I.I. Технологические возможности режима

стабилизации скорости резания

Известно, что процесс обработки изделий на металлорежущих станках, в том числе и на станках токарной группы, является существенно нестационарным. Исследования, проведённые в работах [3, 98, 108 ], позволили выявить некоторые зависимости процесса резания от его параметров, использование которых даёт возможность улучшить режим обработки по таким показателям, как качество, точность, время обработки, стойкость режущего инструмента и другим, повышающим эффективность работы оборудования и качество выпускаемых изделий. Так, скорость резания V, которой при токарной обработке является скорость перемещения точки соприкосновения обрабатываемого изделия с резцом по отношению к нему, не остаётся постоянной при изменении радиуса обработки. Введение же режима ССР путём регулирования угловой скорости вращения шпинделя w со в зависимости от R , так чтобы V оставалась равной заданному значению V₃ при сохранении значений оборотных подач по координатам станка, позволяет одновременно решать ряд технологических задач.

Таким образом, режим ССР характеризуется основным соотношением

V = w R = V₃ (I.I)

и обеспечивается изменением w и синхронно с ней скоростей подач по координатам станка в гиперболической зависимости от R. При этом машинное время обработки t_c в режиме ССР снижается по сравнению с временем обработки t_M без стабилизации скорости резания. Относительное сокращение машинного времени _д для деталей с линейной поверхностью типа конус, торец [2] определяется выражением

(1.2)

где B - отношение максимального радиуса обработки детали минимальному, до которого производилась обработка с постоянной скоростью резания.

Для деталей» имеющих сферическую поверхность, относительное сокращение машинного времени c равно

(1.3)

На рис. I.I изображены зависимости л, c от B, из которых видно, что предельное значение л c составляет 50%, т_.е. машинное время обработки в режиме ССР может быть снижено в два раза, однако уже при B>4 для сферических поверхностей и при В >8 для линейных поверхностей целесообразность применения режима ССР не вызывает сомнения.

Поскольку время изготовления детали состоит из суммы основного технологического (машинного) времени t_м связанного непосредственно с обработкой детали, и непроизводительных затрат рабочего времени включающих в себя потери времени на вспомогательные операции, обслуживание станка и т.п., то время изготовления детали в режиме ССР будет равно

t_c=t_н+t_м(1- ) (1.4)

где - относительное сокращение машинного времени в режиме ССР.

Из (1.4) видно, что использование режима ССР наиболее целесообразно в оборудовании, имеющем небольшое время t_м, т.е. на станках с ЧПУ, станках-автоматах и полуавтоматах [83] при условии соответствующей номенклатуры деталей.

Введение режима GCP обеспечивает также получение одно- родной и более высокой по качеству обработки поверхности изделий с переменным R за счёт снижения в центральных участках деталей высоты микронеровностей и их шага в два и более раз, вследствие поддержания V на заданном уровне [2,99] . Этому же способствует и большая стабильность нароста на резце в режиме ССР[88], причём наибольший нарост, а следовательно, и

Рис. I.I. Зависимости сокращения машинного времени обработки c - кривая I и л - кривая 2 от отношения В максимального и минимального радиусов обработки.

ухудшение качества поверхности изделия наблюдается в определённом диапазоне скоростей резания, приблизительно от 20 м/мин до 40 м/мин [48], исключить попадание V в который при изменении R. в широких пределах без режима ССР очень затруднительно, Кроме того, многие детали требуют для обеспечения заданного качества обработки по всей поверхности детали двух проходов в черновом и чистовом режимах, в случае же стабилизации скорости резания необходимое качество может быть получено за один проход.

Поддержание постоянной V при изготовлении деталей с переменным R значительно снижает диапазон изменения мощности резания, т.е. в определённой мере стабилизирует силовые параметры резания и энергетические показатели работы оборудования [2, 134]. Это также приводит к увеличению однородности и улучшению качества обработки поверхности деталей.

В режиме ССР наблюдается максимальная стабильность напряжений по поверхности детали и наименьшее значение глубины и степени наклёпа, уменьшающие изменения геометрической формы (коробление) изделий после их механической обработки и в процессе эксплуатации. Это обстоятельство приобретает особое значение при изготовлении деталей, работающих при высоких температурах, например, дисков турбин, т.к. основными параметрами, приводящими к разупрочнению металла поверхностного слоя и его разрушению при высокотемпературной эксплуатации, являются глубина и степень наклёпа [81].

Исследования [4] показывают, что температурные деформации деталей оказывают в ряде случаев решающую роль на получение требуемой точности. В режиме ССР V=V₃=const, в результате чего температура в зоне резания изменяется в значительно меньших пределах при прочих равных условиях, а это в свою очередь повышает точность обработки.

Более стабильная температура в зоне резания обеспечивает также повышение износостойкости режущего инструмента [ 74 ].

Экспериментальные данные [ 74 ]. доказывают, что с ростом скорости резания тепловые условия износа инструмента непрерывно ухудшаются. Это связано с увеличением выделения количества тепла в единицу времени, обусловленного повышением скорости движения. Одновременно с этим процессом происхо­дит процесс увеличения скорости деформации материала срезаемого слоя. Это приводит к тому, что, начиная с некоторых критических скоростей резания, характер процесса стружкообразования качественно изменяется - отделение материала срезаемого слоя происходит в результате не пластического, а хрупкого разрушения. Поскольку же энергия, необходимая для хрупкого разрушения, значительно меньше энергии, потребляемой на пластическое разрушение, то этот вид разрушения характеризуется намного меньшим тепловыделением. При резании с высокими скоростями наблюдается локализация пластической деформации в малых объёмах и интенсивный разогрев контактных слоёв, приводящих к изменению сил трения. Поэтому при сверхскоростном точении в зоне резания получаются те же температуры, что и при обычных скоростях,

Таким образом, обработка изделий на сверхвысоких скоростях резания не должна производиться на скоростях ниже критических. Вследствие этого режим ССР при сверхскоростном точении приобретает большое значение, обеспечивая стабилизацию скорости резания на заданном уровне и, следовательно, необходимое качество и производительность обработки, а также износостойкость инструмента.

Из изложенного следует, что режим ССР существенно влияет на ряд основных параметров как самого процесса резания, так и готового изделия, являясь одним из основных режимов, определяющих производительность, качество, точность обработки, а также стойкость режущего инструмента. Так, по данным работ [75,81] торцовое точение жаропрочного сплава ХН77ТЮР резцом ВК6М при глубине резания 1 мм и поперечной подаче 0,084 мм/об в режиме ССР по сравнению с обработкой с w =const позволило получить: повышение производительности (при постоянной 30 - минутной стойкости) в 2,5 раза, снижение интенсивности износа инструменте в 1,5 - 2 раза, улучшение качества обработанной поверхности на один класс, значительное уменьшение колебаний остаточных напряжений и наклёпа по поверхности диска, минимальное значение глубины и степени наклёпа при точении с оптимальной по интенсивности износа инструмента скоростью резания.

Анализ технологических режимов токарной обработки показывает, что для большинства случаев погрешность стабилизации скорости резания должна составлять 5-15%.

Режим ССР позволяет улучшить технологический процесс изготовления деталей не только на станках токарной или карусельной и лоботокарных групп, но и других технологических процессов, где происходит преобразование угловой скорости вра­щения в линейную с переменным радиусом. Например, при силовом шлифовании с интенсивным износом шлифовального круга обеспечение V = V₃ при уменьшении диаметра круга увеличивает производительность и качество обработки. Стабилизация линейной скорости намотки различных материалов (металлопроката, кабельно-проволочных изделий, бумаги, картона, текстиля и т.п.) приводит, как правило, к снижению брака готовой продукции и повышению производительности работы оборудования. Поддержание же постоянной линейной скорости при записи и воспроизведении информации на дисковых носителях позволяет увеличить объём хранимой на них информации при улучшении её качества.

Таким образом, стабилизация скорости резания (линейной скорости) улучшает технико-экономические показатели работы как вновь разрабатываемого, так и уже существующего оборудования. В связи с этим разработка и внедрение систем ССР имеет важное народнохозяйственное значение.