Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель работы и задачи исследования 10
1.1. Анализ существующих конструкций и форм моментопередающих соединений 10
1.2. Обзор производственной практики получения синусоидальных поверхностей 16
1.3. Анализ проблем, связанных с обработкой синусоидальных поверхностей 25
1.4. Погрешности, влияющие на точность обработки и анализ схем базирования, повышающих точность 26
1.5. Анализ современных методик расчета операции точения некруглых поверхностей 30
1.5.1. Математические модели для определения силы резания 30
1.5.2. Расчет рабочих кинематических углов 37
1.6. Выводы 42
1.7. Цель работы и задачи исследования 44
2. Математическое моделирование процесса формообразования синусоидального профиля 45
2.1. Математическое моделирование кинематики процесса обработки СЦП 46
2.1.1. Определение векторов скоростей и ускорения инструмента при формообразовании СЦП 46
2.1.2. Определение рабочих кинематических углов, возникающих в процессе обработки СЦП 50
2.1.2.1. Расчет кинематического угла наклона главной режущей кромки. 51
2.1.2.2. Расчет рабочего кинематического переднего угла 58
2.1.2.3. Расчет рабочего кинематического заднего угла 61
2.1.3. Расчет кинематических главных переднего и заднего углов 67
2.2. Анализ силовых факторов при формообразовании СЦП 69
2.2.1. Расчет силы резания 70
2.2.2. Расчет инерционных сил 75
2.2.3. Взаимосвязь деформаций резца с его геометрией и установкой 77
2.3. Определение огибающих семейства профилирующих синусоид при их повороте в системе координат инструмента 80
2.4. Определение допустимой длины обработки СЦП при расположении резца по углом к оси заготовки 88
2.5. Выводы 90
3. Экспериментальное исследование процессов формообразования СЦП 93
3.1. Экспериментальные исследования изменения рабочих кинематических углов 93
3.1.1. Экспериментальное определение рабочего кинематического заднего угла 94
3.1.2. Экспериментальное определение рабочего кинематического переднего угла 104
3.2. Исследование влияния на точность обработки угла установки резца относительно оси заготовки и главного угла в плане 113
3.3. Исследование зависимости вспомогательного заднего угла резца от параметров СЦП при постоянных главных углах 118
3.4. Выводы 126
4. Разработка технологических систем для токарной обработки СЦП с базированием инструмента по поверхности копира 128
4.1. Разработка технологической оснастки для обработки СЦП 128
4.2. Деталь с СЦП для изготовления на разработанной технологической оснастке 133
4.3. Определение геометрических параметров инструмента 134
4.3.1. Расчет главного угла в плане 135
4.3.2. Выбор статических главного переднего, главного заднего углов и угла наклона главной режущей кромки 139
4.3.3. Расчет вспомогательного заднего угла 141
4.4. Разработка операции обработки СЦП 143
4.5. Расчет инерционных сил и компенсирующих их сил упругих элементов 145
4.6. Определение параметров технологической системы 149
4.7. Определение допустимых величин упругих деформаций технологической системы для обработки СЦП в зависимости от точности получаемого профиля 153
4.7.1. Определение погрешности обработки, вызванной размерным износом инструмента 153
4.7.2. Определение погрешности обработки, возникающей вследствие нагрева 154
4.7.3. Погрешность настройки технологической системы на размер 154
4.7.4. Расчет погрешности установки заготовки в приспособление 155
4.8. Определение упругих деформаций инструмента 156
4.9. Расчет геометрических параметров щупа 160
4.9.1. Расчет деформаций в резьбе 160
4.9.2. Расчет контактных деформаций в системе копир-щуп 162
4.9.3. Определение деформаций щупа 163
4.10. Экспериментальное исследование точности обработки СЦП с применением специальной технологической оснастки 165
4.11. Выводы; 170
5. Оценка эффективности и практическое применение методов обработки СЦП 172
5.1. Определение экономической целесообразности применения предлагаемого метода обработки СЦП на производстве 172
5.1.1. Расчет капитальных вложений 173
5.1.2. Расчет технологической себестоимости 176
5.1.3. Расчет трудоемкости обработки СЦП 181
5.1.4. Сравнение затрат на операцию обработки СЦП по существующему и предлагаемому варианту 183
5.2. Применение результатов исследований в производстве 184
5.3. Выводы 187
Общие результаты 188
Общие выводы 188
Библиографический список 190
- Обзор производственной практики получения синусоидальных поверхностей
- Определение рабочих кинематических углов, возникающих в процессе обработки СЦП
- Экспериментальное определение рабочего кинематического заднего угла
- Деталь с СЦП для изготовления на разработанной технологической оснастке
Введение к работе
В механизмах различных машин находят применение детали с цилиндрическими поверхностями, которые имеют самые различные поперечные сечения. Наиболее простые имеют радиальные сечения в виде правильных многогранников, другие же описываются сложными замкнутыми кривыми, определяемыми в зависимости от функционального назначения детали в узле.
Одной из кривых, используемых для профилирования деталей, является синусоида. Примером механизмов с синусоидальными цилиндрическими поверхностями (СЦП) являются моментопередающие соединения, а также трохо-идные роторно-поршневые нагнетатели, например, "нагнетатели Ванкеля". Эти машины полностью динамически уравновешены и могут работать при достаточно высоких скоростях, применяются для производительного нагнетания жидкостей от 3 до 400 л/мин. Размеры роторно-поршневых машин этого типа в 2-3 раза меньше поршневых и на 30-40% меньше пластинчатых нагнетателей.
Для получения СЦП в развитых промышленных странах используются специальные станки, имеющие механизм-построитель, задающий сложное движение инструменту. Эти станки весьма сложны по кинематике, дороги и в настоящее время не выпускаются отечественной промышленностью. Кроме того, применение подобного оборудования эффективно лишь для массового и крупносерийного производства. В условиях серийного производства такое дорогое и высокопроизводительное оборудование будет не загружено, при этом себестоимость деталей с СЦП может существенно увеличиться и его использование будет экономически нецелесообразным. Другим вариантом обработки некруглых поверхностей является применение фрезерных станков с ЧПУ. Недостаток этого метода обработки связан с известным условием - радиус исходной инструментальной поверхности не должен превышать минимальный радиус кривизны внутренней некруглой поверхности детали. Обработка СЦП на станках с ЧПУ токарного типа пока не находит широкого применения вследствие ограниченных возможностей программного управления. Кроме того, высокая стои-
мость оборудования с ЧПУ и CAD/САМ программного обеспечения для подготовки управляющих программ для обработки профильных поверхностей делает этот метод недоступным для многих предприятий. Для условий серийного и мелкосерийного производства, характерного для большей части машиностроительных предприятий, наиболее целесообразно применение универсального оборудования общемашиностроительного назначения, на котором можно было бы обрабатывать и СЦП. Однако, такое оборудование без дополнительного технологического оснащения не позволяет получать некруглые цилиндрические поверхности.
Таким образом, проведенные предварительные исследования показали, что известные методы обработки СЦП деталей соединений мало эффективны и не удовлетворяют требованиям серийного производства нашей страны.
В ходе исследований рассматривались посвященные резанию и формообразованию мерными инструментами работы А.А. Виноградова, Н.Н. Зорева, Г.И. Грановского, С.Г. Лакирева, А.Н. Резникова, П.Р. Родина, A.M. Розенбер-га, С.С. Силина, и других авторов. Ими были проработаны вопросы расчета силы резания, разработки режущих инструментов и оптимизации их геометрических параметров. Однако, до настоящего времени не исследовались особенности формообразования СЦП, поэтому в полученных ими расчетных зависимостях не учтена специфика такой обработки. В частности на процесс резания при получении СЦП оказывают влияние изменяющиеся по величине сила резания и инерционные силы. Данные явления приводят к интенсивным вибрациям, износу режущего инструмента и изменению формы производящей линии получаемой СЦП, их необходимо исследовать.
Более узким вопросом совершенствования методов обработки, а именно обработке СЦП посвящены исследования В.А. Данилова, В.М. Синкевича и др. Однако, в данных работах не рассматривалась возможность получения СЦП на универсальных станках без их модернизации, а также не до конца изучены вопросы влияния инерционных сил на процесс формообразования и не изучены
возможности их компенсации. Кроме того, не были раскрыты вопросы кинематики резания при получении СЦП и ее влияние на геометрию инструмента.
Выбор и утверждение настоящей темы диссертационной работы объясняется высокой трудоемкостью, отсутствием точных, производительных и экономичных методов изготовления СЦП деталей соединений для условий серийного производства вследствие недостаточной проработки вопросов кинематики и динамики при формообразовании СЦП.
Таким образом, актуальной задачей машиностроения является разработка высокоэффективных методов формообразования СЦП и создание элементов технологического оснащения для их изготовления в условиях серийного производства. Научная новизна работы.
Получены уравнения для определения рабочих кинематических переднего и заднего углов резца при токарной обработке, когда заготовка совершает вращательное движение, а резец - одновременно движение подачи и за каждый оборот заготовки возвратно-поступательное радиальное движение.
Установлены требуемые по условиям правильной обработки СЦП взаимосвязи кинематических главных переднего, заднего углов, кинематического угла наклона главной режущей кромки, вспомогательного заднего угла резца с параметрами режима обработки, геометрией обрабатываемого профиля и остальными параметрами инструмента.
Установлена закономерность изменения силы резания и инерционных сил при возвратно-поступательном радиальном движении резца за период одного оборота заготовки.
Практическая ценность работы.
- Разработана методика расчета технологической оснастки с базированием
инструмента по поверхности копира, позволяющая обеспечить заданную точ
ность СЦП.
Спроектирована и изготовлена технологическая оснастка на универсальный токарно-винторезный станок для обработки СЦП с базированием инструмента по поверхности копира, обеспечивающая заданную точность обработки СЦП.
Разработана методика проектирования операции токарной обработки СЦП с использованием разработанной технологической оснастки.
На защиту выносятся:
— Расчет рабочих кинематических углов резца при токарной обработке сину
соидальных цилиндрических поверхностей, а также определение кинематиче
ских углов в зависимости от геометрических параметров обрабатываемого
профиля и параметров режима обработки.
Расчет требуемого по условиям правильной обработки СЦП вспомогательного заднего угла резца в зависимости от остальных параметров рабочей части резца и геометрии профиля детали.
Новые виды технологической оснастки для обработки синусоидальных поверхностей на универсальных токарных станках с базированием инструмента по поверхности копира.
- Методика проектирования оснастки и операции обработки СЦП, вклю
чающая определение геометрии резца, конструктивных параметров технологи
ческого оснащения и количества проходов в зависимости от требуемой точно
сти профиля.
1. Состояние вопроса, цель работы и задачи исследования
Обзор производственной практики получения синусоидальных поверхностей
В производственной практике получение цилиндрических деталей с синусоидальным профилем в радиальном сечении осуществляют следующими методами - методом обката, методом следа на модернизированных токарных, токарных с ЧПУ и затыловочных станках, бескопирным методом на специальных станках, а также методом касания на станках ЧПУ. Ниже рассмотрим эти методы подробнее.
В основу формообразования методом обката поверхности с поперечным сечением в виде синусоиды положен принцип сообщения производящей окружности вращения вокруг оси, смещенной относительно ее центра на эксцентриситет Ь, и поступательного перемещения производящей окружности вдоль оси вращения заготовки. Предварительную обработку СИП валов по описанной схеме формообразования рекомендуется производить многолезвийным инструментом 1 типа угловой фрезы (см. рис. 1.3 а), торцевая поверхность которого расположена в плоскости, проходящей через ось 2 вращения заготовки 3.
Зубья инструмента наклонены под углом // к торцевой поверхности и снабжены главной 4 и вспомогательной 5 режущими кромками. Длина а последней определяется необходимостью перекрытия следов вспомогательных режущих кромок соседних зубьев на формируемой СИЛ для обеспечения минимальной высоты неровностей обработанной поверхности, обусловленных схемой формообразования. Установка инструмента с эксцентриситетом Ъ относительно оси 6 его вращения обеспечивается, например, переходной эксцен трично расположенной втулкой. Заданный профиль образуется как огибающая множества положений вспомогательных режущих кромок инструмента в его относительном движении, поэтому неизбежны отклонения обработанной поверхности от номинальной в виде огранки. Чем больше зубьев у инструмента, тем меньше высота огранки обработанной поверхности, поэтому рекомендуется применять фрезы с максимальным числом зубьев. Для уменьшения неровностей обработанной поверхности после фрезерования по этой же схеме формообразования могут последовательно выполняться ее опиливание (шевингование) и поверхностно-пластическое деформирование. Технологические системы для обработки синусоидального профиля методом обката приведены в известных работах [41, 42, 45].
В целом метод обката при обработке СЦП обеспечивает высокую производительность и стойкость инструмента. Высокая стойкость объясняется тем, что при этом методе режущая кромка имеет большую длину, а точки режущей кромки работают циклически: резание — холостой ход. За время холостого хода режущие кромки остывают. Недостатком данного метода обработки является его пригодность для изготовления только наружных СЦП. Необходимо также обеспечивать обкатное движение инструмента вокруг заготовки, синхронизированное с ее вращением. Кроме того, при этом методе расположение инструмента относительно заготовки обеспечивается за счет всех элементов технологической системы: станок, приспособление, инструмент, заготовка, - что снижает точность обработки. Погрешности изготовления и деформации под действием силы резания каждого элемента влияют на погрешность обработки. Как уже было замечено, при обработке СЦП сила резания изменяется при повороте заготовки, так как изменяются и глубины резания (при формообразовании СЦП из круглых заготовок). При изменении силы резания изменяется и величина деформаций элементов технологической системы, поэтому обычный прием в виде поднастройки положения инструмента с учетом деформаций не годится для процесса обработки СЦП. В силу указанных недостатков данный ме тод обработки не нашел широкого применения в практике.
Метод следа используется для изготовления некруглых поверхностей на затыловочных станках, модернизированных токарных станках и токарных станках с ЧПУ, на которых вращение задают заготовке, а радиальное возвратно-поступательное движение задают поперечному суппорту станка с инструментом в виде резца. Движение суппорта затыловочного или модернизированного токарного станка задается от кулачка, вращение которого кинематически связано с вращением заготовки, а отношение угловой скорости кулачка и угловой скорости заготовки равно числу выступов синусоидальной поверхности [65, 97].
Воспроизведение замкнутой синусоиды при токарной обработке возможно при возвратно-поступательном движении вершины резца 1, согласованного с вращением заготовки 2 посредством передаточного механизма 3 (рис. 1.4). Кулачок 4, задающий возвратно-поступательное движение инструментального механизма, выполняют в виде эксцентрика. Для формообразования замкнутой синусоиды с тремя выступами режущему инструменту необходимо сообщать движения с частотой, превышающей в 3 раза частоту вращения обрабатываемой заготовки.
В.М. Синкевичем было разработано устройство для точения СЦП на универсальном токарном станке рис. 1.5 [89, 90]. Сущность точения синусоидальных профилей состоит в том, что шпиндель и поперечный суппорт станка могут определенным образом взаимодействовать. Суппорту, наряду с обычной продольной подачей, сообщается переменное поперечное перемещение по синусоидальному закону, которое обеспечивает безударное резание. Точное деление граней профиля осуществляется кинематически в процессе обработки.
Недостатками обработки некруглых поверхностей на модернизированных станках резцом является то, что сложное движение по контуру является главным движением резания, скорость которого должна быть достаточно большой для достижения высокой производительности. Из-за этого возникают большие по величине и переменные по направлению инерционные силы на подвижных частях технологической системы, так как масса поперечного суппорта станка достаточно большая. Это обстоятельство резко снижает точность обработки, поэтому по рекомендациям [89, 90, 97] обработка СЦП осуществляется при п 100 об/мин. Кроме того, положение инструмента относительно заготовки зависит от всех элементов технологической системы: станок, инструмент, приспособление, заготовка и погрешности их изготовления, а также деформации в каждом элементе этой системы. Все это влияет на погрешности обработки детали в целом. Из-за раскрытия зазоров в элементах технологической системы появляются большие вибрации. Компенсация деформаций технологической системы при наладке не представляется возможным из-за того, что сила резания и инерционные силы несколько раз изменяются за один поворот заготовки. Поэтому для получения точных НЦП СЦП, полученные на модернизированных токарных станках, могут быть перешлифованы в РК-профиль. Достоинством этого метода является возможность обработки наружных и внутренних сквозных или глухих поверхностей любого размера на одном сравнительно недорогом оборудовании, поэтому погрешности формы наружных и внутренних поверхностей будут одинаковы.
Определение рабочих кинематических углов, возникающих в процессе обработки СЦП
Значения угловых кинематических параметров связаны с относительным движением резца и заготовки в каждой рассматриваемой точке режущей кромки. Они рассчитываются на основе значений параметров, заданных на чертеже, с учетом взаимного расположения векторов скоростей главного и вспомогательного движений, а также связанных с ними плоскостей и поверхностей.
Для расчета кинематического угла наклона главной режущей кромки Лк воспользуемся формулой (1.40), при этом необходимо рассчитать направляю - щие косинусы прямой, на которой лежит результирующий вектор скорости V е. Для определения направляющих косинусов прямой, на которой лежит этот вектор, рассмотрим токарный резец в системе координат с осями X, Y, Z, причем ось X направим по оси заготовки (рис. 2.4).
Расчетная схема для определения направляющих косинусов вектора V е Примем, что геометрическая ось корпуса резца параллельна оси Y, а вершина А установлена на высоте ОХ вращения заготовки. На режущей части резца при заточке выполнен угол Я наклона главной режущей кромки и главный угол в плане ср.
Используя формулу (1.45) для определения рабочего кинематического переднего угла, и подставив в нее выражения для определения направляющих косинусов прямой, на которой лежит вектор результирующего движения Vе (2.27 - 2.29) и выражения (1.46) для определения направляющих косинусов линии сбега стружки, лежащей на передней поверхности резца, определенные Грановским Г.И., получим.
Графики изменения рабочего кинематического переднего угла при обработке СЦП с режимами обработки л = 2000 об/мин, 5 = 0.097 мм/об приведены на рис. 2.9. Анализ графиков рис. 2.9 показал: - при уменьшении главного угла в плане увеличивается амплитуда колебания рабочего кинематического переднего угла (графики а и б); - при увеличении угла наклона режущей кромки Я амплитуда колебания рабочего кинематического переднего угла уменьшается (графики б и в); - при обработке СЦП с одинаковым средним радиусом и эксцентриситетами, назначаемые по табл. 1.2, наблюдается также уменьшение амплитуды ко лебания рабочего кинематического угла при увеличении количества выступов профиля (графики б и г); - при обработке СЦП с равными эксцентриситетами и средними радиусами, назначаемые по табл. 1.2, наблюдается уменьшение амплитуды колебания рабочего кинематического угла при увеличении количества выступов профиля (графики б и д); - при увеличении переднего угла у происходит увеличение максимального и минимального значения рабочего кинематического переднего угла, причем амплитуда колебаний остается практически неизменной (графики б и е).
Таким образом, было замечено, что при увеличении главного угла в плане и угла наклона главной режущей кромки колебания рабочего кинематического переднего угла уменьшаются. Изменение рабочего кинематического переднего угла оказывает существенное влияние на колебание силы резания в течение одного оборота заготовки, поэтому необходимо свести к минимуму разность между максимальным и минимальным значением этого угла. Исследования изменения рабочего кинематического переднего угла при различных главном угле в плане ф, угле наклона главной режущей кромки Л и переднем угле у показали, что при обработке определенной СЦП существуют оптимальные соотношения рассматриваемых углов, которые обеспечивают минимизацию амплитуды колебания рабочего кинематического переднего угла (рис. 2.10, рис. 2.11). А УР,град
Экспериментальное определение рабочего кинематического заднего угла
Непосредственное измерение рабочего кинематического заднего угла в процессе обработки представляет собой трудновыполнимую задачу. Изменение величины этого угла вызвано различным положением вектора скорости результирующего движения, а значит и поверхности резания. Поэтому о величине изменения рабочего кинематического заднего угла будем судить, произведя анализ обработанной поверхности и поверхности резания при повороте заготовки. В процессе обработки СЦП без продольной подачи произвольная точка М режущей кромки резца с углом X = 0, кинематически связанным с заготовкой, при повороте последней на некоторый малый угол в перемещается вдоль осей Y и Z (рис. 3.1). Поэтому вектор результирующей скорости будет лежать на прямой с отрезком М,ММ, где М, и М._, - соответственно настоящее и предыдущее положение точки М, причем указанный вектор с осью OZ составляют угол г.
Для определения указанных в формуле 3.2 неизвестных параметров был проведен следующий эксперимент. Обрабатывалась наружная СЦП р(у/)-10 +2 cos(2i//) токарным проходным резцом ГОСТ 29132-91 на затыловочном станке модели К-96 таким образом, чтобы на детали остались обрабатываемая поверхность и поверхность резания, причем поверхность резания была сформирована без продольной подачи. Геометрические параметры инструмента выбраны из условия отсутствия контакта главной задней поверхности и кромки, образованной главной задней и вспомогательной задней поверхностями, с поверхностью заготовки. Указанные параметры составили ср = 70, а = 12, у = 0, (рх = 15, Л = 0, а, = 20. Заготовка, представляющая собой втулку, устанавливалась по внутренней поверхности на оправку затыловочного станка. В начальный момент времени обработка СЦП производилась при S = 0,2 мм/об, п - 192 об/мин, затем подача отключалась и поверхность резания формировалась без нее (рис. 3.3).
Полученная деталь устанавливалась в 3-х кулачковый патрон делительной головки с базированием по обрабатываемой поверхности с выверкой по индикатору. На поверхность резания устанавливалась ножка индикатора таким образом, чтобы последняя была параллельна оси детали. Ножка второго индикатора была установлена на обработанную поверхность перпендикулярно оси детали в плоскости, проходящей через ось детали и ножку первого индикатора (рис. 3.4) Рис. 3.3. Обработка СЦП p(y/) = 10 + 2cos(2y/)
Контрольный стенд для замера приращения рабочего кинематического заднего угла. По показаниям индикаторов неизвестные параметры уравнения 3.2 могут быть определены как AX = Xt -Xt_x, AYX =Yt -Yt_x, Xt и ХіЛ - соответственно текущее и предыдущее показания первого индикатора, Yt и 7_, - соответственно текущее и предыдущее показания второго индикатора.
На основании результатов таблицы 3.1 и уравнения (2.46) были построены графики экспериментального и теоретического приращений рабочих кинематических задних углов (рис. 3.5), причем график теоретического строился при S = 0 мм/об и а = 0.
Повторный эксперимент был проведен для СЦП, профиль которой описывается уравнением p(i )=17 + lcos(4 ). Обработку СЦП произвели при тех же режимах резания, резцом с геометрическими параметрами предыдущего опыта, но при (р = 60 (рис. 3.6).
Как и в вышеописанном случае полученная деталь была установлена в 3-х кулачковый патрон делительной головки с базированием по обрабатываемой поверхности и выверкой по индикатору. Схема измерения аналогична предыдущему опыту (рис. 3.7).
На основании результатов таблицы 3.2 и уравнения (2.46) были построены графики практического и теоретического приращений рабочих кинематических углов (рис. 3.8). Из графиков на рис. 3.5 и рис. 3.8, а также таблиц 3.1 и 3.2 следует, что различие между теоретическим и экспериментальным приращениями рабочего кинематического заднего угла для профиля p(y/)=\0 + 2cos(2y/) составляет не более 10,71%, а для профиля p( )=17 + lcos(4 ) - 11,16%. Эти несовпадения можно объяснить погрешностями изготовления СЦП, погрешностями измерения и погрешностями вычисления.
Непосредственное или косвенное, через другие геометрические параметры, измерение рабочего кинематического переднего угла в процессе обработки представляет собой трудновыполнимую задачу, поэтому выводы об изменении этого угла были сделаны на основе измерения сил резания.
Во второй главе было показано, что силы резания при предварительной и окончательной обработке СЦП не постоянны, несмотря на то, что на предварительной обработке глубина резания переменна, а на окончательной - постоянна. Непостоянство сил резания на чистовых проходах при постоянных режимах резания объясняется изменением рабочих кинематических углов, в основном переднего, поэтому, измеряя силы резания при чистовой обработке, можно качественно судить об изменениях рабочего кинематического переднего угла.
Динамометр работает следующим образом. Державка 1, в которой закрепляется резец, соединяется с корпусом динамометра посредством торсионных брусков 2. Под действием вертикальной составляющей силы резания Pz резец наклоняется и закручивает торсионные бруски 2. При этом конец планки 3, жестко скрепленной с державкой 1, перемещается и нажимает стержнем 4 демпфера на ножку индикатора 5. Перемещение ножки индикатора пропорционально упругой деформации торсионных брусков, следовательно, составляющей силы резания Pz. Максимальная допустимая величина измеряемой силы составляет 6000 Н.
Измерения силы при помощи динамометра выполнялись на затыловоч-ном станке модели К-96. Исходными данными для проведения экспериментов являлись подача S = 0.2 мм/об, частота вращения шпинделя станка п = 140 об/мин, глубина резания ґ = 0.3мм. Затыловочный станок настраивался посредством эксцентриков с эксцентриситетами 1 мм и 2 мм, благодаря которым обрабатываются СЦП, профили которых описываются уравнениями /o( )=10 + cos(3 ), p(i//)=10 + 2cos(2y/).
Эксперимент был выполнен в следующей последовательности. Заготовка цилиндрической формы устанавливалась на специальную оправку станка. Производилась черновая обработка СЦП резцом, установленным в резцедержатель. Черновая обработка необходима для того, чтобы при проведении замеров глубина резания была постоянной.
После предварительной обработки на суппорт затыловочного станка был установлен динамометр с резцом и закреплен при помощи гайки. Чистовая обработка производилась с постоянной глубиной резания (рис. ЗЛО, 3.11). При этом резец под действием силы Pz наклонялся, торсионные бруски закручивались, стрелка индикатора отклонялась. Обработка производилась на пяти заготовках каждого профиля.
В процессе обработки сила резания была непостоянной, но проследить за ее изменениями по показаниям индикатора в течение одного оборота заготовки довольно сложно, поэтому эти показания фиксировались на цифровую камеру. Раскадровка полученной записи позволила установить ряд промежуточных значений силы резания Pz в течение одного оборота заготовки. Результаты покадровой фиксации показаний индикатора для СЦП p(y/) = \0 + cos(3y/) и р{у/)- 10 + 2cos(2i//) представлены на рис.3.12 -рис. 3.16.
Деталь с СЦП для изготовления на разработанной технологической оснастке
На предприятии ЦСКБ «Прогресс» г. Самара применяют ряд деталей, имеющих некруглые цилиндрические поверхности, в том числе и синусоидальные, примеры которых были приведены в первой главе.
Одним из важнейших углов инструмента является главный угол в плане, так как он определяет величину изменения рабочих кинематических и кинематических углов, а значит - величину силы резания и статических углов резца. Кроме того, в предыдущих главах было показано, что расположение резца под углом к оси детали способствует повышению точности обработки, причем указанный угол зависит от диаметра державки резца, его вылета и главного угла в плане. Поэтому разработку геометрических параметров резца следует начинать с определения главного угла в плане.
Главный угол в плане оказывает влияние на соотношение радиальной PY и осевой Рх составляющих силы резания, поэтому этот угол определим из условия компенсации отжимов инструмента от моментов этих сил, для чего необходимо располагать данными о диаметре инструмента и длине вылета.
Из литературы [20] известно, что при растачивании отверстий для создания условий отвода стружки диаметр расточной оправки равен dim =Q.6...0.8dt/ne, где domg - диаметр обрабатываемого отверстия. За диаметр
обрабатываемого отверстия doim при обработке СЦП может быть принят диаметр предварительно обработанного круглого отверстия, который определяется в зависимости от назначаемого припуска.
Из литературы [61] известно, что припуск при чистовой обработке, обеспечивающий шероховатость Ra 0.S, равен Z- 0.1 -0.4 мм. Припуск, обеспечивающий шероховатость Ra 3.2, принимают Z = 0.5-2мм. Обработку рассматриваемой СЦП предполагаем выполнить в два прохода.
Приняв главный угол в плане 75 q 90, а также располагая данными о предельном угле наклона резца и максимальном коэффициенте Кх, по диаграмме на рисунке 4.6, построенной на основании уравнения (2.69), можно подобрать угол наклона инструмента, главный угол в плане и рассчитать вылет резца.
Для обеспечения максимальной жесткости технологической системы необходимо, чтобы вылет резца был минимальным. Кроме того, угол ср по выше разработанным рекомендациям должен быть близок к 90, из чего следует, что угол /3 должен быть минимальным, но технологически выполнимым.
По рекомендациям, полученным во второй главе, передний угол следует выбирать максимально возможным, поэтому для быстрорежущего инструмента принимаем у =30, а для твердосплавного - у = 0. При известных статических переднем угле и главном угле в плане по уравнениям (2.32) и (2.34) определим такой статический угол наклона главной режущей кромки, при котором колебания рабочего кинематического переднего угла будут минимальны. Для быстрорежущего инструмента при у = 30 и (р = 79 этот угол равен Я = 6.5 , при этом значения рабочего кинематического переднего угла будут находиться в диапазоне 28.8 ур 29.9. Для твердосплавного инструмента при / = 0 и ср = 79 этот угол равен Я-\\, а значения рабочего кинематического переднего угла будут укладываться в диапазон 0.094 ур 0.083. Расчетные углы наклона главной режущей кромки соответствуют рекомендуемым. Так как угол наклона инструмента /3 = 3, то вспомогательный угол в плане принимаем (рх =12, для твердосплавного - ,= 20.
При обработке СЦП возникающие инерционные силы могут быть значительно больше радиальной составляющей силы резания PY особенно при чистовой обработке. Это повлечет за собой нарушение постоянства контакта между копиром и щупом, что приведет к поломке инструмента и получению брака.
Для обеспечения постоянства контакта между щупом и копиром в процессе обработки необходимо компенсировать силы инерции. Этого можно добиться установкой упругого элемента (пружины), который будет постоянно поджимать щуп к копиру.
В процессе обработки радиальная сила PY может частично или полностью компенсировать инерционные силы, но существуют моменты, когда эта сила отсутствует. Это, прежде всего, период врезания, когда инструменту сообщены скорость и ускорение, а контакта режущей кромки инструмента с деталью еще нет. А также это период во время черновой обработки, когда инструмент снимает припуск не по всему периметру профиля. Последний случай может возникать, когда припуск на черновую обработку достаточно большой, чтобы снимать его сразу по всему периметру.
