Исследование жесткости блочно-модульного инструмента

Данные по стоимости и долговечности элементов агрегатно-модульных резцов приведены в табл. 4.5.

1. Базовый вариант

(4.2)

где Ц_б=32 грн. - стоимость 1 резца в базовом варианте

N_б - потребное количество резцов в год:

(4.3)

где Т_г - годовой фонд времени работы 1 станка при трехсменном режиме работ;

Таблица 4.5 - Исходные данные для расчета экономического эффекта

К_п=0,85 - коэффициент, учитывающий долю работ системы агрегатно-модульного инструмента в общей трудоёмкости;

Т_б = 0,75 час - средняя стойкость базового резца до переточки;

К_б = 4 - среднее количество переточек базового резца;

где T=1996 час - годовой фонд времени работы 1_го станка;

t_см=3 - количество смен;

шт.,

грн.

2. Новый вариант

(4.4)

где Ц_н=222 грн. - стоимость резцового модуля в новом варианте;

N _мод - потребное количество агрегатно-модульных резцов в новом варианте;

Ц_пл=-25,4 грн - стоимость пластины в новом варианте;

N_пл - потребное количество пластин в новом варианте;

(4.5)

где Т_r=5988 - годовой фонд времени работы 1 станка при трехсменном режиме работы, час;

К_п=0,85 - коэффициент, учитывающий долю работы системы агрегатно-модульного инструмента в общей трудоёмкости;

Т_б=1,8 час - средняя стойкость пластины;

А=4 - среднее количество периодов стойкости;

шт.;

шт.,

где Т_мод= 120 час - стойкость корпуса модульного резца.

Принимаем N_бл=50 шт.

грн.

Экономический эффект от внедрения системы агрегатно-модульного инструмента на одном станке составил:

грн.

Общие выводы

В результате теоретических и экспериментальных исследований созданы основы решения научно-технической проблемы повышения эффективности процесса механической обработки на тяжелых токарных станках сборными резцами, отличающихся высокой работоспособностью при резании с большими сечениями среза.

1. В результате анализа конструкций и технических свойств существующих сборных резцов и инструментальных систем были определены их недостатки и достоинства, намечены пути для разработки систем агрегатно-модульного инструмента. Достоинствами систем сборных резцов являются высокая производительность обработки и простота в эксплуатации за счет быстросменности вставок, блоков и пластин с мехкреплением, значительного уменьшения штучного и вспомогательного времени, уменьшения расхода твердого сплава.

2. Показано, что выбор набора критериев зависит от многих факторов, обуславливающих конкретную производственную ситуацию, вида модульного инструмента, задачи, решаемой при оптимизации. Набор критериев для оптимизации системы инструмента и технологической системы должен включать 3 группы: технико-экономические, экономические и связанные с человеком (человеческий фактор). Показано, что процесс восстановления работоспособности технологической системы делится на 2 группы операций: регулярные, выполняемые каждый раз, например, при восстановлении, в связи со сменой модульного инструмента, и нерегулярные, выполняемые с определенной вероятностью. Последние обычно связаны с технологическими и организационными неполадками, они существенно увеличивают время восстановления. Распределение времени восстановления в целом, а также его компонентов может быть описано различными законами: нормальным, логнормальным. При этом коэффициент вариации изменяется от 0,08 до 1,3. Средний коэффициент вариации для единичных приемов составил 0,3, комплекса регулярных приемов - 0,36 и всего комплекса - 0,79.

3. По результатам компьютерного расчета установлено месторасположение границ действия максимальных эквивалентных напряжений в режущей пластинке, где возможно появление трещин, приводящих к разрушению твердого сплава, что позволяет объяснить причины отказов сборных тяжелонагруженных резцов и оптимизировать размеры режущей пластинки, с учетом формы передней поверхности.

4. Разработанный специальный комплекс для измерения динамической жесткости сборных прорезных резцов на тяжелых токарных станках, позволяет оценить жесткостные характеристики резца, например, такое, как виброустойчивость. Разработанная методика проведения испытаний на виброустойчивость в процессе резания прорезных токарных резцов и программная обработка снимаемых данных позволяет, в результате, построить амплитудно-частотные характеристики. Полученные АЧХ свидетельствуют о том, что пиковые значения амплитуд по разным составляющим силы резания P_z и P_y приходятся на различные частоты, а поэтому возможно геометрически складывать колебания инструмента в двух плоскостях и получать пространственную модель колебаний. Также АЧХ инструмента позволяют определить границы частот колебаний инструмента, которых необходимо придерживаться при прорезке.

5. С использованием результатов исследований жесткости модульного инструмента, а также результаты теоретических расчетов, была разработана гибкая система агрегатно-модульных резцов для тяжелых токарных станков, включающая в себя различные сочетания корпусов, модулей, резцов, вставок, позволившая получить более 200 видов инструментов с различными углами в плане и типоразмерами твердосплавных пластин.

6. Системой агрегатно-модульного инструмента оснащаются тяжелые уникальные станки новой гаммы с пластинчатыми суппортами мод. 1К670Ф3, 1К665Ф3, выпускаемые на ОАО «Краматорский завод тяжелого станкостроения». Увеличение запаса режущих пластин на рабочем месте существенно снижает время восстановления и штучное время. Оптимальный запас пластин по критерию затрат, в значительной степени, зависит от учитываемых статей расходов, а также стоимости твердого сплава. Он зависит также от соотношения весомостей критериев, резко возрастает с увеличением весомости производительности труда. Следует давать дифференцированные рекомендации по выбору норм запаса, так как это динамичная величина, меняющаяся в зависимости от конкретной производственной ситуации. Разработаны рекомендации по эксплуатации агрегатно-модульного инструмента для тяжелых токарных станков с пластинчатыми суппортами, позволяющие осуществить правильный выбор режимов резания с учетом прочности и износостойкости конструкции инструмента.

Таким образом, разработанная система агрегатно-модульных резцов для тяжелых токарных станков с Dс=1250 мм, построенная на базе обычных и пластинчатых модулей, имеет блоки и вставки трех типоразмеров 40х50 мм, 63х73 мм и 80х90 мм. Последние крепятся на державку специальными узлами типа ласточкина хвоста или обычными шпоночно-винтовыми креплениями. Резцы оснащены специальными режущими пластинами с уступом и обычными пластинами круглой, квадратной или треугольной формы. Размеры пластин находятся в диапазоне 16, 25, 32, 40 и 50 мм.

Внедрение разработанной системы обеспечит высокую эффективность её эксплуатации за счет: высокой прочности, жесткости и стойкости (что подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями, проведенными в настоящей работе), увеличения производительности, гибкости и удобства в эксплуатации.

Перечень ссылок

1. Гжиров Р.И., Гречишников В.А., Лагошев В.Г. Инструментальные системы автоматизированного производства Учеб пособ. - С. Пб. Политехника, 1993.-399 с.

2. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем. Справочник-учебник в 3_х т. Т.З. Проектирование станочных систем. / Под общ ред. А.С. Проникова. - М.: изд. МГТУ им Баумана. 2000. - 584 с.

3. Андреев В.Н. Совершенствование режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1993. - 240 с.

4. Инструмент для станков с ЧПУ, многоцелевых станков и ГПС / Федюшин И.Л., Музыкант Я.А., Мещеряков А.И., Маслов А.Р. - М.: Машиностроение. 1990. - 276 с.

5. Сборный твердосплавный инструмент/ Хает Г.Л., Гax B.M., Гузенко В.С. и др. М.: Машиностроение, 1989. - 254 с.

6. Мироненко Е.В., Оптимизация конструктивных и геометрических параметров блочных резцов для уникальных станков. Автореф. дис. канд. технических наук. 05.03.017 Московский Университет Дружбы народов. - М., 1991, - 18 с.

7. Хает Г.Л., Еськов АЛ., Мироненко Е.В. Выбор и эксплуатация инструмента при использовании гибких инструментальных систем. - М., 1991. - 72 с. (Машиностроительное пр-во. сер. инструментальное, технологическое и метрологическое оснащение металлообрабатывающего пр-ва: Обзорн. информ. /ВНИИТЭМР. Вып. 3).

8. Гречишников В.А., Жохова В.В. Стабильность формирования стружки как фактор обеспечения надежности технологической системы // Вестник машиностроения. - 1997. - №7. - С. 20 - 25.

9. Инструментальное обеспечение автоматизированного производства: Учеб. для машиностр. спец. вузов./ В.А. Гречишников, А.Р. Маслов, Ю.М. Соломенцев и др. - М. Высш. шк. 2001/. - 271 с.

10. Варнак В.М. Метод конечных элементов. - К.: Вища школа, 1981. -176 с.

11. Дарков А.В. Сопротивление материалов. М,: Высш. Школа, 1989. - 624 с.

12. Зинкевич О. Метод конечных элементов в технике. - М.: Мир. 1975 -541 с.

13. Рейтман М.И. Залог прочности. - М.: Стройиздат, 1979. - 134 с.

14. Бобров В.Ф. Определение напряжений в режущей части металлорежущих инструментов. - М.: Машиностроение, 1982. - 121 с.

15. Хает Г.Л. Прочность режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1975. - 168 с.

16. Хает Г.Л., Миранцов Л.М. Исследования распределения напряжений в режущей части отрезного резца с механическим креплением пластинки твердого сплава. // Технология и организация производства. - Киев, 1971. - №1. - С. 45 47.

17. Гузенко В.С., Миранцов Л.М. Влияние конструктивных параметров на напряженно-деформированное состояние режущих пластин // Надежность режущего инструмента - Краматорск: ДГМА, Вып. 4, 1991. - С. 61-72.

18. В.С. Гузенко, С.Л. Миранцов, В.Л. Федоров Математическое моделирование динамического состояния тяжелонагруженного инструмента // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов: Специальный выпуск - Донецк: ДонГТУ. Вып.6, Т. 1,1998. - С. 220-222.

19. Общемашиностроительные нормативы режимов резания. Токарные и карусельные работы (выбор инструмента, режимов резания, определение расхода инструмента). - М.: ВНИИТЭМР, 1985. - 75 с.

20. Мироненко Е.В., Бобух Л.А. Гибкость инструментальных систем // Вестник технического университета «Харьковский политехнический институт». Сборник научных трудов. №10. Харьков, 2001. С. 90 94.

21. Розин Л.А. Метод конечных элементов. - Нью-Йорк - Москва: АДЕЛАИДА, 2002. - 32 с.

22. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике / Алямовский А.А., Собачкин А.А., Одинцов Е.В., Харитонович А.И., Пономарев Н.Б. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 800 с.: ил.

23. Остафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1979. - 168 с.

24. Мироненко Е.В. Аналитические исследования напряженно-деформированного состояния агрегатно-модульных конструкций резцов / Надежность инструмента и оптимизация технологических систем. Сб. научн. трудов. - Краматорск - Киев: ДГМА, вып. №13. 2003. - С. 47-51.

25. Грабченко А.И., Мироненко Е.В. Системные принципы создания агрегатно-модульного инструмента и оптимизации рабочего процесса // Резание и инструмент в технологических системах. - Межд. научн.-техн. сборник. - Харьков: НТУ «ХПИ». 2003. - Вып. 64. - С. 47-52.

26. Федоров В.Л., Шустиков А.Д, Влияние жесткости, частоты и амплитуды колебаний инструмента на его стойкость. // Станки и инструмент. -1979. - №7. - С. 18-19.

27. Сборный резец. А.с. 1419847 СССР, МКИ В23 В27/16 / Е.В. Мироненко, Г.Л. Хает, B.C. Гузенко, В Л. Суриков, В.В. Костылев (СССР). - №4216474, заявлено 30.03.87. Опубл. 20.08.88. Бюл. №32 - 3 С.

28. Способ контроля стойкости режущего инструмента. А.с. 905735 СССР, G 01 №3/58 / А.В. Русаков и В.И. Витушкин (СССР). - №1293563, заявлено 08.10.85. Опубл. 28.02.87. Бюл. №8 - 3 с.

Приложение А

Спецификации к сборочным чертежам

Спецификация 1 - резец прорезной lxbxh=40x16x16 мм

Спецификация 2 - резец проходной с ц=90° и 60°

Спецификация 3 - резец отрезной b=16 мм

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»

1. Введение

Подвести итог анализа FEM на Режущей Пластине

2. Информация о файле

3. Материалы

4. Инфор&мация о нагрузке

5. Свойство упражнения

6. Контакт: Состояние контакта: Соприкасающиеся грани - Связанны

7. Результаты усилия

8. Результаты напряжения

9. Результаты перемещения

10. Результаты деформации

11. Результаты проверки проектирования

12. Приложение

Приложение Г

Таблица данных к разработанной системе агрегатно-модульных резцов