книги / Обработка резанием с вибрациями книга

лении, Ко второй группе факторов относятся такие, величийа и характер изменения которых изменяются при

размерным износом инструмента, температурными и упругими деформациями системы СПИД, а также по­ грешности, обусловленные геометрическими неточно­ стями станка, приспособления и неточностями их на­ стройки. К третьей группе относятся специфические факторы, влияющие на точность обработки только прирезании с вибрациями:

1) погрешности, связанные с включением в систему СПИД нового элемента — вибратора, а именно точ­ ность изготовления вибратора и его установки на станке, изменение упругих и динамических свойств системы СПИД, связанное с его установкой, точность задания направления и режимов вибраций;

2) кинематические особенности резания с вибрация­ ми, определяемые прежде всего соотношениями частоты

задаваемых вибраций к числу оборотов заготовки — и

п

соотношением амплитуды колебаний и подачи на обо­

рот — . При любом направлении вибраций вследствие sc

действия силы резания, не совпадающей по направле­ нию ни с одной из координатных осей X, У, Z, сущест­

вует радиальное перемещение инструмента. Если отно­ шение частоты вибраций f к числу оборотов детали п

равно единице, то деталь получается абсолютно круг­ лой, но с эксцентриситетом, равным амплитуде колеба­

ний. При —2 деталь не имеет эксцентриситета, но

отклонение от круглости равно удвоенной амплитуде, а разность между максимальным и минимальным диа­ метром равна учетверенной амплитуде и т. д. При це­

лых значениях — все поперечные сечения обработан-

П

ной заготовки имеют идентичный профиль. При

значениях — , выраженных дробью, поверхность детали

П

в продольном направлении имеет сложный профиль, 3) специфические физические явления, связанные с

Вибрациями, и определяющие возникковенйе Погрешно­ стей. К ним относятся, например, повышенная подвиж­ ность узлов под действием вибраций, приводящая к саморасклиниванию; демпфирование автоколебаний; пе­ риодичность явления наростообразования под действием вынужденных колебаний; образование легко удаляемой мелкодробленой стружки, приводящее, например, при сверлении к повышению точности обработки, и ряд других.

Подробные экспериментальные исследования точно­ сти обработки валов проводились в производственных условиях на валовой продукции завода. Точение с осе­ выми вибрациями осуществлялось гидравлическим виб­ росуппортом ВГ-2 [28] опытной партии заготовок при различных частотах, амплитуде вибраций и трех режи мах резания. Контроль производился ОТК завода, при

обработка валиков диаметром 30 мм и длиной 500 мм при глубине резания 2 мм и скорости 120 м/мин,

Из рис. 84,а видно, что при амплитуде колебаний 0,2 мм имеется тенденция к незначительному уменьше­

нию конусности при низкой частоте и дальнейшему ро­ сту с увеличением частоты. Характер изменения конус­ ности при амплитуде 0,3 мм подобен первой кривой.

Более определенных зависимостей конусности от ча­ стоты заметить не удается, несмотря на огромное коли­ чество (около 3000) замеров. Из рис. 84,6 видно, что изменение овальности происходит в очень незначитель­ ных пределах, которые лежат в пределах точности изме­ рения. Какой-либо определенной зависимости овально­ сти от частоты колебаний нет. Из рис. 84, в также не

видно четкой зависимости бочкообразпости от пред­ ставленных параметров, разброс показаний бочкообразности невелик.

Таким образом, анализ производственных данных показывает, что точение с низкочастотными вибрациями не снижает точности обработки по сравнению с обыч­ ным резанием: средняя конусность в обоих случаях рав­ няется 0,06 мм, бочкообразность — 0,04 мм, овальность

остается в пределах 0,01—0,02 мм. Это можно объяс­

нить тем, что, как показали эксперименты, постановка на суппорт станка вибраторов конструкции этого типа заметно не снижает жесткости суппорта, между тем среднее значение усилия резания с вибрациями несколь­ ко снижается по сравнению с резанием без вибраций. Отсюда можно ожидать, что при наличии приведенных выше отрицательных факторов точность обработки при точении с вибрациями не должна быть ниже, чем при обычном резании.

Стойкостные испытания твердосплавных резцов при точении с колебаниями в осевом направлении, прове­ денные в МВТУ им. Баумана, показали, что при при­ менении оптимальных режимов резания и вибраций ко­ личество выкрашивании твердосплавных режущих кро­ мок на типовых режимах резания существенно не уве­

нию ç обычным точением при снижении во всех слу­ чаях глубины лунки износа по передней грани за счет некоторого увеличения ширины лунки. В ряде случаев вибрационное резание с осевыми колебаниями может приводить к существенному повышению стойкости ин­ струмента за счет прежде всего надежного удаления стружки из зоны резания. В наших исследованиях это имело место при сверлении обычпых и глубоких отвер­ стий. Кроме того, в ряде отечественных и зарубежных исследований то же самое было получено и при точении с низкочастотными осевыми вибрациями. Так, исследо­ вания [14] (рис. 85) показали увеличение стойкости инструмента до 40%; при этом скалывания или выкра­ шивания режущих кромок резцов не наблюдалось даже при превышении амплитуды колебаний относительно минимальной в 2—3 раза.

За последние 3—5 лет на основании ранее опубли­ кованных отечественных работ и прежде всего работ МВТУ им. Баумана было выполнено большое количе­ ство исследований точения с низкочастотными осевыми

вибрациями за рубежом [52, 54, 60, 61, 62, 64], резуль­ таты которых совпадают с изложенными выше.

Периодическое перемещение режущей кромки в осе­ вом направлении с низкой частотой может выполняться

вращения заготовки. Однако надо избегать радиаль­ ного биения, так как оно непосредственно влияет на профиль обработанной поверхности. Этого можно до­ стичь смещением оси вращения при заточке.

Испытания проводились в лаборатории МВТУ и в цеховых условиях. В качестве инструмента был при­ менен чашечный резец описанной конструкции из стали PI8, HRC 62—65. Заготовкой служили болванки из стали 45 диаметром 55, 100, 120 мм и длиной от 400 до 500 мм. Лабораторные испытания, проведенные. в

МВТУ им. Баумана, показали, что за счет применения чашечных резцов скорость резания может быть повы­ шена примерно в 10 раз. Например, резец обычной гео­ метрии из стали Р18 при скорости резания 47 м/мин, подаче 0,2 мм/об и глубине резания 1 мм сгорел па длине пути резания 10 мм, а чашечный резец нормально работал при скорости резания 514 м{мин и тех же глу­

бине и подаче.

Производственные испытания состояли из двух эта­

таний было установлено, что резец обеспечивает дроб­ ление стружки в широком диапазоне режимов резания. Его использование позволяет значительно повысить ско­ рость резания. Так, чашечный резец из стали Р18 на­ дежно работает при скорости резания ор=150 м/мин, что в 3 раза выше критической скорости резания обыч­

ного резца из стали Р18,

При обработке чашечным резцом ввиду большой длины контакта режущей кромки чашечного резца с деталью возникают большие радиальные составляющие усилия резания, которые могут привести к возникнове­ нию вибраций. Так, для резца с нулевым передним углом вибрации возникали при скорости резания vp— = 100 м/мин, начиная с глубины резания <=1 мм. Резец

же с передним углом у =20° работает в безвибрационном режиме до глубины резания <=1,5 мм. Для обес­

печения безвибрационной работы необходимо преду­ сматривать увеличение жесткости системы СПИД, на­ пример, постановкой люнетов. Чашечный резец на приведенных режимах резания дает чистоту обработки в пределах 2—4-го классов.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ПРОЦЕССОМ РЕЗАНИЯ, ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ СТРУЖКИ <

Большинство известных в настоящее время устройств для обработки с вибрациями имеет собственный источ­ ник энергии длй задания необходимых колебаний. Это позволяет регулировать режимы вибраций в .весьма широком диапазоне, задавать колебания вне зависимо­ сти от вида обрабатываемого материала, режимов ре­ зания, изменения снимаемых припусков и т. п. Вместе с тем все эти устройства относительно сложны. Более простым и во многих случаях целесообразным является использование для управления процессом образования стружки, ее дробления, автоколебаний, обусловленных непосредственно процессом резания. В этом случае от­

рии инструмента при данной упругой системе станок —

обходимой интенсивности и направления; 2) рациональным изменением упругой системы ста­

нок— деталь— инструмент за счет постановки специ­ альных устройств, обеспечивающих возбуждение нужных автоколебаний (вибровозбудителей).

Управление формой стружки посредством автоколе­ баний, возникающих при резании, построено на исполь­ зовании для этой цели упругой системы станок— де­ таль— инструмент. Она состоит из большого числа парциальных систем, соответствующих числу ее степе­ ней свободы. Однако каждая конкретная операция имеет, как правило, одну, реже — две наиболее «сла­ бые» парциальные системы, определяющие направление и интенсивность автоколебаний системы в целом. Если эти параметры системы отвечают условиям положитель­ ного использования вибраций, т. е. существенно не сни­ жают технологических показателей операций (стойкость

1 Б е з б о р о д о в А. М., П о д у р а е в В. Н. Способ кинемати­ ческого дробления стружки при токарной обработке за счет исполь­ зования автоколебаний, возникающие при резании. Авт. спид. № 134098. «Бюллетень изобретений», I960, № 23.

инструмента, точность обработки, качество поверхности, производительность обработки), и вместе с тем дают стружку необходимой формы, то возможно применение первого пути положительного использования автоколе­ баний.

Примером практического использования этого на­ правления являются операции сверления глубоких от-

Рис 87. Гофрированная форма стружки, образующаяся при глубо­ ком сверлении отверстий диаметром 7 мм

верстнй малого диаметра (примерно до 30 мм) с весьма

нежестким элементом в упругой системе (стебель свер­ ла); его параметры определяют интенсивность авто­ колебании, имеющих место при выполнении операции. Вместе с тем при глубоком сверлении получение струж­ ки, оптимально удобной для вымывания из отверстия формы, является первостепенным условием правильного выполнения операции. При глубоком сверлении имеют место интенсивные вибрации стебля по всем трем коор­ динатным осям; наиболее существенное влияние на процесс формирования стружки н ее гофрирование и дробление оказывают продольные осевые автоколеба­ ния. Результатом этого колебательного процесса явля­ ется образование гофрированной стружки частично дробленой формы (рис. 87). Такая стружка хорошо удаляется СОЖ из отверстия вследствие большего гид-

раелического сопротивления и относительно легкого разрушения в процессе движения.

Из изложенного видно, что рациональное использо­ вание динамических свойств системы СПИД на данной операции позволяет управлять формой образующейся стружки, улучшать ее. Однако решение этой задачи за счет использования естественного вибровозбудителя не является полным. Дальнейшая рационализация этих операций и в первую очередь их автоматизация воз­ можны только за счет при­ менения более надежных и мощных специальных вибра­ торов, устанавливаемых на

станок (см. гл. VII), или постановкой на станок устройств, осуществляющих активный контроль за ра­ ботой инструмента, отводя­ щих сверло в момент обра­ зования пробок и исклю­ чающих тем самым их по­ ломку.

Примером второго на­ правления использования автоколебаний для управ­ ления формой образую­ щейся стружки является со­ здание специальных вибро­ суппортов, обеспечивающих

рациональное изменение динамических свойств системы СПИД, принятой для данной операции. Автоколеба­ тельный механический вибросуппорт МВТУ им. Баумана построен на снижении жесткости системы резец— резцедержавка — станок в одном направлении— по оси X. Он

имеет следующие основные детали (рис. 88): качаю­ щуюся резцедержавку /, служащую для закреплеаия в ней резца; ось качания 2, пластинчатую пружину 3 и подвижной упор 4.

На основе изложенной схемы МВТУ нм. Баумана был спроектирован промышленный образец механиче­ ского вибросуппорта (рис. 89); в отличие от схемы рис. 88 промышленный вариант вибросуппорта сделан по люлькообразной схеме качания, т. е. ось качания резцедержавки / не вертикальна, а горизонтальна. Это

суппорте выполняется пластинчатой пружиной 2. Огра­

ничение амплитуды колебаний достигается за счет не­ линейной характеристики рабочей пружины и обеспечи­ вается наличием зазора и одностороннего упора. Вибратор по амплитуде регулируется за счет изменения

Рис. 89. Автоколебательный вибросуппорт

жесткости пружины (заменой). Вибратор имеет две регулировки по частоте: грубую — сменой пластинчатой пружины и точную — изменением массы качающейся части и регулировкой положения ползуна 3. Испытания

вибратора показали, что он устойчиво работает лишь в том случае, если будет предварительно выведен из положения равновесия ударом. Для этого служит меха­ низм начального импульса, который крепится на зад­ ней бабке и работает следующим образом. При обрат­ ном ходе суппорта серьга взводит боек и он садится на шептало. При рабочем ходе, после врезания резца в торец заготовки, упор, закрепленный на суппорте, наез­ жает на выступ шептала и производит спуск. Момент спуска можно регулировать. Боек ударяет по серьге и выводит качающуюся часть суппорта из положения равновесия. Описанная конструкция механического вибросуппорта (рис. 90) обеспечивает при резании следую­ щие диапазоны изменения параметров вибраций: ам­ плитуды ОД—1,5 мм, частоты 20—100 гц.

МВТУ им. Баумана совместно с рядом заводов про­ ведены подробные испытания описанной конструкции суппорта. Эксперименты проводились на станке 161АМ