автореферат диссертации по , 05.06.02, диссертация на тему:Совершенствование многоножевых дереворежущих фрез и режимов их эксплуатации

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

§ I. Влияние частоты вращения на процесс фрезерования, оборудование и инструмент

§ 2. Влияние скорости резания на процесс фрезерования, оборудование и инструмент

§ 3. Влияние числа режущих элементов на процесс фрезерования, оборудование и инструмент

§ 4. Особенности фрезерования тонкими прифугованными режущим элементами.

§5. Выводы

§ 6. Цель и задачи исследования.

РАЗДЕЛ П. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

§ 7. Влияние точности расположения режущих элементов на качество обработанной поверхности

§ 8. Рациональная конструкция дереворежущей многоножевой фрезы, особенности технологии изготовления и подготовки к работе

§ 9. Прочность тонкого пластинчатого режущего элемента и периферийной части корпуса

§10. Выводы.

РАЗДЕЛ Ш. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

§ II. Цель и содержание экспериментов.

§ 12. Факторы, влияющие на процесс фрезерования многоножевши фрезами.

§ 13. Факторы, влияющие на процесс изготокиения литых фрез.

§ 14. Факторы, влияющие на процесс травления корпуса

§ 15. Обработка результатов экспериментальных исследований

§ 16. Экспериментальные установки

§ 17. Методика определения оценочных показателей

РАЗДЕЛ 1У. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

§ 18. Влияние точности расположения РЭ на кинематические неровности при фрезеровании шогоножевыми фрезами.

§ 19. Определение динамики изменения температуры и ее суммарного действия на стали различных марок

§ 20. Исследование процесса возобновления работоспособности фрез методом травления

§ 21. Предварительный расчет конструктивных параметров режущей йасти фрезы на базе экспериментальных данных.

§ 22. В ы в о д ы

РАЗДЕЛ У, СРАШИТЕШЫЕ ПРОИЗВОДСТ ШНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЛИТЫХ МНОГОНОЖЕВЫХ ФРЕЗ И РАСЧЕТ ЭКОНО

МИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ ВНЕДРЕНИЯ.

§ 23. Техническое обеспечение производственных испытаний

§ 24. Методика проведения производственных испытаний

§ 25. Результаты производственных испытаний

§ 26. Расчет экономического эффекта

§ 27. В ы в о д

Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года", утвержденные ХХУ1 съездом КПСС, поставили задачу резкого повышения качества выпускаемых станков и инструмента, их точности, надежности, снижения металло- и энергоемкости, повышения производительности и оздоровление условий труда при их обслуживании.

Повышение производительности деревообрабатывающего оборудования, в частности, фрезерных станков, в последние десятилетия обеспечивалось увеличением частоты вращения инструмента. Большие частоты вращения (порядка 6000-9000 мин""*) вызывают шум превышающий санитарные нормы, а также отрицательно сказывается на точности, надежности и долговечности основных элементов станка.

Важнейшим показателем качества режущего инструмента является его стойкость. Большинство исследований, направленных на повышение стойкости режущего инструмента, посвящено изысканию новых инструментальных материалов, содержащих, как правило, дорогие и дефицитные компоненты.

В то же время анализ литературных исследований указывает на возможность существенного увеличения стойкости инструмента и уменьшения частоты его вращения за счет увеличения числа режущих элементов (РЭ) фрез. Известные попытки создания фрез с числом РЭ 2 > 6 нельзя признать удачными.

Данная работа посвящена совершенствованию процесса цилиндрического фрезерования древесины и режущего инструмента путем снижения частоты его вращения, исследования и разработки принципиально новой литой многоножевоЯ фрезы с тонкими РЭ» технологии ее изготовления и подготовки к работе.

Рассмотрено влияние снижения частоты вращения на процесс фрезерования, станок и инструмент, показывающие улучшение динамических показателей шпиндельного узла, повышение ресурса работы подшипников, рост КПД станка и снижение уровня шума, а также возможность устранения сложной и трудоемкой операции - динамической балансировки инструмента.

Цель работы: комплексное совершенствование процесса фрезерования, конструкции, технологии изготовления, подготовки к работе многоножевых дереворежущих $рез, направленное на повышение стойкости и улучшение условий эксплуатации оборудования и инструмента« В соответствии с поставленной целью исследовано влияние погрешностей динамического и геометрического характера на геометрическую форму и параметры кинематических неровностей при фрезеровании многоножевыми фрезами» В результате обнаружено существенное отличие от традиционной, полученной существующими фрезами, геометрической формы и размеров кинематических неровностей, в частности, получены синусоидальные макроволны, высота которых зависит от величины погрешности базирования инструмента. Намечены мероприятия устраняющие появление кинематических макроволн.

Теоретически и экспериментально исследованы технология изготовления и подготовки к работе литих многоножевых фрез с тонкими пластинчатыми РЭ, а также их прочность, что позволило обосновать геометрические параметры режущей части тонких РЭ и периферии корпуса фрезы.

Производственные сравнительные испытания показали удовлетворительную работоспособность предлагаемых литых многоножевых фрез, стойкость которых растет прямопропорционально увеличению числа РЭ.

В результате проведенной работы была создана принципиально новая, по конструктивным и технологическим признакам, многоноже

- е вая литая фреза, обоснованы ее конструктивные параметры, режимы работы и режимы подготовки к работе»

На защиту данной диссертации выносятся следующие основные вопросы:

X. Влияние числа РЭ и погрешностей их расположения на качество обработанной фрезерованием поверхности.

2. Влияние конструктивных и технологических особенностей литых многоножевых фрез на твердость, период стойкости РЗ и технологию подготовки фрез к работе,

3. Влияние конструктивных параметров на прочность тонких пластинчатых РЭ и периферии корпуса фрезы.

4* Влияние снижения частоты вращения шпинделя на инструмент, станок и процесс фрезерования*

§ 28. Общие выводы и рекомендации

1. На основании аналитического обзора и теоретических исследований сформулировано перспективное направление совершенствования конструкции и режимов эксплуатации дереворежущих фрез, суть которого состоит в увеличении числа РЭ и снижении частоты вращения инструмента. Комплексное совершенствование конструкции, технологии изготовления и эксплуатации позволило создать принципиально новую модульную конструкцию многоножевой литой фрезы, защищенную авторским свидетельством. При этом показано, что максимальный эффект от применения этих фрез можно ожидать при уменьшении толщины РЭ, заточке их прифуговкой на шпинделе станка и восстановлении работоспособности фрезы путем травления периферии корпуса.

2. Теоретически описаны и экспериментально подтверждены закономерности формирования обработанной поверхности при фрезеровании многоножевыми фрезами. Принципиальным отличием фрезерования многоножевыми фрезами является возникновение кинематических макроволн, форма и размеры которых зависят от погрешности базирования фрезы 6 , подачи на зуб , числа РЭ

Е и радиуса резания фрезы К . В зависимости от соотношения этих величин меняется тип макроволн и их высота Н к : остроконечные при

2 е»(Н)2/8К ; Н^^ук остроконечные со срезанной вершиной при

Цьг)Уи<2е< Ы/ы ; нк -2е синусоидальные при о<-2еб(2Ь1)1/т ; Нк =

3. Выполнен аналитический прочностной расчет РЭ и периферийной части корпуса, позволяющий определить минимально допустимую толщину РЭ, максимальную длину его консоли и форму стружечной канавки.

4. Экспериментальные исследования, проведенные в лабораторных и производственных условиях, показали справедливость полученных теоретических результатов и позволили уточнить ряд конструктивных параметров фрез, режимов их подготовки к работе и эксплуатации.

5. На основании теоретических и экспериментальных исследований установлено:

- для оснащения существующих станков фрезерной группы рекомендуются многоножевые фрезы диаметром Т> = 140 мм, шириной одной секции 30 мм, числом РЭ Я = 24, толщиной РЭ не менее 0,55 мм с максимальной длиной консоли 0,6 (см.рис.40);

- для изготовления РЭ можно использовать полутеплостойкие стали, например Х6ВД с термообработкой на повышенную твердость (Тзак = Ю50°С, Тотп = Ю0°С), а в качестве материала корпуса - литейные алюминиевые сплавы, например, АЛЗ;

- рациональные режимы подготовки фрез к работе: заточка прифуговкой на шпинделе станка на технологической частоте вращения; уменьшение диаметра корпуса травлением через 4-5 прифуговок в растворе А/а ОН - 100 г/л, Л/аЛ/О^ - 450 г/л; при температуре 75°С и частоте вращения фрезы 700*800 мин""*;

- рациональный режим работы многоножевых фрез с подачей на зуб =1,1 мм, при частоте вращения И = 1000*2000

-т мин .

6. Снижение частоты вращения фрезы до И. = 1500 мин-* при одновременном увеличении числа РЭ по сравнению с существующим инструментом и режимом его работы обеспечивает:

- снижение шума холостого хода в среднем на 16,5 дБА, рабочего - на 6 дБА;

- повышение периода стойкости фрезы прямо пропорционально увеличению числа РЭ. Стойкость фрезы с числом РЭ 2 = 24 в

6 раз выше по сравнению со стандартной фрезой ( 2 = 4).

7. Производственные испытания фрез показали их удовлетворительную работоспособность и улучшение основных технико»экономических показателей. Ожидаемый экономический эффект от внедрения литых многоножевых фрез составит около 1,5 тыс. руб. на один 4-хсторонний продольно-фрезерный станок.

1. Алексеев A.B. Возможности повышения износостойкости режущегоинструмента и чистоты поверхности при обработке древесины. "Новое в области режущего инструмента и резания древесины". ЛТА, 1968, 56-58 с.

2. Алексеев A.B. Исследование износа и затупления строгальныхножей и методов повышения их износостойкости. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. ЛТА, 1957. 258с.

3. Алюминиевые сплавы. Плавка и литье алюминиевых сплавов.

4. Справочник. М., 1970. 416 с.

5. Альтман М.Б. Неметаллические включения в алюминиевых сплавах. М., 1965. 127 с.

6. Амалицкий В.В. Исследование сверления стружечных плит. Автореф. дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. М., 1964. 33 с.

7. Амалицкий В.В., Любченко В.И. Станки и инструменты деревообрабатывающих предприятий. М., 1977. 400 с.

8. Апостолюк С.А., Юринец В.Е. К вопросу моделирования профиляобработанной поверхности при цилиндрическом фрезеровании древесины с учетом вибраций системы СПИД. Архангельск, ИВУЗ "Лесной журнал" № 5, 1981. 104-107 с.

9. Белиничер И.III. О влиянии выбраций на качество поверхностипри фрезеровании и мерах борьбы с ними. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. Свердловск, 1949.117 с.

10. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М., 1965. 856 с.

11. Бершадский А.Л. О давлениях действующих на резец при обработке древесины11. "Деревообрабатывающая промышленность" № 4, 1955. 15-18 с.

12. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.,1975.344 с.1.. Бондарь.С.E. О движении шпинделя шлифовального круга с эксцентрично сосредоточенной массой. LU, "Машиноведение" № I, 1965. 78-36 с.

13. Буглай Б.М. Исследование и нормализация чистоты поверхности древесины. Дис.на соиск. ученой степени докт. техн. наук. M., 1957. 358 с.

14. Вандерер K.M. Исследование неуравновешенности дереворежущих фрезерных инструментов. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. M., 1972, 189 с.

15. Вандерер K.M., Зотов Г.А. Специальный дереворежущий инструмент. M., 1983. 208 с.

16. Васильев В.А. Выявление основных возбудителей шума коробок приводов металлорежущих станков. М., ЗНИМС, 1962. 44 с.

17. Векшин А.М. Исследование процесса цилиндрического фрезерования древесины тонкими винтовыми ножами. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. M., 1970.269 с.

18. Воскресенский С.А. Резание древесины. М-Л., 1955. 200 с.

19. Воскресенский С.А. Вопросы реологии в теории резания древесины. Сб. трудов МЛТИ № 30. M., 1968. 239 с.

20. Временная инструкция по определению экономического эффекта и цен нового инструмента. ВНИИ. M., 1979.

21. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. M., 1975. 584 с.

22. Гилев Н.К. Исследование некоторых вопросов работы фрезпри срезании сучьев. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. M., 1961. 192 с.

23. Голубев А.Н. и др. В кн.: Размерное травление алюминиевыхсплавов. М., МДНТП, 1959, вып. I. 80-вЗ с.

24. Грубе А.Э. Дереворежущие инструменты. M., 1971. 344 с.

25. Гуляев А.П. Металловедение. M., 1977. 647 с.

26. Демьяновский К.И., Дунаев В.Д. Заточка дереворежущих инструментов. М., 1965. 202 с.

27. Дешевой М.А. Механическая технология дерева. № 41,КУБУЧ JI.,1934, 31 с.

28. Дружков Г.Ф. Исследование процесса фрезерования древесиныфугованными ножами. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. М., 1970. 222 с.

29. Длин A.M. Математическая статистика в технике. М., 1975.398 с.

30. Зимин Б.В. Исследование жесткости шпиндельных узлов дляфрезерования древесины. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. М., 1978. 166 с.

31. Иванков Р.П. Исследование шумообразования при работе дисковых пил. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. М., 1970. 271 с.

32. Ивановский Е.Г. Лаутнер Э.М. и др. Исследование процессазатупления и электрического состояния резца и разработки режимов резания для автоматических линий. JI., Научн. отчет, 1962. 98 с.

33. Киров В.А. Профильный метод измерения параметров микрогеометрии дереворежущего инструмента. Сб. трудов МЛТИ. Выпуск 132. М., 1981. 88-90 с.

34. Колобнев Н.Ф. и др. Справочник литейщика. М., 1975.415 с.

35. Комаров Г.А. Исследование поперечного фрезерования древесины. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. М., 1963. 198 с.

36. Кондратович Н.Е. Влияние скорости резания на затуплениекруглых пил при продольном пилении. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. JI., 1955. 234 с.

37. Кох П. Процессы механической обработки древесины. М.,1964.328 с.

38. Крякев H.A. Исследование качества обработки древесины прицилиндрическом фрезеровании. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. М., 1954. 161 с.

39. Кряжев H.A. Фрезерование древесины. М., 1979. 200 с.

40. Кряжев H.A. Цилиндрическое и коническое фрезерование древесины. М., 1963. 184 с.

41. Кузьмин С.А. Теория стружкообразования при прямолинейномрезании древесины вдоль волокон. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. Харьков, 1951. 208 с.

42. Кулешов В.П., Гриньков В.П. Влияние формы ножей на образование шума при цилиндрическом фрезеровании. Деревообр. пром., 1966 №» 5. II-12 с.

43. Лолмбер В. Борьба с шумом на деревообрабатывающих станках 11 ttolt ibi » № 47, 1961. 17-18 с.

44. Лопатко В.А. 0 физико-механических свойствах древесиныветвей и сучков. Труды ЛТА № 54, 1939. 39-41.

45. Макаров А.Д. Износ и стойкость инструментов. М., 1966.264 с.

46. Макаров А.Д. Способ повышения размерной стойкости реацов.

47. ВИНИТИ, АН СССР, М., 1959. 15 с.

48. Манжос Ф.М. Исследование проблем скорости резания древесины. В кн. Научно-технический прогресс в деревообрабатывающей промышленности, Киев, 1980. 53-62 с.

49. Манжос Ф.М. и др. Исследование и разработка режимов фрезерования и нормализация инструмента, отчет ЦНИИМОД, т.24, 1957. 131 с.

50. Манжос Ф.М. Точность механической обработки древесины.1. М-Л., 1959. 266 с.

51. Матвейко А.П. Исследование силовых параметров процессарезания древесины круглыми пилами, труды ВДИИМЭ, 1965, й> 65. 81 с.

52. Методика определения оптовых цен на новую продукцию производственно-технического назначения. Прейскурант. М., 1974.

53. Методические указания по определению экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в станкостроительной и инструментальной промышленности. НИИМА, М., 1977.

54. Моисеев А.В. Износостойкость дереворежущего инструмента.1. М., 1981. 112 с.

55. Морозов В.Г. Исследование влияния некоторых факторов режимов резания на затупление инструмента. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. М., 1966. 142 с.

56. Нормативы затрат для расчета себестоимости продукции употребителя (дополнение к "Методике определения экономической эффективности металлорежущих станков и автоматических линий, ЭНИМС 1971), ЭНИМС 1977.

57. Онезашвили З.И. Исследование процесса фрезерования деревянных деталей многолезвийными и профильными резцами. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. М.,19 .

58. Павлов Э.А. Состояние и перспективы обрезки сучьев. М-Л.,1958. 212 с.

59. Пижурин А.А. Основы процесса точения древесины. М-Л.,1963. 117 с.

60. Положение об организации инструментального хозяйства налесопильно-деревообрабатывающих, мебельных, фанерных и лыжных предприятиях. Архангельск, 1983.- Г55

61. Русецкас Ю.Ю. Л. Исследование параметров фрезерованиядревесины с целью повышения износостойкости инструмента и улучшения качества обработанной поверхности. Авто-реф. дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. Л., 1979. 18 с.

62. Рыбалко В.С. Износ и затупиение инструмента при фрезеровании древесины. Новое в технике эксплуатации дереворежущего инструмента, М-Л, 1956. 97-112 с.

63. Рыбалко В.С. и др. Исследование, выбор инструментальныхматериалов и разработка прогрессивной конструкции дереворежущего инструмента. Научн. отчет, ШИИИ. М., 1978 № 4. 58с.

64. Санаев В.Г. Метод контроля твердости защитно-декоративныхпокрытий на древесных подложках. Дис.иа соиск. ученой степени канд. техн. наук. М., 1983. 222 с.

65. Соловьев А.А. Решение задач по резанию древесины. М., РИО1. МЛТИ,.1981. 60 с.

66. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов, т. П. М., 1965.480 с.

67. Функель Г. Сборные фрезы к 4-х стороннему строгальномустанку. М., 1957. 97 с.

68. ЗСасдан С.М. и др. Механическая обработка древесины за рубежом. М-Л., 1963. 127 с.

69. Цуканов Ю.А. Исследование процесса пиления древесностружечных плит. Автореф. дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. М., 1962. 23 с.

70. Чижевский М.П. и др. Снижение шума при механической обработке древесины. М., 1975. 152 с.

71. Чуков Г.С. Повышение технологической точности консольныхшпиндельных узлов деревообрабатывающих 4-х сторонних продольно-фрезерных станков. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. M.» 1982. 185 с.

72. Швырев Ф.А. Подготовка к эксплуатации дереворежущего инструмента. M., 197S.

73. Якунин Н.К. Исследование режимов продольного пиления круглыми пилами. Дис. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. Архангельск, 1953, 198 с.

74. Ямпольский A.M. Травление металлов. М., 1980. 168 с.

75. Sbas Hydzo- EúnAatieÍK eine Qua ^¿tdUvezées-Sezun^ Se¿¿ „Wotz-md Kunüíto{{vt^i\ iSSl, -Í7 a/3 ^ s.

76. Keck P, An analysts of- the timGtz рСапип^ploceos, hi ?zod.!Jouz 5:255: 6 339 iQ55t

77. H онег H, Ho£z êeaz éeiten аи mcaokùhen.953 , 236 s

78. Kîw/imaa E. 2)¿e S&ncUtaft in dei Hotz-beazieituKCj. tf Hotz ats Roß. und WtzHioii' /95<? , л/3 33-iOS s.

79. Авт. свид. № 235278, 1970 г.

80. Авт. свид. 1Ё 321363, 1972 г.

81. Авт. свид. № 547341, 1976 Г.

82. Авт. свид. № 872262, 1981 г.

83. Патент, Финляндия, № 43485, 1971 г.

84. Патент, Канада № 1126496, 1982 г.

85. Патент, ФРГ, № 1528205, 1973 г.