Підвищення ефективності застосування універсальних різців за рахунок оптимізації геометричних параметрів поворотної робочої частини - Автореферат

Наприклад, кількість типорозмірів інструментів на Волгоградському і Харківському тракторних заводах становить відповідно 10900 і 9400, у тому числі кількість типорозмірів різців - 3700 і 3400. Мета дослідження - зниження номенклатури державок різців і різальних пластин, які входять до системи токарного інструмента, за рахунок створення універсальних токарних різців з оптимальними геометричними параметрами поворотної робочої частини. Предметом дослідження є геометричні і конструктивні параметри робочої частини при її повороті відносно державки, умови закріплення робочої частини на державці, напружено-деформований стан елементів різця, які у сукупності визначають технічні й технологічні можливості інструмента. Запропонувати методику виконання етапів проектування, специфічних для токарних різців з поворотною робочою частиною: а) розвинути концепцію підвищення універсальності різців за рахунок повороту робочої частини навколо осі, яка перпендикулярна опорній поверхні багатогранної непереточуваної пластини; Провести дослідження напружено-деформованого стану елементів різця з поворотною робочою частиною з метою визначення статичної жорсткості конструкції різця і її внеску в загальну жорсткість технологічної системи.У першому розділі „Існуючи способи удосконалення систем токарного інструмента і методики проектування різців, що входять до системи” проведений аналіз існуючих систем токарного інструмента, окремих конструкцій токарних різців підвищеної універсальності і виконана їх класифікація. Етапи проектування стандартного інструмента, у розробку яких внесли значний внесок Бобров В.Ф., Вульф А.М., Гречишников В.А., Грановський Г.І., Лашнєв С.І., Перепелиця Б.А., Петрухін С.С., Равська Н.С., Родін П.Р., Семенченко І.І., Сахаров Г.Н., Юліков М.І. і ін., включають: аналіз умов експлуатації різального інструменту; вибір відповідного інструментального матеріалу; вибір або визначення геометричних і конструктивних параметрів робочої частини, а також параметрів опорної поверхні під пластину на державці; визначення габаритів державки різця та розрахунок елементів вузла кріплення різальної пластини з метою перевірки. До них відносяться: оптимізація геометричних параметрів робочої частини; визначення технічних обмежень, що накладаються на режими обробки умовами закріплення поворотної робочої частини на державці різця; дослідження напружено-деформованого стану елементів різця. У третьому розділі „Оптимізація геометричних параметрів робочої частини універсально-збірних різців, оснащених багатогранними непереточуваними пластинами” отримана система залежностей для визначення геометричних і конструктивних параметрів робочої частини при її повороті навколо осі, яка перпендикулярна опорній поверхні БНП, що дозволяє оптимізувати базові геометричні параметри робочої частини за критерієм максимального діапазону зміни головного кута в плані. Наприклад, для різця, оснащеного квадратною БНП, система технічних обмежень має вигляд: ,(1) де j, AN, l0 - відповідно базові головний кут у плані, задній нормальний кут і кут нахилу головної різальної кромки; n, n1 - допоміжні кути (верхні знаки використовуються при повороті робочої частини за годинниковою стрілкою, нижні - проти годинникової стрілки).У дисертаційній роботі вирішена важлива наукова і народногосподарська задача, яка полягає в зниженні номенклатури державок різців і різальних пластин, що входять у систему токарного інструмента, а, разом з тим, і зниження металоємності систем на 20 - 70% у порівнянні із системами на базі стандартних різців, за рахунок створення універсальних токарних різців з оптимальними геометричними параметрами поворотної робочої частини, які оснащені БНП. Оптимальне базове положення опорної поверхні на державці різця, що забезпечує можливість установки набору поворотних підкладок, оснащених БНП різної форми, характеризується наступними геометричними параметрами: gпов = - 10,5°, gпоп = - 6,0° і забезпечує такі базові геометричні параметри робочої частини: jб= 30°; ANБ = 12°; lб = 0°. Установлено, що міцність деталей вузла кріплення й умови закріплення поворотної робочої частини на державці не накладають обмеження на величину припустимих подач, а величини припустимих подач при точінні обмежуються міцністю БНП, потужністю двигуна привода головного руху верстата та вібростійкістю технологічної системи. Точність обробки залежить не стільки від жорсткості різця, скільки від жорсткості систем “різець - різцетримач” і “різець - супорт”. Встановлено, що жорсткість системи “різець - супорт” в 3,9 - 4,2 рази нижче, ніж жорсткість системи “різець - різцетримач”, відповідно для різців з поворотною робочою частиною й стандартних різців.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У дисертаційній роботі вирішена важлива наукова і народногосподарська задача, яка полягає в зниженні номенклатури державок різців і різальних пластин, що входять у систему токарного інструмента, а, разом з тим, і зниження металоємності систем на 20 - 70% у порівнянні із системами на базі стандартних різців, за рахунок створення універсальних токарних різців з оптимальними геометричними параметрами поворотної робочої частини, які оснащені БНП.

1. Вперше розроблені класифікації переналагоджуваних і регульованих універсально-збірних різців і способів підвищення універсальності токарних різців.

2. Оптимізовані геометричні параметри робочої частини за критерієм максимальної величини діапазону зміни головного кута в плані з використанням запропонованої системи математичних залежностей для розрахунку статичних геометричних і конструктивних параметрів поворотної робочої частини.

3. Оптимальне базове положення опорної поверхні на державці різця, що забезпечує можливість установки набору поворотних підкладок, оснащених БНП різної форми, характеризується наступними геометричними параметрами: gпов = - 10,5°, gпоп = - 6,0° і забезпечує такі базові геометричні параметри робочої частини: jб= 30°; ANБ = 12°; lб = 0°. При цьому максимальний припустимий діапазон установлюваних кутів у плані досягається при установці пластин з кутами при вершині від 80° до 108°.

4. Визначені на стадії проектування технічні обмеження, що накладаються на режими обробки умовами закріплення поворотної робочої частини на державці різця. Установлено, що міцність деталей вузла кріплення й умови закріплення поворотної робочої частини на державці не накладають обмеження на величину припустимих подач, а величини припустимих подач при точінні обмежуються міцністю БНП, потужністю двигуна привода головного руху верстата та вібростійкістю технологічної системи.

5. Точність обробки залежить не стільки від жорсткості різця, скільки від жорсткості систем “різець - різцетримач” і “різець - супорт”. Встановлено, що жорсткість системи “різець - супорт” в 3,9 - 4,2 рази нижче, ніж жорсткість системи “різець - різцетримач”, відповідно для різців з поворотною робочою частиною й стандартних різців.

6. Величина шорсткості Ra обробленої поверхні може бути визначена як добуток двох співмножників. Перший співмножник являє собою залежність Ra від геометричних параметрів робочої частини й подачі. Другий співмножник ураховує зміну нерівностей пластичними деформаціями, жорсткістю технологічної системи, наявністю шорсткості на ріжучій кромці інструмента і являє собою коефіцієнт, знайдений експериментально.

7. Етапи проектування токарних УЗР в доповнення до етапів проектування стандартних різців повинні бути доповнені обґрунтуванням способу підвищення універсальності різця, оптимізацією геометричних параметрів за величиною діапазону регулювання, а також конструктивних елементів вузла кріплення робочої частини до державки або визначенням обмежуючих режимів обробки із умов міцності вузла кріплення.

8. На основі запропонованої вдосконаленої конструкції (Патент України №51167 А) в умовах НВП “Еталон” була впроваджена система токарного інструмента, застосування якої забезпечило річний економічний ефект у розмірі восьми тисяч гривень.

Результати досліджень використовуються в навчальному процесі в рамках дисциплін “Теорія різання ” і “Різальний інструмент”, а також при виконанні дипломних проектів і магістерських робіт.

Основні положення дисертації опубліковані в наступних роботах: 1. Матюха П.Г., Гринев Ю.А. Исследование условий закрепления поворотной подкладки с режущей пластиной на державке универсально-сборного резца //Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. - Донецк: ДОНГТУ. - 2000. - Вып. 10. - С. 131-137.

2. Матюха П.Г., Гринев Ю.А. Определение моментов сил трения между поворотной режущей частью и державкой универсально-сборного резца //Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. Голова редакційної ради Г.Л. Хаєт. - Краматорськ: ДДМА, 2000. - Вип. 10 - С. 162 - 166.

3. Матюха П.Г., Гринев Ю.А., Скрынников В.С. Определение моментов сил трения в статике, возникающих при закреплении поворотной подкладки с керамической режущей пластиной на державке универсально-сборного резца //Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. - Донецк: ДОНГТУ, 2001. - Вып. 15. - С. 176 - 182.

4. Гринев Ю.А. Анализ конструкций узла крепления поворотной режущей части на державке универсально-сборного резца //Труды Одесского политехнического университета: Научный и производственно-практический сборник по техническим и естественным наукам. - Одесса, 2001. - Вып. 5. - С. 104 - 107.

5. Матюха П.Г., Гринев Ю.А. Определение геометрических и конструктивных параметров режущей части универсально-сборного резца //Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. - Донецк: ДОНГТУ, 2001. - Вып. 17 - С. 85 - 89.

6. Гринев Ю.А., Матюха П.Г. Исследование изменения геометрических параметров универсально-сборных резцов с поворотной режущей частью //Вісник Сумського державного університету. Науковий журнал. Серія технічні науки (технологія машинобудування). - Суми: Видавництво СУМДУ. - 2002. - №2 (35). - С. 36 - 40.

7. Матюха П.Г., Гринев Ю.А., Скрінников В.С. Универсально-сборные резцы для гибких производственных систем //Резание и инструмент в технологических системах. Межд. Научно-техн. сборник - Харьков: НТУ “ХПИ”, 2002. - Вып. 61. - С. 136 - 140.

8. Гринев Ю.А., Матюха П.Г. Исследование жесткости универсально-сборных резцов с поворотной режущей частью //Вісник Сумського державного університету. - Суми: Видавництво СУМДУ. - 2003. - №2 (48). - С. 40 - 44.

9. Гринев Ю.А., Матюха П.Г. Влияние угла поворота рабочей части универсально-сборных резцов на высоту неровностей обработанной поверхности //Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. - Донецьк: ДОННТУ, 2004. - Випуск 71. - С. 81 - 90.

10. Матюха П.Г., Гриньов Ю.О. Математична модель умов закріплення поворотної робочої частини на державці універсально-збірного різця у процесі обробки. //Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА, 2005. - Вип. № 17. - С. 258 - 266.

11. Гринев Ю.А. Определение геометрических параметров рабочей части универсально-сборных резцов с учетом смещения вершины в процессе установки различных углов в плане. //Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. /Редкол. Башков Є.О. (голова) та інш. - Донецьк: ДОННТУ, 2005. - Випуск 92. - С. 134 - 143.

12. Матюха П.Г., Гриньов Ю.О., Скринніков В.С. Особливості проектування токарних різців гнучких конструкцій. //Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. - Донецьк: ДОННТУ, 2006. - Випуск 110. - С. 59 - 63.

13. Гринев Ю.А. Определение допустимых подач при обработке универсальными резцами с поворотной рабочей частью. //Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Машинобудування і машинознавство. - Донецьк: ДОННТУ, 2007. - Випуск 4 (124). - С. 75-80.

14. Патент №51167А України, МКІ 7 В23В27/16. Універсально-збірний інструмент /МАТЮХАП.Г., Гриньов Ю.О., Скринніков В.С., Брежний С.А. Опубл.15.11.2002. Бюл. №11.

15. Гринев Ю.А. Влияние смещения вершины универсально-сборных резцов на геометрические параметры рабочей части при установке различных углов в плане /Тези доповідей Четвертої всеукраїнської науково-технічної конференції “Машинобудування України очима молодих: прогресивні ідеї - наука - виробництво”. - Київ: НТУУ “КПІ”, 2004. - C 19 - 20.

Размещено на .ru