Маслов А.Р. Инструментальные системы машиностроительных производств

Подождите немного. Документ загружается.

ПАРАМЕТРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ 11

Рис.

1.2. Применяемость

различных видов резцов

на токарных станках в зависи-

мости от высоты сечения

державки Н:

зона применения резцов:

1 - правых проходных;

2 - левых проходных;

- проход-

ных упорных;

- подрезных;

5 - упорных широких;

6 - отрезных и прорезных;

расточных;

- галтельных и

других фасонных;

9 - резьбовых

цы с главным углом в плане

ср

< 90°. Далее в порядке уменьшения

применяемости располагаются проходные упорные (ф = 90...95°),

отрезные и прорезные резцы, а затем уже расточные, гантельные и др.

Как видно из рис. 1.2, с увеличением высоты державки Н рас-

тет количество необходимых проходных резцов. При изменении

высоты Н от 16 до 40 мм их относительное число увеличивается

примерно в 2 раза. Применяемость проходных упорных, подрез-

ных, расточных и резьбовых резцов соответственно падает.

Применяемость наиболее распространенных видов резцов

можно приблизительно выразить формулой [44]:

D?, (1.1)

где Сд - коэффициент, зависящий от условий производства (для

проходных резцов C

= 2,2, z

= 0,43; для проходных упорных и

подрезных C

550, z

-0,48;

расточных C

= 290, z

= -0,50).

Увеличение числа проходных резцов с углом

ср

< 90° и умень-

шение числа проходных упорных резцов связано с большей

жесткостью крупных деталей, а также возрастанием времени об-

1 1 1 1

и 16

25 32

и 40

Я,

мм

12 Глава!. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

работки одной ступени. Это оправдывает целесообразность замены

проходного упорного резца более производительным проходным.

Соотношение видов резцов с различными углами в плане за-

висит от отрасли промышленности, что связано с изменением

конфигурации типовых деталей, их материала, качества заготовки,

требований к точности и качеству обрабатываемой поверхности.

Так, в энергетическом машиностроении процент проходных рез-

цов ниже, а проходных упорных и подрезных выше, чем в тяжелом

машиностроении [44] (табл. 1.2). В тяжелом машиностроении в

основном применяют резцы с углом ф = 60°, в энергетическом на-

ряду с ними растет применение резцов с углом ф = 45°, а в станко-

строении резцы с углом ф = 45° преобладают. Эти отличия объяс-

няются меньшими глубинами резания в энергетическом машино-

строении и станкостроении, что связано с меньшими припусками и

более высокими требованиями к точности деталей. В станкострое-

нии это связано также с большим числом деталей из чугуна.

Для фрез большое значение имеет их распределение по диа-

метрам /)ф (рис. 1.3). Разработанный в ОАО «ВНИИинструмент»

типаж торцовых фрез со сменными режущими пластинами (СРП)

различных диаметров (распределение 3) соответствует распреде-

лению ширин фрезерования В с учетом рационального отношения

D$/B, а также учитывает частоту использования фрез большего

диаметра в единичном и мелкосерийном производстве. Сравнение

0 50 100 150 200 250 300 350 400 Д,,мм

Рис. 1.3. Частота распределения торцовых фрез по диаметру

D$:

—

теоретическая;

- применяемые напайные фрезы;

3 - предложенный типаж торцовых фрез с СРП

ПАРАМЕТРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ 13

1.2. Применяемость различных резцов и их параметров

в отраслях машиностроения

Тип резца

Проходной

упорный

Подрезной

Широкий

упорный

Прорезной

и отрезной

Расточной

Резьбовой

Фасонный

Применяемость по

отраслям машино-

строения,

Тяжелое

Энерге-

тическое

Станко-

строение

Параметр

резца

Главный угол

в плане

ср,

°:

Материал

режущей

пластины:

твердый

сплав

другие

Применяемость

по

отраслям

машино-

Тяжелое

строения, %

Энерге-

тическое

Станко-

строение

зависимостей 1 и 3 показывает, что при проектировании фрез с

СРП для серийного производства необходимо включать конструк-

ции малых диаметров с D$ = 50... 100 мм.

Важные сведения для проектирования дает изучение распре-

делений глубин резания и других параметров режимов резания.

Распределение элементов сечения среза при торцовом фрезерова-

нии в процессе обработки (рис. 1.4) показывает, что торцовые фре-

зы с механическим креплением пластин применяют только при

относительно малых глубинах резания (примерно до 8 мм) при

работе с пониженными подачами (кривые 1 расположены левее

кривых 2). Это говорит о низкой виброустойчивости и прочности

используемых конструкций. В разрабатываемой системе фрез эти

недостатки должны быть устранены.

14 Глава!. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

11;

ГТ?—I—I—I—I

/(5z)

0,20

0,10

nit—

0,05 -/--\ \ 2

0 4 8 12 16

Г,

мм

0 0,1 0,2 0,3

мм/зуб

а) б)

Рис.

1.4. Распределение глубин резания

(а) и

подач

{б)

при фрезеро-

вании: / -

торцовыми

фрезами

СРП;

- напайными фрезами

При этом целесообразно рассматривать не отдельные распре-

деления параметров режима резания, а их семейства, например,

семейство распределений глубин резания, подач, сил и мощности

резания для станков определенного типоразмера. При этом анали-

зируется не только закон распределения, но и зависимость средних

и максимальных значений параметров от основного размерного

параметра станка. Эта зависимость необходима для оценки на-

грузки на проектируемый инструмент различных размеров, вхо-

дящий в систему.

Однако, рассмотрение распределений одного параметра или

даже семейства распределений параметров, также как и анализ

распределений нескольких параметров отдельно, не дают желае-

мой картины явления. Поэтому вместо кривой распределения це-

лесообразно рассматривать поверхность распределения двух па-

раметров, которая обычно имеет вид купола. Сечения этой по-

верхности плоскостями с шагом N с постоянной частостью или

плотностью распределения наглядно показывают области приме-

нения инструмента.

На

рис.

1.5 показаны области применения двух марок твердых

сплавов, применяемых в проходных резцах на токарных станках. В

качестве параметров, характеризующих область применения этих

сплавов, выбраны сечение среза t

определяющее силовую нагруз-

ку

на

резец,

скорость

резания

обуславливающая

тепловую

нагрузку.

ПАРАМЕТРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ 15

О 20 40 60 80 100 120 V.M/МИН

Рис. 1.5. Сечения поверхностей распределения марок твердых спла-

вов для точения на токарных станках: сплошные линии -

для

МРЗ,

штриховые -

МР1

для

(£>

200..

.400

мм;

20...40 мм)

Области применения очерчены семействами кривых, близких

к эллиптическим. В центральной части области лежит модальная

кривая, показывающая область наиболее частого применения дан-

ного сплава; на периферии - кривая, за пределами которой частота

применения сплава весьма мала.

Можно выделить три зоны: I - зона применения сплава МРЗ;

(см.

табл. 2.8); II - зона применения сплава

МР1

и III - зона совме-

стного применения сплавов. Наличие большой зоны III свидетель-

ствует о том, что в ряде случаев сплав МРЗ применяют там, где

следовало бы использовать сплав МР1. Обратное предположение

маловероятно, так как использование сплава МР1 там, где нужно

применять сплав МРЗ, вызывает резкий рост числа поломок и де-

лает работу не только неэкономичной, но и крайне затруднитель-

ной для рабочего в связи с частой заменой инструмента. Резцами

16 Глава 1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

из МРЗ нередко работают даже в области наибольшей эффектив-

ности применения сплава МР1 (сечение среза до

1,5...3,0

мм

/об),

что не позволяет использовать важный резерв роста производи-

тельности труда. Причины этого в отсутствии оптимальной конст-

рукции инструмента, обеспечивающей быструю замену режущего

элемента.

1.2. Оценка и обеспечение качества системы

Качество продукции - это совокупность свойств продукции,

обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные по-

требности в соответствии с ее назначением (ГОСТ 15467-79 в ред.

1985 г.). Соответственно качество системы инструмента характе-

ризуется совокупностью свойств, обусловливающих пригодность к

процессу резания с обеспечением заданных форм, размеров и каче-

ства поверхностей детали при определенной производительности

труда, затратах трудовых, материальных и денежных средств.

Система инструмента относится и к классу продукции, расхо-

дующей свой ресурс, и к группе ремонтируемых изделий. Для этой

группы изделий рекомендуется оценивать следующие основные

комплексные свойства: назначение, надежность, технологичность,

унификация, эргономические, эстетические и экологические свойства.

Количество свойств, оцениваемых на стадии проектирования

с учетом требований полноты и минимальности [44], определяется

на основе теории информации, из которой следует, устанавливать

более 13 свойств нецелесообразно.

Свойства, определяющие качество системы инструмента,

имеют сложную взаимосвязь [33, 48] и могут быть представлены в

виде структуры, которая охватывает наиболее общие свойства

(рис.

1.6). Связи между свойствами в этой структуре не поддаются

количественному анализу, поэтому структуру свойств целесооб-

разно упорядочить в виде дерева. Такая упорядоченная схема (де-

рево свойств), содержащая самые важные свойства для системы

инструмента и предназначенная для ее экспертной оценки на ста-

дии проектирования, представлена на рис. 1.7.

Дерево строится по определенным правилам [3]. Каждое

свойство г'-го уровня иерархии влияет наряду со свойствами этого

уровня только на одно из свойств (г - 1)-го уровня и в свою оче-

редь взаимосвязано с определенными свойствами (г + 1)-го уровня

Универсальность

Гибкость

Качество обработки

ее

-Р

се

ге

"О

Производительность Н

Свойства

назначения

Безотказность

Долговечность

Ремонтопригодность

I— Эргономические свойства

Эстетические свойства I—'

Сохраняемость

!»

ции

йа

•Я-

п>

Транспортабельность

Материалоемкость \-i

Трудоемкость и ее

структура

Потребность в

оборудовании и оснастке

Унификация элементов

(модулей)

•8-3

•3 -

П> д

0 ТЗ

01 О

Ж о

» IS-

Патентная защита г"

Патентная чистота

?•

Р о

Б я

s н

а я

я я

Я 43

о в>

о ш

и о

о- и

№

фере

со

ства,

•п

и ГЧРЧЯХЭИЭ veiDHhv^ зиняьзгюядо и УЯНЯЙО

Уровень

иерархии

ДЕРЕВО СВОЙСТВ

Стадия

оценки

Качество системы

инструмента

Производительность

Точность, жесткость

и прочность

Технологичность

Безотказность и

долговечность

Износо-

стойкость

Приспособлен-

ность к

обслуживанию

Приспособлен-

ность к ремонту

Э £

fc °

•

£"^

Я S

Эксплуатационные

испытания на

этапе

изготовления

опытно-

промышленной

партии

Лабораторные

испытания на

этапе

изготовления

опытных образов

Экспертная оценка

на этзле

проектирования

Рис.

1.7. Дерево свойств, составляющих качество системы инструмента

ОЦЕНКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА СИСТЕМЫ 19

(нумерация уровней ведется от рассмотрения более общих свойств

к рассмотрению более узких, частных свойств). Принимается, что

свойства одного уровня не связаны между собой. Свойства, кото-

рые применительно к данному инструменту и данной задаче ана-

лиза нецелесообразно раскладывать на более простые, называют

условно простыми.

Свойства производительности и надежности тесно связаны.

Повышение производительности при прочих равных условиях

приводит к снижению надежности. Производительность процесса

резания (производительность по основному времени), безотказ-

ность и долговечность обусловливают одни и те же свойства: точ-

ность, жесткость, прочность и износостойкость инструмента. В

связи с этим возможны два способа анализа качества системы

инструмента на стадии проектирования: по производительности

при постоянной надежности и по показателям надежности при

одной и той же производительности. В большинстве случаев целе-

сообразно использовать второй способ оценки. В этом случае в

трансформированной схеме показатели назначения опускаются (на

рис.

1.7 свойство производительности связано со свойством на-

дежности штриховыми линиями).

Свойства универсальности и гибкости влияют на ремонто-

пригодность, определяя необходимость и время замены инстру-

мента или его элементов при смене перехода операции; эргономи-

ческие и эстетические свойства во многом определяют приспо-

собленность инструмента к смене и наладке. Поэтому в

трансформированной схеме для оценки качества инструмента на

стадии его проектирования указанные свойства учитываются в

ремонтопригодности.

Значительно влияют на технологичность свойства унифика-

ции инструмента. Поэтому в дереве свойства унификации относят-

ся к трудоемкости изготовления системы инструмента.

Следует отметить, что установленная номенклатура и струк-

тура свойств, составляющих качество, в немалой степени зависят

от вида системы инструмента, условий ее применения, целей, ме-

тода и этапа оценки качества. Так, для расточного инструмента

должно главным образом оцениваться качество обработки.

Установление номенклатуры и структуры свойств является

первым этапом работы по оценке качества системы инструмента.

20 Глава!. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

Однако даже просто перечень свойств с указанием связей между

ними сам по себе может служить важным материалом для конст-

руктора при проектировании системы.

Каждое свойство системы инструмента должно характеризо-

ваться соответствующим показателем, причем желательно, чтобы

этот показатель был количественным, легко и точно определяемым.

Показателем ремонтопригодности инструмента является

среднее время восстановления

.ср-

У системы инструмента, со-

стоящей из N элементов, этот показатель зависит от времени вос-

становления t

каждого г-го элемента конструкции, а также числа

его переустановок K

за полный период стойкости:

'в.с

=т?-1>

(1-2)

Оценка технического уровня и качества системы инструмента

предусматривает сравнение совокупности показателей его качест-

ва с соответствующей совокупностью показателей качества базо-

вого образца. Базовый образец выбирают из существующих сис-

тем инструментов, аналогичных оцениваемой по назначению, ус-

ловиям изготовления и эксплуатации.

Базовыми образцами служат системы инструментов, показа-

тели качества которых в момент оценки отвечают самым высоким

требованиям и наиболее эффективны в эксплуатации.

Базовый показатель качества - это показатель базового об-

разца. Возможны два подхода: выбирают образец или с наиболее

высоким рассматриваемым единичным показателем, или образец с

наиболее высоким обобщенным показателем. В практической ра-

боте обычно используют второй подход.

Измерения параметров используют главным образом для

оценки качества изготовления инструмента, например, точности

изготовления присоединительной поверхности инструмента.

В настоящее время испытания являются основным методом

определения показателей качества. Результаты лабораторных и

стендовых испытаний используют главным образом для оценки