ВВЕДЕНИЕ 4
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР СПОСОБОВ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ОСЕВОГО ИНСТРУМЕНТА 13
1.1 Конус Морзе 13
1.2 Метрические конуса 15
1.3 Укороченный конус Морзе 16
1.4 Конус 7:24 17
1.5 Конус Capto 19
2. АНАЛИЗ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕРЛА, ОСНАЩЕННОГО ХВОСТОВИКОМ CAPTO 22
3. АНАЛИЗ ГЕОМЕТРИИ ПРОФИЛЯ КОНУСА CAPTO 30
3.1 Расчет максимального зазора для упрощенной геометрии конуса
Capto 30
3.2. Расчет максимального зазора при неупрощенной геометрии конуса
Capto 35
3.3. Построение графика зависимости максимального зазора от
погрешности изготовления 47
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ТЕМПЕРАТУР В СВЕРЛЕ ПРИ
ПОМОЩИ ПРОГРАММЫ ANSYS 52
4.1 Краткая информация о программе ANSYS 52
4.2 Моделирование напряжений в сверле при воздействии на него
крутящего момента сверления 54
4.3 Моделирование напряжений в сверле при воздействии на него силы
резания, при изготовлении сверла на заточной операции 57
4.3 Моделирование температурного поля в сверле при воздействии на
него закалки ТВЧ 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 68
ПРИЛОЖЕНИЯ 72

Купить

В конце двадцатого века компания «Сандвик Коромант» разработала новый элемент крепления режущей части инструмента к шпинделю станка - хвостовик Capto. Данный крепежный элемент был предложен для увеличения показателей надежности закрепления режущего инструмента. Сейчас данная система под брендом «Коромант Capto» приспособлена к применению абсолютно на любом станке, оборудовании. Ее применяют во всех областях обработки металлов резанием [1]. Большим плюсом данной системы является ее универсальность: инструмент, оборудованный таким хвостовиком можно использовать на любом станке вне зависимости от типа шпинделя и вариантом закрепления требуемого режущего инструмента. На рисунке 1 изображена модель сверла, оснащенного хвостовиком Capto. Данная модель выполнена в программе «Компас».
Основной идеей данного соединения является совокупная работа двух поверхностей, по которым происходит контакт конусов хвостовика и шпинделя станка (на шпинделе станка внутренний конус) используются одновременно [2]. В данном случае это конический треугольник с симметричными сторонами (углы по 60°) и фланец. Первая поверхность позволяет контролировать осевое перемещение, а вторая не дает инструменту перемещаться вдоль его оси. Наибольшей стабильности удалось добиться за счет использования контакта двух базовых поверхностей: посадка с натягом шлифованного конуса хвостовика режущего инструмента и такая же шлифованная опорная поверхность на внутреннем конусе (отверстие) в шпинделе станка. Таким образов конструкторам «Сандвик Коромант» удалось добиться жесткости соединения, его точности, соосности соединения. Так же данное соединение отлично подходит для передачи крутящего момента. При это нагрузки от изгибающих напряжений не превышают допускаемые [3]. На рисунке 2 показано более подробное изображение хвостовика Capto:
Обсуждая геометрию хвостовика Capto, нельзя не отметить его криволинейный профиль. Данная особенность позволяет этому элементу режущей системы наиболее эффективно осуществлять передачу крутящего момента за счет отсутствия каких-либо крепежных элементов, например, шпонок или штифтов. Такая конструкция соединения Capto позволяет практически исключить вероятность осевого перемещения инструмента в любых направлениях.
Использование посадки с натягом в совокупности с высокой зажимной силой позволяет обеспечить полноценный контакт по обеим базовым поверхностям соединения Capto. Большим открытием для инженеров «Сандвик Коромант» стал тот факт, что профиль хвостовика соединения, имеющий криволинейные опорные поверхности большой площади и фланец, при обработке таким инструментом оказался равномерно нагруженным [4].
При таком распределении напряжений обеспечивается полная соосность режущей кромки и шпинделя станка, также несмотря на достаточно высокие силы резания пиковые нагрузки в этом случае отсутствуют. То есть при данном закреплении инструмента крутящий момент передается симметрично по профилю его крепления , в отличие от других способов закрепления, где момент кручения передается шпонкой или силами трения (контактными). На рисунке 3 показана эпюра распределения контактных напряжений в поперечном сечении:
Стоит отметить, что в такой системе закрепления хвостовик очень жестко соединен со шпинделем станка, что благоприятно влияет на его сопротивляемость изгибающим и крутящим напряжениям (рис. 4).
Неотъемлемой частью данного соединения является его точность, которую называют повторяемостью по осям. Ее допуск не превышает ±2 мкм. Все перечисленные выше плюсы в совокупности при использовании такого способа закрепления позволяют работать с увеличенными режимами резания, использовать более высокие значения подачи. А это в свою очередь позволяет предприятию экономить годовое машинное время [6]. Использование жесткого - а жесткость соединения «Коромант Capto» стремится к жетскости цельной конструкции - и очень надежного закрепления позволяет не только снимать большие слои металла за проход, но и существенно снизить вероятность производственного брака. Все вышеперечисленное существенно увеличивает производительность применяемой обработки.
Большим достоинством данной разработки является возможность менять инструмент максимально быстро [5]. Такая особенность существенно сокращает время технологического обслуживания.
Для примера возьмем токарную обработку: на этой операции применяется достаточно дорогое оборудование, однако, на токарной операции эффективное время обработки зачастую составляет лишь 1/3 часть от всего фактически затраченного времени. То есть используемое дорогостоящее оборудование не приносит максимальной прибыли (отдачи).
Применяемая на большинстве предприятиях инструментальная оснастка, не обладает способностью быстро менять инструмент, заготовку [7]. Также нет возможности переналаживать и привязывать инструмент, сменять режущие кромки инструмента. Все вышеперечисленное существенно снижает соотношение эффективного времени обработки к фактическому. Применение быстросменной оснастки, например, оснастки Capto (см. рисунок 5), один из наиболее простых способов увеличить такое соотношение за счет снижения до минимума простоев, что сэкономит массу времени. По исследованиям инженеров «Коромант Capto» экономия времени составит в среднем 7 минут, что позволит дополнительно приобрести предприятию в районе 50 часов рабочего времени на каждый инструмент револьверной головки [8]. С точки зрения экономики, это выводит применение подобной оснастки на срок окупаемости всего в несколько месяцев (за счет использования простого, но эффективного модульного быстросменного соединения).
Помимо массового производства, данная оснастка эффективно показывает себя и в условиях мелкосерийного и среднесерийного производства, где требуется часто переналаживать используемое оборудование на новые детали [9]. Большим плюсом данной системы является также возможность менять державку с уже установленной вне станка пластиной, исключая замену на станке, что позволяет сэкономить львиную долю времени. Применение оснастки разработки и производства «Коромант Capto» на токарных станках (рис. 6) позволяет сократить время, требующееся на замену инструмента, что в свою очередь позволяет увеличть показатели производительности: увеличивается эффективное время обработки, что приводит к увеличению выпуска деталей (за счет снижения вспомогательного времени). Другими словами применение данной модульной оснастки повышает эффективность работы предприятия [10].
Оснастка Capto (рис. 7) включает в себя 6 типоразмеров хвостовика, начиная от минимального размера C3, выполненного диаметром 32 мм, заканчивая размером C8XL, обладающего диаметром 100 мм. Наибольший размер применяют в основном для тяжелой работы, где от закрепления требуется максимальная жесткость соединения.
Анализируя конкурентный рынок производителей оснастки, конструктора «Сандвик Коромант» произвели два сравнительных теста с конкурирующими производителями оснастки для металлорежущих станков. Их целью было определение эффективности своей конструкции и демонстрация конструктивных особенностей оснастки собственного производства:
1) В первом тесте они измеряли величину изгиба резца под действием крутящих и изгибающих нагрузок (моментов) на токарной операции. В качестве основного конкурента Capto C5 была определена модель HSK50-A (система полых хвостовиков, которые обеспечивают правильное базирование и очень надежное закрепление при высокоскоростной обработки резанием - частота вращения в районе 7000 об/мин.). На токарной операции очень важным параметром является восприятие крутящего момента. Данный тест выявил, что прикладывание к модели HSK50-A силу в 4 кН приводит к значительному смещению соединения и нарушению соосности. Когда сила резания приблизилась к граничным значениям для получистового точения - 17 кН отклонение уже было около 0,4 мм, тогда как C5 показывал существенно меньшее значение - всего лишь 0,1 мм. Таким образом модель HSK50-A оказалась применима исключительно для чистовой обработки точением из-за ограниченной способности передачи крутящего момента.
2) Во втором тесте производилось сравнение сопротивления изгибающим нагрузкам, то есть сравнивалось отклонение под действием таких нагрузок. Здесь C5 снова превзошел своего конкурента и показал лучшую эффективность. Оказалось, что благодаря наличию конуса большей длины с меньшей конусностью (1/20 у C5 против 1/10 у HSK50-A), большей площади контактной поверхности и, наконец, существенно большей зажимной силе Capto C5 обладает существенно большей изгибной жесткостью, что позволяет ему лучше воспринимать нагрузку от изгибающего момента.
Подводя небольшой итог, системы «Коромант Capto» были на голову сильнее конкурента при определении параметра жесткости при получистовом точении. Применение таких систем обеспечивает существенный рост производительности обработки металлов резанием за счет возможности быстро сменять инструмент, использовать более жесткие режимы резания, в частности, большие значения скорости подачи, а также другие параметры обработки.
Цель работы:
Повышение надежности закрепления осевого инструмента в процессе резания за счет выбора целесообразной конфигурации хвостовика.
Задачи работы:
1. Провести литературный обзор общих способов закрепления осевого инструмента.
2. Используя силовые соотношения из теории резания и курса сопротивления материалов опередить область применения сверла, оснащенного хвостовиком Capto по сравнению со сверлом, оснащенным хвостовиком Морзе.
3. Проанализировать геометрию конуса Capto, определить зависимость максимального зазора между конусами на шпинделе станка и на хвостовике сверла, от погрешности изготовления отверстия для упрощенной геометрии конуса Capto.
4. Проанализировав геометрию конуса Capto, определить зависимость максимального зазора между конусами на шпинделе станка и на хвостовике сверла, от погрешности изготовления отверстия для неупрощенной геометрии конуса Capto.
5. Построить график зависимости максимального зазора, возникающего в соединении конуса на шпинделе станка и на хвостовике сверла, от погрешности изготовления внутреннего конуса.
6. Используя пакет программы ANSYS, произвести моделирование напряжений в сверле во время процесса обработки данным сверлом.
7. Используя пакет программы ANSYS, произвести моделирование напряжений в сверле во время изготовления данного сверла на заточной операции.
8. Используя пакет программы ANSYS, произвести моделирование расположения температурных полей при изготовлении данного сверла, а именно при его закалке токами высокой частоты (ТВЧ).

Купить