Актуальність
Основними показниками, що визначають конкурентноздатність продукції, є її високі споживчі властивості і мала собівартість. Висока якість нової продукції і швидкий перехід на її виробництво забезпечують багатоопераційні верстати (БОВ) і гнучкі виробничі системи (ГВС). Однак велика собівартість обладнання веде до зростання вартості продукції, а відповідно, робить її не конкурентноздатною. При обробці деталей на автоматичних лініях (АЛ) із жорстким зв’язком, особливо при великій кількості обладнання, що вбудовується в лінію, зменшується їхня надійність, що збільшує собівартість продукції.
Найефективніший шлях зниження собівартості продукції – це концентрація переходів за рахунок використання осьового комбінованого інструменту (КІ).
КІ можуть використовуватись при обробці як ступінчатих, так і гладких циліндричних отворів, які складають 35% від усіх поверхонь, що використовуються в машинобудуванні. Зниження собівартості обробки отворів досягається за рахунок використання КІ з оптимальними конструктивними параметрами.
Існуючі дослідження
Розроблена теорія проектування КІ, методологія якої направлена на збільшення виробності технологічної системи (ТС). В основу моделі проектування КІ покладено рівняння виробності. Значення конструктивних параметрів і робочих процесів, що складають модель проектування, визначаються з умов найбільшої виробності ТС і заданої точності оброблення.
В умовах автоматизованого виробництва, особливо гнучкого, спостерігається збільшення собівартості продукції. Підвищити ефективність автоматизованого виробництва можна за рахунок концентрації операцій або переходів. Однак при високому ступені концентрації операцій збільшується складність обладнання, зменшується його надійність, а відповідно, збільшуються простої й зростає собівартість продукції. Концентрація переходів збільшує складність інструмента, а обладнання спрощується. При цьому збільшується кількість відмов, пов’язаних з інструментом (поломки, пакетування стружки), а час на налагодження інструмента зменшується.
Сумісність операцій чи переходів залежить від потрібної точності обробки і шорсткості поверхні. Прийнятий порядок виконання операцій і переходів визначає тип інструменту, необхідний для їхньої реалізації.
Найбільша ефективність концентрації операцій чи переходів досягається за рахунок використання КІ.
Найширшим класом поверхонь, що використовуються в машинобудуванні, є поверхні обертання. Вони складають більше 70% від усіх поверхонь, які використовуються в машинобудуванні. Отвори займають біля 50% із загальної кількості усіх поверхонь. До чого отвори, що можуть бути оброблені КІ складають до 90%.
Необхідно відмітити, що на багатоопераційних верстатах і автоматичних лініях, здебільшого оброблюються корпусні деталі, де отвори складають до 75% від усіх оброблюваних отворів.
Таким чином, отвори, які можуть бути оброблені осьовим КІ, складають до 35% від усіх оброблюваних отворів, що використовуються в машинобудуванні.
Осьові КІ виготовляються на базі свердел, зенкерів, розверсток, мітчиків або їх комбінацій.
Використання КІ забезпечує наступні переваги:
- скорочується основний технологічний час, а також допоміжний час, пов’язане з підводом та відводом інструмента, час, витрачений на його заміну і налагодження, а відповідно, підвищується як технологічне, так і циклова виробність;
- зменшується кількість технологічного обладнання, завдяки чому зменшується використання електроенергії, скорочуються виробничі площі, зменшується кількість основних і допоміжних робочих, підвищується надійність роботи автоматичних ліній, а відповідно, знижується собівартість продукції;
- підвищується співвісність і точність розташування торцевих поверхонь, оброблюваних отворів.
Високий ступінь концентрації ріжучих кромок у КІ забезпечує зрізання великої кількості металу. А це, в свою чергу, збільшує концентрацію сил і температури різання на одному корпусі інструмента, що погіршує умови його роботи.
Збільшення кількості металу, погіршує його розташування й транспортування по стружковим канавкам, а це в кінцевому результаті може призвести до пакетування стружки. Пакетування стружки може відбуватися також при наявності уступів на поверхнях стружкових канавок. Це спостерігається при великій різниці між діаметрами ступенів інструмента. Пакетування стружки призводить до збільшення сил тертя, а відповідно, і температури.
Зростання сил тертя призводить до збільшення розбиття отвору і шорсткості поверхні, а іноді і зламу інструмента. Зростання температури збільшує знос інструмента.
Враховуючи, що концентрація ріжучих кромок збільшує температуру різання, період стійкості КІ може бути значно меншим, ніж в одномірних інструментів.
Зростання сил різання, пов’язане з концентрацією ріжучих кромок, також призводить до розбиття отвору. До того ж зміна сумарної величини сил різання, характерне для комбінованої схеми різання, призводить до похибки повздовжнього перерізу отвору.
Необхідно відзначити, що недоліки КІ притаманні здебільшого і одномірному інструментові. Враховуючи багато параметричний характер впливів робочих процесів КІ, недоліки, що притаманні одномірному інструменту, при роботі КІ виявляються ще в більшому ступені.
КІ є спеціальним інструментом і може функціонувати тільки в тій ТС, для якої він був спроектований. Тому робочі процеси, що відбуваються в ТС, де функціонує КІ і визначає оптимальні значення його конструктивних параметрів, при яких вказані недоліки нівелюються.
Використання автоматизованого виробництва, особливо АЛ із гнучким виробничим зв’язком, дозволяє випускати вироби високої якості, швидко переходити на випуск нової продукції. Однак собівартість її збільшується в 2-3 рази, а також збільшення ступеня автоматизації призводить до зменшення надійності ТС (збільшення її простоїв).
До того ж простої АЛ через відмови складають до 30% часу їхньої роботи. Простої АЛ, пов’язані з відмовою інструментів, їхнім налагодженням і регулюванням, складають до 20% від загальної кількості відмов.
Загальним критерієм оцінки виробності і собівартості є штучний час. Тому для покращення цих показників необхідно зменшувати штучний час і простої обладнання. Враховуючи, що відмови, пов’язані з інструментом не перевищують 20%, найкращим виходом є зменшення кількості обладнання за рахунок використання КІ.
Для оцінки ефективності АЛ порівняно із поточними, Г. А. Шаумяном запропонований показник зростання суспільного труда. Цим показником можна користуватися для оцінки зростання виробності АЛ, устаткованої КІ, порівняно із лінією, устаткованої одномірним інструментом:
Анімація виконана у GIF-аніматорі: кадрів 10; цикл безкінечний; розмір 92.45 Mb.
Підйом стружки та інших сипучих матеріалів на висоту до двох метрів відбувається за допомогою сил підпору, що виникають внаслідок стружкоутворення. Для підйому стружки чи інших сипучих матеріалів на більшу висоту необхідно мати новий виток сил. Таким витоком можуть бути сили тертя між стружкою й обробленою поверхнею, що утворюються інерційними або гравітаційними силами, що виникають внаслідок обертального руху інструмента.
В аналітичних дослідженнях умов транспортування шнековими конвеєрами або шнековим буровим інструментом прийнято припущення, що рухомий матеріал замінюється дискретною масою. Це припущення прийнятне і для елементної стружки. Тобто можна вважати, що часточки стружки є масою, що зосереджена в одній матеріальній точці, адже процес руху елементної стружки по гвинтовим канавкам близький до сипучих матеріалів.
Вербальний опис математичної моделі руху елементної стружки по гвинтовим стружковим канавкам можна уявити наступним чином.
Під дією відцентрових сил від обертального руху інструмента часточки стружки від серцевини інструменту рухаються до стінок обробляємого отвору. Враховуючи високу зчепляємість стружки із обробленою поверхнею, виникають сили тертя, що гальмують часточки стружки, в той самий час коли інструмент продовжує обертальний рух. Наявність гвинтових канавок змушує стружку ковзати відносно передньої поверхні інструменту, завдяки чому піднімається в гору.
Стружкова канавка інструмента ( свердла, зенкера, розгортки, мітчика, кінцевої фрези) являє собою гвинтову поверхню, яка і визначає положення на ній матеріальної точки у будь-який момент часу. На початковому моменті часу матеріальна точка М знаходиться на осі OY за час t інструмент повернеться на кут . Враховуючи, що матеріальна точка М рухається із ковзанням на кут ?, тоді відносно осі інструмента вона переміститься на кут .
1. На основі моделі транспортування стружки встановлено, що між конструктивними параметрами осьових інструментів і робочими процесами, що відбуваються в системі, існує оптимальне співвідношення, при якому швидкість руху стружки більше нуля. Це виключає вірогідність її пакетування, а відповідно і необхідність виводу інструмента із отвору для видалення стружки.
2. Отримане повне рівняння виробності ТС, встановлює функціональні зв’язки між конструктивними параметрами і робочими процесами з одного боку і виробністю ТС з іншого боку. Це рівняння є модель функціонування КІ в ТС і може слугувати функцією якості в оптимізаційних моделях. Воно також є основною структурної моделі проектування інструмента.
3. Визначальний вплив на швидкість руху стружки, а відповідно і на виробність впливає кут нахилу стружкової канавки.
4. Сила, що забезпечує рух стружки вгору, при обертальному русі інструменту утворюється відцентровими силами, а при обертанні деталі – боковим тиском стружки на стінки отвору.
5. Збільшення діаметру інструмента веде до зростання швидкості руху стружки, тому для КІ лімітуючою ступінню є перший.
1. Малышко И. А. Осевые комбинированные инструменты (рекомендации по проектированию и эксплуатации). Донецк: ПКТИ, 1996. – 135с.
2. Расчет тангенциальной составляющей силы резания с учетом соотношения подачи на зуб и осевого биения сверла/ Малышко И. А., Коваленко В. И.//Прогресивні технології і системи машинобудування/ ДонНТУ. – Вип. 29. – 2005.
3. Инструментальные системы машиностроительных производств: учебник для вузов/ А. Р. Маслов. – М.: Машиностроение, 2006. – 336с.
4. Режущий инструмент: учебник для вузов/ Д. В. Кожевников, В. А. Гречишников, С. В. Кирсанов и др.; Под ред. С. В. Кирсанова. – 2-е изд., доп. – М.: Машиностроение, 2005. – 528с.
ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ | Автобіографія | Бібліотека | Посилання | Звіт про пошук | Индивідуальне завдання
© Copyright ДонНТУ, 2008 Сорока А. М.