработки комбинированных резьбовых отверстий

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Классификация основных видов резьб и резьбовых соединений, применяемых в машиностроении и методов их изготовления.

1.2 Взаимосвязь типа производства и методов обработки резьбы.

1.3 Анализ и классификация комбинированных инструментов для обработки поверхностей со сложным профилем, содержащих резьбовой участок.

1.4 Выводы по обзору.

1.5 Постановка цели и задач исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО ИНСТРУМЕНТА С УЧЕТОМ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ.

2.1 Анализ схем обработки и кинематических схем резания

2.2 Общие вопросы конструирования комбинированных инструментов

2.3 Определение видов рабочих поверхностей комбинированных инструментов различного назначения.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОГО ИНСТРУМЕНТА С ПЛАНЕТАРНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ДЛЯ ОБРАБОТКИ

РЕЗЬБОВЫХ ОТВЕРСТИЙ.

3.1 Моделирование процесса проектирования комбинированных инструментов.

3.2 Анализ схем формообразования обработки отверстий комбинированным инструментом.

3.3 Методика расчета основных конструктивных элементов и геометрических параметров комбинированных инструментов с планетарным движением.

3.4 Разработка САПР конструкции комбинированного инструмента

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО ИНСТРУМЕНТА НА ВЫБОР ЕГО КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.

4.1 Построение моделей для исследования геометрических кинематических параметров режущих кромок комбинированного инструмента.

4.2 Исследование влияния особенностей формообразования резьбовой поверхности на конструктивные элементы инструмента

4.3 Оценка влияния загрузки элементов режущей части на работу комбинированного инструмента.

Выводы по главе.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВЫХ ОТВЕРСТИЙ КОМБИНИРОВАННЫМ ИНСТРУМЕНТОМ.

5.1 Влияние условий работы комбинированного инструмента на качество обработанной поверхности резьбового отверстия

5.2 Оптимизация режимов обработки элементов резьбового отверстия.

Значительную часть соединений деталей, применяемых в машиностроении, составляют резьбовые соединения. Их доля составляет примерно 75% от всех соединений. Особенностью резьбовых соединений без гаек является необходимость изготовления в деталях внутренних резьб.

Традиционная технология изготовления резьбовых отверстий подразумевает изготовление предварительного отверстия одним или несколькими сверлами (сверлами и зенкерами), обработку фаски при входе в отверстие зенкером и изготовление резьбы метчиком. Так как подобное изготовление резьбы может выполняться только при низкой скорости резания, то время обработки является большим по отношению к времени другой обработки, такой как сверление или фрезерование. Кроме этого метчик работает в тяжелых условиях резания, что зачастую приводит к его поломке. Этот вопрос особенно актуален при изготовлении отверстий в корпусных деталях при наличии их большого количества и разного типоразмера. Обработка одного резьбового отверстия различными видами инструментов приводит к накоплению погрешностей, имеющихся на отдельных переходах.

Штучное время изготовления резьбового отверстия, имеющего кроме резьбового участка дополнительные конструктивные элементы увеличивается по сравнению со временем изготовления отверстия с одним резьбовым участком (и фаской на входе) вследствие того, что суммарное время обработки определяется временем обработки на каждом технологическом переходе.

Некоторые зарубежные фирмы и российские предприятия применяют более прогрессивный метод изготовления резьбовых отверстий, заключающийся в использовании метода комбинированной обработки. В этом случае специальный инструмент, объединяющий в своей конструкции ряд более простых инструментов (сверло, резьбовая фреза, зенкер), позволяет изготовить резьбовое отверстие в сплошном материале за один рабочий цикл. Благодаря комбинированной обработке существенно повышается производительность процесса и качество изготавливаемой резьбы. Реализовать процессы, заложенные в основе этого метода, позволяют современные обрабатывающие центры (с системой ЧПУ).

Благодаря применению комбинированных инструментов на основе резьбовой фрезы имеется возможность изготовления одними и теми же инструментами как внутренних, так и наружных поверхностей, содержащих резьбовой профиль.

Конструкция данных инструментов не основывается на сочетании элементов метчика с другими видами инструментов (сверло, коническая зенковка). Объясняется это тем, что не всегда удается добиться желаемого эффекта, так как условия работы метчика существенно отличаются от условий работы других инструментов, участвующих в изготовлении резьбового отверстия.

Данная работа посвящена рассмотрению вопросов проектирования инструментов для комбинированной обработки резьбовых отверстий и наружных поверхностей (имеющих в основе своей конструкции элемента резьбовой гребенчатой фрезы), а также исследованию условий их работы. Целью работы является повышение эффективности данного вида обработки, что подразумевает снижение себестоимости их изготовления и повышение производительности. Наибольший интерес представляют вопросы возможности применения этого вида инструментов к изготовлению отверстий с малыми диаметрами резьб (от 6 до 22 мм).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1) Разработанная модель комбинированного инструмента с планетарным движением (с использованием графов) позволяет разрабатывать структуру конструкции инструмента, построить схему предполагаемого технического решения и оценивать работоспособность проектируемого инструмента.

2) Составлена классификация комбинированных инструментов по способу обработки элементов резьбового отверстия, что позволяет отбирать наиболее приемлемый вариант конструкции инструмента и схемы обработки для изготовления отверстий различного типа.

3) Получены аналитические зависимости, устанавливающие взаимосвязи между параметрами планетарной обработки (размеры инструмента, размеры элементов отверстия, скорости перемещения инструмента) и геометрическими параметрами комбинированного инструмента, что позволяет произвести оценку изменения величин кинематических углов на режущих кромках инструмента и осуществить оптимизацию геометрических параметров для различных вариантов обработки резьбового отверстия на стадии проектирования.

4) Выявлены зависимости по оценке влияния конструктивных элементов рабочей части инструмента (форма и размеры зубьев резьбообра-зующего профиля и передней части) на силовые характеристики процесса резания (составляющие сил резания), что позволяет производить коррекцию конструкции комбинированного инструмента для обеспечения благоприятных условий обработки в отношении загрузки его режущих элементов.

5) Установлены аналитические зависимости для оценки величины разбивки профиля резьбы при планетарной обработке с учетом параметров инструмента и резьбы, что позволяет осуществлять коррекционный расчет размеров профиля инструмента для получения резьбы с требуемыми параметрами точности.

6) Выявлены аналитические зависимости для определения шероховатости поверхности резьбы с учетом размеров комбинированного инструмента и режимов обработки, что позволяет осуществлять подбор параметров инструмента и параметров процесса планетарного фрезерования для получения требуемых параметров качества поверхности отверстия. Данные положения подтверждены экспериментально. При планетарном резьбофрезе-ровании шероховатость боковых сторон резьбовой поверхности при обработке резьбы Ml0x1,5 в алюминиевом сплаве Д16 составляет Ra 1,00-1,25 мкм, что сравнимо с параметрами качества поверхности при внутреннем шлифовании.

7) Экспериментально установлена возможность использования комбинированного инструмента для комплексной или поэлементной обработки глухих или сквозных резьбовых отверстий в различных материалах, что позволяет обеспечить образование мелкой стружки надлома, которая хорошо удаляется из отверстия.

8) Выявлено, что наибольшая эффективность при изготовлении сложных резьбовых отверстий в деталях корпусного типа достигается при использовании комбинированного инструмента, работающего по способу параллельной обработки поверхности отверстия (одновременная обработка всего профиля), а также при наличии в одной детали отверстий с резьбой разного размера, для обработки которых можно использовать один инструмент.

9) Практическое использование результатов исследований состоит в следующем: разработан алгоритм и программное обеспечение для проектирования конструкции комбинированного инструмента типа «концевая фреза - резьбовая фреза»; разработана конструкторская документация, позволившая изготовить опытную партию инструментов типа «сверло - резьбовая фреза - зенкер» из быстрорежущей стали; методика проектирования и технология изготовления инструментов переданы на ОАО «ВАЗ»; разработан методический материал для проведения лабораторных работ.

1. Автоматизированное проектирование металлорежущего инструмента. /Гречишников В.А., Кирсанов Г.Н. и др. М.: Мосстанкин, 1994. -256 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т., М.: Машиностроение, 1978-1979.- Т. 1,- 1978.- 728 с.

3. Барбашов Ф.А. Резьбофрезерные работы. М.: ВШ, 1977.- 256 с.

4. Бигнер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990. 368 с.

5. ГОСТ 11708-82. Основные нормы взаимозаменяемости. Резьбы. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1987.- 32 с.

6. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М.: Высш. Шк., 1985.-304 с.

7. Грановский Г.И., Грудов П.П. и др. Резание металлов, М.: МАШГИЗ, 1954.-472 с.

8. Гречишников В.А. Системы проектирования режущих инструментов. -М.: ВНИИТЭМР, 1987.- 52 с.

9. Гречишников В.А., Махров С.А. Изготовление резьбовых отверстий комбинированным инструментом с планетарным движением. «Инструмент. Технология. Оборудование», №5, 2002.

10. Грудов А.А., Комаров П.Н. Высокопроизводительный резьбообра-зующий инструмент. М.: НИИМАШ, 1980.- 64 с.

11. Жарликов Н.В. Комбинированные режущие инструменты. -Свердловск: МАШГИЗ. 1961.- 78 с.

12. Загурский В.И. Прогрессивные способы обработки резьбы. М.Свердловск, МАШГИЗ, I960.- 164 с.

13. Иноземцев Г.Г. Проектирование металлорежущих инструментов. М.: Машиностроение, 1984. 272 с.

14. Каталог фирмы JEL "JEL PRAZISIONSWERKZEUGE", 1999.

15. Каталог фирмы KENNAMETAL HERTEL, 2000.

16. Карцев С.П. Инструмент для изготовления резьб. М.: МАШГИЗ, 1955.-252 с.

17. Краткий справочник металлиста. Под о. ред. П.Н. Орлова, Е.А. Скороходова, М.: Машиностроение, 1987. 960 с.

18. Лакирев С.Г. Обработка отверстий. Справочник. М.: Машиностроение, 1984.-208 с.

19. Лашнев С.И., Юликов М.И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1980. - 208 с.

20. Ланшев С.И., Юликов М.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ, 1975. 392 с.

21. Мальков О.В. Разработка и исследование комбинированного режущего инструмента для обработки отверстий сложного профиля. Автореферат кандидатской диссертации, М.: МГТУ им Н.Э. Баумана, 1999.

22. Марочник сталей и сплавов. М., Машиностроение, 1989. 640 с.

23. Махров С.А. Обработка резьбовых отверстий комбинированным инструментом с планетарным движением. Технологические системы в машиностроении, Труды международной научно-технической конференции, Тула 2002., стр. 180-184.

24. Махров С.А. Компьютерное моделирование процесса обработки резьбовых отверстий комбинированным инструментом с планетарным движением. Электронный журнал «Автоматизация и управление в машиностроении», МГТУ «СТАНКИН», №17, 2001.

25. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент: Справочник / Самойлов B.C., Эйхманс Э.Ф., Фальковский В.А. и др. М.: Машиностроение, 1988, - 368 с.

26. Металлорежущий инструмент. Каталог. Ч. 2. Инструмент для обработки отверстий. М.: НИИМАШ, 1983. 192 с.

27. Металлорежущий инструмент. Каталог. Ч. 3. Резьбообрабатывающий, трубо- и муфтообрабатывающий инструмент. М.: НИИМАШ, 1983.- 108 с.

28. Никифоров А.Д. Точность и технология изготовления метрических резьб, М.:ВШ, 1963.- 180 с.

29. Обработка корпусных деталей крупными сериями на многоинструментальных станках с ЧПУ с применением комбинированного инструмента: Методические рекомендации. -М.: ВНИИТЭМР, 1985,- 25 с.

30. Обработка резьбы. Обзор современных методов и конструкций инструментов. Тематический выпуск журнала «Оборудование. Рынок, предложение, цены». Выпуск 2. 1998. 48 с.

31. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Справочник: в 2-х тт., т. 1 / Локтев А.Д., Гущин И.Ф. и др. М.: Машиностроение, 1991.-640 с.

32. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Справочник: в 2-х тт., т. 2 / Локтев А.Д., Гущин И.Ф., Балашов Б.Н. и др. М.: Машиностроение, 1991. - 304 с.

33. Общемашиностроительные нормативы режимов резания концевыми фрезами на станках с ЧПУ. Временные. М.: НИИмаш, 1980. 70 с.

34. Проектирование и расчет металлорежущего инструмента на ЭВМ. Под ред. О.В. Таратынова, Ю.П. Тарамыкина. -М.: ВШ, 1991.- 424 с.

35. Райхман В.А. Прогрессивные конструкции резьбообразующих инструментов. М.: Машиностроение, 1972. 44 с.

36. Расчеты экономической эффективности новой техники: Справочник / Под общ. ред. Великанова К.М. JL: Машиностроение, Ленинградское отделение 1990. - 450 с.

37. Режимы резания металлов. Справочник. Под ред. Корчемкина А.Д., М.: НИИавтопром, 1995. 456 с.

38. Резьбообразующий инструмент. Учебное пособие. Под общ. ред. Хостикоева М.З., Пенза, 1999. 407 с.

39. Резьбы, применяемые в авиационном производстве. Справочник./ Вайсман А.И., Денисов П.С. и др. М.: Машиностроение, 1970.- 368 с.

40. Сахаров Г.Н., Арбузов О.Б., Боровой Ю.Л. и др. Металлорежущие инструменты., М.: Машиностроение, 1989. — 328 с.

41. Семенченко И.И, Матюшин В.М., Сахаров Г.Н. Проектирование металлорежущих инструментов. М.: МАШГИЗ, 1963. 952 с.

42. Сергеев Д.Г., Повышение эффективности обработки комбинированных отверстий на основе создания системы вспомогательных инструментов, осуществляющих планетарное движение режущего инструмента. Автореферат кандидатской диссертации, М.: МГТУ «СТАНКИН», 1999.

43. Системы ЧПУ OSP-UIOOM и OSP-UIOM. Руководство по программированию. Пер. с англ., 2001. 254 с.

44. Справочник металлиста в 5-ти томах. Т. 5 /Под ред. А.Н. Малова, М.: МАШГИЗ, 1961.

45. Справочник по технологии резания материалов, в 2-х кн. Под ред. Г. Шпура. Пер. с нем. Под ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение,1985.

46. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т./ Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. М.: Машиностроение, 1985-1986. Т.1.1986.-656 с.

47. Справочник инструментальщика / И.А. Ординарцев, Г.Н. Филиппов, А.Н. Шевченко и др. Л.: Машиностроение, 1987. 846 с.

48. Справочник конструктора-инструментальщика. Под общ. ред. В.И. Баранникова, М.: Машиностроение., 1994. — 560 с.

49. Тауриш Т.Э., Пуховский Е.С. Добрянский С.С. Прогрессивные методы резьбофрезерования. Киев, Техника, 1975.- 240 с.

50. Типаж металлорежущего инструмента на 1986-1990 гг. М.: ВНИИ-инструмент ВНИИТЭМР, 1985. - 446 с.

51. Фрумин Ю.Л. Высокопроизводительный резьбообразующий инструмент, М.: Машиностроение, 1977 183 с.

52. Шатин В.П., Шатин Ю.В. Режущий и накатной инструмент: Справочник конструктора-инструментальщика. М.: Машиностроение, 1975. 456 с.

53. Щербаков В.Н. Расчет режущего инструмента на прочность и жесткость. М.: Мосстанкин, 1990. 40 с.

54. Якухин В.Г. Оптимальная технология изготовления резьб.- М.: Машиностроение, 1985.- 184 с.

55. Якухин В.Г., Ставров В.А. Изготовление резьбы: Справочник. -М.: Машиностроение, 1989.- 192 с.

56. Якушев А.И., Воронцов Л.Н., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. 1989.- 352 с.

57. Deutsches patentamt. Patentschrift 3016262. Int. CI. B23 C7/00. Ver-offentlichungstag 30.09.1982.

58. Verfahren und Kombinationswerkzeug zum Herstellen von Gewinde-bohrungen/ Deutsches patentamt. Patentschrift 3627798. Int. CI. B23 G5/20. Veroffentlichungstag 21.09.1995.

59. Deutsches patentamt. Patentschrift 3728215. Int. CI. B23 B43/00. Veroffentlichungstag 19.01.1989.

60. Werkzeug fur eine beidseitig gefaste Durchgangs-Gewindebohrung in Einem dunnwandigen Werkstuck. Deutsches patentamt. Patentschrift 4010075. Int. CI. B23 G5/20. Veroffentlichungstag 03.11.1994.

61. Verfahren sowie Vorrichtung zum Frasen von Innegewinde. Deutsches patentamt. Patentschrift 3001206. Int. CI. B23 Gl/32. Veroffentlichungstag 21.04.1988.

62. Vorrichtung zum Gewindeschneiden. Deutsches patentamt. Patentschrift 2207045. Int. CI. B23 G3/00. Veroffentlichungstag 16.08.1979.

63. Vollhartmetall Werkzeuge zum Bohren und Frasen gedruckter Schal-tungen: KLENK/ Hartmetall Werkzeugfabrik. 1980. 23 S.

64. Gewindefrasbohren ein Verfahren fur kurzere Hauptzeiten. /Werkstatt und Betrieb, 120 (1987).

65. Ermitteln der Belastung von Hartmetall-Bohrgewindefrasern. /Maschinenmarkt, Wurzburg 101 (1995) 41.

66. Kosten sparen durch Bohrgewindefrasen. /Werkstatt und Betrieb, 129 (1996) 6.

67. Gewindefraser. Deutsches patentamt. Offenlegungsschrift 3808797. Int. CI. B23 G5/18. Offentlichungstag 5.10.1989.

68. Schmitt M.N. Drilling and thread-milling tool and method. U.S. Patent №4943191, U.S. CI. 408/1, Filed Aug. 18, 1989, Date Jul. 24, 1990.

69. Bohrgewindefraser mit Zahnungskerben / M.N. Schmitt. Deutsches patentamt. Patentschrift 3921734 A1. Int. CI. B23 G5/20. Veroffentlichungstag 10.01.1991.

70. Bohrgewindefraser / M.N. Schmitt. Deutsches patentamt. Offenlegungsschrift 3828780 Al. Int. CI. B23 G5/18. Veroffentlichungstag 01.03.1990.

71. Werkzeug zum Bohren und Gewindeschneiden / Joh. & Ernst. Link GmbH & Co Kg. Deutsches patentamt. Offenlegungsschrift 3737315 Al. Int. CI. B23 G5/20. Veroffentlichungstag 18.05.1989.