Совершенствование конструкции торцевых фрез (стр. 2 из 3)
Техническое противоречие: уменьшение частоты вращения приведёт к снижению производительности.
3. Разработка обобщенного технического решения. Формулировка технического противоречия.
Для уменьшения вибрации фрезы её зубья должны обладать большим и малым сечением, чтобы автоколебания не возникали при различных частотах работы.
Физическое противоречие: сечение зубьев должно быть большим и малым.
Идея: изготовить зубья фрезы переменного сечения для гашения автоколебаний.
6. Поиск информации.
На основании изучения различных журналов: «Станки и инструменты», «Металлообработка», «Вестник машиностроения», «Машиностроитель» приходим к выводу, что при работе торцовой фрезы доминирующий вклад в образование вибрационных волн на поверхности резания вносит жесткость державок зубьев. Следовательно, применяя фрезы, зубья которых имеют равномерный шаг, но различную жесткость в направлении, перпендикулярном к их опорным поверхностям, можно снизить вибрации. У такой фрезы первый зуб имеет жесткость j1, второй - j2, третий - j3 и т.д.
7. Выбор конкретного технологического решения.
Подпилим державки зубьев на разную глубину, тем самым получим зубья с различной жёсткостью.
6. Формирование научных целей и задач.
В ходе эксперимента проведем исследования влияния изменения жёсткости зубьев на возникновение колебаний при обработке.
7. Формирование исходной гипотезы.
На основании теории влияния жёсткости зубьев на возникновение автоколебаний предположим, что при различной жёсткости зубьев автоколебания не возникнут.
8. Анализ результатов проведенных исследований.
Результаты исследований опытных фрез с зубьями переменной жёсткости показали, что вибрации системы деталь – фреза значительно снизились
9. Объяснение результатов.
М → Ф = Г
Обнаружен механизм, который объясняет полученные факты, а эти факты соответствуют выдвинутой ранее гипотезе. Этот вариант свидетельствует о высокой квалификации исследований и высоких полученных результатов.
10. Формирование выводов.
Фрезы с зубьями переменной жёсткости вызывают на поверхности резания вибрационные волны различной длины. Поэтому техническая система не может настроиться на определённую частоту, колебания не усиливаются и остаются на низком уровне.
Устранение третьего недостатка.
1. Описание ситуации приводящий к производственным исследованиям.
Фрезерование на данном этапе развития техники и технологии обладает низкой производительностью, обусловленной требованиями к качеству обработанной поверхности. Данные научные исследования проводятся для увеличения производительности процесса фрезерования.
Административное противоречие: низкая производительность фрез; производительность необходимо увеличить.
2. Анализ ситуации.
Обработка при фрезеровании ведётся режущими кромками зубьев, вращающимися вокруг оси вращения фрезы. При увеличении продольной подачи обработанная поверхность получится худшего качества.
Техническое противоречие: увеличение подачи ведёт к снижению точности обработки.
3. Разработка обобщенного технического решения. Формулировка технического противоречия.
Для увеличения производительности режущие кромки зубьев за единицу времени должны проходить большее расстояние по поверхности заготовки.
Физическое противоречие: перемещение фрезы для увеличения производительности должно быть быстрым; для выполнения условий точности перемещение фрезы должно быть медленным.
Идея: увеличить частоту вращения фрезы вместе с продольной подачей.
4. Поиск информации.
На основании изучения различных журналов: «Станки и инструменты», «Металлообработка», «Вестник машиностроения», «Машиностроитель» приходим к выводу, что при увеличении υ даже при пониженных значениях подачи на зуб повышается производительность фрезерования (так как возрастает минутная подача) и обеспечивается уменьшение шероховатости обработанной поверхности, силы резания и повышение точности обработки. При этом снижается уровень крутильных колебаний, существенно меньше становится влияние механического удара на процесс изнашивания режущих пластин, резко сокращается число сколов и выкрашиваний, износ стабилизируется, стойкость фрезы возрастает. Кроме того, существенно уменьшается тепловое циклическое воздействие на режущие кромки, так как за период холостого пробега спад температуры приконтактного слоя режущего клина незначителен, что также способствует уменьшению интенсивности и стабилизации процесса изнашивания режущих кромок.
5. Выбор конкретного технологического решения.
Увеличим частоту вращения фрезы в 10-20 раз, подачу на зуб оставим прежней.
6. Формирование научных целей и задач.
В ходе эксперимента проведем исследования влияния частоты вращения фрезы на производительность фрезерования и качество поверхности заготовки.
7. Формирование исходной гипотезы.
На основании выработанной теории предположим, что при увеличении скорости резания в 15 раз производительность увеличится соответственно, при этом качество поверхности заготовки не изменится.
8. Анализ результатов проведенных исследований.
Результаты высокоскоростного фрезерования показали, что ранее выдвинутая гипотеза подтвердилась, т. е. увеличение производительности фрезерования не ухудшает качество обработки.
9. Объяснение результатов.
М → Ф = Г
Обнаружен механизм, который объясняет полученные факты, а эти факты соответствуют выдвинутой ранее гипотезе. Этот вариант свидетельствует о высокой квалификации исследований и высоких полученных результатов.
10. Формирование выводов.
Для устойчивой и надёжной работы на высоких частотах фрезы должны изготавливаться кассетными, как показано на рисунке. При высокоскоростном фрезеровании подача на зуб и на оборот фрезы не изменилась, поэтому резкое увеличение производительности не сказалось на качестве обработки. Предложенная конструкция фрезы позволяет использовать один и тот же корпус для фрез разного назначения, применяемых на специальных скоростных станках, автоматических линиях, станках с ЧПУ, многоцелевых станках, входящих в состав ГПС. Использование таких фрез позволяет унифицировать режимы резания чугунов и термически необработанных сталей, что важно на обработки на станках с ЧПУ.
4 Описание усовершенствованного объекта
Для устранения одновременно нескольких недостатков необходимо совершенствование конструкции торцовой фрезы.
Фреза отличается тем, что имеет конструкцию кассетной регулируемой торцевой фрезы оснащенной пластинами круглой и квадратной формы с многослойным покрытием TiN - TiCN – TiN и обработка ведётся на скоростях в 10-20 раз больших, чем применялись ранее для увеличения стойкости инструмента и производительности; для устранения вынужденных автоколебаний системы, зубья фрезы имеют равномерный шаг, но различную жесткость в направлении, перпендикулярном к их опорным поверхностям (см. рисунок).
Предложенная конструкция торцевой фрезы позволяет существенно повысить производительность фрезерования, обеспечивается уменьшение шероховатости обработанной поверхности, силы резания и повышение точности обработки. При этом снижается уровень крутильных колебаний, существенно меньше становится влияние механического удара на процесс изнашивания режущих пластин, резко сокращается число сколов и выкрашиваний, износ стабилизируется, стойкость и надежность фрезы возрастает. Кроме того, существенно уменьшается тепловое циклическое воздействие на режущие кромки, так как за период холостого пробега спад температуры приконтактного слоя режущего клина незначителен, что также способствует уменьшению интенсивности и стабилизации процесса изнашивания режущих кромок.
Все это позволяет использовать такие фрезы в автоматизированном производстве и значительно уменьшает себестоимость механической обработки.
1. Совершенствование торцовой фрезы
Благодаря изучению большого объёма литературы по фрезам, в частности по торцовой фрезе, нам стали ясны главные недостатки процесса фрезерования, мы ознакомились с направлениями совершенствования этого процесса. В этой части исследовательской работы попытаемся применить полученные знания для модернизации фрезы, устранения её главных недостатков.
Алгоритм выявления противоречий
1. Выявление административного противоречия.
Описание технической системы дано ранее.
Главным недостатком ТС является низкая стойкость зубьев фрезы.
Проблема: необходимо увеличить стойкость зубьев.
Административное противоречие: низкая стойкость зубьев фрезы; стойкость необходимо увеличить.
2. Выявление технического противоречия.
Конфликтующей парой в данной ТС являются: изделие – обрабатываемый материал, и инструмент – зуб фрезы, который осуществляет обработку.
Полезное свойство ТС: система обеспечивает большой съём материала – высокая производительность. При решении ТЗ напрямую (например уменьшить глубину резания), ПС ТС теряется.
Техническое противоречие: изделие должно обладать полезным свойством: значительной глубиной снимаемого слоя; при этом зубья фрезы активно изнашиваются.
3. Выявление физического противоречия.
В качестве изменяемого объекта выберем зуб фрезы, так как его изменить легче, чем обрабатываемый материал.
ИКР: зуб фрезы в процессе работы должен снимать большой слой материала, при этом изнашивающее воздействие на него должно быть незначительным.