Повышение производительности обработки на основе совершенствования вспомогательного инструмента для закрепления концевых фрез способом термических деформаций

• Автор: Барабанов, Андрей Борисович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования

1.1. Исследования влияния средств базирования и закрепления режущего инструмента на производительность обработки на станках с ЧПУ
1.2. Классификация средств базирования и закрепления вращающегося режущего инструмента

1.2.1. Системы с промежуточной деформируемой втулкой

1.2.2. Системы с односторонним прижимом винтом

1.2.3. Системы, образуемые в результате запрессовки или термической деформации

1.3. Требования к закреплению концевых фрез для высокоскоростной обработки

1.4. Цели и задачи исследования

Глава 2. Исследование системы базирования и закрепления фрез,

образованной в результате термической деформации
2.1. Расчет размеров и допускаемых отклонений деформируемого
цилиндрического отверстия
2.2. Расчет крутящих моментов и осевых сил закрепления фрез
2.3. Обоснование конструктивных параметров термопатрона для
закрепления концевых фрез с цилиндрическим хвостовиком
Выводы по главе
Глава 3. Экспериментальные исследования соединений моделей
втулок и оправок
3.1. Методика, оборудование и приборы
3.2. Исследование точности базирования, жесткости и сил закрепления
3.3. Определение термических параметров режима закрепления
Выводы по главе
Глава 4. Разработка промышленного образца термопатрона для
закрепления концевых фрез
4.1. Разработка конструкции термопатрона и технологии его
изготовления
4.2. Результаты испытаний разработанной конструкции
4.3. Разработка рекомендаций по эксплуатации термопатрона
Выводы по главе
Глава 5. Сравнение конструкций вспомогательного инструмента по
установленным критериям
5.1. Точность базирования и жесткость закрепления
5.2. Производительность фрезерования
5.3. Балансировка и затраты на обслуживание
5.4. Использование рабочего пространства станка
Выводы по главе
Основные выводы и результаты
Библиографический список
Приложения
Приложение 1. Расчет тепловых напряжений на внутренней поверхности
охватывающей детали соединения втулка-оправка
Приложение 2. Рабочие чертежи экспериментальных моделей втулок и
оправок
Приложение 3. Рабочие чертежи термопатронов
Приложение 4. Маршрутная карта механической обработки термопатрона.. 120 Приложение 5. Технический акт о внедрении результатов исследований и
разработок

ВЕДЕНИЕ
Прогрессивным методом изготовления пресс-форм и штампов из закаленных стальных заготовок и ряда деталей из легких и сплавов является их фрезерование на 5-координатных станках с ЧПУ с большими скоростями резания (400-3000 м/мин) концевыми твердосплавными фрезами с цилиндрическими хвостовиками диаметром 3..32 мм.
Для базирования и закрепления этих фрез применяют вспомогательный инструмент со специальными хвостовиками для закрепления в шпинделях станков. В передней части вспомогательного инструмента располагаются конструктивные элементы, образующие различные системы базирования и закрепления цилиндрических хвостовиков фрез.
Из-за малых величин подач (менее 0,005 мм/зуб) к вспомогательному инструменту предъявляются высокие требования по точности закрепления фрез (биение геометрической оси фрезы 0,003...0,005 мм). Из-за высоких частот вращения (до 30 000 мин'1) необходимо чтобы собранные комплекты инструмента имели малый остаточный дисбаланс (класс точности балансировки порядка И 4,0...И 6,3).
Из-за большого перепада высот профилей указанных деталей вспомогательный инструмент должен иметь минимальные наружные размеры (габариты) и большой вылет (свыше160 мм) для обеспечения высокой жесткости собранного комплекта инструмента. По ряду показателей этим требованиям соответствует так называемый «термопатрон» обеспечивающий закрепление фрез способом термических деформаций.
Однако при этом отсутствуют объективные рекомендации по выбору конструктивных и геометрических параметров вспомогательного инструмента для высокоскоростного фрезерования, нет сведений о материалах, из которых он изготовлен, об особенностях его эксплуатации и изготовления. Исследования зависимости производительности обработки от конструктивного варианта применяемого вспомогательного инструмента при высокоскоростном фрезеровании до настоящего времени не проводилась.
Сила, направленная по нормали к конической поверхности, определяется из соотношения сил:

tg{a + p) + tgp
где р - угол трения между коническими поверхностями цанги и корпуса. Промежуточная деформируемая втулка показана на рис. 1.8.
Удельное давление рц в стыке хвостовик инструмента - отверстие цанги равно:

Л, (1.10)
(т1хв
где г - количество прорезей во втулке с двух сторон.
Такой стык можно рассматривать как цилиндрическое соединение с натягом, для которого передаваемый крутящий момент и осевая удерживающая сила могут быть определены по следующим соотношениям [19]:

1 , (1.П)
рп = Р.МЛ1- (I-12)
Величина коэффициента сцепления р для цилиндрических внутренних поверхностей цанг без насечек равна 0,6...0,7» [19].
На рис. 1.9 приведены значения Мкр, рассчитанные для цанговых патронов различных конструкций. Момент сил резания Мрез рассчитан для высокопроизводительного фрезерования чугуна твердосплавными фрезами.
Очевидно, что наличие конического соединения и неравномерность упругости лепестков промежуточной втулки не позволяют добиться высокой точности базирования концевых фрез из-за сложности технологии ее изготовления. С точки зрения размерного анализа наличие промежуточной втулки также является фактором, мешающим достижению высокой точности.
Гидравлические патроны также как и цанговые снабжены промежуточной деформируемой втулкой. Для ее деформации используется давление гидравлической жидкости (рис. 1.10). В корпусе 1 патрона выполнены полости б и кана-