Українська
English 
Автобиография Электронная библиотека Ссылки по теме Отчёт о поиске Индивидуальное задание
ВВЕДЕНИЕ
Основными показателями, которые определяют конкурентоспособность продукции, являются ее высокие потребительские свойства и маленькая стоимость. Высокое качество новой продукции и быстрый переход на ее выпуск обеспечивают многооперационные станки и гибкие производственные системы. Однако большая стоимость оборудования ведет к росту стоимости продукции, а следовательно, делает ее не конкурентоспособной.
Перед машиностроительными предприятиями возникает одна из главных проблем создания конкурентоспособной продукции. То есть, удовлетворение требований потребителя к готовой продукции. Обеспечение поставленной цели возможно при использовании современного оборудования, с использованием нового инструмента.
Внедрение новой технологии приводит к повышению себестоимости продукции, которая в свою очередь снижает ее конкурентоспособность. Снижения себестоимости продукции возможно достичь за счет применения комбинированных инструментов.
Для большей конкурентоспособности изделия на рынке необходимо обеспечивать качество продукции, которая выпускается, на уровне мировых стандартов, низкую стоимость и “ценностные” характеристики изделия. Для решения таких задач служит функционально стоимостный анализ, с помощью которого решается проблема минимизирования расходов при сохранении конкурентоспособности.
ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ КОМБИНОВАНИХ РАЗВЕРТОК
Техническо-экономический анализ – это комплекс методов, подходов и процедур, сутью которого является поиск, нахождение и предложение лучшего или даже принципиально нового решения по использованию анализируемого объекта с целью повышения эффективности его использования.
Комбинированный инструмент является специальным инструментом и может функционировать только в той технологической системе, для которой он спроектирован. Поэтому необходимо обоснование целесообразности его использования в условиях автоматизированного производства.
Критерием эффективности решения является соотношение между уровнем удовлетворения потребности, выраженной степенью выполнения полезных функций, и расходами, которые обеспечивают выполнение этих функций. Целью каждого конкретного случая применения финансово-стоимостного анализа является достижение максимальной пользы при минимальных расходах.
Комбинированный инструмент имеет большие финансовые расходы и обеспечивает малое рабочее время, по отношению с одномерным осевым инструментом. В основном комбинированный инструмент целесообразно использовать на станках типа «обрабатывающий центр» из-за ограниченного количества мест в инструментальном магазине.
Как известно, стоимость оборудования и инструмента частично передаётся на изготавливаемую продукцию, поэтому необходимо выполнять стоимостной анализ для обоснования использования соответствующего оборудования и инструмента.
Для комбинированных разверток необходимо обязательно проводить финансово-стоимостной анализ при внедрении инструмента в производство, для определения целесообразности его использования в условиях автоматизированного производства.
АНАЛИЗ РАНЕЕ ВЫПОЛНЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО КОМБИНИРОВАННОМУ ИНСТРУМЕНТУ
Наиболее эффективный путь повышения производительности в автоматизированном производстве – это концентрация операций или переходов. Однако при высокой степени концентрации операций повышается сложность оборудования, снижается его надежность, а следовательно, увеличиваются простои и себестоимость продукции. Концентрация переходов увеличивает сложность инструмента, а оборудование упрощается. При этом увеличивается число отказов, связанных с инструментом (поломки), а время на налаживание инструмента сокращается [1].
Совместимость операций или переходов зависит от необходимого качества получаемого отверстия и шероховатости поверхности. Принятый порядок выполнения операций и переходов определяет тип инструмента, необходимого для их реализации.
Максимальная эффективность концентрации операций или переходов достигается за счет применения комбинированных инструментов.
Комбинированный инструмент чаще всего используют при обработке на многооперационном оборудовании. Это объясняется недостатком мест в инструментальном магазине для одномерного инструмента при обработке сложных корпусных деталей.
Применение комбинированных инструментов обеспечивает следующие преимущества:
– сокращается основное технологическое и вспомогательное время, связанное с подводом и отводом инструмента, время затрачивается на его смену и налаживание, а следовательно, повышается как технологическая, так и цикличная производительность;
– уменьшается количество технологического оборудования, благодаря чему уменьшаются расходы электроэнергии, сокращаются производственные площади, уменьшается количество основных и вспомогательных рабочих, повышается надежность работы автоматических линий, а следовательно, снижается себестоимость продукции;
– повышается соосность и точность комбинированного отверстия;
– уменьшается время на установку инструмента.
Комбинированные инструменты имеют ряд существенных недостатков: высокая степень концентрации режущих кромок обеспечивает срезание большого количества металла. Это, в свою очередь, увеличивает концентрацию сил и температуры резания на одном инструменте, что ухудшает условия работы самого инструмента. Рост сил приводит к увеличению шероховатости поверхности, а иногда и к поломке инструмента. Рост температуры увеличивает износ инструмента.
Необходимо отметить, что недостатки, свойственные комбинированному инструменту, в значительной степени свойствены и одномерным инструментам. Учитывая многопараметрический характер действий рабочих процессов на комбинированный инструмент, недостатки, свойственные одномерным инструментам, при работе комбинированного инструмента сказываются еще в большей степени.
Комбинированный инструмент является специальным инструментом и может функционировать только в той технологической системе, для которой он спроектирован. Поэтому рабочие процессы, которые протекают в технологической системе, где функционирует комбинированный инструмент, определяют оптимальные значения его конструктивных параметров.
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ КОМБИНИРОВАННЫХ ИНСТРУМЕНТОВ
В настоящее время существует большое количество разновидностей комбинированных инструментов. Инструмент делится на однотипный и разнотипный. Разновидностями однотипного инструмент являются комбинированные развертки. Разнотипные инструменты образованы из разных комбинаций однотипного инструмента. Основными разновидностями разнотипного инструмента является: сверло-развёртка, свердло-зенкер-развёртка, зенкер-развёртка, развёртка-раскатка, развёртка-метчик.
Основные комбинированные инструменты, на базе развёртки, используемые на предприятиях представлены на рис. 1.
Рисунок 1 – Разновидности комбинированного инструмента:
При обработке однотипными инструментами характер резания одинаков. Режимы резания выбираются исходя из режимов лимитирующей струпени. Обработка разнотипным инструментом характеризуется разным характером формообразования. Необходимо учитывать силы резания и подбирать инструмент, который в комбинации с другим инструментом обеспечивал бы необходимую стойкость. Количество степеней комбинированного инструмента может достигать шести. При обработке многоступенчатым инструментом нужно чётко представлять процесс резания и процесс удаления стружки. При неправильной конструкции инструмента, стружка может попадать в зону обработки следующей степени и наносить вред в виде царапин на поверхности. Поэтому необходимо особенно чётко следить за изготовлением чистовых инструментов. Комбинированный инструмент может быть представлен в виде цельного, сборного или насадного. Цельный инструмент (осевой) изготовляют из быстрорежущей стали. При обработке отверстий с малым перепадом диаметров комбинированный инструмент изготовляют из одномерного, путем перешлифовки части инструмента, предназначенную под обработку малого диаметра. Сборный инструмент изготовляют путем соединения одинарных инструментов в разные комбинации с помощью инструментальной наладки. В зависимости от характеристик наладки комбинированный инструмент может быть переналаживаемым и специальным. Обработка сборным инструментом более эффективна, чем обработка одномерным за счет одновременной обработки нескольких поверхностей. Обработка является совокупностью одинарных формообразующих движений, соединенных в одну операцию, поэтому необходимо точно настраивать инструментальную наладку при подготовке производства. Это добавляет дополнительные трудности. Насадной инструмент образуется путем соединения инструментов в корпусе одного из инструментов. Такой инструмент является специальным. При износе одного из инструментов, «корпусной» инструмент перетачивают, а насадной – меняют, поскольку при его перетачивании теряется размер. В некоторых случаях, когда позволяют размеры инструмента, возможно использование регулируемого насадного инструмента. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Цель проекта: провести экономическое обоснование использования комбинированного инструмента в условиях автоматизированного производства. Основные задачи исследования:
НАУЧНАЯ НОВИЗНА Научная новизна заключается в проведении мероприятий, связанных с экономической обоснованностью использования комбинированного инструмента против одномерного инструмента. АНАЛИЗ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО ИНСТРУМЕНТА Анализ обработки по существующим схемам резания Комбинированная развертка может работать по двум схемам резания (параллельной и последовательной). В данном случае схема резания, по которой работает инструмент, определяется конструкцией самой развертки. Для обработки по параллельной схеме резания необходимо изготовливать инструмент так, чтобы обе степени вступали в процесс резания одновременно. Параллельная схема резания обеспечивает высокую производительность за счет сокращения машинного времени. Недостатком параллельной схемы является увеличение составляющих сил резания, которые ведут к незначительному изгибу оси инструмента, а, соответственно, увеличивают разбивание отверстия. Так же увеличивается количество выделенного тепла, которое ведет к снижению стойкости инструмента. Последовательная схема резания устраняет недостатки параллельной, но увеличивается суммарное время. Общий вид спроектированной двухступенчатой комбинированной развёртки представлен на рис. 2. Рисунок 2 – Общий вид двухступенчатой комбинированной развёртки Точность обработки по последовательной схеме резания обеспечивается формой поперечного сечения развёртки, поэтому его необходимо делать с неравномерным шагом зубьев. При обработке по параллельной схеме резания, для упрощения изготовления развертки, можно использовать развёртку с равномерным угловым шагом. Это объясняется тем, что силы одной ступени оказуют влияние на работу второй ступени. При обработке по параллельной схеме резания фигура обхода контура секции развертки – фигура Лиссажу, которая образуется за счет влияния силы резания одна на другую. Причины образования огранки отверстий При обработке осевым многозубым инструментом наиболее характерными погрешностями является огранка отверстий. Установлено, что величина огранки может превосходить поле допуска на обработанное отверстие. Характерно, что такие отверстия могут считаться годными, так как традиционными средствами контроля, например, предельными калибрами и индикаторными нутромерами, она не может быть обнаружена. Наличие огранки отверстий оказывает большое влияние на эксплуатационные свойства узла или машины в целом. Контакт сопряжённых поверхностей деталей машин происходит по вершинам микронеровностей наиболее выступающих мест контактирующих поверхностей. Отношение фактической поверхности контакта к номинальной при чистовом развертывании составляет 0,3 – 0,5 и только при тщательной доводке это соотношение может быть равно 0,9. Такой характер контакта приводит к интенсивному износу деталей, а также увеличивает зазоры между сопряжёнными поверхностями. Согласно исследованиям Ольшанского Н.Ф., при крутильных колебаниях сумма приращений сил резания на всех зубьях инструмента сводится к паре сил относительно его оси, а равнодействующая этой пары в любой момент времени равна нулю, а значит крутильные колебания не оказывают влияния на огранку отверстия. Исследованиями установлено, что наличие крутящего момента ведёт к радиальным перемещениям инструмента, однако это наблюдается при соотношении между длиной инструмента l и его диаметром d больше 20. Допустимо предположить, что эти выводы справедливы и для крутящих моментов, изменяющихся по периодическому закону. Учитывая, что огранка в отверстиях образуется при обработке инструментом, у которого l/d<<20, влиянием крутильных колебаний на огранку можно пренебречь. Для составления уравнения, характеризующего траекторию движения зубьев при вынужденных колебаниях, а следовательно, и для определения формы поперечного сечения обработанного отверстия, достаточно знать уравнения движения центра инструмента. Образование огранки при последовательной схеме резания и равномерном распределении зубьев Последовательная схема резания характеризуется последовательной работой всех секций комбинированного инструмента, то есть, обработка ведётся только одной секцией в отдельный промежуток времени, а затем после выхода из зоны обработки первой ступени в работу вступает следующая и т.д. При разработке математической модели кинематики образования огранки приняты следующие допущения:
Движение центра – противоположно вращению развёртки. Уравнение колебательного движения центра, когда его направление является противоположным направлению вращения развертки относительно неподвижной системы координат, имеющей общее начало с геометрической осью предварительно обработанного отверстия, имеет вид: где А – амплитуда радиальных колебаний центра развертки;
Рисунок 3 – Схема движения зубьев, когда вращение инструмента противоположно движению центра Количество граней в поперечном сечении отверстия можно определить из равенства: После преобразования это равентво можно записать в следующем виде: п = 2 • Z + 1
Из него следует, что при движении центра развертки в сторону, противоположную ее вращению, количество граней в поперечном сечении отверстия – на единицу больше числа зубьев развертки. Форма поперечного сечения отверстия, полученная расчётом на ПЭВМ является близкой к гипоциклоиде с количеством граней в поперечном сечении п = 2 • Z + 1 , что согласуется с формой попеченного сечения отверстий, полученных экспериментальным путем. Совпадение расчетной и экспериментальной траектории движения инструмента подтверждает, что частота колебаний центра развертки определяется числом ее зубьев. Рисунок 4 – Форма поперечного сечения отверстия, полученная при противоположном направлении движения центра и вращения развёртки:
Величину огранки отверстий, согласно расчётной форме сечения, после обработки развёрткой можно определить зависимостью: Догр = Роп – Рb; где Роп – радиус описанной окружности, равный максимальному радиусу кривой, описываемой зубьями развертки; Движение центра – совпадает с вращением развёртки. Уравнение колебаний центра, когда его направление совпадет с направлением вращения развёртки относительно неподвижной системы координат, начало которой совпадает с геометрической осью предварительно обработанного отверстия, имеет вид: Представим расчётную схему для рассмотрения работы развёртки, когда движение центра инструмента совпадает с вращением развёртки. Рисунок 5 – Схема движения зубьев, когда вращение инструмента совпадает с движением центра Период колебаний режущей кромки определяется зависимостью: Из этого уравнения следует, что количество граней в поперечном сечении отверстия определяется формулой: п = 2 • Z - 1
Из этого уравнения видно, что в случае совпадения направлений движения центра и вращения развёртки количество граней в поперечном сечении отверстия будет на единицу меньше числа зубьев. Форма поперечного сечения отверстия, полученная расчётом на ПЭВМ является близкой к гипоциклоиде с количеством граней в поперечном сечении п = 2 • Z – 1 , что согласуется с формой попеченного сечения отверстий, полученных экспериментальным путем. Совпадение расчетного и экспериментального качества отверстия подтверждает принятые нами допущения, что частота колебаний центра развертки определяется числом ее зубьев. Рисунок 6 – Форма поперечного сечения отверстия, полученная при совпадении направлений движения центра и вращения развёртки:
Качество обработанного отверстия определяется количеством граней в поперечном сечении и величиной огранки. Величина огранки, в первую очередь, зависит от амплитуды движения центра развёртки, а количество граней – от направлением движения центра, относительно движения инструмента. Установлено, что изменение направления движения развертки наблюдается в том случае, если усилие предварительного поджатия развертки (в момент ее врезания) на 15 – 20% больше усилия подачи в установившемся процессе. Для уменьшения величины огранки необходимо стремиться, чтобы движение центра инструмента совпадало с напрадлением вращения инструмента. Образование огранки при параллельной схеме резания Работа комбинированной развёртки с одинаковым числом зубьев на каждой ступени по параллельной схеме практически не отличается от работы инструмента по последовательной схеме. Так как частота колебаний на каждой ступени будет одинаковой, то число граней в поперечном сечении также будет одинаковым. Физика процесса обработки развёрткой с одинаковым числом зубьев на обеих ступенях будет такой же, как и при работе по параллельной схеме резания. Рисунок 7 – Огранка отверстий, обработанных комбинированной развёрткой с одинаковым числом зубьев Работа комбинированной развёртки с различным числом зубьев на каждой ступени при параллельной схеме резания характеризуется тем, что частота колебаний каждой ступени будет определяться числом зубьев. Так как число зубьев на каждой ступени будет различным, то траектория движения центра будет представлять фигуру Лиссажу более высокого порядка. Схема движения комбинированного инструмента с неравноменым распределением зубьев представлена на рис 8. Рисунок 8 – Схема движения центра комбинированного инструмента с неравноменым распределением зубьев Формирование поперечного сечения отверстия осуществляется за пол оборота. Когда инструмент пройдёт половину пути, центр опишет замкнутую фигуру, что отражается на качестве обрабатываемого отверстия. При повороте инструмента еще на пол оборота зубья развёртки будут двигаться по следу, оставленному ранее. Ввиду замкнутости динамической системы образовавшиеся на первом полуобороте волны определяют дальнейшую траекторию движения зубьев. Траектория движения комбинированного нструмента с различным числом зубьев на каждой ступени при параллельной их работе опишется системой уравнений: Шаг вибрационных волн на обработанной поверхности зависит от распределения зубьев. Число вибрационных волн на обработайся поверхности на единицу больше числа колебаний центра инструмента. Шаг между волнами зависит от разности между окружными шагами зубьев на второй и первой ступенях. Рисунок 9 – Форма поперечного сечения отверстия для комбинированнй развёртки с
Z 1 =6; Z 2 = 8 На рисунке видно, что после 5 – 6 оборотов инструмента колебания зубьев накладываются друг на друга, тем самым уменьшая верличину огранки. В установившемся процессе траекторию движения зубьев, а следовательно, и центра инструмента, будут определять вибрационные волны, образовавшиеся на обработанной поверхности в переходном процессе. Рисунок 10 – Анимированное изображение процесса развёртывания комбинированной развёрткой
РАБОТА НАХОДИТСЯ В СОСТОЯНИИ РАЗРАБОТКИ. ЗАВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ 31.12.2009. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Малышко И. А. Осевые комбинированные инструменты (рекомендации по проектированию и эксплуатации). Донецк: ПКТИ, 1996. – 135 с.
Автобиография
Электронная библиотека
Ссылки по теме
Отчёт о поиске
Индивидуальное задание
а) – развертка двухступенчатая цельная; б) – сверло-развертка;
в) – развертка-метчик.
– сконструировать усовершенствованную конструкцию комбинированной развёртки, за счет новых конструктивных признаков;
– определить влияние конструкции комбинированной развертки на величину огранки обработанной поверхности;
– обеспечить максимальную производительность;
– провести экономическое обоснование конструкции комбинированной развертки.
– инструмент закреплен в плавающем патроне;
– упругие деформации зубьев ничтожно малы, что позволяет ими пренебречь;
– колебания, направленные по координатам взаимно-перепендикулярным координатам имеют одинаковую частоту и амплитуду, угол фазового сдвига равен 90°, следовательно, траекторией движения центра является окружность.
w 0 – круговая частота колебаний центра развёртки.
а) – расчётная; б) – экспериментальная
Рb – радиус вписанной окружности, равный минимальному радиусу кривой, описываемой зубьями развертки.
а) – расчётная; б) – экспериментальная
(19 кадров,10 циклов повторения)
2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2./Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – М.: Машиностроение, 1986. – 496с.
3. Малишко І.О., Кисельова I.B. Системи інструментального забезпечення автоматизованих виробництв. Навчальний посібник. – Донецьк: ДонНТУ, 2007. 271с.
4. Методические указания к выполнению контрольных работ по курсу «Проектирование и производство металлорежущих инструментов»/ Сост.: И. А. Малышко, С.Л. Толстов. - Донецк: ДПИ,1991. – 39с.
5. Панков В.А., Ковалевский С.В., Бывшев А.П. Функционально-стоимостной анализ технических и организационно-экономических систем (ФСА/ФСУ). Учебное пособие. – Д.: Новый мир, 2005. – 257 с.
6. Древаль А.Е., Литвиненко А.В. Научные работы кафедры "Инструментальная техника и технологии" МГТУ им.Н.Э.Баумана по повышению эффективности эксплуатации режущих инструментов.