CC BY
22
О.М.Балла
Основные направления развития конструкций инструмента
Для обоснования направлений развития конструкций инструмента целесообразно использовать косвенные характеристики работы, выполняемой им за весь срок службы. В качестве данных характеристик можно применить объем удаленного металла для черновой обработки или суммарную длину обработки для чистовой. С математической точки зрения это выражается следующими формулами:
а = $мин»в т кр, (1)
!. = 3МИЛКР, (2)
где О - объем металла, удаленного за весь срок службы инструмента, ммл; I - длина обработанной поверхности за весь срок службы инструмента, мм; -минутная подача, мм/мин; 1 - глубина фрезерования (резания), мм; В - ширина фрезерования, мм; Т - период стойкости инструмента, мин; КР - коэффициент, характеризующий ремонтопригодность инструмента.
Для перетачиваемых конструкций инструмента его величина равна
Кр = п + 1.
Для перетачиваемых конструкций со сменными режущими элементами коэффициент определяется по формуле
Кр = ( п + 1 ) N
для сборных, оснащенных неперетачиваемыми пластинками,
Кр = N Ыь
где п - число переточек инструмента; N - количество запасных комплектов сменных режущих элементов или неперетачиваемых пластин, необходимых для полного использования ресурса корпуса; Ы] - число рабочих граней неперетачиваемых пластин.
Из сопоставления объемов работ, выполненных новым и ранее применяемым инструментами, получим значение коэффициента эквивалентности
Значения коэффициентов срока службы
Характеристика применяемого инструмента Характеристика нового инструмента
Перетачиваемый Перетачиваемый со сменными рабочими элементами Сборный с неперетачиваемыми пластинками
Перетачиваемый (п+1)„ (П+1)б (n+l)HNlH (П+1)б (П+1)б
Перетачиваемый со сменными режущими элементами (п+Ц (п+ 1)бМзб (n+lLNie (n+l)6N16 (П+Пн.^н (п+1}бЫ1б
Сборный с неперетачиваемыми пластинками (п+1)„ Ni6 N6 [n+l)H.NiH Nig N6 ад N16 N6
Он
п=1Гб 131
или
1м
>7 = 77' ^
Ьо
где Г) - коэффициент эквивалентности, показывающий, какое количество инструмента, применяемого по базовому варианту, необходимо для замены на один новый.
Подставив выражения (1) или (2) соответственно в формулы (3) или (4), получим в окончательном виде, независимо от условий обработки (черновая или чистовая)
П=КпрКтКуКср.сл., SMWi.ii.
где Кпр = —---коэффициент производительно-
$мин.б.
Та , , шВн
сти; Кт =----коэффициент стойкости; Ку = -
Тб IбВб
- коэффициент условий работы для фрезерования (для
других видов обработки Ку =—); Кср.сл. - коэффи-
1б
циент срока службы.
Зависимости для определения коэффициента срока службы приведены в таблице.
Ориентировочные значения показателей, входящих в формулу для расчета коэффициента суммарного срока службы, для различных конструкций концевых фрез приведены на рис. 1.
Приведенные показатели могут изменяться в зависимости от условий применения и обрабатываемых материалов. Так, для станков с ЧПУ число допустимых переточек связано с технико-организационным уровнем эксплуатации станков с ЧПУ. На ряде предприятий до-
Рис. 2. Типовая конструкция перетачиваемой концевой фрезы
11 перетачиваемая фреза
Hсборная со сменными перетачиваемыми режущими элементами □ сборная с неперетачиваемыми пластинками
Рис. 1. Значения коэффициентов срока службы для различных конструкций фрез. Перетачиваемые фрезы (п+1)=4. Сборные - с перетачиваемыми режущими элементами (n+l)N= (3+1)20=80. Сборные - с неперетачиваемыми пластинками NN 1=4x100=400
пускается только 1-2 переточки фрез при черновой обработке без изменения управляющих программ, на других регламентированы диаметры перетачиваемых фрез и соответственно к ним привязаны программы с откорректированным диаметром фрез, например: 050мм, 049,5мм, 049мм, 048,5мм. Каждому диаметру фрезы соответствует своя программа. Все это повышает требования к квалификации операторов станков, В настоящее время при применении датчиков нулевого отсчета TS27R или лазерных измерительных систем NC1 исключается необходимость не только программ на измененные диаметры инструмента, но и переточки фрез по заданной градации диаметров. Следствием этого является увеличение числа допустимых переточек инструмента. Все это повышает эффективность применения монолитных конструкций фрез. Корректировка диаметров посредством декадных переключателей не получила на заводах широкого применения из-за возможности ошибки при вводе, приводящей к браку дорогостоящей детали. Для приведенного примера число переточек концевой фрезы возрастет в два раза.
Типовые конструкции фрез, для которых выполнены расчеты, приведены на рис. 2-4.
Полученный комплексный показатель позволяет выполнять оценку технического уровня инструмента по трем категориям качества: производительности, стойкости, суммарному сроку службы без выполнения громоздких расчетов.
С учетом того, что стоимость нового инструмента, как правило, выше, чем у ранее применяемого, данный комплексный показатель необходимо дополнить экономическими характеристиками. В качестве их можно использовать затраты на инструмент, его эксплуатацию и обработку деталей за весь срок его службы, определяемые по формуле
С нов. max. - Сбаз.г] +
Рис. 3. Типовая конструкция концевой фрезы со сменными перетачиваемыми режущими элементами
Рис. 4. Сменный перетачиваемый режущий элемент фрезы
+Z
¿=1
1
1
(5)
(Set + Чс} toi
Knp )\
где Снов.max - максимальные затраты на инструмент, определенные из условия сохранения рентабельности его эксплуатации, руб.; Сбаз - стоимость ранее применяемого инструмента, руб.; Set - стоимость одного часа работы оборудования, руб/час; Чс - часовая
Рис. 4. Типовая конструкция концевой фрезы с неперетачиваемыми пластинками твердого сплава
тарифная ставка рабочего станочника, руб./час; 1о -время работы станка данным инструментом, час.
При выполнении укрупненных расчетов время работы инструмента можно определять через периоды стойкости инструментов (час):
а) для перетачиваемых конструкций инструмента
1о = Т (п+1);
б) для сборных - с перетачиваемыми режущими элементами
Ю = Т (п+1) Ы;
в) для сборных - с неперетачиваемыми пластинками
Ю = Т N N1.
Суммарное время работы инструмента за весь срок его службы приведено на рис. 5.
- • ! Технология машиностроения
Т,мин 8000*"" 7000-' — 6000-5000. j— 4000-3000- f" 2000-1000- Г" o-N*
□ 1 □ 2 □ 3
Рис. 5. Суммарное время работы инструмента за весь срок его службы: 1 - монолитная концевая фреза; 2 - концевая фреза со сменными перетачиваемыми режущими элементами;
3 - концевая фреза с неперетачиваемыми пластинками твердого сплава
Полученная зависимость позволяет обосновать направление совершенствования конструкций инструмента. Необходимость такого обоснования диктуется тем, что на предприятиях при проектировании любого инструмента наибольшее внимание уделяется снижению расхода инструментальных материалов, в основном за счет повышения его стойкости, при этом не учитываются затраты на обработку деталей в цехах основного производства. Очевидно, что в зависимости от условий эксплуатации инструмента приоритет следует отдавать или повышению производительности труда, в том числе и за счет снижения принятых периодов стойкости, или только повышению стойкости.
В настоящее время данные вопросы на стадии проектирования любого инструмента не рассматриваются. Обоснование изменения показателей проектируемого инструмента необходимо выполнять из условия, что затраты на приобретение, изготовление нового
инструмента и его эксплуатацию не превысят ранее сформировавшегося уровня затрат. Для этого выполним анализ зависимости (5) при изменении эксплуатационных характеристик инструмента.
Результаты анализа приведены на рис. 6-8.
7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0>
! ■ф ••
S
■ * -
X*
d ш е g w H H H Г
001 1223344556
Кт
Рис. 6. Зависимость допустимой стоимости от коэффициента стойкости: 1 - исходная стоимость инструмента 100 руб.; 2 - исходная стоимость инструмента 1000 руб.; Кпр. = 1, Кср.сл.= 1, Ку = 1
IUWUUU 100000 10000 1000 100
Сдоп.мах —h^ 1
руб. тья«*** —1
2
100
1000
Кср.сг
Рис. 7. Зависимость допустимой стоимости от коэффициента срока службы: Кт = 1, Ку = 1, Кпр = 1. Исходная стоимость инструмента: 1 - 500 руб., 2 - 1000 руб.
15000 10000 5000 0
-5000 10000 15000
20000
0.5 1 2 3 4 5 6 КпР
Рис. 8. Зависимость допустимой стоимости инструмента от коэффициента производительности: 1, 2 - Си = 200 руб.; 3,4 - Си = 1000 руб.; Кт = 2, Кср.сл. = 1, Ку = 1; 1,3 - $ст = 500 руб./час, 2,4 - Зет = 1000 руб./час, Чс=100 руб./час, &о=10 час
В результате выполненного анализа установлено, что с экономической точки зрения:
- наиболее эффективны комплексы работ по повышению суммарного срока службы инструмента (создание сборных конструкций);
- далее следуют комплексы работ по повышению производительности инструмента (они имеют больший эффект для оборудования с высокой стоимостью часа работы или высокими часовыми тарифными ставками);
- снижение производительности обработки даже за счет увеличения стойкости, особенно для станков с программным управлением, недопустимы;
- и на последнем месте по значимости - комплексы работ по повышению стойкости инструмента (данные направления работ при прочих равных условиях пред-
почтительны для инструментов с высокой начальной стоимостью);
- работы по повышению стойкости, в результате которых может быть снижена производительность при прочих равных условиях, недопустимы;
- следует иметь в виду, что при решении вопросов проектирования (приобретения) инструмента кроме оценки экономической целесообразности его применения необходимо выполнять и технологический анализ по критериям точности, формирования рельефа обработанной поверхности и др;
- следует учитывать, что для сборных конструкций в допустимую стоимость заложена стоимость дополнительных режущих элементов и пластин, используемых за весь срок службы корпусов инструмента.
И.В.Верхозин, Б.Б.Пономарёв
Экспериментальные исследования шероховатости сложной поверхности
Значительная часть изделий современного машиностроения и технологической оснастки для объемного формообразования деталей из металлов, пластических масс и резины имеет поверхности или участки, в -дифференциальной окрестности каждой точки которой главные кривизны от одной точки к другой бесконечно близкой точке изменяются либо по величине, либо по ориентации главных секущих плоскостей, либо по величине и ориентации главных секущих плоскостей одновременно» [1]. Такие поверхности называют сложными, скульптурными, свободной формы или сложнопрофиль-ными. Они характерны для изделий со сложной аэро- и гидродинамикой, бытовой техники, художественного литья и изделий, имеющих эргономические формы, продиктованные условиями эксплуатации, В некоторых случаях детали с такими поверхностями определяют вид и форму соединения или стыка, в других - определяют внешний вид и в большей степени несут эстетическую нагрузку.
Шероховатость сложной поверхности оказывает влияние на эксплуатационные свойства деталей, входящих в кинематические пары и стыки, и качество изделий, получаемых с применением технологической оснастки, используемой в различных процессах формообразования. Состояние микрорельефа во многом определяет трудоемкость доводочных работ. Исследованиям качества поверхностного слоя при обработке деталей на металлорежущем оборудовании и установлению связей между параметрами шероховатости и режимами резания посвящено множество работ. Особо следует отметить работы А.И.Исаева [2], Н.И.Резникова [5], в
которых представлены результаты экспериментальных исследований процесса образования поверхностного слоя при точении и фрезеровании плоских поверхностей. В [4] представлены результаты обработки экспериментальных данных, характеризующих микрорельеф линейчатых цилиндрических поверхностей, имеющих наружную и внутреннюю кривизну, полученную в ходе чистовой обработки концевой сфероцилиндрической фрезой на станке с ЧПУ при прохождении заготовки по образующим. Формирование микрогеометрии двояковыпуклых и двояковогнутых поверхностей с изменяющимися кривизнами является предметом настоящих исследований.
Следует отметить, что при большой номенклатуре изделий, имеющих так называемые сложные или свободные формы, назрела необходимость еще при проектировании технологических процессов назначать режимы обработки и геометрию движения инструмента, ориентируясь на заданные параметры качества поверхностного слоя в пределах их допустимых значений.
Большинство современных САМ-систем в программах расчета траекторий движения инструмента при чистовом фрезеровании в качестве одного из исходных параметров используют допустимую высоту остаточного гребешка, которая при генераторной схеме формообразования поверхности определяет в значительной степени её топографию. При этом совершенно не учитывается влияние на получаемую шероховатость таких параметров, как скорость резания, величина подач, направление фрезерования и других. Но на примерах фрезерования цилиндрическими фрезами плоских по-
