Разработка и исследование экспериментально-аналитической модели взаимосвязи стойкости сборных проходных резцов с параметрами их колебаний в процессе резания

• Автор: Копылов, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ
1.1. Существующие представления о влиянии колебаний
на стойкость и прочность инструмента
1.2. Существующие представления о природе высокочастотных автоколебаний
1.3. Оценка существующих методов устранения высокочастотных автоколебаний
1.4. Методы учета динамических явлений в упругой системе при прогнозировании стойкости и прочности инструмента
1.5. Выводы по обзору работ и постановка задач исследования
Глава 2. РАЗРАБОТКА ГИПОТЕЗЫ И МОДЕЛИ
2.1. Гипотеза о связи колебаний режущего инструмента
с его стойкостью
2.2. Математическая модель связи стойкости инструмента
с колебаниями в процессе резания
Глава 3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ, УПРУГОЙ СИСТЕМЫ РЕЗЦОВ И ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ СТЕНДОВ
3.1. Методика исследования
3.2. Определение характеристик процесса резания
и трения
3.2.1. Разработка методики эксперимента
3.2.2. Описание стенда резания и трения
3.2.3. Описание комплекса измерительной и регистрирующей аппаратуры
3.2.4. Вихретоковые бесконтактные датчики перемещения
3.2.5. Двухкан&льный коммутатор сигналов
3.3. Стенд для определения статических характеристик сборных резцов
3.3.1. Градуировка измерительных цепей
3.4. Методика и описание стенда для определения динамических характеристик сборных резцов
3.4.1. Общая схема стенда и измерительного
комплекса аппаратуры ,
3.4.2. Градуировка измерительных цепей
Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И УПРУГОЙ СИСТЕМЫ
4.1. Результаты экспериментов по резанию и трению
4.1.1. Результаты экспериментов по резанию стали.
4.1.2 Результаты экспериментов по трению стали
4.1.3 Результаты экспериментов по резанию чугуна.
4.1.4 Результаты экспериментов по трению чугуна..
4.2. Исследование статических характеристик экспериментальных резцов
4.3. Исследование частотных характеристик резцов
Глава 5. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ
И СТОЙКОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ РЕЗЦОВ
5.1.Моделирование колебаний сборных проходных
резцов
5.2. Расчет усталостной прочности резцов с различными способами крепления режущих пластин
5.3. Исследования резцов в процессе резания
5.4 Анализ полученных результатов
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Современный уровень технологии обработки металлов резанием характеризуется широким применением сборных режущих инструментов со сменными взаимозаменяемыми режущими пластинами, высокоэффективных инструментальных материалов, высоких скоростей перемещения рабочих органов станков. В этих условиях приобретает особую актуальность проблема учета динамических явлений, сопровождающих процесс резания на станках и их влияние на выходные характеристики процесса резания.
Процесс резания металлов при любых условиях обработки сопровождается наличием колебаний. Изменение условий обработки меняет лишь характер спектра колебаний системы станок - инструмент -деталь (СИД), уровень его отдельных составляющих. Причинам возникновения колебаний в процессе резания, влиянию параметров колебаний на выходные характеристики процесса резания посвящено достаточно много работ российских и зарубежных исследователей. Большинство авторов склонны считать, что для инструментальных материалов, обладающих низкой циклической прочностью, таких как твердые сплавы, режущая керамика, сверхтвердые материалы, имеет место некоторая предельная амплитуда колебаний, при достижении которой резко увеличивается износ режущего инструмента. При этом с увеличением частоты колебаний величина предельной амплитуды уменьшается. Однако в известных работах по исследованию динамических явлений в процессе резания отсутствуют модели, применение которых позволило бы прогнозировать параметры колебаний на частотах выше 10 кГц, что особенно важно при анализе работоспособности сборных режущих инструментов со сменными режущими пластинами. В этой связи представляется актуальной задача создания модели, описывающей взаимосвязь параметров колебаний, конструктивных особенностей

элементов и редукторов, соединены с планшайбой стола и другими подвижными узлами.
Использование высокоскоростных шпиндельных узлов предполагает применение дополнительных мер по динамической балансировке шпинделя и вращающегося режущего инструмента, исполнению хвостовиков инструментов по стандарту Н8К, использованию более мощных насосов подачи СОЖ и других конструктивных мер.
Повышение производительности за счет высокоскоростной обработки приводит к ряду проблем. Одной из них является быстрый износ шпиндельных подшипников и конусного .соединения шпинделя, что, в свою очередь, сопровождается вибрациями, уровень которых чрезвычайно трудно предусмотреть при программировании. Так, стандартное исполнение конуса 7:24 №50 допускает без значительного износа момент не более 650...800 Нм. Износ проявляется в виде коричневых пятен на конических частях как державки, так и шпинделя. Через некоторое время при такой нагрузке конус вблизи большого диаметра бывает изношен, что, в свою очередь, изменяет резонансные частоты и ведет к еще более прогрессирующему износу. При таком износе конического соединения на тех частотах вращения шпинделя, которые позволяют повысить производительность, обработка становится невозможной из-за резко возрастающих вибраций. Крепление инструмента по стандарту ШК снимает проблемы такого рода до моментов порядка 1300... 1600 Нм.
Другими словами, малый, незаметный для оператора износ конуса ведет к смешению резонанса в область более низких частот, ближе к третьей гармонике, что сопровождается интенсификацией износа и ведет к браку деталей. Схожие последствия имеют и другие факторы обработки: вариации скорости резания; скручивание инструмента, особенно с длинными пазами и лезвиями, от сил инерции; дисбаланс масс, сильно влияющий на изгибающий момент; вариации сечения среза из-за значительного разброса размеров заготовок, твердости обрабатываемого