Повышение производительности фрезерования изделий из конструкционных углеродистых сталей на основе диагностирования состояния твердосплавных торцевых фрез тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат технических наук Туманов, Алексей Александрович

• Туманов, Алексей Александрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Туманов, Алексей Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ РАЗРУШЕНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ТОРЦЕВЫХ ФРЕЗ. КРИТЕРИИ СОСТОЯНИЯ И ОТКАЗА ИНСТРУМЕНТА

2.1 Начальное состояние твердосплавных пластин торцевых

фрез

2.2 Изменение радиуса округления режущих кромок твердосплавных пластин при торцевом фрезеровании конструкционных углеродистых сталей

2.3 Особенности изнашивания твердосплавных торцевых фрез при обработке конструкционных сталей

2.4 Критерии состояния и отказа для пластин без и с износостойким покрытием

ГЛАВА 3. ВИБРОАКУСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ПРИ ТОРЦЕВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ

3.1 Информационно-измерительные системы для контроля вибраций

3.2 Исследование особенностей изменения параметров виброакустического сигнала при однозубом торцевом фрезеровании

3.3 Исследование особенностей изменения параметров виброакустического сигнала при симметричном торцевом фрезеровании

3.4 Исследование реакции виброакустического сигнала на поломку зубьев фрезы

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ТОРЦЕВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ

4.1 Методика исследования составляющих Бу и Бь при симметричном торцевом фрезеровании

4.2 Разработка методики расчета мгновенных значений составляющих ¥у и по измеренным составляющим ¥л, и

ГЛАВА 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ТОРЦЕВОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ

5.1 Разработка аналитических зависимостей, описывающих влияние факторов процесса резания на составляющие силы резания с учетом изнашивания инструмента

5.2 Математическое обеспечение алгоритма для выбора и расчета предельного значения силового диагностического признака

5.3 Оценка увеличения производительности фрезерования торцевыми фрезами при применении диагностирования их состояния

5.4 Методика диагностирования состояния твердосплавных торцевых фрез при обработке конструкционных сталей

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А - справки о производственных испытаниях

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - копия патента РФ на изобретение № 2411471

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение производительности фрезерования изделий из конструкционных углеродистых сталей на основе диагностирования состояния твердосплавных торцевых фрез»

ВВЕДЕНИЕ

Основой технического прогресса в машиностроении является внедрение автоматизированного и автоматического технологического оборудования с ЧПУ, которое эксплуатируется как автономно, так и в составе ГПС. Однако высокая стоимость такого оборудования и связанная с ней высокая стоимость станкоминуты, вызывает необходимость повышения эффективности его эксплуатации путем сокращения машинного и вспомогательного операционного времени, как в безлюдном режиме, так и с ограниченным участием оператора. Максимальный экономический эффект использования такого оборудования достигается при непрерывной круглогодичной эксплуатации [1]. Это осуществимо при обеспечении высокой надежности работы всех компонентов таких технологических систем.

Исследования и производственный опыт показывают, что наибольшая доля отказов автоматических линий массового производства связана с отказами режущих инструментов. Инструмент - особый элемент технологической системы механической обработки, характеризующийся повышенными нагрузками на его режущую часть, что вызывает многообразные виды повреждений, связанных с износом, поломками, выкрашиванием режущей кромки и др. При этом скорость изнашивания инструмента значительно выше скорости изнашивания деталей и узлов технологического оборудования (станков, приспособлений и т.д.). Поэтому инструмент является наиболее слабым звеном по надежности в автоматизированных технологических системах, так как изнашивание инструмента в отличии от других повреждений, обязательно приведет к отказу технологической системы в целом, если не будет выполнена его предупредительная замена на дублирующий.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт при эксплуатации

ГПС с целью обеспечения высокой надежности режущего инструмента,

режимы резания обычно назначают на 20-30% ниже нормативных. При этом

4

доля простоев оборудования, связанная с заменой затупившегося инструмента, может составлять более 40% от вспомогательного операционного времени [1,2].

Сокращение времени простоев оборудования, связанных с заменой затупившегося инструмента, возможно в случае его своевременной замены в инструментальном магазине станка без остановки последнего. Для этого система автоматизированного управления в каждый момент времени должна иметь информацию о текущем состоянии каждого из режущих инструментов и соответствующем этому состоянию оставшемся ресурсе их работы. На основе сопоставления оставшегося ресурса инструмента и заранее известного машинного времени, необходимого для обработки детали, система выбирает из числа дублирующих, находящихся в магазине станка, инструмент с достаточным для обработки остаточным ресурсом. Вышеизложенное практически исключает возможность отказа инструмента в процессе обработки детали. Замена затупившегося инструмента осуществляется в магазине станка без его остановки. Кроме того, наличие текущей информации о состоянии инструмента позволяет не занижать режимы резания с целью обеспечения его надежности, как это делается в настоящее время.

Одним из распространенных видов металлообработки является фрезерование, которое имеет широкое применение в машиностроении, в частности, при обработке плоскостей призматических деталей из конструкционных углеродистых сталей, таких как корпуса, штампы и др.

Наиболее распространенным инструментальным материалом при

такой обработке является твердый сплав. В настоящее время режущим

инструментом из твердого сплава обрабатывается до 60-65% заготовок из

различных материалов [3]. В автомобильной промышленности Японии доля

торцевых фрез оснащенных твердым сплавом достигает 70% [22]. Благодаря

своей высокой твердости, теплостойкости и износостойкости твердый сплав

обеспечивает скорость резания в 2,5...3 раза выше по сравнению с

5

быстрорежущей сталью. Являясь высокопроизводительным

инструментальным материалом твердый сплав обладает таким недостатком как высокая хрупкость. По данным Г.Л. Хаета [10], структура отказов твердосплавных торцевых фрез при обработке конструкционных углеродистых сталей в производственных условиях следующая: 25-30% приходится на изнашивание, 75% на хрупкое разрушение: из них 50% происходит из-за скалывания, 25% из-за выкрашивания.

Получение текущей информации о состоянии инструмента в процессе резания невозможно методами непосредственного измерения, так как рабочие поверхности подлежащие контролю находятся непосредственно в зоне резания и недоступны для современных измерительных систем. Поэтому информация о текущем состоянии режущего инструмента может быть получена только с использованием систем диагностирования.

Оснащение современных фрезерных станков системами диагностирования состояния инструмента ограничено вследствие их недостаточной достоверности и сложной реализации [9].

Для создания систем диагностирования необходим комплекс теоретических и экспериментальных исследований по расчету и выбору наиболее информативного диагностического признака, адекватно отображающего реальное состояние инструмента.

Цель работы. Повышение производительности фрезерования твердосплавными торцевыми фрезами изделий из конструкционных углеродистых сталей на основе диагностирования состояния инструмента, основанного на комплексном анализе силовых параметров процесса и виброакустического сигнала.

Методы и средства исследования. Теоретические исследования проведены на основе базовых положений теории резания материалов, технологии машиностроения, математического моделирования. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием современного оборудования и измерительных средств. Обработка результатов исследований осуществлялась с использованием специализированного ПО.

Научная новизна работы состоит в:

• выявленном характере изменения радиуса р по мере изнашивания твердосплавных пластин по задней поверхности при торцевом фрезеровании изделий из конструкционных углеродистых сталей и его влияния на составляющие силы резания;

• аналитических зависимостях для определения силовых параметров, учитывающих влияние износа инструмента и режимов резания при фрезеровании изделий из конструкционных углеродистых сталей твердосплавными торцевыми фрезами;

• установленной взаимосвязи между поломкой зубьев твердосплавной торцевой фрезы и разницей между максимальными и минимальными значениями уровня виброакустического сигнала за время оборота фрезы;

• методике диагностирования состояния торцевых фрез, основанной на комплексном анализе силовых параметров процесса и уровня виброакустического сигнала.

Практическая ценность работы заключается в:

• рекомендациях по выбору предельных величин допускаемого износа твердосплавных торцевых фрез;

• разработанных рекомендациях и аппаратуре для измерения составляющих силы резания при фрезеровании с помощью динамометра повышенной жесткости;

• разработанном алгоритме и программном комплексе для выбора и расчета предельного значения силового диагностического признака состояния инструмента при фрезеровании твердосплавными торцевыми фрезами изделий из конструкционных углеродистых сталей.

Апробация и реализация результатов работы

Результаты работы были доложены на Международной научно-

технической конференции "Модернизация машиностроительного комплекса

России на научных основах технологии машиностроения-2011" в Брянске,

Международной научно-практической конференции студентов и молодых

учёных «Современные техника и технологии-2011» в Томске,

«Инновационные технологии в машиностроении - проблемы, задачи,

решения-2012» в Орске, а также были удостоены серебряной медали XIV

Московского международного Салона изобретений и инновационных

технологий "Архимед-2011".

Работа выполнялась в рамках госконтракта №02.740.11.0176 от

25.06.2009 на проведение НИОКР «Проведение коллективом

государственного инжинирингового центра МГТУ «СТАНКИН»

исследований по разработке и практической реализации принципов

мониторинга и диагностики состояния металлообрабатывающих станков и

инструментов при изготовлении высокотехнологичной машиностроительной

продукции» и госконтракта №14.740.11.0148 от 13.09.2010 на проведение

8

НИОКР "Проведение коллективом научно-образовательного центра "Перспективные технологии, инструмент и оборудование для оборонных и гражданских отраслей машиностроения" работ по созданию инновационных конструкций твердосплавного фрезерного инструмента для многоцелевых станков автоматизированных машиностроительных производств" ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».

Созданный в результате выполнения работы программный комплекс для выбора и расчета предельного значения силового диагностического признака состояния инструмента при фрезеровании прошел успешные производственные испытания и рекомендован к использованию на ОАО «Станкоагрегат» (г. Москва) и ОАО «НПО «Квант» (г. Великий Новгород).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК и 1 патент РФ на изобретение №2411471.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация в машиностроении», Туманов, Алексей Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В работе решена актуальная для современного машиностроения и металлообработки научно-техническая проблема, состоящая в повышении производительности фрезерования твердосплавными торцевыми фрезами изделий из конструкционных углеродистых сталей на основе диагностирования состояния инструмента, основанного на комплексном анализе силовых параметров процесса и виброакустического сигнала.

2. На основе экспериментальных исследований радиуса округления режущей кромки твердосплавных пластин установлено, что режущие пластины без покрытия имеют радиус округления Р в диапазоне 13-42 мкм, а с покрытием 16-55 мкм, что приводит к значительному разбросу величин составляющих силы резания при работе острым инструментом. С увеличением износа пластин, сопровождающегося сколами на микроуровне, радиус округления уменьшается до 4-13 мкм и практически не влияет на величину прироста составляющих силы резания в процессе фрезерования.

3. Экспериментально показано, что в качестве "аварийного" диагностического признака, отвечающего за выявление поломки зубьев в процессе торцевого фрезерования, может быть использовано увеличение разницы между максимальным и минимальным значениями виброакустического сигнала за время оборота фрезы. При этом рост амплитуды виброакустического сигнала в октаве с центральной частотой в 1кГц может увеличиваться в 3-6 раз.

4. На основе экспериментальных исследований силовых параметров в широком диапазоне режимов резаний при фрезеровании твердосплавными торцевыми фрезами установлено, что развитие износа инструмента приводит к монотонному увеличению не только силы Бу, но и силы При симметричном фрезеровании динамика изменения сил и ¥у при \|/ > 90° практически зеркально отражается силами и

5. Разработанная методика и программа моделирования силовых параметров позволяет получить зависимости составляющих силы резания от износа инструмента и обеспечивает при фрезеровании изделий из конструкционных углеродистых сталей твердосплавными торцевыми

128 фрезами выбор наиболее информативного диагностического признака в зависимости от условий эксплуатации инструмента.

6. Разработанный алгоритм и программный комплекс для выбора и расчета предельного значения силового диагностического признака состояния инструмента при фрезеровании твердосплавными торцевыми фрезами внедрены в образовательный процесс ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» в рамках дисциплины «Надежность и диагностика технологических систем».

7. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также производственных испытаний, установлено, что использование разработанного алгоритма и программного комплекса для диагностирования состояния инструмента при обработке изделий из конструкционных углеродистых сталей твердосплавными торцевыми фрезами позволяет повысить производительность операций торцевого фрезерования до 30%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Туманов, Алексей Александрович, 2012 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильев В.Н., Васильев С.В. Гибкие производственные системы Японии. - Экспресс информация. М.: НИИ экономики, организации производства и технико-экономической информации в энергетическом машиностроении. - 1985. - С. 46.

2. Кочеровский Е.В., Лихцер Г.М. Диагностика состояния инструмента по силовым характеристикам процесса резания. Обзор. - М.: ВНИИТЭМР. Вып.7, 1988. - С.40

3. Справочник конструктора инструментальщика - М.: Машиностроение.2006 - С.20.

4. Фрумин Ю. Д. Комплексное проектирование инструментальной оснастки. - М.: Машиностроение, 1987. - 344 с.

5. Andreas Kirchheim, Peter Wolfer, Michael Kaever, Martin Reuber. Ims-SIMON-Sensor fused intelligent monitoring system for machining

6. Abrari F, Elbestawi M.A., Spence A.D. On the dynamics of ball-end milling modeling of cuttiug forces and stability analysis (1998). Int Mach Tool Mann. 38(3). 215-237

7. Altintas Y., Lee P. Mechanies and dynamics of ball end milling (1998) J Manuf SeiE-T ASME 120: 684-691

8. T. S. Lee and Y.J. Liu A 3D Predictive Cuttiung - Force Model for Eud Milling of Parts Haviug Sculptured Surfaces. Int J Adv Manuf Technol. 2000. 16: 773-783

9. R.Teti, K. Jemielniak, G. O'Donnell, D. Dornfeld. Advanced monitoring of machining operations. CIRP Annals - Manufactruing Technology 59 (2010) p. 717-739.

10. Диагностика автоматизированного производства / C.H. Григорьев , В.Д. Турин, М.П. Козочкин и др. ; под ред. С.Н. Григорьева, М.: Машиностроение, 2011 .-600с.

11. Палей С.М., Мухин М.А. Анализ развития работ по обеспечению надёжности процесса резания // Станки и инструмент. - 1993 - №6 -С.16-18.

12. Деревянченко А.Г., Павленко В.Д. и др. Автоматический контроль состояния режущего инструмента по топографии его износа // Металлорежущие станки. Республиканский межведомственный науч.

- техн.сб. - Киев. Texnika. - 1986. - №4 - С.53-55.

13. Comment controber l'usure des ontils de coupe // Maschine moderne, -1984, 3, special.-P. 13-15

14. Rechnergesturestutzes optish-elektrish Sensorsystem. //Industri Anzeiger.

- 1985, Jd. 107,N35-36.-S. 18-21.

15. Деревянченко А.Г. Разработка методов контроля и диагностики резцов с использованием теории распознавания образов: Автореферат канд. дис. - М.: Ун-т. Дружбы народов им. П. Лумумбы. - 1985, 17 с.

16. Кибальченко A.B. Контроль состояния режущего инструмента. - М.: ВНИИТЭМР, 1986.-С.44.

17. Палей С.М., Васильев C.B. Контроль состояния режущего инструмента на станках с ЧПУ. Обзор. - М.: НИИМАШ. 1983, 52 с.

18. Грачев Л.Н., Сахаров М.Г. , Антипов В. И. Автоматическое управление точностью обработки на токарных станках с ЧПУ. — М.: ВНИИТЭМР, 1985. - 48 с.

19. Палей С.М. Состояние и тенденции развития способов прогнозирования периодов стойкости режущего инструмента: Обзор информации. - М.: ВНИИТЭМР, 1985. -С.44.

20. Васильев C.B. Использование электрических явлений при резании для коррекции режимов обработки: Методические рекомендации. - М.: ЭНИМС, 1981-С.16.

21. Автоматический контроль износа инструмента по температуре резания. Технология, оборудование, организация и экономика

машиностроительного производства: Экспресс-информация, Режущие инструменты, - М.: ВНИИТЭМР, 1985. - №2. - С.4-9.

22. Лоладзе Т.Н., Бокучава Г.В. Исследование износа алмазного абразивного инструмента. Труды гпи,1965, №3,c.I8I-20I.

23. Вальков В. М. Контроль в ГАП. - JI.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1986. - 232 с.

24. Storkmann P. Integrirte Messteuerrung einer Drehmashine // Werkstatt und Betried. - 1972. v. 109, N9.

25. Козочкин М.П. и др. Диагностика режущего инструмента на станках с СПУ по акустическому сигналу: Метод, рекомендации. -М.: ЭНИМС. 1984.-29 с.

26. Кибальченко А.В. Применение метода акустической эмиссии в условиях гибких производственных систем. - М.: ВНИИТЭМР, 1986, 56 с.

27. Козочкин М. П. Особенности вибраций при резании материалов // СТИН. 2009. № 1. С. 29-35.

28. Kozochkin М.Р., Kochinev N.A., Sabirov F.S. Diagnostics and monitoring of complex production processes using measurement of vibration-acoustic signals. // Measurement Techniques, Springer New York.Vol. 49, No 7, 2006, p. 672-678.

29. Жарков И. Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. Л., Машиностроение, 1986, — 184 с.

30. Козочкин М. П., Гусев А. В., Порватов А. Н. Разработка мобильных систем для мониторинга и диагностики станочных узлов // «Справочник.Инженерный журнал», № 3. 2011. С. 20-23.

31. Козочкин М.П. Виброакустическая диагностика технологических процессов./М.: ИКФ «Каталог». 2005. 196 с.

32. Гольдсмит В. Удар. Теория и физические свойства соударяемых тел./ М.: Изд. л-ры по строит. 1965. 448 с.

33. Синопальников В.А., Григорьев С.Н. Надёжность и диагностика технологических систем. М.: Высшая школа,2005. 343с.

34. J.M. Vieira, A.R. Machado, Е.О. Ezugwu. Performance of cutting fluids during milling of steels. Journal of Materials Processing Technology 116 (2001). p. 244-251.

35. Гурин В.Д. Повышение надежности фрезерования сталей за счет диагностирования состояния инструмента по силовым диагностическим признакам. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Москва, МГТУ "Станкин", 2004.

36. Гурин В.Д. Повышение эффективности фрезерования на станках с ЧПУ путем комплексного диагностирования состояния инструмента в релаьном времени. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. Москва, МГТУ "Станкин", 2011.

37. С. Scheffer, P.S. Heyns, Wear monitoring in turning using vibration and strain measurements, Mechanical Systems and Signal. Processing 15 (6) (2001) 1185-1202.

38. G. Byrne, D. Dornfield, I. Inasaki, G. Kettler, W. Konig, R. Teti, Tool condition monitoring (TCM)—the status of research and industrial applications, Annals of CIRP 44 (1995) 541-567.

39. R.K. Dutta, S. Paul, A.B. Chattopadhyay, Fuzzy controlled backpropagation neural network for tool condition monitoring in face milling, International Journal of Production Research 38 (13) (2000) 29893010.

40. Зорев H.H. Вопросы механики процесса резания металлов.: М., Машгиз,1956,С.367.

41. W. Konig, К. Langhammer, H.U. Schemmel and R-W.Th, "Correlation between cutting force components and tool wear", Annals CIRP, 21, pp. 19-20, 1972.

42. M. A. Elbestawi, Т. A. Papazafiriou and R. X. Du, "In-process monitoring of tool wear in milling using cutting force signature", International Journal of Machine Tools and Manufacture, 31, pp. 55-73, 1991.

43. Рудник C.C. Основы теории фрезерования, т.1, Киев,1963, - С.225.

44. Розенберг A.M., Ерёмин А.Н. Элементы теории процесса резания металлов. - Свердловск, Машгиз,1956,318 с.

45. L. С. Lee, К. S. Lee and С. S. Gan, "On the correlation between dynamic cutting force and tool wear", International Journal of Machine Tools and Manufacture, 29, pp. 295-303, 1989.

46. Joel Rech. Cutting edge preparation and surface issues. HSS Forum's International Conference « Smart solutions for metal cutting », Aachen, 2-3 February 2005

47. Турин В.Д., Григорьев C.H., Алешин C.B., Семенов В.А. Диагностирование состояния концевых фрез по силовым параметрам. // "ИТО: инструмент, технология, оборудование". - № 6 (95), 2005. - С. 15-19.

48. Григорьев С.Н., Турин В.Д., Туманов А.А Конструкция и устройство динамометра для фрезерования деталей в автоматизированном производстве // Метрология. 2011, №8. - С. 26-32.

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшею профессионального образования «Новгородский государственный университет имени Ярослава Муд^в?^^.

FiS^é^Ж%%твкрждаю

пЖЙ^ШШработсЬЬвГУ —У^Ж^^Ш РЩЛ- Бондаренко ......апреля 2012 г.

А К Г

о производственных испытаниях программного комплекса автоматизированного выбора силовых диагностических признаков и расчета их предельных значении, созданного в ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин»

диагностирование состояния инструмента на этапе высокоточной механообработки —профильных изделия уваляет пов^игь Ггатпостные характеристики процесса резания, что приводит к более ^ш™ 1спод,_ю современного металлорежущего

оборулов'ия' Особенно 3,0 относив к использованию автоматического

технологического оборудования с МГО. ^тт.1НАСТПОения

„ настоящее 'ЖюГ5

раб™Щ"м неягре используется про.раммяый

„^плпы.ых значений силовых диагностических признаков для назначения ^Д^ состояния, фрез. Данный

достоверного для контроля текущего состояния

программы ыи ^^ процессах механообработки, что

инструмента при сложных нестации > 1 К).-30% и снизить

позволяет повысить производительность фрезерования ш - - •

расхс^ы на ^т^^^рои,вод,тельности, снижения расхода на

С целью повышена ^ ВЪШ)Де из строя инструмента

инструмент И затрат на оран, пол\ юемыи . к «СТАНКИН»

технологического перехода, в 1У до завершения т.хнол^шеи тгчета мгновенных значении

Е^кгь 6« и— -«»-«л, «. ««»с

промышленного ПК). испытания на фрезерном

Разработанная сшпш «Р«^ №1Чиашты11, выл «р«» с

обрабатывание, с„ Ч11У через

входам я/выходами контролера -->■•> )

ОТ:ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ НОВГУ ТЕП:766361

26 ЙПР. 2012 09:50 СТР1

специально разработанное устройство «УСЛИП», которое преобразует входной сигнал с внешнего носителя, Управляющая .программа электроавтоматики адаптирована под данную задачу и интегрирована в ПЖ указанной системы ЧПУ при помощи программно-аппаратного комплекса 8шш11С 87 81ср7\\5.48Р3.1. В указанной системе ЧПУ таким образом, было реализовано взаимодействие с модулем диагностирования и функцией

адаптивного управления.

Производственные испытания, проводились на корпусных деталях, выполненных из стали 35, торцовой фрезой с неперетачиваемыми механически-закрсшяемыми твердосплавными пластинами, при следующие режимах В- 6 мм, 1=3 мм, У=300 м/мин, 8,= 0,06 мм, п 5000 об"1, 8МИЙ = 900

мм/мил. Схема фрезерования.....попутная. Охлаждение - масляным туманом.

В результате испытаний удалось повысить производительность обработки на

15-25%.

Отличительной особенностью данного программного комплекса от других современных аналогов является то, что производится комплексное диагностирование состояния режущего инструмента, что снижает количество ложных распознаваний, а также брака детали на 70-80% из-за резервирования времени последнего прохода. Заключение.

Данный программный комплекс автоматизированного вьгоора силовых диагностических признаков и расчета их предельных значений обеспечивает достоверное распознавание состояния режущего инструмента и бесперебойную работу фрезерного оборудования с ЧПУ в процессе резания с требуемыми показателями по точности и шероховатости обработанных поверхностей, а также повышение производительности обработки до 30/о и

снижение расхода инструмента до 90%.

После проведения ряда испытаний в производственных условиях на

указанном оборудовании было принято решение о рекомендации к

использованию данного программного комплекса в процессе

многокоординатной и высокоскоростной механообработки ответственных высокоточных корпусных деталей дорогостоящего инструмента .и фрезерования.

От ФГБОУ НПО «НовГУ»

с целью снижения расхода повышен ия I [роизводител ьноеш

От ФГБОУ ВПО М. ГТУлхСТ АН КИИ»

Директор Пол «технического института НовГУ, заведующий

профессор

тАРТР\ Жш

Тимофеев

В. Д. Гурии А. А.Туманов

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

Москва, 109202, Перовское шоссе, 21 Телеграф: Москва, 109202, Факс: [phone] Тел: [phone]

От__________________ >г__________

H;l №

СПРАВКА

об испытании в производственных условиях программного комплекса для диагностирования состояния твердосплавных торцевых фрез

Настоящим удостоверяем, что в период февраль-март 2012 г. аспирантом ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» Тумановым A.A. были проведены на заводе производственные испытания программного комплекса для диагностирования состояния твердосплавных торцевых фрез на фрезерном обрабатывающем центре с ЧПУ Haas VM - 6.

Испытания проводились при торцевом фрезеровании изделий из конструкционных углеродистых сталей твердосплавными торцевыми фрезами.

Испытания показали, что программный комплекс обеспечивает диагностирование износа режущих пластин, поломку зубьев, сокращение количества брака деталей и за счет этого повысить производительность операций торцевого фрезерования до 30%.

Директор по кадрам и соц. вопросаш

W ^V В.А. Исайков

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19)

О

г*.

см

а:

ки

(И)

(13)

С1

(51) МПК

СЮ1Ь 5/00 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(21)(22) Заявка: 2009148348/28, 25.12.2009

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 25.12.2009

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 25.12.2009

(45) Опубликовано: 10.02.2011 Бюл. № 4

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: 8ГГ 885834 А1, 30.11.1981. Яи 885838 А1, 07.01.1983. Би 987422 А1, 07.01.1983. ви 1016701 А1,07.05.1983. ГР 2006142460 А1, 08.06.2006.

Адрес для переписки:

127055, Москва, Вадковский пер., 3-а, ГОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН", помощнику ректора по интеллектуальной собственности А.Л. Храмцову

(72) Автор(ы):

Григорьев Сергей Николаевич (1Щ), Гурин Владимир Дмитриевич (ЬШ), Туманов Алексей Александрович (1Ш)

(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ГОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") (1Ш)

(54) ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ ДИНАМОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ СИЛЫ РЕЗАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно для фрезерования концевыми фрезами, и предназначено для измерения составляющих силы резания. Технический результат изобретения заключается в повышении точности, удобстве эксплуатации и наглядности испытаний. Двухкомпонентный динамометр для измерения составляющих силы резания организован из двух взаимно перпендикулярно расположенных друг относительно друга верхнего и нижнего нагрузочных средств, каждое из которых выполнено в виде нагрузочного стола, выполненного из нагружаемой крышки и призматического элемента, соединенных винтами, установленного по скользящей посадке в основании, и зафиксированного от

поперечного смещения средствами фиксации в виде призматических направляющих, стальных шариков и затяжных болтов, в продольном направлении с каждой стороны призматических направляющих как верхнего, так и нижнего нагрузочного средства установлено по два тензометрических датчика. Нагрузочные средства под действием силы резания, продольно перемещаясь через стальные шарики и вдоль призматических направляющих, воздействуют на

тензометрические датчики. Крышка стола верхнего нагрузочного средства

функционально выполнена с возможностью размещения на его поверхности обрабатываемого изделия. Основание верхнего нагрузочного средства является крышкой нижнего нагрузочного средства. 2 ил.

Л с

го

О

16 П S S 17 IB

Фиг.!

о

Tf

см

7¡ С

IS) 4ь

■tik

■ч

О

RUSSIAN FEDERATION

(19)

o

CM

=) m

RU

ai)

(13)

C1

(51) Int. Cl. G01L 5/00

(2006.01)

FEDERAL SERVICE FOR INTELLECTUAL PROPERTY, PATENTS AND TRADEMARKS

(12) ABSTRACT OF INVENTION

(21)(22) Application: 2009148348/28, 25.12.2009 (72) Inventor(s):

Grigor'ev Sergej Nikolaevich (RU),

(24) Effective date for property rights: Gurin Vladimir Dmitrievich (RU),

25.12.2009 Tumanov Aleksej Aleksandrovich (RU)

Priority: (73) Proprietor(s):

(22) Date of filing: 25.12.2009 Gosudarstvennoe obrazovatel'noe uchrezhdenie

(45) Date of publication: 10.02.2011 Bull. 4 vysshego professional'nogo obrazovanija

Moskovskij gosudarstvennyj tekhnologicheskij

Mail address: universitet "STANKIN" (GOU VPO MGTU

127055, Moskva, Vadkovskij per., 3-a, GOU VPO "STANKIN") (RU)

MGTU "STANKIN", pomoshchniku rektora po

intellektual'noj sobstvennosti A.L. Khramtsovu

(54) TWO-COMPONENT DYNAMOMEETR FOR MEASUREMENT OF CONSTITUENTS OF CUTTING FORCE

(57) Abstract:

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: two-component dynamometre for measurement of constituents of cutting force is made of two mutually perpendicular upper and lower loading devices each corresponding to loading desk consisting of loaded cover and prismatic element connected with screws. The loading desk is mounted on a sliding seat in a base; it is fixed with holders in form of prismatic guides, steel balls and tightening bolts preventing cross shift of the desk. Two tensometric sensors are arranged in lengthwise direction on each side of prismatic guides of the both upper and lower loading devices. Under influence of cutting force the loading devices travelling lengthwise through steel balls and along prismatic guides effect the tensometric sensors. A processed item can be arranged on surface of the desk cover of the upper loading device. A base of the

upper loading device is the cover of the lower loading device.

EFFECT: upgraded accuracy, convenience in maintenance and visualisation of tests. 2 dwg

7J C

N3

o

¡7 IB

Putt

CTp.: 3

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно для фрезерования концевыми фрезами, и предназначено для измерения составляющих силы резания.

Из уровня техники известен универсальный динамометр, включающий корпус, 5 нагрузочное средство прямоугольной формы, зафиксированное средствами передачи информации, а также разъемное шасси для вывода сигнала (Руководство к универсальному динамометру УДМ конструкции ВНИИ, Москва 1969 г., прототип).

К недостаткам данного известного динамометра следует отнести тот факт, что в Ю силу пространственно ориентированной организации конструктивных элементов при фрезеровании концевыми фрезами на вертикальных фрезерных станках объективно рассматриваемые составляющие силы резания могут быть измерены только на коротком участке нагрузочного стола динамометра, что не позволяет проводить длительный мониторинг составляющих силы резания. 15 В основу заявленного изобретения была положена задача создания динамометра, конструктивно выполненного с возможностью обеспечения измерения составляющих силы резания независимо от положения заготовки на нагрузочном столе.

Таким образом, техническим результатом является возможность обеспечения 20 измерения составляющих силы резания независимо от положения заготовки на

загрузочном столе относительно центра динамометра, что в конечном итоге повысит точность, удобство эксплуатации и наглядность испытаний.

Поставленный технический результат достигается посредством того, что в двухкомпонентном динамометре для измерения составляющих силы резания при 25 фрезеровании, организованном из двух взаимно перпендикулярно расположенных друг относительно друга верхнего и нижнего нагрузочных средств прямоугольной формы в поперечном сечении, каждое из которых выполнено в виде нагрузочного стола Т-образного профиля, установленного по скользящей посадке в основании П-30 образной формы, зафиксированного в нем от продольного перемещения

относительно последнего средствами передачи информации, а от поперечного смещения средствами фиксации, при этом крышка стола верхнего нагрузочного средства функционально выполнена с возможностью размещения на его поверхности обрабатываемого изделия, а его основание конструктивно и функционально является 35 крышкой стола нижнего нагрузочного средства.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 изображен разрез общего вида двухкомпонентного динамометра для измерения составляющих силы резания; на фиг.2 - поперечный разрез по фиг.1. 40 Двухкомпонентный динамометр для измерения составляющих силы резания организован из двух взаимно перпендикулярно расположенных друг относительно друга верхнего и нижнего нагрузочных средств прямоугольной формы в поперечном сечении, каждое из которых выполнено в виде нагрузочного стола 1 Т-образного профиля и нагрузочного стола 2 Т-образного профиля, установленных по скользящим 45 посадкам в основаниях П-образной формы. В данном конкретном случае верхний нагрузочный стол 1 выполнен из нагружаемой крышки 3 и призматического элемента 4, соединенных винтами 5; нижний нагрузочный стол 2 выполнен из нагружаемой крышки 6 и призматического элемента 7, соединенных винтами 8. Конструктивно динамометр выполнен таким образом, что основание верхнего нагрузочного средства конструктивно и функционально является крышкой нижнего нагрузочного средства.

Верхний нагрузочный стол 1 зафиксирован от продольного перемещения

средствами передачи информации в виде тензометрических датчиков 9 со шпильками 10, от поперечного перемещения - средствами фиксации в виде призматических направляющих 11, стальных шариков 12 и затяжных болтов 13.

Нижний нагрузочный стол 2 зафиксирован от продольного перемещения 5 средствами передачи информации в виде тензометрических датчиков 14 со шпильками 15, от поперечного перемещения - средствами фиксации в виде призматических направляющих 16, стальных шариков 17 и затяжных болтов 18.

В данном конкретном случае для увеличения чувствительности и жесткости ю конструкции в продольном направлении с каждой стороны призматических

направляющих как верхнего, так и нижнего нагрузочных средств установлено по два тензометрических датчика.

Принцип работы заявленного двухкомпонентного динамометра для измерения составляющих силы резания заключается в следующем. 15 Динамометр устанавливают на станок, после чего на нагрузочном средстве 1 закрепляют обрабатываемую деталь 19, с помощью шпилек 10 и шпилек 15 осуществляется предварительный натяг тензометрических датчиков 9 и тензометрических датчиков 14; жесткая фиксация призматических направляющих 11 и 20 призматических направляющих 16 осуществляется с помощью затяжных болтов 13 и затяжных болтов 18. Под действием силы резания, которая раскладывается на измеряемые составляющие, происходит перемещение соответствующих нагрузочных столов 1 и 2. Нагрузочные столы 1 и 2, продольно перемещаясь через стальные шарики 12 и 17 вдоль призматических направляющих 11 и 16, воздействуют на 25 тензометрические датчики 9 и тензометрические датчики 14. Сигнал выводится на разъемное шасси (не указано), подключенное к усилителю.

Опытный образец заявленного двухкомпонентного динамометра для измерения составляющих силы резания был изготовлен и прошел успешные испытания в МГТУ 30 "Станкин", обеспечив возможность измерения составляющих силы резания независимо от положения заготовки на загрузочном столе относительно центра динамометра, что в конечном итоге повысило точность, удобство эксплуатации и наглядность испытаний.

Указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и 35 взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном комплексе отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений. 40 Однако следует отметить, что заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает в соединении синергетический (сверхсуммарный) результат.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении 45 предназначен для использования в машиностроении;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату

50 приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

На основании изложенного заявленный объект соответствует требованию условия

патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Формула изобретения 5 Двухкомпонентный динамометр для измерения составляющих силы резания при фрезеровании, организованный из двух взаимно перпендикулярно расположенных относительно друг друга верхнего и нижнего нагрузочных средств, каждое из которых выполнено в виде нагрузочного стола, выполненного из нагружаемой ю крышки и призматического элемента, соединенных винтами, установленного по скользящей посадке в основании, и зафиксированного от поперечного смещения средствами фиксации в виде призматических направляющих, стальных шариков и затяжных болтов, в продольном направлении с каждой стороны призматических направляющих как верхнего, так и нижнего нагрузочного средства установлено по 15 два тензометрических датчика, при этом нагрузочные средства под действием силы резания, продольно перемещаясь через стальные шарики и вдоль призматических направляющих, воздействуют на тензометрические датчики, при этом крышка стола верхнего нагрузочного средства функционально выполнена с возможностью 20 размещения на его поверхности обрабатываемого изделия, а основание верхнего нагрузочного средства является крышкой нижнего нагрузочного средства.

7

Фиг, 2