|
|
Биография на русском языке Біографія на українській мові The biography in English
Электронная библиотека Ссылки Индивидуальное задание
|
|
|
Автореферат магистерской работы
Важнейшей задачей в области машиностроения является повышение эффективности производства за счет рационального использования оборудования, повышения производительности труда, снижения себестоимости выпускаемой продукции при обеспечении требуемого качества.
Производительность токарной обработки определяется количеством изделий, обработанных за единицу времени:
,
где tо - машинное время при обработке изделия, мин; tв - вспомогательное время, мин.
В неавтоматизированном производстве механизированы только рабочие движения инструмента. Установка, настройка и замена инструмента, а также контроль за его состоянием осуществляются оператором или наладчиком. При таком подходе повышение производительности токарной операции полностью зависит от человеческого фактора, который даже при введении оптимальных для него параметров изменяется незначительно.
В этих условиях решение проблемы повышение производительности токарной операции возможно только путем введения комплексной механизации и автоматизации вспомогательных движений. Для этого необходимо широко использовать автоматические системы технологического оборудования, которые включают: станки-автоматы, автоматические загрузочные устройства, транспортно-накопительные системы, а также механизмы автоматической замены инструмента.
Существуют несколько способов сокращения вспомогательного времени:
- использование незанятых позиций револьверной головки;
- замена режущего инструмента совместно со вспомогательным;
- замена инструментов или инструментальных головок;
- замена режущих пластин;
- смена режущей кромки инструмента путем поворота режущей пластины.
Использование незанятых позиций револьверной головки для установки инструментов-дублеров для лимитирующих переходов является простейшей концепцией автоматической замены затупленного инструмента. Такое решение возможно при условии, когда для обработки требуются не все рабочие позиции револьверной головки, что имеет место только при изготовлении относительно простых по конфигурации деталей.
Автоматическая замена режущего инструмента совместно со вспомогательным достаточно трудоемка. Большие сложности возникают при транспортировании, закреплении и хранении крупногабаритных элементов. Кроме-того, установленные в одной головке инструменты могут в значительной степени различаться по стойкости, что вызывает недоиспользование ресурса инструмента. Поэтому указанный способ практически не применяют.
Способы автоматической замены инструментальных головок являются весьма материалоемкими, что приводит к значительным материальным затратам, хотя ее использование в массовом производстве экономически оправдано.
Автоматическая замена неперетачиваемых режущих пластин является относительно новым способом автоматической замены инструментов. Он позволяет значительно сократить материалоемкость, а также значительно уменьшить вспомогательное время токарной операции, по сравнению с неавтоматизированной заменой.
Способы автоматической смены режущей кромки инструмента путем поворота неперетачиваемой режущей пластины позволяет полностью использовать ее ресурс. Отличается малой материалоемкостью и значительно сокращает вспомогательное время, по сравнению с неавтоматизированной сменой.
Показатели последних трех способов могут быть значительно улучшены при использовании их совместно с адаптивными системами управления.
Остальные способы снижения вспомогательного времени приведены на рис. 1 [1].
Рисунок 1 - Способы снижения вспомогательного времени[1]
Таким образом, выполненый анализ позволяет заключить, что наиболее перспективными способами повышения производительности токарной обработки являются:
- замена инструментов;
- замена инструментальных головок;
- замена режущих пластин;
- смена режущей кромки инструмента путем поворота режущей пластины.
Основные принципы конструирования механизмов автоматической замены инструмента сводятся к следующему:
- применение бесподналадочной замены инструмента, которая обеспечивает получение заданного размера детали;
- использование, где это возможно; сил резания для крепления инструмента;
- механизм замены инструмента должен получать движения от механизмов станка или специального гидропривода;
- заполнение или смена магазина инструментов должна производиться без остановки станка.
Размещение механизмов автоматической замены инструмента должно быть предусмотрено конструкцией станка.
На рис. 1 показана схема механизма для автоматической замены предварительно настроенных на размер резцов 1, помещенных в магазин 2. При перемещении в гидроцилиндре 5 поршня 4 с толкателем вправо очередной резец под действием силы тяжести попадает из магазина на загрузочную площадку. В крайнем правом положении шток 7 поворачивает рычаг 8, перемещая ползун 6 с упором 9, передвигающим изношенный резец вперед. Сферическая головка регулировочного винта раздвигает подпружиненные шарики 10, и резец освобождается.
Рисунок 2 - Механизм для автоматической замены предварительно настроенных на размер резцов [1]
При перемещении поршня влево толкатель 3 передвигает резец с загрузочной площадки в мерный паз державки. Новый резец выталкивает затупившийся в сборник изношенного инструмента. Подпружиненные шарики 10 прижимают регулировочный винт к торцу толкателя, который одновременно является упором.
К недостаткам конструкции относится неудобство использования манипулятора при замене магазина 2. К достоинствам - простота конструкции.
В мировой практике используется как замена режущего инструмента совместно с блоками, в которых он закрепляется (замена режущего инструмента совместно со вспомогательным), так и замена инструментальных головок.
Известна система инструментальной оснастки фирмы Kenna-metal (США), где базовой поверхностью резцовых головок является укороченный конус (рис. 3) [1]. Внутри конуса 12 конусностью 7/24 выполнена полость 11 с конической поверхностью 8. Стержень 10 с шариками 4 входит в полость 11. При смещении назад тяги 6 шарики 4, упираясь в коническую поверхность, затягивает конус 12 и подвижную в осевом направлении втулку 3 до тех пор, пока фланец 1 резцовой головки не достигнет плоскости 2. При смещении втулки 3 сжимается резиновое кольцо 9, которое при обратном ходе тяги 6 возвращает втулку 3 в первоначальное положение.
Рисунок 3 - Блок для крепления резцовых головок [1]
Недостатком конструкции является совмещение элементов базирования и закрепления. Достоинством является то, что контакт по конической поверхности и по торцу одновременно обеспечивает высокую жесткость закрепления резиновых головок, а также базовые поверхности защищены от попадания стружки.
Резцовая головка фирмы Sandvik Coromant (Швеция) (рис. 4) [1] представляет собой как бы 1/3 часть обычного резца с двумя парами взаимно перпендикулярных базовых поверхностей 1, 2 и 5, 4. между которыми расположен паз 7 ?-образной формы. При затягивании цилиндрического штока 3 боковые базовые поверхности 2 головки разжимаются и надежно поджимают головку к четырем плоскостям державки. Снизу головка опирается на упор 8. Две У-образные канавки на боковых поверхностях головки служат для ее закрепления при автоматической замене. При смене одной и той же инструментальной головки достигается точность ±2 мкм по радиусу и ±5 мкм по длине и высоте.
Рисунок 4 - Резцовая головка [1]
Недостатками приведенной конструкции есть то, что шток 3 является одновременно элементом базирования и закрепления. К достоинствам можно отнести простоту конструкции и удобство использования манипуляторов при замене резцовой головки.
Резец с автоматической сменой режущей пластины 2 (рис 5) [2], установленной на опорной пластине 1 и державке 6 снабжен механизмами закрепления и сброса режущей пластины. Механизм сброса содержит по два подпружиненных толкателя 5, упирающихся в боковые поверхности пластины 2. Механизм закрепления включает в себя шток 8, пакет тарельчатых пружин 7, двуплечий рычаг 10, установленный на оси 9, стакан 12, зажимной элемент 4, подпружиненный диск 11 и пластинчатую пружину 3. Замена пластины осуществляется после износа по задней поверхности на 0,4…0,45 мм при средней стойкости 80…110 мин.
Рисунок 5 - Резец с автоматической сменой режущей пластины [2]
Недостатки конструкции:
- использование специальной нестандартной пластины;
- большое количество передаточных механизмов для закрепления пластины.
Известна конструкция резца с автоматической сменой режущих пластин [3] (рис 6), которая состоит из трех основных узлов: толкателя 10, отсекателя 18 и прижима 29. Запасная режущая пластина Т1 помещается в карман корпуса резца. Для замены пластины шток 49 смещается вправо. При этом отсекатель 18 опускается по направляющей 17 вниз, шарик 54 опускается на дно прореза 51 в штоке и прижим 29 перестает поджимать изношенную пластину Т. Вслед за этим в полость 12 подается жидкость под давлением, толкатель 13 перемещает Т1 по канавке в отсекателе 18 и сбрасывает Т.
Движением штока влево производится подъем отсекателем 18 и зажим пластины в рабочей позиции при повороте прижима 30 вокруг оси 32. Край отсекателя 18 служит упором пластины. Толкатель 13 возвращается в исходное положение пружиной 15.
Рисунок 6 - Резец с автоматической сменой режущей пластины [3]
Недостатками конструкции является невозможность использования инструмента в поворотных револьверных головках, а также необходимость в использовании нескольких приводов.
Вопросу автоматической смены режущей кромки инструмента путем поворота режущей пластины посвящены ряд работ [4,5,6].
Известна конструкция [4] устройства для замены режущих кромок с механизмом мойки режущего элемента (рис. 7). Устройство содержит: плоскую многогранную вставку твердосплавную пластинку 7 с несколькими режущими кромками и центральным отверстием, вокруг которого пластинка может поворачиваться. Узел 6 крепления вставной твердосплавной пластинки, в котором имеется гнездо 10 для установки пластинки 7. Соединенный с узлом 6 узел 8 регулирования поворота вставной твердосплавной пластинки с базовой поверхностью 16, относительно которого может перемещаться узел 6, при этом во время перемещения в одну сторону поверхность 16 касается закругленной кромки пластины 7, ограничивая ее поворот, а во время перемещения в другую сторону поверхность 16 находится на расстоянии от закругленной кромки пластинки 7, и поворот пластинки 7 становится возможным. Неподвижный узел 17 способствует повороту вставной твердосплавной пластинки на равные углы с базовой поверхностью 19, которая при движении узла 6 в направлении этой поверхности касается пластинки 7 и поворачивает ее на определенный угол. Закрепленное в узле 17 сопло 20, через которое под давлением подается жидкость для мойки режущего инструмента.
Рисунок 7 - Устройство для замены режущих кромок с механизмом для мойки режущего инструмента [4]
здесь можно посмотреть принцип действия и 3-D модель устройства
Достоинством устройства для замены режущих пластин является надежное позиционирование вставной твердосплавной пластинки, а недостатком есть возможность поворота режущей кромки в отдельной позиции, где расположенный неподвижный узел с соплом, а также невозможность использования инструмента в поворотных револьверных головках.
Известна конструкция устройства для крепления и поворота неперетачиваемых режущих пластин [5]. Согласно изобретению (рис. 8), в отверстие 5 в поверхности 3 гнезда пластинки 4 размещены штифты 6 с кольцевым пазом 7 и зубчатым зацеплением 8 и клиновой ползун 12, входящий в паз 7 и имеющий зубчатую рейку 18, которая подпружинена. Пластинка 20 закреплена на торцевой стороне 22 штифтообразного носителя 6.
Рисунок 8 - Устройство для крепления и поворота неперетачиваемых режущих пластин [5]
Недостатком конструкции есть неудовлетворительная жесткость закрепления режущей пластинки на державке вследствии наличия зазоров в соединении "штифтовидний носитель - державка", которое для обеспечения относительных перемещений необходимо выполнять с гарантированным зазором.
Существует конструкция устройства для крепления и поворота неперетачиваемых режущих пластин (рис. 9) [6]. Режущий инструмент содержит режущий элемент 1 с коническим выступом 2, расположенный в гнезде 3 корпуса 4 на оси 5. В отверстиях корпуса расположены конические пальцы 6 и пружины 7. На вершине режущий элемент имеет опорный выступ 8. Оси отверстий под пальцы расположены концентрично относительно оси5. Конический выступ 2 на режущем элементе 1 расположен с эксцентриситетом относительно оси поворота. Пружина 9 предназначена для вертикального перемещения режущего элемента, а цилиндрическая гайка 10 для его поджима. В пазу 11 корпуса установлено коромысло 12, снабженное выступом 13. Коромысло установлено с возможностью поворота на цапфе для взаимодействия своей выемкой с гайкой, установленной посредством пружины. Для поворота режущего элемента на определенный угол его перемещают до взаимодействия с упором. При этом коромысло, вращаясь на цапфе, освобождает ось 5 инструмента из выемки коромысла. Ось 5 под действием пружины 9 перемещается вверх до упора гайкой 10 в корпус 4. Затем инструмент одной из граней режущего элемента взаимодействует с упором, в результате чего режущий элемент поворачивает на необходимый угол. После этого ось 5 посредством упора перемещается вниз до взаимодействия с коромыслом, запирающим ось в крайнем нижнем положении. За счет конического торца гайки происходит поджим и закрепление режущего элемента.
Рисунок 9 - Конструкция устройства для крепления и поворота неперетачиваемых режущих пластин [6]
Приведенная конструкция имеет ряд недостатков:
- использование нестандартной вставной твердосплавной пластинки;
- большое количество передаточных механизмов;
- ненадежность закрепления пластины;
- большая погрешность позиционирования пластины.
На основании проведенного обзора можно заключить, что наиболее перспективным способом восстановления режущей части резцов для станков ЧПУ является автоматическая смена вершины многогранной неперетачиваемой пластины, в связи с этим в работе ставятся следующие задачи:
- разработать новую конструкцию токарного резца, обеспечивающую замену вершины МНП на токарных станках модели 16К20Ф3;
- выполнить исследование условий закрепления МНП на державке с целью определения технологических возможностей резца;
- провести исследования напряженно-деформированного состояния инструмента с целью определения его жесткости;
- провести эксперименты по определению характеристик резца.
Биография на русском языке Біографія на українській мові The biography in English
Электронная библиотека Ссылки Индивидуальное задание
© 2004 DonNTU