CC BY
4ОСНАСТКА
Г^РАБОТКА МРТАПЛОВ
Исследование опытного образца модульнвй инструментальной оснастки
В условиях современного машиностроительного производства крайне необходимо достичь максимальной эффективности использования машиностроительного оборудования и не менее актуально при этом сохранить высокое качество изделий выпускаемых на данном оборудовании. Повышение эксплуатационной надежности и точности современного оборудования для металлообработки достигается включением в его состав измерительно-информационной подсистемы, с помощью которой решаются задачи диагностики оборудования и режущего инструмента. Практически реализованные и описанные в технической литературе примеры систем диагностирования основаны на использовании различных диагностических признаков. Поэтому при создании систем диагностирования для каждого инструмента необходимо получать информацию из зоны резания о зависящих от состояния инструмента изменениях как функциональных параметров, так и параметров физических явлений, с целью определения наиболее информативных из них. Реализация вышеперечисленного возможно путём совершенствования конструкций режущего инструмента и оснастки для его закрепления в направлении обеспечения предварительной настройки инструмента на тэебуемый размер и повышения точности и жесткости его закрепления, а также оснащения устройствами для получения диагностической информации.
Рис. 1. Исследования на жесткость на станке модели 16К20ФЗ
Наиболее полно этим требованиям отвечают конструкции модульной инструменталэной оснастки, характерная особенность которой заключается в том, что сменный режущий элемент представляет собой как бы только рабочую часть обычного резца, а хвостовая (крепежная) часть условно может быть отнесена к вспомогательному инструменту. Такие элементы меньше по размеру обычных резцов, но больше сменных режущих пластин, что позволяет создавать на режущих элементах базовые поверхности, обеспечивающие стабильное и надежное их закрепление. В этих системах используется специальный режущий и вспомогательный инструмент, который, как правило, технологически более сложен в изготовлении по сравнению со стандартным, однако это открывает широкие возможности для расширения технологических возможностей обо-
А.Н. РОМАШЕВ, доцент, канд. техн. наук, А.Ф. ШАТОХИН, инженер, П.И. ФАСТ, инженер, БТИ АлтГТУ им. И. И. Ползунова, г. Бийск
рудования. Хвостовая часть идеальным образом отвечает требованиям оснащения её устройствами получения диагностической информации, так как одни и те же устройства, размещенные на базовой части могут использоваться для широкой номенклатуры режущего инструмента.
Преобразование аналоговой информации и передача ее в ЭВМ осуществляется с помощью промышленно изготавливаемой высокоскоростной многофункциональной платы сбора данных РС1-1712, которая позволяет получать диагностическую информацию одновременно по 16 каналам с частотой до 1 МГц.
Фиксация, обработка полученной информации в ЭВМ осуществляется с помощью программного комплекса Ас^аШесЬ СепЮАО 4.1, который позволяет в режиме реального времени отслеживать и фиксировать информацию об изменении контролируемых параметров.
На кафедре МРСиИ БТИ проводятся работы по апробации и изучению в производственных условиях опытного образца модульной инструментальной оснастки (рис. 1).
Работа направлена на усовершенствование конструкции и повышение технологичности изготовления модульной инструментальной оснастки и расширения области ее применения. На данную конструкцию была подана заявка на изобретение и получен патент №2242331 от 21.12.04г.
Реализованная в данной конструкции идея закрепления инструментальных блоков обеспечивает достаточно большую силу зажима (около 20 кН), высокую жесткость соединения (около 0,01 мм/кН) и точность (радиальное биение не превышает 4,5 мкм). Полученные данные опытного образца инструментальной оснастки и аналогичных систем импортного производства просчитывались на жесткость и точность.
Вспомогательный инструмент как элемент технологической системы испытывает деформацию двух видов: тела деталей (изгиб, кручение) и поверхности слоёв этих деталей, которыми они контактируют в местах соединения. Деформациям первого вида противостоит объёмная жёсткость, а второго - контактная жёсткость.
Объёмная жёсткость (податливость) с достаточной для практики степенью точности определяется по известным зависимостям, исходя из действия составляющих силы резания, геометрических размеров, вспомогательного инструмента и свойств материалов, из которых он изготовлен. Контактная жёсткость (податливость) в стыках также определяет деформации в местах приложения силы резания. Контактная десэормация зависит от многих факторов: величины и вида нагружения, величины и распределения давлений, значений зазоров, точности обработки и размеров сопрягаемых поверхностей. Зазоры в стыках деталей вспомогательного инструмента вызывает существенные перемещения в точке приложения силы (в ряде случаев даже большие, чем прогиб самих режущих инструментов на свободной длине). Упругое контактное перемещение вспомогательного инструмента и закреглённого в нём режущего инструмента под действием силы Р, приложен-
ORPAROTKA MFTAfinOR
ОСНАСТКА
ной на некотором удалении от конца стыка, расчитывалось по формуле:
У =50+е -1, где 50 - смещение на краю стыка в результате контактной податливости, мм; 0 - угол поворота в стыке, мкм/мм [1]. При хорошем качестве изготовления присоединительных поверхностей вспомогательного инструмент величиной 50 в указанной формуле можно пренебречь и рассчитывать перемещения только по углу поворота.
Перемещение каждого рассматриваемого инструментального блока определялось как суммарное перемещение режущей кромки в точке приложения нагружающей силы Р с учётом контактной податливости в соединениях инструментальной оснастки. То есть перемещение 6В было определено по формуле:
Таблица
Оснастка Податливость, мм/кН Смещение (перекос), мкм
KV Kennametal (США) 0,017 4,92
MTX Widia Krupp (Германия) 0,012 4,3
BTS Sandvik Coromant (Швеция) 0,007 32
FTS Hertel (Германия) 0,002 1,57
Опытный образец 0,011 4,92
5в = Р'Е
tt'J
3 • Е • J,
+ 10
п Л2
5')
К£ коэффициент относительного рассеяния замыкающего звена; в| величина биения ¡-го звена; Aj передаточное отношение; К, коэффициент относительного рассеяния ¡-го звена; п - число звеньев в цепи [1]. Характеристика замыкающего звена [1]:
К = 1 +
0,55
о £
где Р - нагружающая сила, Н;
1| -длина ¡-го элемента вспомогательного инструмента, мм;
4 осевой момент сечения ¡-го элемента, мм4; п - число элементов;
Е - модуль продольной упругости,Е=2,1-105 Н/мм2 ; 6, /М податливость ¡-го соединения,(кН м)-1 . [1] Важнейшим требованием к вспомогательному инструменту для станков с ЧПУ явля- 0д® ется обеспечение достаточной результирующей точности. Биение режущей части инструмента в системе координат станка рассматривается как замыкающее звено в сложной размерной цепи, образованной отклонениями линейных и угловых элементов технологической системы. Решение уравнения этой цепи позволяет учесть законы распределения отклонений размеров вспомогательного и режущего инструмента при их изготовлении и случайный характер составляющих погрешностей, таких, как смещения и перекосы осей при сборке режущего и вспомогательного инструмента в инструментальные блоки.
Угловые ошибки составляющих звеньев (перекосы осей) и векторные ошибки (параллельное смещение осей) суммируются путём приведения перекосов осей к векторному виду в плоскости замыкающего звена (биения режущей части) через передаточные отношения по формуле:
Значения К, и е( определялись по рекомендациям [2].
Данные результатов расчетов сведены в таблицу.
На рис. 2 представлены графически результаты статических испытаний опытного образца инструментальной оснастки при приложении силы, моделирующей составляющую силы резания Рг.
оооо
0012.96
7S&22
9039 Ю
Ю5«5.19
Составляющая Рг, 120S1SS 13SS8.1S
е
А : • К ; • е2
где е£ - половина допустимой величины биения замыкающего звена;
Нагрумрлжуьцлао жемвнюа —О" Тяорыпичссли рлссчигтнмм значения —рюкущяяо эпшманл
Рис. 2. Зависимость величины прогиба инструментальной оснастки под действием составляющей силы реззния Р, при статическом нагружении.
Литература
1. Кузнецов Ю.И., Маслов А.Р., Байков А.Н. Оснастка для станков с ЧПУ: Справочник. - 2-е изд., перераб. и дсп. - М.: Машиностроение, 1990. - 512 е.: ил.
2. Инструмент для станков с ЧПУ, многоцелевых станков и ГПС /И.Л. Фадюшин, Я.А. Музыкант, А.И. Мещеряков и др. - М.: Машиностроение 1990. - 272 е.: ил.
