Повышение эффективности обработки вогнутых поверхностей сложной формы на станках с ЧПУ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. Анализ технологического процесса механической обработки деталей с вогнутыми поверхностями сложной формы на фрезерных станках с ЧПУ 8
1.1. Анализ процесса объемного фрезерования 8
1.2. Анализ методов повышения точности объемного фрезерования 16
1.3. Анализ методов управления режимами резания на фрезерных станках с ЧПУ 19
1.4. Определение режимов резания 25
1.5. Выводы по первой главе. Постановка задачи исследования 30
Глава 2. Теоретические исследования технологического процесса механической обработки деталей с вогнутыми поверхностями сложной формы на фрезерных станках с ЧПУ 33
2.1. Определение геометрических параметров ранее необработанных зон 33
2.1.1. Определение глубины резания 34
2.1.3. Условие приближения инструмента к ранее необработанной зоне 40
2.2. Определение силы резания 42
2.2.1. Моделирование толщины срезаемого слоя 45
2.2.2. Определение коэффициента усадки стружки 48
2.2.3. Определение угла контакта режущей кромки с обрабатываемой
поверхностью 55
2.3. Расчет погрешности динамической настройки 59
2.4. Управление точностью чистовой обработки 64
2.4.1. Расчет подачи 64
2.4.2. Управление скоростью резания 67
2.4.3. Управление подачей 71
2.5. Выводы по второй главе 75
Глава 3. Экспериментальные исследования технологического процесса обработки вогнутых поверхностей сложной формы 76
3.1. Разработка плана проведения экспериментов 76
3.2. Эксперименты по определению геометрических параметров
зоны резания на станках с ЧПУ 79
3.2.1. Экспериментальное определение радиуса дуги окружности в
автоматическом режиме на стойке с ЧПУ 79
3.2.2. Эксперимент по определению ранее необработанных участков в
автоматическом режиме на стойке с ЧПУ 81
3.3. Экспериментальное исследование изменения силы резания 84
3.3.1. Обработка поверхности в форме окружности без регулирования
режимов резания 84
3.3.2. Обработка окружности на оптимальных режимах резания 89
3.3.3. Обработка поверхности в форме параболы 91
3.4. Контроль точности обработки 100
3.5. Выводы по третьей главе 104
Глава 4. Исследование производительности и точности обработки при изготовлении формообразующей оснастки 105
4.1. Анализ объекта производства 105
4.2. Сравнение методов обработки вогнутых поверхностей 109
4.3. Выводы по четвертой главе 116
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ 117
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 119
1.
Глава 1. Анализ технологического процесса механической обработки деталей с вогнутыми поверхностями сложной формы на фрезерных станках с ЧПУ 8
1.1. Анализ процесса объемного фрезерования 8
1.2. Анализ методов повышения точности объемного фрезерования 16
1.3. Анализ методов управления режимами резания на фрезерных станках с ЧПУ 19
1.4. Определение режимов резания 25
1.5. Выводы по первой главе. Постановка задачи исследования 30
Глава 2. Теоретические исследования технологического процесса механической обработки деталей с вогнутыми поверхностями сложной формы на фрезерных станках с ЧПУ 33
2.1. Определение геометрических параметров ранее необработанных зон 33
2.1.1. Определение глубины резания 34
2.1.3. Условие приближения инструмента к ранее необработанной зоне 40
2.2. Определение силы резания 42
2.2.1. Моделирование толщины срезаемого слоя 45
2.2.2. Определение коэффициента усадки стружки 48
2.2.3. Определение угла контакта режущей кромки с обрабатываемой
поверхностью 55
2.3. Расчет погрешности динамической настройки 59
2.4. Управление точностью чистовой обработки 64
2.4.1. Расчет подачи 64
2.4.2. Управление скоростью резания 67
2.4.3. Управление подачей 71
2.5. Выводы по второй главе 75
Глава 3. Экспериментальные исследования технологического процесса обработки вогнутых поверхностей сложной формы 76
3.1. Разработка плана проведения экспериментов 76
3.2. Эксперименты по определению геометрических параметров
зоны резания на станках с ЧПУ 79
3.2.1. Экспериментальное определение радиуса дуги окружности в
автоматическом режиме на стойке с ЧПУ 79
3.2.2. Эксперимент по определению ранее необработанных участков в
автоматическом режиме на стойке с ЧПУ 81
3.3. Экспериментальное исследование изменения силы резания 84
3.3.1. Обработка поверхности в форме окружности без регулирования
режимов резания 84
3.3.2. Обработка окружности на оптимальных режимах резания 89
3.3.3. Обработка поверхности в форме параболы 91
3.4. Контроль точности обработки 100
3.5. Выводы по третьей главе 104
Глава 4. Исследование производительности и точности обработки при изготовлении формообразующей оснастки 105
4.1. Анализ объекта производства 105
4.2. Сравнение методов обработки вогнутых поверхностей 109
4.3. Выводы по четвертой главе 116
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ 117
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 119
1.
В настоящие время на машиностроительном производстве большой популярностью пользуется номенклатура деталей со сложной формы с вогнутыми поверхностями, например, прес-формы, штампы. Такие детали в основном изготавливаются на станках с ЧПУ объемным фрезерованием. Совершенствование САМ системы сильно упростило составление программ, но все САМ системы не учитывают всю сложность поверхности детали, в следствии чего снижается точность обработки.
Для повышение эффективности и во избежании поломки дорогостоящего инструмента на станках с ЧПУ при объемном фрезеровании применяют дополнительные адаптивные устройства, но так как данные устройства работают с некоторым запаздыванием, а стоимость составляет 2030% от стоимости оборудования, их применение ограничено.
Анализ литературных источников показал, что наиболее эффективных методом повышения производительности объемного фрезерования является покадровое управление режимами резания.
Цель работы: Повышение эффективности обработки вогнутых поверхностей сложной формы на станках с ЧПУ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать методику аналитического определения силы резания при объемном чистовом фрезеровании, позволяющей системе ЧПУ, без применения дополнительных устройств, выбирать оптимальные режимы обработки.
- выявить закономерности, позволяющие прогнозировать погрешность обработки и обеспечивать выполнение требований чертежа без дополнительных проходов, с учетом меняющихся условий стружкообразования.
- разработать методику проектирования операций объемного фрезерования при наличии нарастающего припуска в ранее необработанных зонах, позволяющей исключить вероятность образования подрезов профиля и обеспечивающей стабильность отклонения формы на всей обработанной поверхности.
- разработать методику проектирования управляющих программ позволяющих системам ЧПУ по траектории инструмента самостоятельно определять ранее не обработанные зоны.
- провести экспериментальные испытания по влиянию изменения геометрических параметров зоны резания на производительность и качество обработки.
Объект исследования: процесс многокоординатного фрезерования вогнутых поверхностей сложной формы.
Предмет исследования: точность и производительность чистового объемного фрезерования вогнутых поверхностей сложной формы.
Методика исследования. Теоретические исследования базируются на положениях теории резания металлов, научных основ технологии машиностроения. При проведении исследований применялся лицензированный пакет программы UNIGRAPHICS (SIEMENS NX V9 - 2014г.в).
Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях промышленного производства с использованием 3-х осевого вертикальнофрезерного станка 6Б52Ф3, со стойкой ЧПУ SINUMERIK 802Dsl. Для контроля полученных результатов применялась;
- динамометр УДМ-600;
- контрольно-измерительная машина DEA IOTA 1204.
Практическая ценность работы заключается в совершенствовании технологического процесса объемного фрезерования на станках с ЧПУ, основанного на покадровом управлении режимами резания с искажением траектории движения инструмента, обеспечивающем повышение качества и производительности обработки.
Для повышение эффективности и во избежании поломки дорогостоящего инструмента на станках с ЧПУ при объемном фрезеровании применяют дополнительные адаптивные устройства, но так как данные устройства работают с некоторым запаздыванием, а стоимость составляет 2030% от стоимости оборудования, их применение ограничено.
Анализ литературных источников показал, что наиболее эффективных методом повышения производительности объемного фрезерования является покадровое управление режимами резания.
Цель работы: Повышение эффективности обработки вогнутых поверхностей сложной формы на станках с ЧПУ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать методику аналитического определения силы резания при объемном чистовом фрезеровании, позволяющей системе ЧПУ, без применения дополнительных устройств, выбирать оптимальные режимы обработки.
- выявить закономерности, позволяющие прогнозировать погрешность обработки и обеспечивать выполнение требований чертежа без дополнительных проходов, с учетом меняющихся условий стружкообразования.
- разработать методику проектирования операций объемного фрезерования при наличии нарастающего припуска в ранее необработанных зонах, позволяющей исключить вероятность образования подрезов профиля и обеспечивающей стабильность отклонения формы на всей обработанной поверхности.
- разработать методику проектирования управляющих программ позволяющих системам ЧПУ по траектории инструмента самостоятельно определять ранее не обработанные зоны.
- провести экспериментальные испытания по влиянию изменения геометрических параметров зоны резания на производительность и качество обработки.
Объект исследования: процесс многокоординатного фрезерования вогнутых поверхностей сложной формы.
Предмет исследования: точность и производительность чистового объемного фрезерования вогнутых поверхностей сложной формы.
Методика исследования. Теоретические исследования базируются на положениях теории резания металлов, научных основ технологии машиностроения. При проведении исследований применялся лицензированный пакет программы UNIGRAPHICS (SIEMENS NX V9 - 2014г.в).
Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях промышленного производства с использованием 3-х осевого вертикальнофрезерного станка 6Б52Ф3, со стойкой ЧПУ SINUMERIK 802Dsl. Для контроля полученных результатов применялась;
- динамометр УДМ-600;
- контрольно-измерительная машина DEA IOTA 1204.
Практическая ценность работы заключается в совершенствовании технологического процесса объемного фрезерования на станках с ЧПУ, основанного на покадровом управлении режимами резания с искажением траектории движения инструмента, обеспечивающем повышение качества и производительности обработки.
1) В диссертационной работе решена важная задача повышения производительности и точности обработки объемных вогнутых поверхностей сложной формы на станках с ЧПУ на основе покадрового управления режимами резания и предискажения траектории движения инструмента.
2) Разработана математическая модель процесса силового взаимодействия сферической фрезы с поверхностью произвольного профиля при объемном чистовом фрезеровании, позволяющая системе управления процессом обработки автоматически, без дополнительных адаптивных устройств, выбирать режимы обработки, повышающие стойкость инструмента и исключающие его поломку.
3) Разработаны закономерности, описывающие изменение силы резания в зависимости от геометрических и кинематических параметров процесса резания на любом участке обрабатываемой поверхности произвольной формы, позволяющие прогнозировать погрешность обработки и обеспечивать выполнение требований чертежа без дополнительных проходов.
4) Предложена новая методика проектирования операций объемного фрезерования при наличии нарастающего припуска в ранее необработанных зонах, позволяющая исключить вероятность образования подрезов профиля и обеспечивающая стабильность отклонения формы на всей обработанной поверхности.
5) Использование предложенной методики проектирования операций чистового объемного фрезерования вогнутых поверхностей, после черновой обработки позволяет системе ЧПУ по траектории инструмента самостоятельно определять ранее не обработанные зоны.
По результатам исследования разработан постпроцессор САМ системы UNIGRAPHICS для систем ЧПУ SINUMERIK (802D, 828D, 840D), генерирующий управляющие программы для чистового объемного фрезерования вогнутых поверхностей сложной формы, которые позволяют проводить управление режимами резания в автоматическом режиме. 7) Проведены опытнопромышленные испытания разработанной методики проектирования операций чистового объемного фрезерования вогнутых поверхностей на предприятиях АО «Энергия», (г. Елец), АО Липецкий опытно-экспериментальный завод «Гидромаш» (г. Липецк). Результаты испытаний показали повышение производительности обработки от 3-х до 10 раз при повышении стойкости инструмента и исключения вероятности его поломки.
2) Разработана математическая модель процесса силового взаимодействия сферической фрезы с поверхностью произвольного профиля при объемном чистовом фрезеровании, позволяющая системе управления процессом обработки автоматически, без дополнительных адаптивных устройств, выбирать режимы обработки, повышающие стойкость инструмента и исключающие его поломку.
3) Разработаны закономерности, описывающие изменение силы резания в зависимости от геометрических и кинематических параметров процесса резания на любом участке обрабатываемой поверхности произвольной формы, позволяющие прогнозировать погрешность обработки и обеспечивать выполнение требований чертежа без дополнительных проходов.
4) Предложена новая методика проектирования операций объемного фрезерования при наличии нарастающего припуска в ранее необработанных зонах, позволяющая исключить вероятность образования подрезов профиля и обеспечивающая стабильность отклонения формы на всей обработанной поверхности.
5) Использование предложенной методики проектирования операций чистового объемного фрезерования вогнутых поверхностей, после черновой обработки позволяет системе ЧПУ по траектории инструмента самостоятельно определять ранее не обработанные зоны.
По результатам исследования разработан постпроцессор САМ системы UNIGRAPHICS для систем ЧПУ SINUMERIK (802D, 828D, 840D), генерирующий управляющие программы для чистового объемного фрезерования вогнутых поверхностей сложной формы, которые позволяют проводить управление режимами резания в автоматическом режиме. 7) Проведены опытнопромышленные испытания разработанной методики проектирования операций чистового объемного фрезерования вогнутых поверхностей на предприятиях АО «Энергия», (г. Елец), АО Липецкий опытно-экспериментальный завод «Гидромаш» (г. Липецк). Результаты испытаний показали повышение производительности обработки от 3-х до 10 раз при повышении стойкости инструмента и исключения вероятности его поломки.
Подобные работы
- Исследование процесса чистового фрезерования закаленных сталей
Магистерская диссертация, технология машиностроения. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016