Исследование достигнутого уровня вида техники «Фрезы»

Главными недостатками применяемой фрезы являются:

- малая стойкость;

- большие температуры при фрезеровании;

- неравнопрочность зубьев вдоль оси;

- недостаточная прочность инструмента.

Причинами этих недостатков являются неоптимальность конструкции данного режущего инструмента.

Цель исследования достигнутого уровня вида техники «Фрезы» - усовершенствование исследуемой концевой фрезы и нахождение таких прогрессивных ТР, которые могли бы устранить недостатки, указанные выше, для возможности использовать фрезу при высокоскоростной обработке.

Составление регламента поиска№1

Регламент поиска определяет перечень исследуемых технических решений (ИТР), их рубрику по Международной классификации изобретений (МКИ) и индекс Универсальной десятичной классификации (УДК), страны поиска, его ретроспективность (глубину), перечень источников информации, по которым предполагается провести поиск.

Фреза характеризуется конструктивными признаками – наличием элементов, их формой, материалом, размерами, взаимным расположением и взаимосвязью. Это существенные признаки при исследовании данного инструмента. Признаки способа и вещества отсутствуют. Следовательно, данный инструмент рассматриваем как устройство.

Исследуемое устройство – фреза концевая содержит следующие ТР:

а) конструкция фрезы;

б) фрезерование – технологический переход, положенный в основу работы фрезы;

в) способ изготовления фрезы.

Из выявленных ТР выбираем ИТР – такие ТР, совершенствование которых может обеспечить достижение сформулированной выше цели - устранения недостатков фрезы путем устранения их причин. Это ТР «Конструкция фрезы».

Для определения рубрики МКИ определяем ключевое слово – «Фрезы».

По «Алфавитно-предметному указателю» т.2 [15] для ключевого слова определяем предполагаемую рубрику МКИ:

В23С5/00 – 5/26 Конструктивные элементы фрез и вспомогательные устройства.

По «Указателю к МКИ» т.2 [16] уточняем рубрику МКИ Раздел С:

В23С5/10 Фреза концевая.

Индекс УДК определяем по «Указателю к универсальной десятичной классификации».

621.9 Обработка резанием

621.914 Фрезерная обработка

В качестве стран поиска выбираем ведущие страны в области машиностроения – Россию (СССР), Великобританию, Германию, США, Францию и Японию.

Ретроспективность (глубину) поиска устанавливаем в 15 лет, полагая, что наиболее прогрессивные ТР содержатся в изобретениях, сделанных за последнее десятилетие.

В качестве источников информации принимаем патентные описания, патентные бюллетени РФ и СССР, бюллетень «Открытия, изобретения», реферативный сборник «Изобретения стран мира» соответствующих выпусков, реферативный журнал 14А «Резание металлов. Станки и инструменты», технические журналы и книги в области мехобработки.

Данные заносим в табл. 7.1 «Регламент поиска».

Таблица 7.1

Регламент поиска №1, №2

Объект: Фреза концевая

Вид исследования: 1) Исследование достигнутого уровня вида техники; 2) Исследование патентной чистоты объекта.

Патентный поиск

Просматриваем источники информации в соответствии с регламентом, табл. 7.1. Выбираем такие документы, по названиям которых можно предположить, что они имеют отношение к ИТР. По этим документам знакомимся с рефератами, аннотациями, формулами изобретений, чертежами. Сведения о ТР, имеющих отношение к ИТР, заносим в табл. 7.2.

Изучаем сущность занесенных в табл.7.2 ТР по сведениям, содержащимся в таблицах, а также путем просмотра текстов патентных описаний, статей и т.п. Если из рассмотрения сущности ТР видно, что оно служит достижению той же цели, что ИТР (аналог ИТР), документ включаем в перечень для детального анализа. Запись об этом делаем в графе 5 табл.7.2.

Эскизы аналогов приведены на рис.7.2.

Эскизы аналогов

в)

Рис. 7.2

Таблица 7.2

Патентная документация, отобранная для анализа

Анализ результатов поиска

Устанавливаем, какие показатели положительного эффекта желательно получить в идеальном усовершенствованном объекте. К таким показателям будем относить:

а)показатели, обеспечивающие достижение цели усовершенствованного объекта;

б) показатели, улучшающие полезные свойства объекта;

в) показатели, ослабляющие вредные свойства объекта.

Показатели положительного эффекта заносим в табл.7.3.

Оцениваем обеспечение каждого показателя положительного эффекта каждым аналогом в баллах по группам а) и б) – от 0 до 5 баллов, по группам в) и г) – от -2 до 2 баллов. ИТР по каждому показателю выставляем оценку 0. Оценки заносим в табл.7.3. Суммируем оценки по каждому аналогу.

Таблица 7.3

Оценка преимуществ и недостатков аналогов

Наибольшую суммарную оценку имеет аналог №1948057 (Дж. Нордберг, США, Концевая фреза, 08.10.96). Это прогрессивное ТР принимаем для использования в усовершенствованном объекте.

Описание усовершенствованного объекта

Фреза предназначена для фрезерования образующей матрицы ковочного штампа.

Фреза концевая коническая рис.7.3, изготовленная из быстрорежущей стали Р9К5, содержит режущую часть 1 (фиг.1), на фиг. 2 показано сечение А на фиг.1, на фиг.3 и 4 – осевые сечения режущей части фрезы с условно развернутыми смежными стружечными канавками. Режущая часть 1 фрезы имеет разнонаклонные зубья 2 и 3 с чередующимися углами подъема режущих кромок. Окружной шаг между режущими зубьями 2 и 3 уменьшается вдоль оси фрезы к хвостовику, а окружной шаг между режущими зубьями 3 и 4 увеличивается по направлению от торца к хвостовику. Глубина стружечных канавок выполнена изменяющейся вдоль оси фрезы.

Эскиз усовершенствованного сверла

Рис. 7.3

Фреза работает следующим образом: хвостовиком она базируется и закрепляется в цанговом патроне фрезерного станка и от него получает главное движение резания, заготовка и шпиндель станка совершают взаимные перемещения с целью фрезерования образующей.

Преимуществом фрезы является равнопрочность режущего зуба вдоль оси фрезы, благодаря чему ее можно использовать при повышенных скоростях резания.

Исследование патентной чистоты усовершенствованного объекта.

Целью экспертизы патентной чистоты объекта является установление его использования.

Составление регламента поиска №2.

Из выявленных при составлении регламента поиска №1 ТР выбираем ИТР:

а) в зависимости от объема выпуска объекта, его стоимости и значимости ТР для объекта в целом.

Учитывая, что фреза является объектом серийного производства, поэтому для экспертизы на патентную частоту оставляем все ТР п.7.2.1.

б) в зависимости от сроков известности ТР.

Предварительное знакомство с патентной документацией показало, что в ведущих странах регулярно патентуются конструкции фрез. Поэтому это ТР оставляем в перечне для исследования.

В качестве страны поиска принимаем Россию (СССР), где будет изготовляться и использоваться объект.

Ретроспективность (глубину) поиска устанавливаем в 20 лет – срок действия патентов в РФ.

Рубрики МКИ и УДК, перечень источников информации остаются теми же, что и в регламенте №1.

Данные заносим в табл.7.1.

Патентный поиск

Просматриваем источники информации в соответствии с регламентом №2, табл. 7.1. Сведения о ТР, имеющих отношение к ИТР, дополнительно заносим в табл. 7.2.

Отбираем аналоги ИТР и включаем их в перечень для детального анализа. Запись об этом делаем в графе 6 табл.7.2.

Анализ результатов поиска

Выявляем существенные признаки усовершенствованного объекта и группируем их.

Заносим признаки группы а) элементы, б) форма элементов, в) взаимное расположение элементов в табл.7.4.

Таблица 7.4

Существенные признаки ИТР «Фреза»

Проверяем наличие каждого из признаков ИТР в каждом аналоге. Наличие признака отмечаем знаком «+», отсутствие – «–». Дополнительные признаки аналогов также заносим в таблицу, а отсутствие их у ИТР отмечаем знаком «–».

Сопоставляем совокупности признаков группы а) «элементы» ТР, защищенных действующими патентами, и ИТР (табл.7.4). Видим, что здесь ни один патент исключать из дальнейшего рассмотрения нельзя.

Аналогичным образом анализируем признаки группы б) «форма элементов» и в) «взаимное расположение». Видим, что в ИТР не использованы совокупности признаков на патенты России пат № 3917957, пат № 3625848, пат № 3852461. Следовательно, усовершенствованная фреза обладает патентной чистотой в отношении РФ.

Вывод

Для организации производства усовершенствованных фрез в РФ нужно приобрести лицензию у владельцев пат США № 1948057. Продавать такие фрезы в России можно беспрепятственно.

8. Научные исследования

Активное внедрение технологий высокоскоростного фрезерования в производство формообразующей технологической оснастки в значительной мере связано с современным ростом производительности механической обработки. Одновременно с повышением точности формы и чистоты поверхности, эта технология обеспечивает существенное снижение трудозатрат.

Как известно, основным конструкционным материалом для изделий технологической оснастки является высоколегированная сталь, а большая часть съема металла обеспечивается за счет фрезерования на станках (обрабатывающих центрах) с ЧПУ. Сложность формы поверхности деталей оснастки, высокая прочность материала, из которого они изготовлены, а также необходимость увеличения производительности труда и следовательно, скорости резания и подач, мощности двигателя станка—сочетание всех этих факторов приводит к появлению ряда технических проблем. Рассмотрим некоторые пути их решения.

Чрезвычайно высокие характеристики станков с ЧПУ последнего поколения (обороты шпинделя, подачи рабочих и свободных перемещений, точности позиционирования инструмента) позволяют, наряду со скоростным резанием, использовать и другие качества современного инструмента — обеспечение предельно малого съема материала и, соответственно, обработки фасонных поверхностей с чистотой, практически исключающей финишную ручную слесарную операцию.

Однако приобретение современного станочного оборудования и режущего инструмента для предприятий стран СНГ представляет серьезную технико-экономическую проблему из-за их сравнительно высокой цены.

Производство технологической оснастки отличается, как правило, предельно малой серийностью и простотой формы заготовок (и вызванной последним фактором необходимостью съема большого количества материала). В связи с этим имеющиеся на участке станки должны выполнять две принципиально отличающиеся друг от друга операции: черновую обработку с основным съемом материала и чистовую обработку, обеспечивающую точность формы и размеров изделия и чистоту поверхности. На рис. 8.1 представлен график оценки технических возможностей различных моделей станков. Он показывает зависимость требуемой мощности привода шпинделя от оборотов при черновом, получистовом и чистовом фрезеровании, а также — для сравнения — величины мощности станков, находящихся в распоряжении авторов.

Необходимая мощность фрезерования

Рис. 8.1

На схеме отражены характеристики таких станков: ФП-27 производства завода «САВМА» (1987 г.), с подачами и оборотами, характерными для станков середины 80-х, а также современные высокоскоростные станки DMU-125Р и QUAZAR, выпущенные в 2000-2003 г., с повышенными оборотами, подачами и точностями, оснащенные мотор-шпинделем с характерным снижением мощности на малых оборотах. На диаграмме отражено то обстоятельство, что для станков с редуктором мощность, близкая к максимальной, сохраняется до числа оборотов около 300 об/мин. На кривых мощности также расставлены точки, соответствующие режимам работы фрез SANDVIK серий R200 (черновая обработка), R300 (получистовая) и со сферической режущей частью для чистовой обработки.

Сопоставление требуемых и располагаемых мощностей показывает, что для станков, оснащенных мотор-шпинделем, из-за снижения мощности при уменьшении оборотов ограничиваются величины диаметров фрез и/или глубина и ширина фрезерования. Для станков с редуктором сохранение располагаемой мощности вплоть до малых оборотов позволяет выполнять производительную черновую обработку фрезами достаточно большого диаметра. Низкие обороты шпинделя станка ФП-27 существенно уменьшают эффективность использования на нем фрез малых диаметров (до 40 мм) даже при черновой обработке. Видно также, что станки, имеющие объединенный мотор-шпиндель, уступают станкам с редуктором на режимах черновой обработки. При чистовой обработке преимущество переходит к современным 5-ко-ординатным станкам, позволяющим вести обработку периферией режущей части фрезы при обеспечении высокой чистоты обработанной поверхности.

При использовании инструмента для высокоскоростного фрезерования необходимо учитывать имеющиеся для него ограничения по глубине резания: она, как правило, не превышает 2-5 мм. При распределении припусков по видам обработки (рис. 8.2) выборка материала осуществляется по слоям, причем этот алгоритм распределения должен учитываться в управляющих программах, формируемых в технологических системах программирования (САМ-система или САПР ТП).

САМ-системы становятся необходимым третьим элементом комплекса «станок — инструмент — средство программирования», влияющим на эффективность и окончательную стоимость этого комплекса.

Диапазоны припусков по виду обработки

Рис. 8.2

Характерные величины рабочих подач при чистовой обработке весьма велики. Они могут составлять -3-4 м/мин и более. Для криволинейных поверхностей траектория движения фрезы в известных системах программирования для станков с ЧПУ формируется в виде кусочков ломаной линии, с заданной точностью аппроксимирующей обрабатываемую поверхность. При обработке в точках излома траектории движение станка нарушается (рис. 8.3).

В частности, при выходе в точку излома (пунктирная кривая) возникает удар, интенсивность которого определяется соотношением жесткости станка и величиной подачи. С целью его исключения в системе программирования возможно введение торможения (снижения подачи) в точке излома или специальные скругления траектории. Длина участков торможения-разгона и криволинейных скруглений для данных подач определяются располагаемыми тангенциальным и нормальным ускорениями станка.

Варианты обхода угловой точки траектории

Рис. 8.3

Когда речь идёт о высокоскоростной обработке, наиболее неправильно понимаемые области – рабочая подача и скорость быстрых перемещений. Более высокие скорости лучше только в одном. Например, у созданного для быстрых перемещений станка узлы могут двигаться от одной точки к другой со скоростью, например 60 м/мин, т.е. значительно быстрее, чем на медленном станке. Но когда на быстром станке необходимо переместить узел на короткое расстояние, на нем нельзя переместить узел с такой же скоростью, как перемещается узел менее скоростного станка. Причиной является ускорение. С теми же самыми двигателями узлы «медленного» станка разгоняются до максимальной скорости быстрее, чем более скоростной станок сможет «доползти» до высшей скорости (рис 8.4).

Законы физики диктуют, что тот же двигатель может разогнаться гораздо быстрее, если он соединён с редуктором, рассчитанным на более низкую скорость. Если при движении любого транспортного средства Вы когда-либо пользовались рычагом переключения передач, то Вам это будет понятно. В езде по городу более низкие передачи обеспечивают лучшее ускорение, тогда как четвертая или пятая передача обеспечивают самую высокую скорость при движении по шоссе, но эти скорости бесполезны при движении в пробках. Однако для станка с компьютерным устройством ЧПУ (УЧПУ) двигатель по каждой оси координат имеет только одно передаточное отношение. Все конструкторы выбирают скорости и диапазон ускорений станка, думая, что они являются оптимальными. Трудно сказать, что они имели в виду, выбирая такой рабочий диапазон? Вероятно, пытались угодить своим отделам сбыта и маркетинга, которые просили поднять предельные скорости и подачи.

Влияние предельной скорости станка на разгон/ускорение.

Рис. 8.4

Экспоненциальная зависимость ускорения от мощности означает, что для того, чтобы вдвое увеличить ускорение, требуется в четыре раза поднять мощность (рис. 8.4). И наоборот, при той же самой мощности увеличение максимальной скорости вдвое требует четырехкратного увеличения периода разгона/замедления. Поэтому, более «медленный» станок может в реальности быть более производительным (скоростным), чем станок с более высоким скоростным диапазоном.

При фрезеровании с использованием компьютерного УЧПУ можно плавно координировать движение по трем линейным осям для обработки сложных контуров. Например, фрезерование окружности реализуется как постоянный процесс, т.е. как «следящее» резание, но внутри программы УЧПУ оно дробится на сложную последовательность команд и коррекций. Для программиста и оператора ясно, что трехкоординатное УЧПУ рассчитывает перемещения по семейству точек, которые расположены приблизительно по кругу. Качество такой интерполяции (степень приближения) зависит от точности работы УЧПУ, которая постоянно изменяется.

Чем выше быстродействие УЧПУ, тем плавнее интерполяция. Когда станок с УЧПУ фрезерует дугу в 8" при 200 импульсах в минуту, Вы видите плавное движение, но УЧПУ фактически выполняет серию коротких линейных шагов. Быстродействие УЧПУ определяет длину шага. Старые и более медленные УЧПУ часто на круглом контуре дают огранку или серию лысок. Другие УЧПУ, более новые, но относительно медленные по сравнению с имеющимися на рынке наиболее быстродействующими, либо замедляются, либо частично компенсируют погрешность посредством выхаживания, хотя некоторая погрешность при этом все-таки остаётся.

Длину сегментов интерполяции можно рассчитать, если известно быстродействие станка. При использовании диапазона подачи 200 импульсов в минуту и временной дискретности 3 мкс линейный сегмент или хорда составляют 0,25 мм (0,010"). Этот показатель - наиболее высокое быстродействие, характерное для самых популярных европейских высокоскоростных систем управления.

Самые же скоростные промышленные системы управления демонстрируют быстродействие порядка 400 мкс (0,0004 с). Повышение быстродействия в 7,5 раз обеспечивает в результате длину хорды сегмента в 35 мкм (рис. 8.5).

Очевидным преимуществом такого повышения является более точный контур обработанной поверхности вне зависимости от её размера. Менее очевидным преимуществом при сокращении времени цикла является повышение точности.

Величина хорды сегмента обработки

Рис. 8.5

Удвоение скорости даёт в результате четырехкратное повышение точности. Почти 10-кратный скачок быстродействия с 3 мкс до 0,4 мкс, теоретически повышает ее приблизительно в 56 раз. При комплексной обработке контура наиболее жесткое требование к УЧПУ - это плавное движение от точки к точке с того момента, когда программа CAD-CAM генерирует большую массу индивидуальных траекторий инструмента с очень короткими линейными шаги между ними. Чем выше быстродействие УЧПУ, тем быстрее движется инструмент и тем, соответственно, выше скорость обработки.

Работа с более редкими остановками при продолжении резания не только позволяет сделать деталь быстрее, но также продлевает срок службы инструмента и повышает его производительность, потому что этот инструмент меньше затупляется. Хотя большинство производителей не хотят, чтобы поверхности деталей были излишне гладкими, что ухудшает их качество, тем не менее в результате более плавных перемещений повышается точность обработки и продлевается срок службы станка. "Прогнозирование" является ключом к реализации этой важной функции.

Прогнозирование становится основой для высокоскоростной обработки из-за высокой плотности массива данных. При использовании старых, более медленных моделей УЧПУ узлы станка движутся довольно медленно, отчего перемещения вдоль осей могут быть остановлены в пределах любого единичного блока. На новых станках при скорости перемещения узлов в несколько десятков метров в минуту им требуется большее расстояние, чтобы остановиться. И при плотных, последовательных перемещениях, требуемых для достижения высокой точности при обработке сложных контуров, порой трудно рассчитать время или расстояние до остановки вдоль оси, чтобы получить необходимую точность. Это может звучать так, как если бы прогноз снизил производительность, пожертвовав подачей, для того чтобы обеспечить точность. Или наоборот, это – оптимизация производительности. Тот же самый прогноз, который «замедлил» программу УЧПУ для обработки острых углов, в то же время сохраняет самые высокие скорости перемещений по координатам при менее радикальных изменениях направления движения.

Там, где раньше, была необходимость выбирать более медленные подачи при программировании, чтобы фрезеровать сложный контур, эффективный прогноз поможет оптимизировать программируемую подачу для конкретной фрезы и в соответствии с обрабатываемым материалом и позволит УЧПУ принимать решения о том, где её нужно замедлить. Идея состоит в том, что прогноз пытается улучшить ситуацию, задавая величину программируемой подачи и не ставя при этом под угрозу точность перемещения. Результатом является увеличение непрерывной или эффективной подачи до среднего уровня, поддерживаемого в течение всего процесса обработки.

9. Выбор и проектирование станочного приспособления

Принцип работы ускорительной головки

Необходимость ускорительной головки предопределяется тем, что станки с ЧПУ для обработки корпусных деталей имеют ограниченную частоту вращения шпинделя, недостаточную для достижения нужной скорости резания мелкоразмерным инструментом.

Конструкция ускорительной головки представлена на чертеже

06.М15.6 .50.000.СБ

Конструкция ускорительной головки состоит из корпуса 2, выполняющего роль водила, в котором на осях 5, закреплены сателлиты 7.

Корпус 2 неподвижно соединен с хвостовиком 1, который имеет конус 7:24, устанавливаемый в шпиндель станка. Сателлиты 7 находятся в зацеплении с корончатым колесом 6, которое должно быть остановлено путем соединения с позиционирующим блоком, размещенным на станке.

Через солнечное колесо 4 вращение передается на выходной вал 3, который движется с частотой в пять раз больше частоты вращения шпинделя. На открытом конце выходного вала помещен цанговый патрон 8 с цангой 9, которая с помощью гайки 10 зажимает цилиндрический хвостовик инструмента. На другом конце выходного вала 3 с помощью шайбы 36 закреплен маховик 16, предназначенный для повышения равномерности вращения инструмента.

Останов корончатого колеса 6 осуществляется упором 19, входящего в паз позиционирующего блока. Во время входа хвостовика 1 в коническое отверстие шпинделя станка ползун 20 после контакта с позиционирующим блоком перемещается по упору 19, сжимая пружину 25. При этом поводок 24, размещенный в кольце 22, выходит из зацепления с ползуном 20 и одновременно из зацепления с кольцом 23 выходит уголок 21, корончатое колесо 6 останавливается в заданном положении, а хвостовик 1, вращаясь, передает крутящий момент на вал 3 и инструмент.

По окончании работы шпиндель станка останавливается в определенном положении. Пружина 25 выталкивает ползун 20, и в результате головка оказывается в исходном положении.

Поддержка упора 19 в заданном вертикальном положении осуществляется с помощью кольца 17, подвижно закрепленного на вращающемся хвостовике 1 через подшипник 35.

Увеличение скорости резания до оптимальных значений позволяет значительно повысить надежность работы инструмента.

Применение на станках с ЧПУ позволит повысить производительность и сократить основное время обработки.

Расчет усилия зажима инструмента

Рассчитаем усилие зажима концевой фрезы с посадочным местом Ø8 для процесса контурного фрезерования образующей матрицы.

Схема раскладки сил показана на рисунке 9.1

Схема сил, действующих на заготовку

Рис.9.1

Осевую сила Q, необходимую для затягивания цанги найдем по формуле:

где Р₁ – сила, сжимающая лепестки цанги до их соприкосновения с поверхностью заготовки, Н;

Р₂ – сила зажима заготовки всеми лепестками цанги, Н;

- половина угла конуса цанги = 15;

- угол трения =arctg f₁ = 11.

f₁ - коэффициент трения конусной поверхности, f₁ =0,2 .

где Е = 2,1×10⁵ МПа – модуль упругости стали, идущей на изготовление цанги;

J – момент инерции в сечении заделанной части лепестка, мм⁴ ;

- стрела прогиба лепестка, = , - зазор между цангой и заготовкой (до начала зажима) =0.2;

z – число лепестков цанги, z=4;

l – расстояние от плоскости задела лепестка цанги до середины зажимающего конуса цанги, l=20 мм;

где D – наружный диаметр лепестков цанги, D=28 мм;

S – толщина лепестка цанги, S =10мм;

- угол сегмента лепестка цанги =88.

Найдем силу Р₁ :

= 7134,4см⁴ =0,41мм⁴

=44,73Н

Найдем силу Р₂ :

где - момент резания, Н·м;

r₁ - расстояние от оси до точки приложения силы резания, мм;

r – радиус заготовки на участке зажима, мм;

Р_Z – сила резания, стремящаяся повернуть заготовку относительно оси цанги, Н;

q – cоставляющая часть усилия, приложенного при резании, сдвигающая заготовку вдоль оси, Н;

К = 1,5…2,0 – коэффициент запаса.

Рассчитаем силу резания по формуле [10]:

где , , , , , - коэффициенты;

- глубина резания, =5мм;

- подача на зуб фрезы, =0,08мм/зуб;

В – ширина фрезерования, В=5мм;

z – число зубьев фрезы, z=3;

D – диаметр фрезы, D=3мм;

То есть, 662,34Н

q =0.23 P_Z = 0.23×662.34=152.33Н

Таким образом, =1643,93Н

Теперь можно найти осевую силу Q:

=823Н

То есть для зажима инструмента для стабильного вращения без проворотов необходимо приложить осевую силу равную 823Н.

10. Выбор и проектирование инструмента

Произведем расчет концевой конической фрезы с цилиндрическим хвостовиком для обработки ручьев ковочных штампов.

Материал фрезы - твердый сплав ВК10М

Геометрические параметры фрезы

Правильное назначение геометрических параметров фрезы позволяет обеспечить высокую стойкость фрезы и необходимую шероховатость обработанной поверхности.

Главный задний угол

[17, стр.110, табл.4.2]

Нормальный задний угол фрезы

где - угол наклона винтовых канавок фрезы.

=25º [13, стр.211, табл.3.10]

Тогда

Откуда

Передний угол (влияет на обеспечение необходимой прочности режущей кромки, минимальные силы и мощность фрезерования)

[17, стр.111, табл.4.3]

Главный угол в плане (определяет стойкость и производительность фрезы и соотношения между составляющими силами резания)

[17, стр.111, табл.4.4]

Переходная кромка в плане (для упрочнения режущей кромки)

То есть

[17, стр.111, табл.4.4]

Угол наклона режущей кромки (служит для направления отвода стружки, упрочнения режущей кромки и обеспечения равномерного фрезерования)

Угол подъема витков фрезы

[13, стр.211, табл.3.10]

Радиус торцевой части фрезы – 1,5мм [13, стр.211, табл.3.10]

Диаметр фрезы

Минимальный диаметр фрезы перед переходом на радиус 1,5 – d=3мм [13, стр.211, табл.3.10]

Длина режущей части фрезы

[13, стр.211, табл.3.10]

Число зубьев фрезы

[13, стр.211, табл.3.10]

Форма и размеры зубьев и стружечных канавок

При выборе формы зуба необходимо обеспечить его необходимую прочность, свободное размещение срезаемой стружки в канавке, большое число переточек, простоту изготовления.

Высота зуба

где =0,9…1,2 - коэффициент

Таким образом, мм - высота у минимального диаметра;

мм - высота у максимального диаметра.

Радиус закругления дна стружечной канавки

То есть мм

мм

Угол спинки зуба

[17, стр.116]

Радиус спинки зуба

То есть мм

мм

Ширина ленточки по задней поверхности

мм [17, стр.116]

Ширина ленточки по передней поверхности

мм [17, стр.116]

Чертеж концевой фрезы для нарезания шлицев представлен на чертеже 06.М15.6 .51.000.

11. Проектирование производственного участка

Матрица в паре с пуансоном предназначена для изготовления штамповок фланца. Матрица изготовлена из инструментальной стали 4Х5МФС. Годовая программа выпуска – 1000шт, что при массе 1,4кг соответствует среднесерийному производству. Работа ведется в 2-х сменном режиме.

Расчёт количества основного технологического оборудования на участке и коэффициента его загрузки

Цель раздела – определение количества основного технологического оборудования при среднесерийном производстве на стадии технологического проекта и подготовки исходных данных для составления планировки участка механической обработки детали.

Исходные данные для проведения этого расчёта являются годовая программа и технологический процесс с нормами времени. Нормы времени приведены в таблице 11.1.

Таблица 11.1

Нормы времени по операциям

При определении количества оборудования необходимо определить действительный фонд времени оборудования F_д.

Действительный фонд времени работы оборудования, принимаемый при расчетах для соответствующего режима работы определим по формуле:

, (11.1)

где Вр – коэффициент потерь времени на ремонт оборудования, Вр=7%;

Fн – номинальный фонд времени работы оборудования, определяемый по формуле:

, (11.2)

где Дк – число календарных дней в году, Дк=365;

Пр – число праздничных дней в году, Пр=11;

Вс – число воскресных дней в году, Вс=52;

Сб – число субботних дней в году, Сб=52;

Тсм – длительность рабочей смены, Тсм=8ч;

Дпр – количество предпраздничных дней, Дпр=9;

Тпр – время, на которое сокращается предпраздничный день, Тпр=1ч;

С – количество смен в сутки, С=2.

Таким образом, Fн=((365-11-52-26)·8 - 9∙1)∙2=4398 ч

Fд=4398∙ (1-0,07)=4090 ч.

Годовая программа запуска равна:

, (11.3)

где Nг – годовая программа выпуска, Nг=1000шт;

Зч – процент деталей, уходящих в запчасти, Зч=15%;

Бр – процент потерь деталей в брак, Бр=2%.

Nг.зап=1000∙ (1+0,15) ∙ (1+0,02)=1173шт.

Расчётное число станков каждой группы будет находиться по формуле:

(11.4)

где К_вн – коэффициент выполнения норм, К_вн =1,1.

Расчёт необходимого количества станков сведём в таблицу 11.2

где S_пр – принимаемое нами количество станков.

Таблица 11.2

Расчетное число станков

Полученные расчетные значения количества станков, округляем в большую сторону до целого числа и определяем необходимую величину догрузки подобными видами продукции.

Догрузка оборудования находится по формуле:

(11.5)

где Ку =1,05- коэффициент увеличения штучного времени.

Результаты расчётов сведём в таблицу 11.3.

Таблица 11.3

Догрузка оборудования по операциям

Проводим заново расчёт необходимого количества оборудования по формуле:

(11.4)

Результаты расчётов сводим в таблицу 11.4.

Таблица 11.4

Расчетное число станков с учетом догрузки

Коэффициент загрузки оборудование определяется как отношение расчётного числа к проектируемому:

К = Sp / Sпр (11.5)

Коэффициент загрузки оборудования сведем в таблицу 11.5.

Таблица 11.5

Коэффициент загрузки оборудования

По полученным коэффициентам загрузки оборудования построим график загрузки оборудования (рис.11.1)

График загрузки оборудования

Рис. 11.1

Расчет числа рабочих

Промышленно – производственный персонал цеха (участка) состоит из производственных и вспомогательных рабочих, инженерно – технических работников (ИТР), служащих и младшего обслуживающего персонала (МОП).

Число рабочих на каждую операцию определяем по формуле:

(11.6)

где 1731ч - действительный годовой фонд времени работы рабочего.

Расчёт числа рабочих по операциям техпроцесса сведём в таблицу 11.6

Таблица 11.6

Количество рабочих по операциям технологического процесса