Решение задач на тему: Вводная часть. Обзор различных конструкций сборных резцов для тяжелых станков

Введение

Актуальность проблемы. На современном этапе развития экономики Украины важное место отводится машиностроению - одному из источников обеспечения орудиями труда. Общие тенденции развития машиностроения связаны с повышением надежности машин, созданием конкурентоспособной продукции и использованием наукоемких технологий. Машиностроение развивается путем повышения гибкости производства и качества продукции. Результаты деятельности многих предприятий в значительной степени зависят от эффективности использования тяжелых токарных станков. Стоимость этих станков в 20-50 раз, а стоимость станкочаса их работы в 3-7 раз больше по сравнению со средними станками. Для инструмента, работающего на этих станках, расходуется до 30% твердого сплава, применяемого в машиностроении.

Эффективность процесса механической обработки деталей на тяжёлых станках в большей степени определяется надёжностью и универсальностью режущего инструмента зависящими от множества случайных факторов. На тяжёлых токарных станках до 70% выполняемых операций связаны со снятием больших сечений среза.

Это объясняется тем, что в тяжелом машиностроении наиболее широко используются заготовки, полученные методом литья, ковки, штамповки, которые характеризуются наличием больших припусков, пор, раковин, трещин, неметаллических включений и других дефектов поверхностного слоя.

После удаления дефектного слоя с поковки, деталь подвергается термообработке, а дальнейшая лезвийная обработка производится на тяжёлых токарных станках. При этом удаляется припуск до 30 мм, с целью лучшего приближения формы заготовки к профилю детали.

В результате перед окончательными (чистовыми) операциями вес детали составляет 60-70% от веса первоначальной заготовки.

Наблюдения за эксплуатацией твердосплавных резцов на тяжелых токарных станках показали, что наряду с износом, значительное место занимает разрушение режущей части, в виде окрашиваний и поломок. Наличие неустранимых отказов резцов (поломок) оказывает большое влияние на эффективность обработки крупных деталей.

Особенности развития машиностроения в последние годы изменили характер производства в тяжёлом машиностроении в связи с освоением новой гаммы тяжёлых токарных станков оснащённых пластинчатыми суппортами и ЧПУ. Это повлияло на условия эксплуатации инструмента на этих станках, а разработка и применение высокопроизводительного модульного инструмента с механическим креплением пластин поставлены в основу рационального использования этого оборудования.

Для решения важной народнохозяйственной задачи обеспечения тяжелых уникальных станков современным инструментом созрела необходимость разработки не отдельных конструкций, а гибких инструментальных систем на основе агрегатно-модульного инструмента.

Эффективность инструмента не может быть существенно повышена за счет только традиционных методов, например увеличения износостойкости. Должен быть решен целый комплекс вопросов, которые связаны с такими важнейшими свойствами этого инструмента, как прочность, жесткость, ремонтопригодность и приспособленность к обслуживанию, гибкость, а также безопасность станочника от травмирования сходящей стружкой, транспортабельность стружки.

При рассмотрении обработки деталей на тяжелых токарных станках потребность комплексного изучения инструмента с учетом многих критериев еще более возрастает при переходе на агрегатно-модульный принцип компоновки станков новой серии с пластинчатыми суппортами повышенной жесткости.

Агрегатно-модульный принцип компоновки инструмента с относительно ограниченным комплектом модулей, позволяет создать без серьезных дополнительных затрат широкую номенклатуру систем инструмента, наиболее приспособленных к конкретным требованиям производства. Агрегатно-модульный принцип компоновки инструмента наиболее эффективен на тяжелых станках, где в основном применяются инструменты, имеющие большие габариты и массу более 15 кг, что делает трудоемким смену и переналадку на новую операцию.

В настоящее время Украина является одним из ведущих производителей в Европе прокатного и металлургического оборудования и комплектующих изделий к нему. Механическая обработка основных изделий производится на тяжелых токарных станках. Поэтому снижение трудоемкости и повышение эффективности обработки на этих станках является актуальной задачей, отвечающей тенденции широкого внедрения высокопроизводительного агрегатно-модульного инструмента.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка системы агрегатно-модульных резцов для тяжелых станков с Dс=1250 мм посредством исследований жесткости сборных резцов с целью прогнозирования состояний систем инструмента.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать принципы создания систем агрегатно-модульного инструмента для тяжелых станков с целью повышения эффективности обработки и надежности, снижения расхода дефицитного твердого сплава, сокращения времени восстановления технологической системы.

2. Провести теоретический анализ напряженно-деформированного состояния модульного инструмента. На базе теоретических и экспериментальных исследований жесткости агрегатно-модульного инструмента разработать принципы конструирования инструмента.

3. Исследовать показатели динамической и прочностной стойкости агрегатно-модульного инструмента с целью прогнозирования состояний систем инструмента.

4. Разработать систему агрегатно-модульного инструмента и режимов их эксплуатации с учетом особенностей тяжелых токарных станков.

Объект исследования - процесс обработки на тяжелых токарных станках с Dс=1250 мм при снятии больших сечений среза.

Предмет исследования - агрегатно-модульный инструмент, конструктивные и геометрические параметры, прочность, жесткость и режимы эксплуатации агрегатно-модульного инструмента.

Методы исследования. Методической и теоретической базой исследований являются основные положения теории резания материалов, надёжности режущего инструмента, основные положения и разделы математического моделирования с применением ЭВМ, теории вероятности. Экспериментальные исследования выполнены на специально созданных измерительных и моделирующих установках для измерения статических и динамических характеристик. Математическая обработка результатов исследований выполнялась с использованием существующего прикладного программного обеспечения.

Научная новизна работы. Разработана новая концепция создания системы агрегатно-модульного инструмента для тяжелых токарных станков с Dс=1250 мм на основании аналитических и экспериментальных методов исследований, позволившая повысить эффективность обработки при снятии больших сечений среза, за счет обеспечения необходимой прочности, жесткости, гибкости системы инструмента, уменьшения расхода твердого сплава и сокращения времени восстановления технологической системы.

Практическое значение полученных результатов.

Практическое значение работы определяется следующими результатами:

1. На базе проведенных исследований была разработана система агрегатно-модульного инструмента с механическим креплением пластин для чернового и получистового точения.

2. Разработаны рекомендации по эксплуатации агрегатно-модульного инструмента для тяжёлых станков, позволяющие осуществить выбор рациональных режимов резания с обеспечением прочности конструкции и износостойкости инструмента.

3. Разработана система выбора параметров агрегатно-модульного инструмента в сочетании с режимами резания и учетом максимального диаметра обрабатываемой детали, условий инструментального обеспечения, конструкции модуля.

4. Разработанной системой агрегатно-модульного инструмента могут быть оснащены тяжелые станки новой гаммы с пластинчатыми, ламельными и обычными суппортами.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах научно-технического центра "Инструмент", кафедры "Металлорежущие станки и инструменты" ДГМА, всеукраинских студенческих конференциях и олимпиадах, где показали высокую заинтересованность участников в решении данной проблемы.

Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 3 научно-технических статьях в специализированных изданиях.

Структура и объем работы. Магистерская работа состоит из 210 страниц, 56 рисунков, 12 таблиц, введения, 4 разделов основной части, общих выводов, списка использованных источников (260 наименований) и 4 приложений.

Основное содержание работы.

В ведении обоснована актуальность темы магистерской работы, сформулирована цель и задачи, определена научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первом разделе выполнен детальный анализ существующих конструкций сборных резцов для тяжелых станков и систем сборного модульного инструмента, описаны способы исследований жесткости инструмента.

Проведенный анализ существующих систем сборного модульного инструмента позволяет сделать вывод, что еще не разработаны системы агрегатно-модульного инструмента для тяжелых станков с Dс=1250 мм, способных выдерживать нагрузки до 100 000 Н и обладающих повышенной жесткостью и прочностью.

Изучение прочностной и динамической жесткости агрегатно-модульного инструмента важно тем, что позволяет с одной стороны дать конкретные рекомендации конструктору, а с другой - получить модели для последующей оптимизации параметров инструмента, его типоразмерных рядов, а также режимов эксплуатации.

Во втором разделе рассмотрены вопросы научного (системного) подхода к формулировке методологий создания и исследования агрегатно-модульных резцов и систем инструмента; общие условия, оборудование и приборы, использованные в экспериментальных исследованиях; представлены используемые методики, рассмотрены результаты разработки оригинальных методик. Проведен синтез и анализ на технологичность спроектированных сборных модульных резцов.

В третьем разделе рассмотрены вопросы экспериментальных и теоретических исследований динамических и прочностных характеристик агрегатно-модульного инструмента. Для определения амплитудно-частотных характеристик агрегатно-модульных резцов применялся измерительный комплекс на базе станка модели 1А65, позволяющий регистрировать частоту колебаний модуля относительно пластинчатого суппорта станка.

Исследования прочности сборных резцов производились по методу конечных элементов в интегрированной среде "Cosmos Works". Результатом определения напряженно-деформированного состояния инструмента стали полученные эквивалентные напряжения.

В четвертом разделе произведен детальный анализ статических и динамических характеристик агрегатно-модульного инструмента, полученных с помощью разработанных методов аналитических и экспериментальных исследований, с целью компоновки оптимального типоразмера, режимов эксплуатации и разработки системы агрегатно-модульного инструмента. Проведена разработка системы агрегатно-модульного инструмента и оптимизации рабочего процесса. Создание систем агрегатно-модульного инструмента является эффективным средством удовлетворения требований потребителей к комплексному оснащению тяжелых токарных станков с ЧПУ, позволившим уменьшить число индивидуальных заказов на инструмент. Агрегатно-модульный принцип компоновки инструмента, с относительно ограниченным комплектом модулей, позволяет создать без серьезных дополнительных затрат широкую номенклатуру систем инструмента, наиболее приспособленных к конкретным требованиям производства.

Анализ разработанной системы инструмента для оснащения тяжелых токарных станков с Dс=1250 мм показывает высокую их эффективность при работе на конкретных производственных операциях, возможность быстрого и удовлетворительного инструментального обеспечения уникальных станков, станков с ЧПУ, тяжелых станков. Создание систем агрегатно-модульного инструмента является эффективным средством удовлетворения требований потребителей к комплексному оснащению тяжелых токарных станков с ЧПУ.

В отличии от существующих ранее инструментов, разработана новая система агрегатно-модульного инструмента. Она предусматривает: унификацию вставок и модулей как для тяжелых станков с пластинчатыми суппортами, так и для станков с обычными резцедержателями и обеспечением удовлетворительного дробления стружки в широком диапазоне режимов резания, быстроту и удобство съёма и замены модулей, сменных вставок, режущих пластин и элементов их крепления.

Системой агрегатно-модульного инструмента оснащаются тяжелые токарные станки новой гаммы с пластинчатыми суппортами мод 1К660Ф3, 1К670ФЗ, 1К665ФЗ выпускаемые ОАО "Краматорский завод тяжелого станкостроения".

Разработка агрегатно-модульного принципа компоновки инструмента для тяжелых токарных станков с ЧПУ позволила создать единую систему инструментального обеспечения, включающую в себя: проектирование, изготовление, подготовку и транспортировку на рабочее место, эксплуатацию и сервисное обслуживание.

В общих выводах проведен детальный анализ проведенной работы по исследованию жесткости сборных резцов и разработки системы агрегатно-модульного инструмента для тяжелых токарных станков с Dс=1250 мм. Проводится обобщение полученных результатов математических и экспериментальных исследований сборных проходных, отрезных и прорезных резцов на прочность и виброустойчивость, благодаря чему сформулирована общая формула обеспечения их жесткости при работе на тяжелых токарных станках с обычным, пластинчатым и ламельным суппортом. Эти данные были использованы для получения оптимальной модели агрегатно-модульной системы инструментов с улучшенными геометрическими, технологическими и эксплуатационными показателями. Таким образом была разработана оптимальная система сборных агрегатно-модульных резцов для тяжелых токарных станков с Dс=1250 мм, которая обеспечит высокую производительность и эффективность при их внедрение в современное машиностроение.

В приложении представлены спецификации к сборочным чертежам резцов, технические характеристики к станку модели 1А65, данные расчетов в среде "Cosmos Works" и таблица комплектующих элементов разработанной системы резцов.

Оглавление

- Введение

- Вводная часть

- Обзор различных конструкций сборных резцов для тяжелых станков

- Анализ существующих систем сборного модульного инструмента

- Способы исследования жесткости сборных резцов

- Научная часть

- Научные методы создания систем агрегатно-модульного инструмента

- Использование принципов системного подхода при создании сборных инструментов и их систем

- Научные принципы проектирования систем агрегатно-модульного инструмента

- Проектирование и анализ на технологичность сборных конструкций проходных, отрезных и прорезных резцов для тяжелых токарных станков

- Методологии исследования жесткости сборных резцов для тяжелых станков

- Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния агрегатно-модульных резцов

- Методики экспериментального исследования жесткости агрегатно-модульных резцов

- Исследовательская часть

- Исследования динамических и прочностных характеристик сборных резцов для тяжелых станков

- Исследование прочности режущих пластин сборных резцов в интегрированной среде Cosmos Works

- Статические исследования прочности сборных прорезных и отрезных резцов в интегрированной среде Cosmos Works

- Экспериментальные исследования виброустойчивости сборных прорезных резцов для тяжелых токарных станков

- Заключительная часть

- 4.1 Разработка системы агрегатно-модульных резцов для тяжелых токарных станков с Dс1250 мм

- Эффективность внедрения систем агрегатно-модульных инструментов в современное машиностроение Общие выводы

- Перечень ссылок

- Приложение А Спецификации к сборочным чертежам

- Приложение Б Техническая характеристика станка мод. 1А65

- Приложение В Расчет режущей пластины сборного проходного резца

- на прочность по эквивалентным напряжениям в интегрированной среде Cosmos Works

- Приложение Г Таблица данных к разработанной системе резцов