Повысить эффективность автоматизированного производства можно за счет концентрации операций или переходов, например, путем применения комбинированного инструмента. В настоящее время существуют различные точки зрения на целесообразность применения комбинированных инструментов для обработки отверстий в условиях ГПС. Одни фирмы по впуску инструментального обеспечения ГПС до 80% осевых инструментов выпускают комбинированными. На других предприятиях его доля не превышает 20%.
Такая неоднозначность в оценке целесообразности применения комбинированных инструментов связана, прежде всего, с высокой степенью концентрации режущих кромок на одном корпусе инструмента, что ведет к увеличению объема срезаемого материала, затрудняет его размещение и транспортировку по стружечным канавкам, приводит к пакетированию стружки. Пакетирование стружки ведет к увеличению сил трения, к росту температуры, разбиванию отверстий, увеличению шероховатости поверхности, износа инструмента, а иногда и к его поломке.
Для того, чтобы указанные недостатки не снижали эффективность ТС, при проектировании комбинированных инструментов необходимо учитывать функциональную связь между его конструктивными параметрами и рабочими процессами, протекающими в технологический системе.
Поэтому целью данной работы является функциональных зависимостей между производительностью технологической системы, ее технологическими параметрами и конструктивными параметрами комбинированного осевого инструмента.
Учитывая множественный характер конструкции комбинированных инструментов и многопараметрический характер их взаимодействия с рабочими процессами, получение оптимальных значений их конструктивных параметров на эмпирико-статистических моделях является практически невозможным. Это может быть достигнуто на аналитических моделях, учитывающих многопараметрические функциональные связи между конструктивными параметрами и рабочими процессами. Причем методология исследований должна быть направлена на достижение конечного результата - повышения производительности системы.
Основным исходным положением теории проектирования является то, что комбинированный инструмент рассматривается как составная часть тс, а его конструктивные параметры определяются рабочими процессами, протекающими в системе. Причем взаимодействие конструктивных параметров с рабочими процессами носит многопараметрический характер.
Вопросы технологической производительности рассматривались многими авторами [1], однако в качестве исходных данных ими использовались режимы резания и период стойкости инструмента.
Анализ работы комбинированных инструментов показал, что основной величиной, лимитирующей производительность, является пропускная способность стружечных канавок последней ступени [2]. Для того, чтобы избежать пакетирования стружки, инструмент приходится многократно выводить из отверстия.
Для обеспечения стабильного отвода стружки из зоны обработки необходимо, чтобы пропускная способность стружечных канавок была больше объема стружки, снимаемой в единицу времени, то есть должно выполняться условие
Qk≥Qc,
где Qk – пропускная способность стружечной канавки;
Qc – объем металла, снимаемый в единицу времени.
При параллельной работе всех ступеней пропускная способность стружечных канавок последней ступени должна обеспечить транспортировку стружки, снимаемой всеми предыдущими ступенями. Пропускная способность стружечной канавки i-ой ступени равна
, (1)где Vz – скорость движения стружки вдоль оси инструмента;
k – коэффициент заполнения стружечной канавки;
Fi – площадь поперечного сечения стружечной канавки i-ой ступени;
z – число зубьев на i-ой ступени инструмента.
Объем металла, снимаемый в единицу времени, зависит от режимов резания и геометрических параметров инструмента. При параллельной работе всех ступеней инструмента величина минутной подачи является для них одинаковой, тогда производительность обработки, определяемая объемом металла, снимаемого в единицу времени определится
, (2)где Sм – минутная подача;
doi и di – диаметр отверстия до и после обработки i-ой ступенью инструмента соответственно;
u – количество ступеней инструмента.
Приравняв формулы (1) и (2), можно определить зависимость между режимами резания и конструктивными параметрами инструмента, обеспечивающими достаточную пропускную способность стружечных канавок. С учетом зависимости между минутной подачей и числом зубьев инструмента, получим
. (3)Из уравнения видно, что для повышения производительности системы необходимо увеличивать площадь стружечных канавок, следовательно, снижать количество зубьев инструмента. Этот факт необходимо учитывать при обработке высокоточных отверстий, где число зубьев инструмента должно быть большим.
Технологическую производительность системы можно представить в виде
,где l – длина обрабатываемого отверстия.
С учетом выражения (3), получим
. (4)Из формулы (4) видно, что технологическая производительность системы зависит от конструктивных параметров инструмента и скорости движения стружки вдоль оси инструментаVz. Минимально допустимая величина скорости движения стружки является граничным условием, определяющим область устойчивого функционирования технологической системы. Так как эта скорость зависит от конструктивных параметров инструмента и технологических параметров процесса, то она является связующим параметром между производительностью системы и ее элементами.
При скорости Vz<0 стружка останавливается и происходит ее пакетирование. При Vz>0стружка свободно движется по канавкам инструмента, и чем больше скорость, тем больше производительность системы. В реальных условиях скорость движения стружки определяется также скоростью резания, которая ограничена стойкостью инструмента. Проведенные исследования показали [3], что на скорость движения стружки по канавкам инструмента значительное влияние оказывают геометрические параметры инструмента и значения углов трения между стружечными канавками и стружкой.
Наиболее реальными параметрами, позволяющими управлять производительностью технологического оборудования, являются угол наклона стружечной канавки w и угол трения между стружкой и стружечной канавкой инструмента.
Экспериментальные исследования, выполненные при сверлении отверстий диаметром 10 мм в заготовках из стали 45, показали, что сверла с полированными стружечными канавками и углом w=500 позволяют сверлить отверстия на глубину более 20D, без вывода инструмента для удаления стружки. При этом пакетирование стружки отсутствует.
Таким образом, на основании проведенные исследований установлено, что работе комбинированных осевых инструментов производительность технологической системы определяется скоростью движения стружки в направлении оси инструмента, которая в свою очередь определяется конструктивными параметрами инструмента и режимами резания. Для заданных режимов резания и конструктивных параметров инструмента можно определить ожидаемую производительность технологической системы, ограниченную пропускной способностью стружечных канавок инструмента.
С увеличением частоты вращения инструмента скорость движения стружки увеличивается, однако при этом уменьшается стойкость инструмента. Поэтому более надежным способом повышения производительности является совершенствование конструкции инструмента.
Увеличение угла наклона стружечных канавок инструмента способствует увеличению скорости движения стружки в направлении оси инструмента, следовательно, приводит к повышению производительности технологической системы.