Способ базирования борштанги

 

Использование: металлообработка, а именно базирование борштанги при обработке глубоких отверстий. Сущность изобретения: первоначально определяют порядок формы поперечных изгибных колебаний борштанги, после чего направляющие элементы и люнеты располагают в точках пересечения изгибных колебаний борштанги с осью отверстия, при этом количество люнетов определяют из равенства К(1-1), где I - порядок формы поперечных изгибных колебаний борштанги. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4866692/08 (22) 18,06.90 (46) 30.05.93. Бюл, 1Ф 20 (71) Киевский. политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.В,Галицкий, Г,К.Якимчук и Ю.И.Адаменко (56) Троицкий Н.Д, Глубокое сверление, Л.:

Машиностроение, 1971, с.105 — 107. (54) СПОСОБ БАЗИРОВАНИЯ БОРШТАНГИ

Изобретение относится к металлообработке, а именно к обработке глубоких отверстий.

Одним из широко используемых в прак- . тике путей повышения продольной устойчивости борштанг является применение одного или группы люнетов. Причем в зависимости от схемы обработки отверстия (сверло неподвижно- главное движение резания и подачи совершает заготовка; сверло и заготовка вращаются навстречу и совершают движение подачи в различных комбинациях и т,п.) положение люнетов относительно определенныхучастков борштанги по мере врезания инструмента в заготовку может оставаться либо неизменным, либо изменяться. Однако, и в первом и во втором случае по мере врезания инструмента, и соответственно, перемещения его борштанги внутрь формируемого отверстия, контакт опорных поверхностей люнета (люнетов) с телом борштанги прерывается, а в конце обработки — отсутствует вовсе. Это приводит к перманентному изменению ве- . личин прогибов борштанги в различных ее сечениях, к изменению ее динамической же,„,!Ж„„1818176 А1 (sl)s В 23 В 41/02, 35/00

k.р-, 0цу,. ф. % с 3

- l (57) Использование: металлообработка, а именно базирование борштанги при обработке глубоких отверстий, Сущность изобретения: первоначально определяют порядок формы поперечных изгибных колебаний борштанги, после чего направляющие элементы и люнеты располагают в точках. пересечения изгибных колебаний борштанги с осью отверстия, при этом количество люнетов определяют из равенства

К=0-1), где! — порядок формы поперечных изгибных колебаний борштанги. 3 ил. сткости, что в конечном счете принято опре- / делять как изменение динамических харак-: теристик борштанги, оцениваемых по. 3 величинам амплитуд и скоростей перемещения отдельных ее точек. Наличие люнетов в этом случае предотвращает потерю устой- чивости. Но изменение динамической жест-, кости борштанги, при указанном характере контакта ее поверхности с опорными элементами люнета (люнетов), приводит к возникновению вибраций с постепенно увеличивающейся амплитудой. Это проявляется в наличии изменяющейся по характеру огранки — вибрационного следа ОО калибрующей вершины зуба инструмента на обработанной поверхности отверстия: огранка возникает постепенно, нарастая к 0, выходному торцу обрабатываемой заготовки. Такой характер изменения вибрацион- у ного следа поясняется перманентным: изменением формы поперечных изгибных колебаний борштанги. Механизм модуляции этих колебаний функционально связан с физико-механическими свойствами материала и геометрическими размерами конструктивных элементов борштанги, с изменением

1818176

20 изводных

Ф дР дх2

30 о Wi!х,t! дт

55 штанги ориентации и условий контакта опорных поверхностей люнета (люнетов) с определенными участками тела борштанги, с наличием спектра частот, генерируемых технологической системой. Указанный спектр частот включает парциальный ряд собственных частот станка и его приспособлений, и спектр частот, генерируемых J составляющими сил резания Pi(t) функционально связанных со временем т.

Если физико-механические свойства материала и геометрические размеры кон структивных элементов борштанги постоянны в сечении и вдоль ее оси, то борштангу, на основании изложенных выше рассуждений можно представить как заделанную жестко одним концом и шарнирно спертую другим однородную с распределенной массой упругую балку(с промежуточной опорой без консоли — при наличии люнета). Поперечные изгибные колебания такой балки . описываются известным гиперболическим дифференциальным уравнением математической физики 4-го порядка в частных проa4 wi x,, Ф wi х, с

GF д 4 д 4

=Pl(t) ° (1) функция У/(хд) прогибов борштанги, в котором требуется выполнение дополнительных начальныхдля М/(хл) и д}И(хл)/дт, и краевых условий, При P(t)=0 и отсутствии дополнительных опор (люнетов), уравнение (1) становится однородным и является уравнением собственных изгибных колебаний борштанги (силами инерции вращения и прогибом от действующей поперечной силы в инженерных расчетах пренебрегают)

Ф х,! } р 7 w+x t} о @ д12 х4 здесь С= V .. g — скорость распростра р Е нения волны деформации в материале борштанги; EJ — изгибная жесткость; g — ускорение свободного падения; F — площадь поперечного сечения тела боргнтанги; р-плотность единицы объема материала борИз (2) получаем уравнение собственных форм колебаний борштлнги — - - V(x)-0 (3) (xq ф дх} ЕЛg

45 имеющее общее решение вида:

p(x)=C1coskx+Czslnkx+Cschkx+Cqhkx (4)

Нетривиальное решение (4) является уравнением для определения частот собственных изгибных колебаний борштанги

Р, A / 1==2(» (5) рЕ( где A=f(i) — коэффициент, зависящий от способа закрепления борштанги;

i — порядок формы поперечных изгибных колебаний, l — длина борштанги, Таким образом, из анализа уравнений (3) и (5) следует, что колебания борштанги представляют собой совокупность l— = 1 r} напагающихся друг на друга отдельных колебаний и каждой из i форм поперечных изгибных колебаний соответствует определенная собственная частота Р, а изогнутая упругая линия борштанги имеет соответствующее этой форме число пучностей и узлов определенным образом сориентированных относительно оси борштанги. Причем, с ростом! растет собственная частота и уменьшается амплитуда колебаний. Если при этом спектр частот, генерируемых технологической системой, содержит одну из соответствующих I-й собственную частоту, то следует ожидать проявления резонансных колебаний борштанги, изогнутой в i-й форме.

Калибрующая вершина зуба инструмента будет при этом совершать периодические развороты относительно оси борштанги, величины углов которых функционально связаны с законом изменения амплитуд колебаний отдельных точек тела борштанги.

Это объясняет теперь описанный выше механизм проявления и развития огранки за счет постепенного увеличения амплитуды колебаний борштанги. связанного с изменением порядка l-й формы ее поперечных колебаний. Действительно, в начальный момент обработки люнет, как дополнительная опора, применяемая для повышения продольной устойчивости, является и дополнительным узлом-концентратором, переводящим борштангу в иную, во всяком . случае отличную от первой, форму. Если при этом место контакта люнета с борштангой не совпадает с расчетным месторасположением узла для определенной формы, то борштан ry можно рассматри вать, как двухпролетную балку, характер колебаний которой определяется условиями закрепления более длинной ее части. Изменение места контакта люнета с борштангой по мере ее вход» } обработанное отверстие приво1818176

Основным недостатком способа является то, что по мере врезания инструмента в заготовку и, соответственно, перемещения его борштанги внутрь формируемого от5 верстия, положение люнетов относительно определенных участков борштанги изменяется, контакт опорных поверхностей люнетов с телом борштанги прерывается, а в конце обработки — отсутствует вовсе. Это приводит к перманентному изменение величин прогибов борштанги в различных ее сечениях, изменению ее динамической жесткости. При этом борштанга инструмента, изменяя формы, колеблется с различными частотами, диапазон изменения которых находится внутри диапазона частот, генерируемых технологической системой. Это приводит к резонансным колебаниям с постепенно увеличивающейся амплитудой и, следовательно к снижению качества обработки отверстий, Целью изобретения является повыше.ние качества обработки отверстий.

Это достигается тем, что по способу об5 работки отверстий, при котором инструмент, содержащий борштангу с направляющими (опорными) элементами и режущим зубом, поддерживают по меньшей мере одним люнетом, согласно.изобретения, определяют порядок формы поперечных изгибных колебаний борштанги и поддерживание борштанги люнетами осуществляют в узлах ее поперечных изгибных колебаний, соответствующих этой форме, а

5 для обработки берут борштангу, у которой опорные элементы устанавливают в узлах ее поперечных изгибных колебаний, при этом количество направляющих (опорных) элементов, поддерживающих люнетов и расстояние между ними выбирают по формулам:

К=(i-1) развязанных конструкциях борштанг удается несколько повысить точность обработки. Вибрации, возникающие при резании 10

50„.10300 Гц, парциальный ряд собственных частот станка и его приспособлений легко поддается расчету и содержит частоты 15

6,8,11„...150...,,250 Гц. Элементарный анализ приведенных уравнений (1)...(5) при отображении отклонений формы и

30

Хп

1+41 ных .колебаний. Указанный эффект может 45 быть достигнут при условии, что борштанга инструмента в процессе резания стабильно поддерживает форму колебаний высших пО рядков.

55 дит к возвращению изогнутой линии борштанги к первой форме (одна полуволна) и сопровождается ростом амплитуды колебаний и нарастающей к выходному торцу обрабатываемого отверстия огранкой, В отдельных случаях, за счет применение дополнительных опорных элементов в металлов, всегда содержат формы высших порядков и характеризуются частотами расположения формируемого отверстия в виде ряда Фурье с ограниченным числом коэффициентов.

I=n

W(P)= — +,, Я aICOS(lP+P), (6)

1=1 где I — порядковый номер формы полинома; а — амплитуда 1-й формы, p — начальная фаза; а /2 — постоянная составляющая текущего размера (отклонение размера), показывает, что поперечный профиль формируется низкочастотной составляющей спектра колебаний борштанги, а высокочастотный диапазон спектра соответствует шероховатости обработанной поверхности. Полученные независимо экспериментальные данные указывают на правомерность выводов: шероховатость обработанной поверхности уменьшается в случае, когда борштанга, являющаяся основным источником шума, колеблется с высокими частотами. Поэтому наиболее рациональным путем повышения качества обработки является создание конструкций инструментов, работающих в высокочастотном диапазоне спектра собственных изгибОсновным недостатком описанных, как аналогов, способов обработки отверстий (применение люнетов по одной из двух проанализированных схем, применение дополнительных опорных элементов) является невысокое качество обработки отверстий.

В качестве прототипа принят способ обработки отверстий, при котором борштангу инструмента с режущим зубом, содержащим вершину, поддерживают люнетами. где К вЂ” число направляющих (опорных) элементов (люнетов);

Хл — расстояние каждого из направляющих (опорных) элементов (люнетов) от вершины зуба борштанги, см; и — порядковый номер направляющих (опорных) элементов (поддерживающих люнетов), начиная от вершины зуба инструмента, К=1,п; (l)=0,1421 1Г Л -ехр(-1,386) — поряEJ док формы поперечных изгибных колебаний борштанги;

1818176

I

35 зом. После определения расчетным или экс- 40

l — длина борштанги инструмента (от вершины зуба — до места жесткой заделки в шпинделе станка или его приспособлении), см;

Š— модуль упругости материала борштанги, кг/см; р — плотность материала борштанги, кг/см;

F — площадь поперечного сечения борштанги, GM

J — минимальная жесткость борштанги в направлении осей инерции ее поперечного сечения с 4 в- частота, высшая из спектра собственных частот станка, Гц. .Таким образом отличие предлагаемого способа от способа-прототипа заключается в том, что за счет целенаправленной ориентации групп опорных элементов и люнетов, вдоль оси борштанги на протяжении всего периода обработки отверстия колебания .борштанги и, следовательно, калибрующей вершины зуба инструмента, происходит с частотами высшей гармоники, то есть вне низкочастотного и среднего спектра частот, генерируемых технологической системой.

Это исключает возможность возникновения резонансных колебаний с амплйтудами, соизмеримыми с отклонениями формы и расположения отверстия, снижает шероховатость обработки, благоприятно сказывается на повышении стойкости инструмента и точности обработки.

На фиг.1 изображена изогнутая упругая линия борштанги сверла, соответствующая расчетному (8) значению l-й формы; на фиг.2

- инструмент для реализации способа; на фиг.3 — разрез по А-А.

Способ реализуется следующим обрапериментальным путем частоты ввысшей из спектра собственных частот станка(спектра, генерируемого силами резания), по формуле (8) определяют порядковый номер формы, обеспечивающей работу инструмента в зарезонансной области частот технологической системы.. При этом принимают целую часть (!) рассчитанной ве личины, Используя формулу(7), определяют место размещения каждой из K=(l-1) групп опорных элементов борштанги (каждого из

K=(l-1) поддерживающих люнетов) и размещают люнеты и дополнительные группы опорных элементов на расстоянии Хп от вершины зуба борштанги сверла.

В процессе сверления, при необходимости, люнетами 1, фиг.2 обеспечивают не.изменную их ориентацию относительно контактирующих с их опорными поверхно5

20 стями трупп 2 аксиально расположенных опорных элементов. При подходе суппорта станка к торцу обрабатываемой заготовки 3, люнеты 1 автоматически открываются (фиг.3), пропуская суппорт с заготовкой 2.

При этом соответствующая группа опорных элементов 2 теряет контакт с опорными поверхностями люнета и начинает контактировать с поверхностью 4 обрабатываемого отверстия. Таким образом обеспечивается стабильное сохранение требуемой формы колебаний борштанги инструмента.

Применение предлагаемого способа обработки отверстий и инструмента для его реализации обеспечивает значительное повышение качества обработки за счет исключения вызываемых колебаниями низкой и средней частот отклонений формы и расположения отверстий, снижения шероховатости обработки, повышения стойкости инструмента.

Формула изобретения

Способ базирования борштанги при обработке глубоких отверстий на станках, при котором борштангу, несущую направляющие и инструмент, поддерживают люнетами, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества за счет устранения биения борштанги, первоначально определяют порядок формы поперечных изгибных колебаний борштанги, после чего направляющие элементы и люнеты располагают в точках пересечения изгибных колебаний борштанги с осью отверстия, при этом количество люнетов определяют из равенства К=(1-1), а осевые расстояния каждогоиз люнетов до вершины инструмента — из соотношения

4nl л 1+41 где n — порядковый номер люнетов, начиная от вершины инструмента;

l=0,142l / -ехр(-1,386) — поряд

ЕJ док формы поперечных изгибных колебаний борштанги;

l — длина борштанги вместе с инструментом, см;

Š— модуль упругости материала борштанги, кг/см; р — плотность материала борштанги, кг/см;

F — площадь поперечного сечения борштанги, см ;

J- минимальная кесткость борштанги в направлении осей инерции ее поперечного сечения ср 4 в — частота, высшая из спектра собственных частот станка, Гц.

1818176

1818176

Составитель В.Галицкий

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1917 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН Г СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5