Технические науки/8

Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

К.т.н. Прокопенко В.А., к.т.н. Чернов И.А.

Санкт-Петербургский политехнический университет, Россия

Исследования технологических режимов обработки для определения требуемых технических характеристик станков

Важным условием при проведении проектирования, исследованиях и модернизации металлорежущего оборудования (МО) является выполнение технологического анализа необходимых для него режимов обработки с учетом требований достижения наибольших возможных производительности, точности, виброустойчивости и т.п. при обработке самого разнообразного спектра конструкционных материалов и использования самых прогрессивных инструментальных материалов и собственно конструкций инструментов.

Подобный анализ выполнен при исследованиях технических характеристик серийного тяжелого гибкого производственного модуля (ГПМ) повышенного класса точности модели ЛР400ПМФ-4 с диаметром выдвижного шпинделя 125 мм. Его основными отличительными особенностями являются мощность главного привода 40 кВт и наибольшая частота вращения 3150 об/мин.

При рассмотрении всех технологических операций выделены определяющие с точки зрения всего диапазона черновых и чистовых операций, которыми являются фрезерование и растачивание. Проанализированы варианты обработки заготовок из различных конструкционных материалов: сталей, чугунов, цветных и легких сплавов, композиционных материалов, марки некоторых из которых приведены в табл.

Расчет режимов и условий резания сделан по известной методике [1] с учетом рекомендаций фирмы Sandvik Coromant [2]. Программа расчетов использует обозначения материалов и инструментов для вращающихся инструментов [3] и токарных инструментов [4].

Таблица

Режимы и условия резания на основных операциях при обработке на ГПМ ЛР400ПМФ-4

Материал	Пластинка	D, мм	T, мин	B, мм	t, мм	S_z, мм/зуб	V, м/мин	n, об/мин	N, кВт	P_z, Н
Черновое фрезерование торцевой поверхности
Сталь 40	R245-12 T3 M-PL	250	15	160	6	0,12	437	557	31	2750
12Х18Н9Т	R245-12 T3 M-PL				8	0,12	103	132	26	15020
СЧ25	R245-12 T3 M-PL				8	0,18	211	270	46	13500
АЛ 34	R245-12 T3 E-AL				10	0,18	402	512	38	5880
Чистовое фрезерование торцевой поверхности
Сталь 40	N260.8-1204-F 3040	250	15	160	1	0,08	1136	1446	4,1	223
12Х18Н9Т	N260.8-1204-L 3040				1	0,05	225	286	4,3	1167
СЧ25	N260.8-1204-F H13A				1	0,05	779	992	10,7	839
АЛ 34	N260.8-1204-L H13A				1	0,08	944	1202	5,8	381
Тонкое фрезерование торцевой поверхности
Сталь 40	N260.8-1204-F H13A	100	15	98	0,5	0,1	1167	3715	1,4	72
АЛ 34	N260.8-1204-F H13A	100	15	98	0,5	0,05	1318	3356	0,1	4

Материал	Пластинка	D, мм		T, мин	t, мм	S, мм/об	V, м/мин	n, об/мин	N, кВт	P_z, Н
Черновое растачивание
Сталь 40	CCMT 12 04 08-PR	100		15	8	0,7	169	541	24	8737
12Х18Н9Т	CCMT 12 04 08-PR				10	0,8	159	509	35	13390
СЧ25	CCMT 12 04 08-KR				10	0,9	90	287	11	7691
АЛ 34	CCGX 12 04 08-AL				12	0,9	175	558	12	4042
Чистовое растачивание
Сталь 40	CCMT 06 02 08-PF	100		15	0,8	0,3	584	1860	2,6	278
12Х18Н9Т	CCMT 06 02 01-PF				0,4	0,2	640	2036	2,5	236
СЧ25	CCMT 06 02 01-KF				0,4	0,2	374	1192	0,8	125
АЛ 34	CCGX 06 02 02-AL				0,5	0,4	738	2350	1,3	110
Тонкое растачивание
Сталь 40	CCMT 09 T3 04-PF	100		15	0,3	0,1	1134	3611	0,4	20
АЛ 34	CCGX 06 02 01-AL	100		15	0,3	0,07	1240	3948	0,3	15

Результаты расчетов приведены в табл. и показывают технологическую необходимость повышения верхнего предела частот вращения до 4000 об/мин (тонкое растачивание алюминиевых сплавов и тонкое фрезерование стали 40). ГПМ имеет шпиндель, смонтированный на гидростатических подшипниках (ГСП), которые практически без каких-либо конструктивных изменений опор позволяют реализовать указанное повышение [5].

Кроме того, важно отметить, что динамический анализ ГСП показал их невысокое качество [6] в базовом варианте ГПМ. В связи с тем, что при еще большем потребном повышении частоты вращения и увеличении тепловыделений, обусловленных снижением вязкости рабочей жидкости, виброустойчивость ГСП будет еще ниже. В такой ситуации является целесообразным введение в ГСП корректирующих RC-цепей, используя рекомендации по выбору их параметров (гидросопротивления и гидроемкости) с помощью разработанного графо-аналитического метода [7].

Что касается черновых режимов, то паспортное значение наибольшей радиальной нагрузки (10 кН) является недостаточным и по растачиванию, и по фрезерованию (табл.). Это требует соответствующих расчетов основных узлов ГПМ при его модернизации (повышение нагрузочной способности практически в 1,5 раза). Особо следует отметить, что в ГПМ недостаточна установленная мощность главного привода (при фрезеровании серого чугуна). Это также требует соответствующих конструктивных корректировок, замены двигателя, энергетического анализа и т.п.

Таким образом, технологический анализ режимов и условий обработки на МО является важным и определяющим этапом их разработки и совершенствования, позволяя установить и оценить критерии работоспособности на черновых и чистовых режимах резания.

Литература:

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1985. 496 с., ил.

2. CoroGuide 2013.1. Электронный каталог продукции компании Sandvik Coromant. Назначение и расчет режимов резания.

3. Sandvik Coromant. Вращающиеся инструменты. Каталог. 2015. 1500 с.

4. Sandvik Coromant. Токарные инструменты. Каталог. 2015. 1253 с.

5. Бундур М.С., Прокопенко В.А., Пелевин Н.А. Повышение эксплуатационно-технических характеристик технологического оборудования // Научно-технические ведомости СПБГПУ. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. – 2012, №4(159) – с.121-127.

6. Бундур М.С., Прокопенко В.А., Чернов И.А. Расчетно-аналитические особенности проектирования гидростатических подшипников для станочного оборудования // Научно-технические ведомости СПБГПУ. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. – 2009, №1(74) – с.72-77.

7. Пелевин Н.А., Прокопенко В.А., Чернов И.А. Графо-аналитический метод выбора параметров коррекции гидростатических подшипников с помощью среды MATLAB // Теория механизмов и машин. – СПб.: Изд-во СПбПУ, – 2015, №2 – с.13-20.