авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

Повышение эффективности процесса механической обработки сложнопрофильных поверхностей литейных моделей из древесно-композитных материалов

-- [ Страница 4 ] --

Рисунок 13-Влияние направления подачи инструмента на динамические параметры и шероховатость поверхности (фрезерование сосны, d=16 мм,=120, =250, =100, n=2000 об/мин, t=15 мм, S=1000 мм/мин)

Определены корреляционные отношения между уровнем вибраций и шероховатостью поверхности для каждой группы экспериментов, которые составили от 0,67 до 0,91. Отсутствие корреляции между уровнем вибраций и шероховатостью поверхности выявлено при исследовании влияния неравномерного окружного шага резцов и наличие стружкоделительных канавок режущих. Показано, что наибольший коэффициент групповой корреляции (0,79) установлен в группе экспериментов по фрезерованию заготовок из дуба, наименьший – для бакаута. Результаты экспериментов позволили сделать вывод о сложной зависимости между технологическими факторами и выходными показателями процесса и значимым влиянием на выходные показатели процесса анизотропной структуры древесины.

Приведены результаты анализа выполненных на математической модели вычислительных экспериментов, дана оценка адекватности разработанной математической модели многокоординатного фрезерования ПСФ. Межгрупповые и выборочные коэффициенты корреляции расчетных и экспериментальных данных являются значимым для всех групп выполненных расчетов, на основании чего сделан вывод об адекватности модели и возможности использования ее для прогнозирования уровня вибраций при обработке. На основе анализа результатов экспериментальных исследований дано объяснение некоторым установленным закономерностям.

Влияние глубины резания и подачи на уровень вибраций процесса обработки следует оценивать во взаимосвязи, поскольку от их величины зависят параметры сечения срезаемого слоя. Глубина резания (при постоянном числе резцов, находящихся в резании) определяет длину активных режущих кромок. Увеличение глубины резания при постоянной подаче на зуб ведет к увеличению длины активных режущих кромок, суммарной силовой нагрузки на инструмент и, как следствие, увеличению деформаций элементов системы СПИД. Степень этого увеличения зависит от удельной силы резания и величины подачи на резец. Увеличение удельной силы и глубины резания при одновременном снижении подачи может привести к нестационарности колебательного процесса. Поэтому обработка с небольшими подачами при срезании значительных припусков может привести к нестационарности колебательного процесса. Качественное сравнение характера экспериментальных спектров колебаний при обработке древесины с различными силовыми коэффициентами при изменении глубины резания и подачи качественно подтвердило достоверность полученных расчетных результатов.

Влияние количества резцов на уровень вибраций. Увеличение количества резцов фрез принято связывать с уменьшением неравномерности фрезерования, увеличением производительности процесса механической обработки и снижением кинематических параметров микрогеометрии профиля. Увеличение количества резцов фрезы при сохранении производительности обработки приводит к уменьшению толщины сечения срезаемого слоя, поэтому увеличивая число резцов при снятии повышенных припусков с заготовки необходимо увеличивать и скорость подачи особенно для твердых пород древесины. Увеличенное количество резцов у фрез целесообразно при чистовых видах обработки с небольшими глубинами резания.

Увеличение угла наклона режущих кромок с одновременным увеличением глубины резания приводит к снижению уровня колебаний.

Натурные эксперименты с применением фрез с неравномерным окружным шагом зубьев показали, некоторое снижение уровня вибраций на технологическом режиме, при котором фреза работает с «длинными и узкими стружками» (Андреев В.С), на всех остальных режимах такого эффекта не наблюдалось. Для объяснения этого факта было проведено моделирование процесса фрезерования с неравномерным окружным шагом зубьев. Установлено, что при невысокой жесткости ТС неравномерный окружной шаг оказывает влияние на снижение уровня колебаний при фрезеровании древесины с высокими силовыми коэффициентами резания при снятии повышенных припусков с малыми подачами, когда колебательный процесс становится нестационарным и не оказывает заметного влияния на режимы стационарных вынужденных колебаний. Аналогичные результаты получены для фрез со стружкоделительными канавками.

На основе результаты экспериментальных исследований проведено ранжирование технологических факторов по степени их влиянии на уровень вибраций при обработке и шероховатость поверхности. Наиболее значимыми факторами, влияющими на уровень вибраций являются: порода древесины (условный коэффициент ранжирования k принят за 1), направление фрезерования (k=0,58) и параметры режима резания (k=0,68). Наиболее значимыми факторами, влияющими на шероховатость поверхности, являются: направление резания (k принят за 1) и режимы обработки (k=0,78). Конструктивно-геометрические параметры инструмента оказывают меньшее влияние на процесс резания (k от 0,11 до 0,28).

В результате выполненного установлены закономерностей влияния технологических параметров фрезерования на качество поверхности и уровень вибраций при обработке.

В пятой главе приведено исследование с помощью математической модели операции многокоординатного фрезерования поверхностей двоякой кривизны литейных моделей из древесно-композитных заготовок лопастей корабельных гребных винтов. Проведен анализ схем многокоординатного фрезерования для формообразующих систем обрабатывающих центров винтообрабатывающего производства ОАО «МП «Звездочка» моделей DFC-2022, FCW 150 NC.

Следует отметить, что на производстве частично решена задача автоматизированной подготовки управляющих программ для многокоординатной обработки поверхностей сложной формы гребных винтов. Однако комплексно решить проблему повышения эффективности технологии изготовления винтов можно только с использованием сквозных технологий конструкторско-технологического проектирования: литейная модель – отливка – гребной винт. Представлен обобщенный алгоритм технологического проектирования операции многокоординатной обработки поверхностей сложной формы.

Представлены две принципиальные схемы резания, отличающиеся типом построкового огибания при формообразовании поверхности: с направлением траектории обработки строк по коаксиальным окружностям и вдоль лопасти (рис.20).

  Обобщенный алгоритм-48

Рисунок 18 Обобщенный алгоритм технологического проектирования операции многокоординатного фрезерования заготовок с ПСФ.

 а) б) Схемы фрезерования-49  а) б) Схемы фрезерования-50

а) б)

Рисунок 20 - Схемы фрезерования поверхностей двоякой кривизны модели лопасти гребного винта: а) с траекториями вдоль коаксиальных окружностей; б) с траекториями вдоль образующей лопасти.

Основные виды фрезерования ПСФ литейных моделей представлены на рисунке 21.

 а) б) Рисунок 21- Схемы радиально-торцового-51

а) б)

Рисунок 21- Схемы радиально-торцового (а) и аксиально-торцового фрезерования (б).

Особенностью представленных схем является то, что угол контакта инструмента и заготовки (который определяет ширину фрезерования) зависит от нескольких взаимосвязанных параметров: угла атаки , диаметра фрезы и величины снимаемого припуска. Эти параметры, при всех прочих равных условиях оказывают влияние на характеристики возникающих в процессе обработки сил и деформаций. Выполнено математическое моделирование процесса многокоординатного фрезерования моделей гребных винтов, на основе которого дана оценка уровня вибраций при обработке.

В результате установлено, что увеличение угла атаки для радиально-торцового фрезерования в целом снижает уровень вибраций, но приводит к увеличению величины регулярной волны на обработанной поверхности и необходимости уменьшения ширины строки обработки. Для 3-координатной обработки с направлением строк вдоль лопасти даны рекомендации о введении изменяющейся величины подачи вдоль строки для первого прохода фрезы, позволяющий стабилизировать уровень вибраций.

Приведены результаты производственной апробации исследований при обработке поверхностей литейных моделей из древесины сосны с использованием 3-х координатной схемы обработки на горизонатальном фрезерно-расточном станке модели FCW 150 NC фрезами Sandvik Coromant R200-080Q32-20M D 100 мм, z=6 и R300-32Т16-12М D 32 мм, z=3, для которых были изготовлены круглые резцы из R6M5 со сферической передней поверхностью с =300, =150 (рис.22).

Рисунок 22- Торцовое 3-х координатное фрезерование литейных моделей гребных винтов из древесно-композитных материалов.

Компенсация нестационарных условий резания из-за изменения величины припуска вдоль строки и вариации неуправляемых углов атаки осуществлялась программно изменяемой величиной подачи инструмента, рассчитанной с помощью представленных расчетных методик.

В шестой главе представлен программный комплекс для моделирования динамики процесса многокоординатного фрезерования анизотропных материалов и результаты исследования при практической разработке конструкций фрезерного инструмента.

Для торцового фрезерования формообразующих ПСФ крупногабаритных моделей из древесно-композитных материалов разработан типоразмерный ряд специальных копировальных дереворежущих фрез с круглыми сменными пластинами. Фреза позволяет осуществляет многокоординатную обработку поверхностей двоякой кривизны методом последовательных проходов. Геометрия инструментальной поверхности таких фрез допускает широкий диапазон изменения углов атаки и позволяет при установленных ограничениях на номинальную кривизну поверхностей гребных винтов обрабатывать поверхности соответствующих моделей на трехкоординатных станках и компенсировать отсутствие у обрабатывающих центров ориентационных координат.

Для фрезерования радиусных кромок была спроектирована и изготовлена специальная фасонная фреза с винтовым зубом, режущая кромка которой выполнена в виде винтовой линии аксиально- и радиально-переменного шага.

Разработана, изготовлена, испытана и передана на производство в АО “Томский инструмент” и СП “Нордмекс” конструкция универсальной сборной насадной дереворежущей фрезы с увеличенным количеством резцов. Разработан и запатентован специальный трехступенчатый многорезцовый инструмент. Созданы параметрические 3D-библиотеки нормализованных узлов конструкций и справочные базы данных режимов резания, инструментальных и обрабатываемых материалов, содержащие сведения о физико-механических и технологических свойствах различных пород древесины и древесно-композитных материалов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований созданы методологические основы технологического обеспечения качества и виброустойчивости механической обработки ПСФ литейных моделей из древесины и древесно-композитных материалов на стадии подготовки производства на основе созданной математической модели процесса многокоординатного фрезерования анизотропных материалов, позволяющей управлять деформационно-силовыми параметрами процесса резания за счет выбора рационального сочетания исследованных технологических факторов.

  1. 2. Создана функциональная модель причинно-следственных взаимосвязей показателей точности и шероховатости ПСФ литейных моделей из анизотропных материалов с технологическими факторами режима резания, конструктивно-геометрическими параметрами дереворежущего инструмента с учетом анизотропии физико-технических свойств древесины, жесткостных и массо-инерционных характеристик элементов ТС.

  2. 3. Проведенный теоретический анализ механизма формообразования ПСФ заготовок из древесно-композитных материалов позволил разработать расчетную модель кинематики резания при многокоординатном фрезеровании открытых ПСФ с учетом кривизны траектории подачи дереворежущего инструмента и его конструктивно-геометрических характеристик.
  3. 4. Разработана концептуальная расчетная модель составляющих сил резания при многокоординатном фрезеровании, основанная на кинематике формообразования поверхности и учитывающая анизотропию физико-механических свойств обрабатываемого материала. Предложено коэффициент мгновенной удельной силы резания при подаче инструмента вдоль криволинейной траектории вычислять как среднегеометрическое значение трех основных видов фрезерования.
  4. 5. На основе разработанной структурной схемы динамического взаимодействия элементов технологической системы при многокоординатном фрезеровании древесины разработана динамическая модель, позволяющая в частотно-временном пространстве вычислять силовые и деформационные параметры процесса многокоординатной обработки ПСФ заготовок из древесно-композитных материалов.
  5. 6. На основе результатов экспериментальных исследований процесса фрезерования древесины в определенном аналитически факторном пространстве установлена устойчивая корреляционная зависимость между показателями среднеквадратичного отклонения возникающих вибраций и показателями шероховатости обработанной поверхности с коэффициентами регрессии от 0,67 до 0,91. Получены регрессионные зависимости параметров вибраций и шероховатости обработанной поверхности от групп технологических факторов, связанных с характеристиками обрабатываемой породы древесины, параметрами режима резания и конструктивно-геометрическими параметрами дереворежущего инструмента.
  6. 7. Экспериментально установлены следующие коэффициенты ранжирования в группах исследованных технологических факторов по степени их влияния на показатели эффективности процесса фрезерования:
  7. - по уровню вибраций: порода обрабатываемой древесины (kр=1), анизотропия физико-механических свойств (kр=0,58), режимы резания - (kр=0,68);
  8. - по шероховатости поверхности: анизотропия физико-механических свойств (kр=1), режимы резания - (kр=0,72).
  9. Экспериментально установлено, что факторы, связанные с конструктивно-геометрическими особенностями дереворежущего инструмента оказывают меньшее влияние на указанные показатели.
  10. 8. Результаты численных экспериментов на разработанной математической модели процесса многокоординатного фрезерования ПСФ позволили дать научно-обоснованное объяснение механизма влияния исследованных технологических факторов на динамические параметры процесса фрезерования анизотропных материалов.

Теоретически и экспериментально подтверждена возможность снижения уровня вибраций за счет применения фрезерного инструмента с винтовыми режущими кромками и с неравномерным окружным шагом резцов при фрезеровании древесины с высокими силовыми коэффициентами резания при снятии повышенных припусков в условиях низкой жесткости элементов ТС. Увеличения угла наклона режущей кромки резца до 30-400 приводит к снижению уровня вибраций примерно 30%.

  1. 9. Разработана математическая модель и выполнено математическое моделирование процесса многокоординатного фрезерования поверхностей двоякой кривизны литейных моделей из древесно-композиционных материалов судовых гребных винтов. Разработаны рекомендации по управлению программно-изменяемыми технологическими режимами 3-х координатного фрезерования ПСФ на литейных моделях из древесно-композитных материалов гребных винтов, которые позволили снизить уровень вибраций при обработке на 10-15 Дб на первоначальных (черновых) проходах фрезы и повысить шероховатость обработанной поверхности до Ra 2,4…..5 мкм при окончательном (чистовом) фрезеровании.
  2. 10. Производственно-технологическая апробация математической модели процесса многокоординатного фрезерования поверхностей двоякой кривизны литейных моделей гребных винтов и рекомендаций по управлению режимами обработки позволили обеспечить равномерный литейный припуск на отливке гребного винта, изготовленной с использованием и значительно максимально приблизить форму ее лопастей к номинальным лопастям готового изделия. Снижение трудоемкости доводочных операций при механической обработке винта составило в среднем 34 %.
  3. 11. Разработаны и внедрены на предприятиях СЦСС: методики расчета, рекомендации по управлению режимными параметрами, техническая документация на типоразмерный ряд специальных копировальных сборных дереворежущих фрез. Разработаны конструкции сборных дереворежущих фрез, цельных фасонных фрез с винтовыми режущими кромками, техническая документация на которые передана на инструментальные предприятия. Запатентованы конструкции специальных трехсторонних фрез.

Основные результаты работы опубликованы:

В изданиях по перечню ВАК

1. Подураев В.Н., Кремлева Л.В., Малыгин В.И. Динамическая модель элементов технологической системы с учетом кинематической нестабильности процесса резания/ Вестник машиностроения. - 1996. - №6. - С.18-23.

2. Малыгин В.И., Кремлева Л.В. Методика расчета динамических параметров процесса фрезерования древесины с учетом кинематической нестабильности технологической системы/ ИВУЗ, Лесной журнал, №1 Архангельск.-2003.-С.95-103.

3. Малыгин В.И., Кремлева Л.В., Шестаков К.Л. Проектные решения в технологии деревообработки/ ИВУЗ. «Лесной журнал», 2006, № 3. – С.120-125.

4. Малыгин В.И., Кремлева Л.В., Лобанов Н.В. Методы оптимизации и оценка качества дереворежущих фрез при стендовом и математическом моделировании. 1. Алгоритм решения задачи оптимизации конструкции сборного инструмента при физическом и математическом моделировании/ ИВУЗ. «Лесной журнал», 2008, № 2. – С.60-70.

5. Малыгин В.И., Кремлева Л.В. К вопросу о динамической устойчивости ленточных пил/ ИВУЗ. «Лесной журнал», 2008, № 5. – С. 96-108.

6. Малыгин В.И., Кремлева Л.В., Лобанов Н.В. Методы оптимизации и оценка качества дереворежущих фрез при стендовом и математическом моделировании. III. Исследование влияния конструктивных параметров на динамическое качество сборных фрез при стендовом моделировании/ ИВУЗ. «Лесной журнал», 2008, № 1. – С.83-89.

7. Кремлева Л.В. Динамическая модель многокоординатного фрезерования поверхностей гребных винтов/ Морской вестник, 2007, № 1(4). – С.142-146.

8. Кремлева Л.В., Малыгин В.И., Вареников И.Л., Харитоненко В.Т. Функциональная модель САПР технологических процессов изготовления деревянных модельных комплектов/ ИВУЗ. «Лесной журнал», 2010, № 1. – С.71-74.

9. Кремлева Л.В., Малыгин В.И., Вареников И.Л., Харитоненко В.Т. Влияние технико-экономических показателей деревообрабатывающего модельного производства на методологию автоматизации его технической подготовки / ИВУЗ. «Лесной журнал», 2010, № 2. – С.70-74.

Авторских свидетельствах и патентах

10. Малыгин В.И., Лобанов Н.В., Кремлева Л.В. Многозубый режущий инструмент// Патент № 2

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.