Наукові основи чистового торцевого фрезерування плоских поверхонь

12. Розроблена загальна структурна модель процесу чистової лезової обробки плоских поверхонь на вертикально-фрезерних верстатах побудована за блоково-модульним принципом із вибором базового модуля, що описує обробку одним із ножів, включаючи чистових ніж. Модель визначає положення чистового ножа з точністю 0,01 мкм, що дає можливість повністю описати форму обробленої поверхні. Номінальне положення чистового ножа по нормалі до обробленої поверхні змінюється в межах похибок динамічної системи верстата і складає 0,05...0,1 мкм. Випадкові переміщення чистового ножа не перевищують 0,02...0,04 мкм.

13. Результати математичного моделювання дали можливість встановити характеристики мікропрофілю обробленої поверхні в різних напрямках, зокрема в напрямку подачі на мікропрофілі наявна майже регулярна хвилястість, частота якої відповідає частоті обертання шпинделя верстата. Параметри якості обробленої поверхні в середньому визначаються висотою та довжиною регулярних хвиль. При цьому мінімальна шорсткість поверхні має місце при подачі на зуб Sz = 0,25 мм/зуб, швидкості різання V = 2 м/с, загальному битті передньої опори шпинделя rn = 1,5 мкм. Мінімальне значення параметра шорсткості досягає Ra = 0,35 мкм.

14. Експериментальні дослідження процесу чистової лезової обробки плоских поверхонь на вертикально-фрезерному верстаті підтвердили адекватність розробленого комплексу структурних математичних моделей. В експериментах досягнуто параметр шорсткості Ra = 0,38 мкм. Загалом точність математичного моделювання знаходиться в межах 5...8 %, що може вважатися задовільним при моделюванні складних технічних систем. У всіх випадках має місце якісна подібність результатів моделювання та експериментальних даних. Результати математичного моделювання також відповідають емпіричній регресійній математичній моделі, одержаній обробкою експериментальних даних за різних умов обробки. Підтверджена адекватність обох моделей: теоретичної та емпіричної.

15. В результаті апробації розроблених наукових положень у виробничих умовах підтверджена висока ефективність процесу чистової лезової обробки плоских поверхонь на вертикально-фрезерних верстатах. Обробка сталі твердістю 52...64 HRC здійснена з параметром шорсткості Ra = 0,2...0,8 мкм. При обробці деталей із сірих і високоміцних чавунів твердістю 160...270 HB досягнуте значення параметра шорсткості Ra = 0,8...1 мкм, а із загартованих чавунів з 400...600 НВ параметр шорсткості досягав Ra = 0,4...1,4 мкм.

16. Оптимальними параметрами для обробки сталі 45 з твердістю 52...56 HRC є: швидкість різання - V = 3,5 м/c, подача на зуб - Sz = 0,26 мм/зуб, глибина різання - t = 0,4 мм, радіус задньої циліндричної поверхні ножа - 10,5 мм. Для обробки чавуну СЧ 21 оптимальними параметрами є: швидкість різання - V = 8,5 м/c, подача на зуб - Sz = 0,26 мм/зуб, глибина різання - t = 0,375 мм, кут нахилу різального леза - 35є, радіус задньої циліндричної поверхні ножа - 10,5 мм.

17. Поглиблений аналіз якості обробленої поверхні показав, що профілограма відповідає гаусівському випадковому процесу, який має властивість ергодичності. Знайдена кореляційна функція профілограми включає періодичні складові, частоти яких кратні частотам обертання шпинделя. За допомогою спектрального аналізу мікропрофілю було встановлено, що основна потужність процесу зосереджена на частотах з номерами гармонік 4, 5, 6, 8, 9 та 18. Амплітуди даних гармонік не перевищують 0,5 мкм. Максимальну амплітуду має гармоніка з номером 8, яка відповідає частоті обертання шпинделя. У спектрі амплітуд простежуються високочастотні гармоніки з номерами 61, 79, 120, 130.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Cтрутинський В.Б., Мельничук П.П. Математичне моделювання металорізальних верстатів: Монографія. - Житомир, ЖІТІ, 2002. - 570 с.

Здобувачем написана частина ІІ “Моделювання статичних і квазістатичних систем металорізальних верстатів”.

2. Клименко С.А., Муковоз Ю.А., Полонский Л.Г., Мельничук П.П. Точение износостойких защитных покрытий: Монография. - К.: Техника, 1997. - 142с.

Соискателем написана в соавторстве глава ІІІ “Изнашивание и стойкость режущего инструмента”.

3. Мельничук П.П. Математична модель деформативності пружної системи шпинделя // Вісник ЖІТІ. - 2001. - № 19. - С. 61-75.

Робота виконана самостійно.

4. Мельничук П.П. Визначення зміни положення фрези і заготовки, яке має місце в процесі обробки // Вісник ЖІТІ. - 2002. - № I (20). - С. 59-70.

Робота виконана самостійно.

5. Мельничук П.П. Глубинное косоугольное фрезерование // Сб. науч. тр. Института сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины. Серия Г: Процессы механической обработки, станки и инструменты. - Киев, 2002 - С. 246-257.

Робота виконана самостійно.

6. Мельничук П.П. Математичне моделювання деформативності шпиндельного вузла вертикально-фрезерувального верстата // Вісник Тернопільського ДТУ. Т. 7. - 2002. - № 1. - С. 87-98.

Робота виконана самостійно.

7. Мельничук П.П. Математичне моделювання силових характеристик процесу торцевого косокутного фрезерування // Технологические системы. - 2002. - № 1. - С. 85-88.

Робота виконана самостійно.

8. Мельничук П.П., Струтинський В.Б., Громовий О.А. Експериментальне визначення стохастичних параметрів геометричної точності шпиндельного вузла вертикально-фрезерного верстата // Наукові нотатки Луцького державного технічного університету. - 2001, № 9. - С. 195-203.

Здобувачем експериментально встановлені стохастичні параметри точності шпиндельного вузла та розроблена структурна математична модель для кількісної оцінки впливу можливих похибок на якість обробки.

9. Мельничук П.П., Струтинський В.Б., Громовий О.А. Кореляційний та спектральний аналізи експериментально визначених профілограм поверхні, обробленої чистовим торцевим фрезеруванням // Вісник ЖІТІ. Технічні науки. - 2002. - № 11 (21). - С. 29-39.

Здобувачем виконано поглиблені кореляційний та спектральний аналіз реальних профілограм плоских поверхонь, дані рекомендації щодо виявлення чинників можливих відхилень профілю та зменшення їх впливу.

10. Мельничук П.П., Струтинський В.Б. Структурна стохастична математична модель биття шпинделя вертикально-фрезерного верстата // Вісник ЖІТІ. Спец. випуск. - 2001. - С. 223-228.

Здобувачем запропоновані структурна математична модель биття шпинделя вертикально-фрезерного верстата та пропозиції щодо зменшення його впливу на кінцеві показники якості обробленої поверхні.

11. Мельничук П.П., Камінський Д.Б. Оптимізація режимів в умовах квазістаціонарного процесу різання лезовим інструментом // Вісник ЖІТІ. - 1998. - № 8. - С. 38-43.

Здобувачем проаналізовані можливості для умов квазістаціонарного процесу різання використання раціональних режимів з огляду мінімальної вартості обробки.

12. Мельничук П.П., Крижановський В.Б., Курьята П.В., Виговський Г.М. Температурні поля при обробці металів фрезами із надтвердих матеріалів: фізична постановка задачі, її математичне і програмне забезпечення // Вісник ЖІТІ. - 2001. - № 16. - С. 60-71.

Здобувачем запропонована методика оцінки температурних полів при торцевому фрезеруванні плоских поверхонь інструментом з надтвердих матеріалів.

13. Мельничук П.П., Скочко Є.В. Наукові дослідження в машинобудуванні: проблеми та рішення // Вісник ЖІТІ. -2001. - № 15. - С. 71-79.

Здобувачем запропонована методологія дослідження чистових видів обробки багатолезовим інструментом.

14. Мельничук П.П., Родін П.Р. Основи проектування торцевих фрез з диференційованими схемами різання // Вісник ЖІТІ. - 2002. - № ІІІ (22). - С. 54-65.

Здобувачем дане обґрунтування використання косокутного різання при тонкому фрезеруванні плоских поверхонь.

15. Мельничук П.П., Василюк Г.Д., Лещенко М.И. Обоснование выбора варианта технологии изготовления деталей машин и станков // Вестник машиностроения. - 2002. - № 5. - С. 63-67.

Здобувачем дане обгрунтування на підставі якісної оцінки обробки вибору технології виготовлення деталей машин.

16. Мельничук П.П., Выговский Г.Н., Громовой А.А. Обработка плоских поверхностей чистовыми торцовыми фрезами // Металлообработка. - 2002. - № 3. - С. 7-12.

Здобувачем дані рекомендації щодо раціональності чистового торцевого фрезерування плоских поверхонь замість шліфування.

17. Мельничук П.П., Купкін Є.С. Аналіз похибок вузлів пристроїв введення первинної інформації при дослідженні механічних систем // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. - Кременчук: КДПУ, 2001. - Вип. 2(11). - С. 312-318.

Здобувачем обгрунтовано врахування систематичних та випадкових похибок пристроїв, що використовуються при дослідженні механічних систем.

18. Струтинський В.Б., Мельничук П.П. Стохастична математична модель биття шпиндельних опор металорізального верстата // Збірник наукових праць Кіровоградського ДТУ. Випуск 10. - Кіровоград, 2001. - С. 183-192.

Здобувачем розроблена структурна математична модель для оцінки биття шпинделя металорізального верстата.

19. Василюк Г.Д., Мельничук П.П. Досвід удосконалення технологічних наладок токарно-револьверних верстатів з ЧПК // Вісник ЖІТІ. - 1998. - № 8. - С. 20-25.

Здобувачем проаналізована можливість використання токарно-револьверних верстатів з ЧПК для чистової обробки багатолезовим інструментом.

20. Бушля В.М., Мельничук П.П., Виговський Г.М. Напрямки удосконалення чистових торцевих фрез для обробки плоских поверхонь деталей // Вісник СумДУ. Серія “Технічні науки”. - 2002. - № 2 (35). - С. 19-23.

Здобувачем запропоновані та проаналізовані способи розміщення різальних ножів торцевих фрез по логарифмічній та архімедовій спіралі.

21. Выговский Г.Н., Мельничук П.П. Конструкции и эксплуатация торцовых фрез с ножами из сверхтвердых материалов // Тяжелое машиностроение. - 1999. - № 6. - С. 25-27.

Здобувачем розроблені рекомендації щодо оптимізації режимів різання чистовими торцевими фрезами.

22. Выговский Г.Н., Мельничук П.П. Торцевые фрезы. - М.: ИТО, 1999. - № 1. - С. 39.

Здобувачем запропоновані області використання чистових торцевих фрез, оснащених надтвердим матеріалом.

23. Виговський Г.М., Мельничук П.П. Безвершинне косокутне фрезерування. Шорсткість поверхні // Вестник НТТУ “Киевский политехнический институт”. Серія “Машиностроение”. - 1999. - № 37. - С. 262-275.

Здобувачем виконано аналітичні дослідження утворення шорсткості з врахуванням геометричних, кінематичних і динамічних факторів.

24. Виговський Г.М., Мельничук П.П. Процес різання торцевими ступінчатими фрезами з косокутною геометрією різальних частин, що оснащені надтвердими матеріалами // Вісник ЖІТІ. - 1998. - № 7. - С. 73-81.

Здобувачем виконані виробничі дослідження кінематики косокутного різання при чистовому торцевому фрезеруванні.

25. Виговський Г.М., Мельничук П.П. Особливості косокутного безвершинного різання // Вісник ЖІТІ. - 1999. - № 10. - С. 134-145.

Здобувачем виконано аналіз конструкцій стандартних та спеціальних чистових торцевих фрез, розглянуті особливості обробки плоских поверхонь багатолезовим інструментом.

26. Виговський Г.М., Мельничук П.П. Громовий О.А. Розрахунок сил різання при обробці деталей ступінчастими торцевими фрезами // Вісник ЖІТІ. - 1999. - № 11. - С. 58-66.

Здобувачем проаналізовані фактори випадкового характеру, що впливають на коливання сил різання при чистовому торцевому фрезеруванні, визначені умови мінімального навантаження на різальні ножі інструмента.

27. Виговський Г.М., Мельничук П.П., Громовий О.А. Косокутне різання. Деформація та напрямок сходу стружки // Вісник ЖІТІ. - 1999. - № 12. - С. 76-84.

Здобувачем розроблені рекомендації щодо геометрії ножів чистових торцевих фрез з огляду мінімального зношування інструмента.

28. Виговський Г.М., Мельничук П.П., Громовий О.А., Ольшевський В.С. Особливості процесу торцевого фрезерування одно- і багатоступінчастими фрезами // Вісник СумДУ. - 2000. - № 15. - С. 104-110.

Здобувачем проаналізовані похибки розміщення ножів чистових торцевих фрез у зв'язку з їх закріпленням клиновим механізмом.

29. Виговський Г.М., Мельничук П.П., Громовий О.А. Використання кінематичних схем різання при чистовому фрезеруванні // Вісник ЖІТІ. - 2000. - № 13. - С. 18-24.

Здобувачем запропонована схема різання з рухомими ножами торцевої фрези.

30. Виговський Г.М., Громовий О.А., Мельничук П.П., Бушля В.М. Комп'ютерне моделювання процесу обробки ступінчатими торцевими фрезами // Резание и инструмент в технологических системах. - 2001. - № 60. - С. 144-153.

Здобувачем запропоновані основні принципи побудови математичної моделі процесу чистової обробки торцевим фрезеруванням плоских поверхонь.

31. Виговський Г.М., Мельничук П.П., Громовий О.А. Дослідження процесу чистового торцевого фрезерування косокутними фрезами // Вестник НТУУ “КПИ”. Машиностроение. - 2001. - № 40. - С. 134-139.

Здобувачем виконані експериментальні дослідження обробки загартованих сталей та високоміцних чавунів на прецизійних режимах чистового торцевого фрезерування.

32. Громовий О.А., Мельничук П.П., Ольшевський В.С. Безвершинне косокутне фрезерування. Зношення та стійкість // Вісник ЧІТІ. - 1999. - № 4. - С. 94-98.

Здобувачем запропонована методика розрахунку та експериментальної оцінки показників стійкості при багатолезовому чистовому фрезеруванні.

33. Громовий О.А., Виговський Г.М., Мельничук П.П. Вплив похибок верстата на площинність оброблених поверхонь при чистовому торцевому фрезеруванні // Вестник НТУУ “КПИ”. - 2000. - № 39. - С. 336-342.

Здобувачем запропоновані рішення щодо зниження впливу геометричних і динамічних факторів на відхилення від площинності оброблених поверхонь.

34. Купкін Є.С., Мельничук П.П. Метрологічні параметри пристроїв введення первинної інформації // Вісник Тернопільського ТУ. Том 6. - 2001. - № 3. - С. 95-103.

Здобувачем запропонована оцінка можливих похибок пристроїв введення первинної інформації при математичному моделюванні чистових процесів механічної обробки.

35. Виговський Г.М., Громовий О.А., Лоєв В.Ю., Мельничук П.П. Спосіб плоского фрезерування торцевими фрезами. Деклараційний патент України на винахід № 40156А, 7 В23С3/00.

Здобувачем запропоновано конструктивні рішення багатолезового інструмента з рухомим чистовим ножем.

36. Громовий О.А., Виговський Г.М., Мельничук П.П. Дослідження процесу чистового торцевого фрезерування косокутними фрезами // ІІ-а Міжнародна конференція “Прогресивна техніка і технологія-2001”. - 2 с.

Здобувачем встановлені межі використання прецизійних режимів різання при чистовому торцевому фрезеруванні косокутнім інструментом.

37. Громовий О.А., Мельничук П.П., Ольшевський В.С. Прогресивні направлення торцевих фрез для чистової обробки плоских поверхонь // Материалы 15 Ежегодной Международной научно-технической конференции “Прогрессивные технологии в машиностроении” (ТЕХНОЛОГИЯ-2000). - 2000. - 1 с.

Здобувачем запропоновані конструктивні рішення чистових торцевих фрез для обробки високоміцних матеріалів.

38. Виговський Г.М., Мельничук П.П., Громовий О.А. Нow to increase and quality of machining of nousing and plane // The Second International Scientific Conference Scientific Bulletins of Rzeszow University of Technolohy. No 179, Mechanics 2000. - С. 427-430.

Здобувачем виконані дослідження впливу твердості оброблюваного матеріалу на якість обробки плоских поверхонь косокутними торцевими фрезами.

39. Выговский Г.Н., Громовой А.А., Мельничук П.П., Курьята П.В. Компьютерное моделирование процесса торцевого фрезерования одно- и многоступенчатыми фрезами // ZBORNIK RADOVA PROCEESINGS 26th. Jupiter konferencija 22. Simpozijum. - Beograd 2000 NU ROBONIFTS. - С. 365-372.

Здобувачем виконане моделювання чистового торцевого фрезерування плоских поверхонь на основі забезпечення постійності силових факторів.

40. Vygovskyy G.M., Melnychuk P.P., Bushlya V.N. Peculiarities of removal of big allowances by spiral and stepped milling cutters // Proceedings of the International Scientific Conference, Mechanics. - 2002. - P. 321-330.

Здобувачем дане обгрунтування розміщення ножів торцевих ступінчастих фрез по логарифмічній, архімедовій та інших спіралях.

АНОТАЦІЯ

Мельничук П.П. Наукові основи чистового торцевого фрезерування плоских поверхонь. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2002.

Дисертація присвячена розробці наукових основ чистового торцевого фрезерування плоских поверхонь інструментом з надтвердих матеріалів з метою забезпечення стабільно високих показників якості обробки шляхом оцінки впливу основних факторів геометричного, кінематичного, динамічного походження і управління параметрами якості оброблюваних плоских поверхонь на основі структурного математичного моделювання технологічної обробляючої системи та процесів, що в ній проходять.

Для цього сформована цілісна система структурного моделювання чистової обробки багатолезовим інструментом, яка побудована за принципом розробки окремих, порівняно простих структурних моделей конструкцій та робочих процесів з подальшим ускладненням їх шляхом врахування випадкових складових та об'єднанням одержаних моделей в замкнуту структуру з прямими та зворотними зв'язками. Кожна з простих моделей описує повну конструктивну особливість технологічної обробляючої системи, робочий процес або характерне явище, яке має місце при обробці. Загальна структурна модель побудована за блоково-модульним принципом. Результати математичного моделювання дали можливість встановити характеристики мікропрофілю обробленої поверхні в різних напрямках.

Експериментальні дослідження процесу чистової обробки плоских поверхонь на вертикально-фрезерних верстатах інструментом, оснащеним надтвердим матеріалом, підтвердили адекватність розробленого комплексу структурних моделей.

Розроблені технічні рішення та рекомендації щодо забезпечення якості обробки плоских поверхонь.

Ключові слова: технологічна обробляюча система, торцева фреза, надтвердий матеріал, структурна математична модель, шпиндель, биття, шорсткість, якість.

АННОТАЦИЯ

Мельничук П.П. Научные основы чистового торцевого фрезерования плоских поверхностей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.01 - Процессы механической обработки, станки и инструменты. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2002.

Впервые дано теоретическое обобщение и новое решение актуальной научно-технической проблемы, имеющей важное народо-хозяйственное значение и заключающееся в обеспечении стабильно высоких показателей качества обработанных многолезвийным инструментом из сверхтвердых материалов плоских поверхностей из закаленных сталей и чугунов, путем выявления и оценки различного рода геометрических, кинематических, динамических факторов и последующего комплексного управления параметрами качества на основе структурного математического моделирования технологической обрабатывающей системы и процессов, происходящих в ней.

Процесс обработки плоских поверхностей торцевыми фрезами, оснащенными сверхтвердыми материалами, сопровождается большим количеством влияющих на процесс факторов, связанных с геометрией режущих ножей фрезы, износом инструментального материала, установкой ножей в корпусе инструмента и самого инструмента на шпинделе станка, биением опор шпинделя, отклонением положения заготовки и инструмента в процессе резания, тепловыми явлениями и т.п., в большинстве которые имеют случайный характер проявления.

Для оценки их влияния на качество процесса обработки и с целью управления параметрами качества впервые разработана целостная система структурного моделирования технологической обрабатывающей системы и проходящих в ней процессов, которая построена по принципу разработки отдельных, относительно простых, структурных моделей с последующим усложнением их путем учета случайных составляющих и объединением полученных моделей в замкнутую структурную модель с прямыми и обратными связями.

Разработаны структурные модели, которые описывают геометрические параметры инструмента, износ инструмента, узел крепления инструмента, модель деформативности шпинделя, динамического перемещения инструмента, общую структурную модель процесса чистовой лезвийной обработки плоских поверхностей на вертикально фрезерных станках, что позволяет моделировать работу отдельного элемента или простого процесса и, как итог, математическим моделированием определить микропрофиль обработкой торцевыми фрезами, оснащенными сверхтвердыми материалами плоской поверхности. Структурные модели имеют свойства быть открытыми при необходимости внесения новой информации для учета ранее неучтенных факторов.

Экспериментальные исследования процесса чистового торцевого фрезерования инструментом, оснащенным сверхтвердым материалом, на вертикально-фрезерных станках подтвердили адекватность разработанного комплекса математических моделей. В экспериментах достигнуты значения параметра шероховатости Ra = 0,38 мкм, которые отличаются от моделируемых параметров Ra в пределах 5…8 %. Во всех случаях существует соответствие результатов моделирования и экспериментальных данных.

Углубленный анализ качества обработанной поверхности показал, что профилограммы отвечают гауссовскому случайному процессу, который имеет свойства эргодичности.

Внедренные и используемые на производстве теоретические и технические рекомендации и решения позволили обеспечить стабильно высокие показатели качества плоских поверхностей из закаленных сталей и чугунов, обработанных фрезерованием косоугольными торцевыми фрезами, оснащенными сверхтвердыми материалами.

Ключевые слова: технологическая обрабатывающая система, торцевая фреза, сверхтвердый материал, структурная математическая модель, шпиндель, биение, шероховатость, качество.

ANNOTATION

Melnychuk P. P. Scientific fundamentals of finishing face milling of flat surfaces. - Manuscript.

Dissertation on competition of scientific degree of the doctor of technical sciences by the speciality 05.03.01 - Processes of machining, machine tools and tools. - National Technical University of Ukraine “Kyiv Politechnical Institute”, Kyiv, 2002.

The dissertation is dedicated to development of scientific fundamentals of finishing face milling of flat surfaces by tools with super-hard materials, with the aim to provide stable indices of quality of machining by means of estimation of influence of main factors of geometric, kinematical, dynamical origin, and with the aim of control of parameters of quality of machined flat surfaces on the basis of structural-mathematic modeling of technological processing system and processes which take place in it.

The integral system of structural modeling of finishing machining by multi-blade tool, which is built by the principle of development of separate, relatively simple structural models of constructions and working processes with further their complication by means of taking into account casual components and joining received models into self-contained structure with direct and indirect couplings was formed for this. Each of simple models describes certain constructive feature of technological machined system, working process or distinctive phenomena, which takes place during machining. General structural model is built by modular configuration. The results of mathematic modeling gave an opportunity to define characteristics of microprofile of machined surface in different directions. Experimental researches of the process of finishing machining of flat surfaces on vertical milling machines by tools equipped by super-hard materials, confirmed adequacy of elaborated complex of structural models.

The technical solutions and recommendations about guaranteeing of quality of processing of flat surfaces were elaborated.

Key words: technological machining system, face milling cutter, super-hard material, structural mathematic model, spindle, wobble, roughness, quality.

Размещено на Allbest.ru