Повышение эффективности расчета сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов на основе компьютерно-ориентированного моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Куц, Вадим Васильевич

• Куц, Вадим Васильевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Куц, Вадим Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1. Обоснование эффективности и актуальности сборных дисковых фрез.

1.2. Анализ обработки шеек коленчатых валов методом токарного протягивания.

1.3. Анализ конструкций сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов.

1.4. Формула режущего инструмента.

1.5. Цели и задачи работы.

1.6. Выводы.

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ СБОРНЫХ ДИСКОВЫХ ФРЕЗ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ШЕЕК КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ.

2.1. Графы, как математическая модель проектирования и изготовления сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов.

2.1.1. Линейные преобразования координат.

2 .1.2. Граф расчета сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов.

2.1.3. Граф конструкции сборной дисковой фрезы для обработки шеек коленчатых валов, с наружным расположением СМП.

2 .1.4. Граф расчета конструкции корпуса и кольца сборной дисковой фрезы для обработки шеек и щек коленчатых валов.

2.1.5. Определение установки коленчатого вала на станке.

2.2. Дискретное представление поверхностей.

2.2.1. Образующая исходной поверхности.

2.2.1. Дискретное представление образующей шейки коленчатого вала.

2.3. Поверхность описываемая режущими кромками.

2.3.1. Оснащение фрезы СМП.

2.3.1.1. Параметры СМП, используемых при оснащении сборных дисковых фрез для обработки шеек и щек коленчатых валов.

2.3.1.2. Расчет первой и второй производных по длине дуги режущих кромок СМП.

2.3.1.3. Расчет положения и ориентации СМП относительно производящей линии фрезы.

2.3.1.4. Корректировка положений СМП.

2.3.1.5. Распределение СМП по диаметру фрезы.

2.3.2. Расчет матрицы перехода М$<^({)дляразличных видов фрезерования коренных и шатунных шеек.

2.3.3. Расчет величин скоростей исполняемых движений.

2.4. Оценка режущих свойств фрезы.

2.4.1. Размеры срезаемых слоев.

2.4.2. Размеры остаточных слоев.

2.4.2.1. Расчет остаточных слоев на цилиндрическом участке.

2.4.2.2. Расчет остаточных слоев на торцевых участках.

2.4.2.2.1. Расчет функционального переключателя ,tj.^

2.4.3. Параметры лезвия.

2.4.4. Основное технологическое время.

2.5. Выводы.

3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СБОРНЫХ ДИСКОВЫХ ФРЕЗ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ШЕЕК КОЛЕНЧАТЫХ

ВАЛОВ.

3.1. Установка пазов под СМП.

3 .2. Параметры запирающего клина.

3.2.1. Установка пазов для запирающих клиньев СМП.

3.3. Установка отверстий для крепления клина.

3.4. Установка стружечных канавок.

3.5. Установка крепежных отверстий кольца.

3.6. Параметры корпуса фрезы.

3.7. Наладка станков для обработки корпусов режущих инструментов.

3.7.1. Наладка приспособления.

3 8. Выводы.

4 ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ СБОРНЫХ ДИСКОВЫХ ФРЕЗ ДЛЯ

ОБРАБОТКИ ШЕЕК КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ.

4.1. Исходные данные для проектирования.

4.2. Оценочные параметры модели.

4.3. Обработка корпуса фрезы.

4.3.1. Моделирование пазов для установки запирающих клиньев СМП

4.3.2. Моделирование стружечных канавок.

4.3.3. Моделирование крепежных отверстий.

4.4. Моделирование кольца фрезы.

4.5. Расчет параметров наладки приспособления при обработке 127 корпуса и кольца фрезы на станке 2-го порядка.

4.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности расчета сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов на основе компьютерно-ориентированного моделирования»

Внедрение систем автоматизированного проектирования (САПР) и изготовления на предприятиях, осуществляющих разработку и выпуск металлорежущего инструмента, является одним из путей обеспечения машиностроения высокопроизводительным режущим инструментом. Разработка и внедрение систем САПР и изготовление режущих инструментов - одна из актуальных проблем инструментальной подготовки производства. За рубежом они получили название CAD/CAM (computer - aided design / computer - aided manufacturing) систем. При всех их достоинствах, возможности CAD/CAM систем не безграничны, но эти системы могут быть полезны на любом уровне производства и управления. Выгода будет наибольшей, если объединить все средства проектирования и производства.

Внедрение CAD/CAM

- сокращение сроков разработки;

- повышение эксплуатационных качеств инструментов;

- возможность использования новых высокоэффективных инструментов, обоснованных высокой точностью расчетов;

- сокращение материальных и энергетических затрат путем численного моделирования работы инструментов;

- повышение уровня интеграции в цепи "проектирование - производство - испытания";

- объединение программ в комплекс конструирование - производство -испытание;

- объединение расчетных программ и управляющих программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Разработка CAD/CAM систем в области металлорежущего инструмента требует высокой степени математической формализации методов проектирования и максимальной унификации решения отдельных задач проектирования.

В данной работе осуществлена разработка формализованной математической модели проектирования и изготовления сборных дисковых фрез для обработки коренных и шатунных шеек коленчатых валов, оснащенных сменными многогранными пластинами (СМП). Фирмы производители данного инструмента, такие как "Heinleine", "Krupp Widia" и т.д., вопросы проектирования и изготовления объявили как "ноу-хау". А единственный отечественный производитель данного типа фрез, АО "Белгородский завод фрез", либо осуществляет покупку готовой технологии, либо проектирует, пользуясь методами ручного проектирования, представляющие собой упрощенные схемы расчета.

В первой главе работы делается анализ состояния вопроса и определяются цели и задачи связанные разработкой основ теории.

Во второй главе изложена математическая модель проектирования сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов, позволившая разработать CAD/CAM систему на базе персональных компьютеров и станков с ЧПУ.

В третьей главе изложена математическая модель изготовления сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов, позволяющая рассчитать параметры наладки приспособления и станка с ЧПУ при обработке корпуса фрезы.

В четвертой главе рассмотрен пример решения конкретной задачи, иллюстрирующей возможности системы и справедливость сформулированных в работах положений.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Куц, Вадим Васильевич

4.6. Выводы

1. Показаны возможности CAD/CAM системы сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов.

2. Произведено проектирование и изготовление сборной дисковой фрезы для наружного фрезерования шейки вала, а также - численное моделирование ее работы.

3. Изготовление сборной дисковой фрезы на обрабатывающем центре подтвердило достоверность аналитических зависимостей (математической модели) проектирования и изготовления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации получены следующие результаты:

1. Разработан комплексный подход к проектированию и изготовлению сборных дисковых фрез.

2. Путем использования методов векторно-матричной алгебры и дифференциальной геометрии получены аналитические зависимости для проектирования и изготовления сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов.

3. Разработана математическая модель проектирования и изготовления сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов.

4. На базе полученной математической модели, разработаны алгоритмы, образующие систему проектирования и изготовления сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов.

5. Разработано программное обеспечение CAD/CAM системы сборных дисковых фрез для обработки шеек коленчатых валов.

6. Приведены примеры решения конкретных задач. Практическое внедрение в промышленности полученных результатов подтвердило правильность выдвинутых в диссертации положений и сделанных выводов. Исследования, проведенные на базе CAD/CAM системы позволяют значительно сократить сроки и повысить качество проектных решений. Экономический эффект от внедрения результатов диссертации на ОАО «Белфрез» составил 250 тысяч рублей.

Основные положения диссертационной работы доложены на:

1. Международной юбилейной научно-технической конференции «Вопросы совершенствования технологических вопросов механической обработки и сборки изделий машиностроения»: ТулГУ: 1996 г.

2. VI Российской научно-технической конференции «Материалы и упрочняющие технологии -98»: Курск: КГТУ: 1998 г.

132

3. I Всероссийской научно-технической конференции "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве": Нижний Новгород: НГТУ, 1999 г.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Емельянов С.Г., Куц В.В. Графовые модели конструирования и изготовления сборных дисковых фрез. // СТИН. -1999 г.- № 5. - с. 20-22.

2. Емельянов С.Г., Куц В.В. Моделирование процесса обработки шейки коленчатого вала сборной дисковой фрезой, оснащенной сменными многогранными пластинами. // Техника машиностроения. -1999 г. - № 2. - с. 2831.

3. Емельянов С.Г., Куц В.В., Горохов A.A. Расчет дискретного представления производящей линии инструмента в CAD/CAM системе трехсторонней сборной дисковой фрезы. // Информатика-Машиностроения. -1999 г. - № 2. -с. 2-3.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Куц, Вадим Васильевич, 2000 год

1. Андреев В.Н. Совершенствование режущего инструмента. М.: Машиностроение , 1989 - 256 с.

2. Меркачев В.М., Бутенко А.И. Экономический справочник машиностроения. Одесса: Маяк, 1991 - 200 с.

3. Кудря H.A., Эйхманс Э.Ф. Современные направления совершенствования твердых сплавов для режущего инструмента / станки и инструменты 1986 N6 стр. 15-16.

4. Емельянов С.Г. Математическая модель проектирования и изготовления сборных резцов, оснащенных многогранными неперетачиваемыми пластинами. Дис . к.т.н. - Тула; 1990. - 259 с.

5. Лашнев С.И., Борисов А.Н., Емельянов С.Г. Геометрическая теория формирования поверхностей режущими инструментами: Монография/ Курск, гос. техн. ун-т. Курск, 1997. 391 с.

6. Бернингер KW 1390. Токарная протяжка -для экономичной и высокоточной обработки коленчатых валов. Рекламный проспект.

7. Белгородский завод фрез, фрезы для обработки коленчатых валов, 1989 г., каталог

8. Фрезерные инструменты, армированные многогранными неперетачиваемыми твердосплавными пластинками. Каталог фирмы "Heinlein", 1969 г.

9. Фрезы. Каталог фирмы "Krupp Widia", 1989 г.

10. Борисов А.Н., Емельянов С.Г. Графы, как математическая модель проектирования, изготовления и эксплуатация режущих инструментов // СТИН. -19.97 г. -№ 4. с. 15-18.

11. Борисов А.Н. Геометрическая теория автоматизированного проектирования металлорежущих инструментов. Дис. . д т.н. - Тула : 1993 -284 с.

12. Лашнев С.И., Юликов М.И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. — М: Машиностроение,!980. 208 с.

13. Лашнев С.И., Юликов М.И. Расчет и конструирование металлорежущих инструментов с применением ЭВМ. — М.: Машиностроение, 1975.392 с.

14. Доклад 6, Эрхард Анщютц,Акц.о-во "Фельдмюле", Плохинген, Современная технология обработки резанием: Применение минералокерамиче-ского режущего инструмента. 1990 .

15. Каталог SANDVIK, Фрезы коромант №74/75.17. HERTEL, Каталог,1991.

16. SANDVIK Coromant, Indexable inserts for turning, milling and drilling tools/ Каталог. 1980.

17. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов. С.Н. Корчак, A.A. Кошин А.Г. Ракович, Б.И. Синицын; Под общ. ред. С.Н. Корчака. -М.Машиностроение, 1988. 352 е.: ил.

18. Проектирование и производство режущего инструмента/М.И. Юликов, Б. И. Горбунов, Н.В. Колесов, М.: Машиностроение, 1987. - 296 е.,ил.

19. Цветков В.Д. Система автоматизированного проектирования технологических процессов. М.: Машиностроение, 1972, 240 с.

20. Подпоркин В.Г., Бердников Л.Н., Фрезерование труднообрабатываемых материалов. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение, Ле-нингр. отд.-ние, 1983. 136 е., ил.

21. Барбашов Ф.А. Фрезерные работы, — М.: Высш. шк., 1986 208 с.

22. Фрезы торцовые, оснащенные сверхтвердыми материалами, керамикой и твердыми сплавами: Отрасл. кат./ВНИИинструмент. — М.: ВНИИ-ТЭМР, 1989,- 24.

23. Андреев В.Н. Совершенствование режущего инструмента. — М.: Машиностроение, 1993. 240с., ил.

24. Пластины режущие сменные многогранные твердосплавные, ГОСТ 19044-80, 19045-80, 19046-80, 24247-80.

25. Марголит Р.Б. Наладка станков с программным управлением: Учеб. Пособие для машиностроительных техникумов. М.: Машиностроение, 1983.-253с.,ил.

26. Справочник инструментальщика, М.: Машиностроение 1993, — 430е.: ил.

27. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. Изд-е 2-е, М.: Машиностроение, 1974,406 с.

28. Моделирование производящей линии в CAD/CAM-системе трехсторонней . сборной фрезы. С.Г. Емельянов, A.A. Горохов, В.В. Куц.//М.: «Информатика-машиностроение», 1999, №2 (24).

29. Графовый подход к проектированию, конструированию и изготовлению сборных дисковых фрез, С.Г. Емельянов, A.A. Горохов,//М.: «Автоматизация и современные технологии», 1999, №6.

30. Емельянов С.Г., Сорокина О.С. Укрупненный алгоритм проектирования сборного осевого инструмента. VI российская научно-техническая конференция : Тезисы докладов Курск: КГТУ, 1998, с.73 - 75

31. Кудря H.A., Эйхманс Э.Ф. Современные направления совершенствования твердых сплавов для режущего инструмента / станки и инструменты 1986 N6 стр. 15-16.

32. Филиппов Г.В. Режущий инструмент. JI: Машиностроение, 1981 -392 е., ил.

33. Металлорежущие инструменты. Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю. Л. Боровой и др. М.: Машиностроение 1989. - 328 с : ил.

34. Проектирование и расчет металлорежущего инструмента на ЭВМ/ О.В. Таратынов Г.Г., Земсков Ю.П., Тарамыкин и др.; Под ред. О.В. Таратынова, Ю.П. Тарамыкина. М. : Высш. шк., 1991. - 423 е.: ил.

35. Основы проектирования режущего инструмента с применением ЭВМ./П.И. Ящерицин, Б.И. Синицин, Н.И.Исигалко, И.А. Басс. -Минск: Вышейшая школа, 1979. 301 с.

36. Гречишников В.А. " Инструментальное обеспечение интегрированных машиностроительных автоматизированных производств, Станки и инструмент, N 7, 1989, стр. 6,7.

37. Конюхов В.Ю. Использование автоматизированной системы научных исследований при проектировании сборного режущего инструмента для ГПС/ Станки и инструмент N 7, 1989 г., стр. 17-18.

38. Султанов Т.А., Гавриляка С.Д., Шендерова Г.Н. Выбор технологии изготовления режущих инструментов на основе автоматизированного проектирования / Станки и инструмент, N 7, 1989, стр. 8,9.

39. Лобанова С. В. " Геометрическая теория обкаточных резцов с цилиндрической задней поверхностью ". Диссертация к.т.н. - Тула ; 1995 г. -168с.

40. Емельянов С.Г., Сорокина О.С., Михайлова С.А. Анализ эффективности использования сборных осевых инструментов и методов их проектирования / Автоматизация и современные технология, 1998, №4, с.28-30.

41. Емельянов С.Г., Сорокина О.С., Широконосов Ю.Г. Математические аспекты конструирования и изготовления сборных осевых инструментов на основе графовых моделей / СТИН, 1999, №7, стр 21-24.

42. Емельянов С.Г., Сорокина О.С., Графовая модель проектирования и изготовления сборного осевого инструмента, оснащенного сменными мно138гогранными пластинами / Автоматизация и современные технологии, 1999, №2, с.33-35.

43. Емельянов С.Г., Куц В.В. Графовые модели конструирования и изготовления сборных дисковых фрез. // СТИН. -1999 г.- № 5. с. 20-22.