РОСІЙСЬКА

АНГЛІЙСЬКА

Бугайов Руслан Андрійович Факультет інженерної механіки та машинобудування Кафедра металорізальних верстатів та систем Спеціальність: Металорізальні верстати та системи

Тема випускної роботи:

      Модернізувати горизонтально-фрезерний верстат для виконання магніто-абразивної обробки багатограних непереточувальних твердосплавних пластин

Матеріали до теми випускної роботи:

  1 Вступ
  2 Актуальність
  3 Цілі і задачі роботи
  4 Огляд існуючих конструкцій пристроїв для МАО
  5 Конструкторська частина
  6 Теоретична частина
  7 Практична частина
  8 Заключна частина
  Список літератури

      Магнітно-абразивна обробка (МАО) - абразивна обробка, що здійснюється при русі заготовки і абразивних зерен один відносно одного в магнітному полі. Сутність магнітно-абразивної обробки полягає в тому, що порошкове феромагнітна абразивна маса, ущільнена енергією магнітного поля, здійснює абразивну дію на оброблювану деталь. Магнітно-абразивним способом можна успішно обробляти поверхні: циліндричні зовнішні і внутрішні, плоскі, тіл обертання з криволінійною твірною, гвинтові та ін Найбільш поширеною сферою застосування магнітно-абразивної обробки є зниження шорсткості на оброблюваних поверхнях з одночасним підвищенням якісних характеристик поверхневого шару [1].

      Для виконання магістерської роботи мною були проаналізовані відомі конструкції пристроїв для магнітно-абразивної обробки (МАО) кінцевого інструменту в магнітному полі. Внаслідок чого я виявив, що пристрої для МАО володіють або вузькими технологічними можливостями, або складністю конструкції у зв'язку з великою кількістю кінематичних ланцюгів.

      Виходячи з вище сказаного, в своїй роботі я хотів би розробити пристрій для здійснення магніто-абразивної обробки багатогранних неперетачіваемих твердосплавних пластин на базі горизонтально-фрезерний верстат.

      Підвищення точності і якості поверхонь деталей машин та інструментів яв-ляется одним із пріоритетних завдань машинобудування. Для досягнення цих цілей в даний час широке застосування одержав метод МАО, який є одним з нових перспективних способів обробки і дозволяє на різноманітних за фізико-механічними властивостями матеріалів (сталь, твердий сплав, кольорових металах і сплавах, склі та інших неметали) отримувати низькі параметри шорсткості поверхні. Роль різального інструменту при МАО виконують магнітно-абразивні порошки, які вла-деют одночасно високими магнітними й ріжучими властивостями.

      Метод МАО забезпечує отримання параметрів шорсткості Ra 0,01-1 мкм, зниження хвилястості і гранності. При цьому підвищується контактна міцність і зносостійкість деталей, збільшується опорна довжина профілю. Спосіб має можливість обробляти як м'які і в'язкі, так і неметалеві матеріали. Вивчення даного методу присвячено велику кількість робіт, виконаних у колишньому СРСР і за кордоном. Дослідження були спрямовані як на розробку нових способів, так і пристроїв їх реалізації, вивчення технологічних можливостей процесу, і явищ супроводжуючих даний процес [5, 6].

      Тому дана тема магістерської роботи є актуальною так, як МАО є одним із сучасних методів обробки, що забезпечують високу якість обробленої поверхні.

      Метою даної роботи є розробка конструкції пристрою для здійснення магнітно-абразивної обробки багатогранних неперетачіваемих пластин (МНП) в магнітій ванні реалізована на горизонтально-фрезерному верстаті.

      Основним завданням даної роботи є модернізація горизонтально-фрезерного верстата для магнітно-абразивної обробки в магнітній кільцевої системі.

      Відома установка для МАО різального інструменту [2]. Обробка деталей проводиться за рахунок створення умов, при яких здійснюється щодо рівномірне обтікання оброблюваних поверхонь магнітно-абразивним порошком у магнітному полі, що досягає шляхом завдання певної траєкторії руху деталей і їх розташування в магнітному полі, що враховує дані про магнітно-реологічних характеристиках магнітно-абразивних матеріалів порошкових.
      Оброблювану деталь обертають навколо власної осі, переміщують навколо осі кільцевої ванни, утвореної полюсними наконечниками обмеженою висоти і реверсивно переміщують вздовж осі кільцевої ванни.
      Відомо, що при МАО деталей в умовах кільцевого магнітного зазору, деталь переміщається в середовищі магнітно-абразивного порошку, що утримується силами магнітного поля формує перед собою ущільнену зону з часткою ферроабразивного порошку, що представляє собою віялоподібно формування. Освіта подібної ущільненої зони, її розміри і характер поведінки у процесі МАО перш обумовлені:
            -магнітно-реологічними властивостями магнітно-абразивних порошків, а саме геометричними розмірами і формою частинок, коефіцієнтами тертя в парах порошок-порошок і порошок - оброблювана деталь, кутом тертя магніто-абразивного інструменту (МАІ), магнітними властивостями;
            - геометричними розмірами робочих зон магнітних зазорів;
            - особливостями переміщення оброблюваних заготовок у процесі МАО.
      Для отримання ефективної обробки по всій робочій поверхні деталей, включаючи і поверхня канавок необхідно оптимальне співвідношення між двома пов'язаними один з одним параметрами МАО:
            - тиском магнітно-абразивного порошку, сформованого силами магнітного поля в МАІ на оброблювану поверхню;
            - швидкістю частинок МАІ за оброблюваних поверхонь.
      Просте збільшення сил магнітного поля в робочих зонах магнітних зазорів, що забезпечують притиск частинок МАІ до оброблюваних поверхонь і формування максимально "твердого" МАІ, знижує здатність МАІ обтекать поверхні оброблюваної деталі й неприйнятно при МАО канавок. Збільшення швидкості руху деталей, призводить до збільшення динамічного тиску частинок МАІ на оброблювану поверхню, проте це одночасно приводить до появи ущільнених зон.
      Реалізація першого шляху прийнятна для обробки зовнішніх поверхонь деталей простої форми - тіл обертання, площин, коли можливе використання магнітних зазорів малої ширини. При обробці деталей складної просторової конфігурації часто необхідне використання магнітних зазорів великий ширини, досягнення в які високої величини магнітної індукції пов'язане з рядом технічних труднощів і великих енерговитрат. Крім цього, в процесі обробки деталей з поздовжніми або гвинтовими пазами відбувається заповнення їх обсягу порошком, який, притискаючись до поверхні канавок, створює тіньові зони, залишаючись при обробці практично в нерухомому стані.
      Реалізація другого шляху - "динамічного" притиску обмежено магнітно-реологічними характеристиками МАІ, коли для відносного переміщення частинок МАІ по поверхні необхідне дотримання умов, за яких буде здійснюватися стійке взаємодія порцій порошку, що знаходяться в області канавок, з основним об'ємом МАІ, що призводить до його руху щодо оброблюваних поверхонь за рахунок магнітно-реологічних сил. Тобто необхідно дотримання умов досягнення критичних рушійних напружень в масі сформованого МАІ. Досягнення поставлених вимог при реалізації цього шляху тісно пов'язано із забезпеченням другої умови, необхідного для досягнення ефективної обробки магнітно-абразивним методом.
      Отримання необхідної відносної швидкості руху частинок МАІ за оброблюваних поверхнях деталі, особливо по поверхні канавок можливо в тому випадку, коли кут нахилу поверхні канавок щодо направлення основного руху обробки (обертання навколо осі кільцевої ванни) буде відповідати куті тертя для МАІ. Реалізувати це можна за рахунок нахилу деталей, а значить і оброблюваних поверхонь щодо направлення основного руху. При цьому не потрібне використання великих значень магнітної індукції в робочих зонах магнітних зазорів.

      На рисунку 1 наведено пристрій, що реалізує спосіб магнітно-абразивної об'ємної обробки. Воно складається з головки 1, встановленої на шпинделі 2 на підшипниках 3. На одному кінці шпинделя встановлений шків 4, через ремінну передачу травня з'єднує шпиндель 2 з двигуном 6. Замість ремінної передачі може бути використаний будь-який редукційний або мультиплікаційний передавальний механізм. На іншому кінці шпинделя 2 на підшипниках 7 встановлених центральне конічне колесо 8, через муфту 9 поєднане з валом 10. Вал 10 через рухоме шліцьове або шпонкові з'єднання з’єднується з телескопічним валом 11, який встановлено в центральному магнітопроводі 13 магнітної системи. Вал 11 з'єднаний з двигуном 14 ремінною передачею 15. Як варіант, привід центрального конічного колеса 8 може здійснюватися через вал 10, розташований в пустотілого шпинделі 2. У голівці 1 встановлена конічна зубчаста передача, що перебуває в зачепленні з конічним зубчастим колесом 8. Вона складається з шестерень 16 і 17 і вала 18. Співвісно валу 18 в розточення головки 1 встановлена головка 19. У ній на підшипниках встановлено вал 20 з конічним колесом 21, що перебуває в зачепленні з колесом 17. З нижнім кінцем валу 20 з допомогою муфти 22 з'єднаний вал 23 кутовий головки 24 (мал.2) з конічним колесом 25 на іншому кінці. Колесо 25 перебуває в зачепленні з колесом 26 посаджене на шпиндель 27. Вихідний кінець шпинделя через муфту Гука 28 з'єднаний з затискним механізмом для затиску оброблюваної деталі 29. У цьому випадку використаний цанговий затискної механізм 30. На корпусі кутовий головки встановлений коливальний привід 31, що за допомогою важеля 32, шарніра 33, шатуна 34 і підшипника 35 з'єднується з затискним механізмом 30.

       Магнітна система устрою складається з центрального магнітопроводу 13, жорстко закріплений в нижній 36 і верхній 37 плитах з діамагнітними матеріалу. До центрального магнітопроводу за допомогою скоб 38 і шпильок 39 притиснуті бічні магнітопроводи 40. На них надіті котушки 41. На бічних магнітопроводах 40, у верхній частині закріплені зовнішні полюсні наконечники 42. У верхній частині на центральний магнітопроводу 13 встановлено центральний полюсний наконечник 43, виконаний у вигляді диска, радіальна зовнішня поверхня якого і звернені до неї бічні поверхні зовнішніх полюсних наконечників 42 формують між собою еквідистантний зазор, який утворює кільцеву ванну. На верхню плиту 37 спирається піддон 44. Магнітна система встановлена на столі 45. Стіл 1945 встановлений на вертикальній направляючої 46 станини 47.
      Спосіб магнітно-абразивної об'ємної обробки кінцевого різального інструменту полягає в наступному:
      Магнітний зазор верстата, що має форму кільцевої ванни, заповнюється магнітно-абразивним порошком, які утримують в робочій зоні магнітним полем, створюваним постійним струмом, поданим на котушки 41 електромагнітів. Оброблюваний інструмент 29 затискається в цангового затискному механізмі 30. Головки 19 обертаються навколо своєї осі, протилежному напрямку головного руху (обертання навколо осі кільцевої ванни). Пристрій з деталями розташовують у такому положенні, при якому деталі знаходяться біля входу в робочу зону магнітних зазорів. Індукцію в магнітних зазорах піднімають до величини рівної оптимальної величиною для МАО матеріалу інструмент в умовах кільцевої магнітної системи з відповідною величиною магнітного зазору. Включається двигун приводу головки 1 і двигун 14 приводу центрального конічного колеса 8. Стіл 1945 разом з магнітною системою з допомогою приводу вертикального переміщення плавно піднімається вгору до часткового або повного занурення оброблюваної поверхні інструменту 29 в вертикальну ванну магнітної системи, заповнену магнітно-абразивним порошком (рис.3)

       Шестірня 6 обкатується по колесу 8, отримує додаткове обертання від двигуна 14 через привід 15, вал 11 і муфту 9. Через пари шестерень 17 і 21, 25 і 26 сумарне обертання передається на шпиндель 27. Крім того, інструмент 29 повідомляється коливальний рух приводом 31, спрямоване по радіусу кільцевої ванни. Напрямок та частота обертання інструменту 29 навколо своєї осі, а також частота і амплітуда його коливального руху по радіусу кільцевої ванни залежать від типу інструменту, його конструкції, оброблюваних поверхонь, матеріалу з якого він виготовлений, типу використовуваного магнітно-абразивного порошку.
      Недоліками цієї установки є: вузькі технологічні можливості, пов'язані з неможливістю кута атаки в межах 5-30 ° при обробці твердосплавних непереточувальних пластин, а також складність конструкції через наявність додаткового приладу, який проходить через магнітну систему.

      Відома універсальна головка для МАО [3], суть якої пояснюється принциповою схемою і механізмом відбору потужності.
      Універсальна головка (мал. 4) складається з п'яти модулів: приводного 1, роздаткового 2, кутового 3, проміжного 4 і шпиндельного 5. Приводний модуль 1 кріпиться в шпинделі верстата, наприклад фрезерного, по інструментальному конусу на оправці 6, або на шпинделі можуть бути виконані відповідні посадочні поверхні для установки вузлів і деталей головки.

      Механізм відбору потужності (рис.5) складається з нерухомо що розташована шпиндельної бабки верстата і центрального циліндричного колеса 8, встановленого на оправці 6 на підшипниках, і паразитних шестерень 9 і 9 ', встановлених на поворотній щодо оправки 6 плиті 10 і з'єднаних з однієї сторони з центральним циліндричним колесом 8, а з іншого боку з гітарою змінних коліс 11, 12 і 13.

      Нерухомого з'єднання з приводним модулем 1 (мал. 4), роздавальний модуль 2, містить рівномірно розташовані по колу, послідовно з'єднані кутові модулі 3, передають 4 і шпиндельні 5, які можуть обертатися щодо один одного і щодо роздаткового модуля, і призначені для надання заготівлі правильного просторового положення.
      Кінематичний ланцюг, що з'єднує гітару змінних коліс 11, 12, 13 з робочими шпинделями 14 шпиндельного модуля 5, складається із стакана 15, розташованого внизу оправки 6, з'єднаної з валом 16 роздаткового модуля 2, наприклад, торцевих шліцом або радіальним шліцом, вала 16 із закріпленим на ньому центральним конічним колесом 17, сполученим з конічним колесом-сателітом 18, яке закріплене на радіально розташованому валу 19, муфті 20, конічної передачі 21-22, муфті 23, конічних передач 24-25, 26 -27. На робочих шпинделя закріплюються затискні пристрої з заготовками (на схемі не показані). Конструктивно вузол для передачі обертального моменту від зубчастого колеса 13 до вала 16 з конічною колеса 17 може бути виконаний у вигляді валу з опорами, встановленими в розточки в нижньому торці оправки 6 і муфти (або торцевого шліца). Зубчасті колеса 11, 12 і 13 становлять гітару змінних коліс. В першу чергу для зміни передавального числа кінематичного ланцюга від центрального колеса 8 до робочого шпинделя 14 використовується зубчате колесо 11, як найбільш доступне, і в другу чергу пара коліс 12 і 13. Додаткове паразитне колесо 9 переставляємо в позицію, на рис.5 показана пунктиром. При цьому воно зачіпляються з центральним циліндричним колесом 8 і колесом 11, а основне паразитне колесо 9 знімається з голівки.
      Універсальна головка для МАО працює таким чином. У початковому положенні (універсальна головка піднята над кільцевої ванної магнітної системи) відбувається встановлення заготовок у пристроях затискних і перекази їм правильного просторового положення шляхом обертання кутових 3, передавальних 4 і шпиндельні 5 модулів щодо один одного і щодо роздаткового модуля 2. При опусканні вниз шпиндельного вузла верстата-носія, заготівлі занурюються в кільцеву ванну магнітної системи, попередньо наповнену магнітно-абразивним порошком.
      Після занурення заготовок на необхідну глибину, яка визначається висотою полюсних наконечників магнітної системи (на схемі не показана), універсальної голівці надається обертальний рух і, таким чином, заготівлі обертаються в кільцевій ванні навколо її осі (головний робітничий рух).
      При обертанні універсальної головки і, як наслідок, приводного модуля 1, паразитні колеса 9 і 9 обертаються навколо нерухомого колеса 8, отримуючи таким чином обертальний рух, і передають його на колесо 11 гітари змінних коліс. Через колеса 11, 12 гітари змінних коліс, стакан 15 і вал 16 приводиться в рух центральне конічне колесо 17. Далі з центрального конічного колеса 17 рух передається на конічні колеса 18 і далі через муфти 20, конічні передачі 21-22, муфти 23, конічні передачі 24-25, 26-27 на робочі шпинделі 14, де закріплені затискні пристрої з заготовками (на схемі не показані). Є заготовки отримують обертальний рух навколо своєї осі (допоміжний рух), необхідний для рівномірної обробки кінцевих і осьових інструментів. При цьому за допомогою підбору коліс гітари змінних коліс може бути виконано суворе узгодження швидкостей обертальних рухів самої головки і робочих шпинделів 14, тобто головного руху і руху поділу.
      Після закінчення обробки обертальний рух припиняється і універсальна головка піднімається у вихідне положення.
      Для обробки інструментів з лівосторонньою спіраллю канавки для стружки, для зміни напрямку обертання робочих шпинделів при незмінному напрямку обертання головки, основне паразитне колесо 9 видаляється з головки, а додаткове паразитне колесо 9 вводиться в зачеплення з центральних циліндричним колесом 8 і колесом 11 гітари змінних коліс.
      Недоліком конструкції є складність налагодження гітари змінних коліс, а також низька надійність у зв'язку з великою кількістю кінематичних ланцюгів.

      Відома головка для МАО твердосплавних непереточувальних пластин [4], яка складається з приводного модуля з механізмом відбору потужності, що складається з нерухомого центрального циліндричного колеса, встановленого на оправці на підшипниках, і паразитного зубчастого колеса, встановленого на поворотній щодо оправки плиті і з'єднано з одного боку з центральним циліндричним колесом і, з іншого боку, з гітарою змінних коліс приводного модуля і центральним конічним колесом, встановленим у приводному модулі роздаткового модуля, встановленого на нижньому торці приводного модуля, і який має радіально розташовані на підшипникових опорах вали, на вхідному кінці яких закріплені конічні колеса, які знаходяться в зачепленні з центральним конічним колесом приводного модуля шпиндельні блоків, які рівномірно розташовані по колу на периферії роздаткового модуля. Шпиндельні блоки складаються з послідовно з'єднаних між собою, з можливістю кутового переміщення відносно один одного кутового, проміжного і шпиндельного модулів з робочими шпинделями, при цьому вихідний кінець кожного вала роздаткового модуля з'єднаний з робочим шпинделем кінематичного ланцюга передач і межмодульним з'єднанням проміжного і шпиндельного модулів є взаємозамінними.
      Недоліком конструкції цієї головки є складність налагодження гітари змінних коліс, а також низька надійність у зв'язку з великою кількістю кінематичних ланцюгів.

      Ця частина роботи реалізується шляхом вирішення наступних завдань:
            1. Модернізація горизонтально-фрезерний верстат для магнітно-абразивної обробки багатогранних непереточувальних пластин;
            2. Розробити робочі креслення вузлів модернізації.

    Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в конструкції головки для МАО, яка містить привідний і шпиндельні модулі, приводний модуль жорстко закріплений на шпинделі. На поверхні приводного модуля закріплені шпиндельні модулі, в яких розташований шпиндель, на одному кінці якого розміщені оброблювані багатогранні пластини, а на другому - колесо, яке своєю робочою поверхнею контактує з робочою поверхнею склянки, нерухомо закріпленого на кінці пінолі шпиндельного вузла верстата. Головка для МАО складається з приводного модуля, який представляє собою диск, жорстко закріплений на шпинделі. На торцевій поверхні приводного диска рівномірно по колу розташовані шпиндельні головки, в яких розташовані шпинделя на одному кінці яких розміщені оброблювані багатогранні пластини, на другому - зубчасте колесо. Колесо своєї робочої поверхнею контактує з робочою поверхнею склянки, який нерухомо закріплений. Стакан має східчасто розташовані робочі поверхні з якими може контактувати зубчате колесо відповідного діаметру. Для утворення кута атаки шпиндель має можливість обертатися на необхідний кут за рахунок виконання шпинделя з двох частин, з'єднаних за допомогою гнучкого валу (рис. 6).

      Ця частина роботи реалізується шляхом вирішення наступних завдань:
            1. Визначити форму моделі магнітно-абразивного порошку (МАП);
            2. Визначити геометричні розміри моделі;
            3. Досліджена вплив магнітного поля на відстань між моделями порошку.

Опис ходу експерименту

    Практична частина магістерської роботи припускає проведення експерименту. Я і мій керівник плануємо наступну послідовність експерименту:
        1. Провести зважування МАП на аналітичних вагах;
        2. Зробити розрахунок геометричної моделі МАП;
        3. Провести вимірювання відстаней між зернами МАП на мікроскопі поза магнітним полем;
        4. Провести вимірювання відстаней між зернами МАП на мікроскопі в магнітному полі;
        5. Порівняти результати вимірювань і зробити висновки.

Анімація

    Пристрій для МАО працює наступним чином: включається привід головного руху верстата, при цьому рух передається через конічну передачу і ремінну передачу на шпиндель, на якому закріплений диск, який починає обертатися і за рахунок контактування робочих поверхонь склянки із зубчатим колесом починають обертатися шпинделя з закріпленими на них робочою пластинами. Стіл верстата переміщається вгору до того, як оброблювані пластини не поринуть в кільцеву магнітну систему, заповнену абразивним порошком. Після закінчення обробки стіл переміщається вниз, вимикається привід верстата й оброблені пластини замінюють на оброблювані.

Висновки

      У ході виконання магістерської роботи розроблена конструкція пристрою для здійснення магнітно-абразивної обробки багатогранних непереточувальних пластин в магнітній кільцевій системі реалізованої на горизонтально-фрезерному верстаті.

       Надалі планується провести серію експерементів з магнітно-абразивним порошком (МАП). За результатами експерименту визначити форму моделі, виконати розрахунок і аналіз математичної моделі МАП.

1. Википедия. Магнитно-абразивная обработка [Электронный ресурс]http://ru.wikipedia.org/wiki/Магнитно-абразивная_обработка
2. Патент України на винахід №25441А, МПК В24В 31/112, Бюл. №6, Опубл. 15.12.98.
3. Патент України на винахід №78782, МПК В24В 31/112, Опубл. 15.12.2006.
4. Магнитно-абразивная обработка неперетачиваемых твердосплавных пластин. / В.Н. Гейчук, B.C. Майборода, Н.В. Ульяненко. / Вестник НТТУ «КПИ». Машиностроение. - 2002г.; вып. 43, с. 118-121.
5. Научно-производственное предприятие «Полимаг» [Электронный ресурс]- http://www.polimag.icm.by/
6. Технология и оборудование для магнитно-абразивного полирования [Электронный ресурс] - http://technologiya.chat.ru/AboutRU/ProdRU/MAP/map.html
7. Скворчевский Н.Я., Федорович Э.Н., Ящерицин П.И. Эффективность магнитно-абразивной обработки. – Мн.: Навука і тэхніка, 1991. – 215 с.
8. Сакулевич Ф.Ю., Кожуро Л.М. Объемная магнитно-абразивная обработка.- Мн.: Наука и техника, 1978. - 168 с.
9. Сакулевич Ф.Ю. Основы магнитно-абразивной обработки.-Мн.: Наука и техника, 1981.- 328 с.
10. Барон Ю.М. Технология абразивной обработки в магнитном поле. – Л.: Машиностроение, 1975. –128 с.
11. Барон Ю.М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и режущих инструментов. – Л.: Мшиностроение. 1989. –176 с.

      При написанні даннного автореферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення грудень 2010 р. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути одержані у автора або його наукового керівника після вказанної дати.