Способ изготовления нежестких деталей
Использование: в машиностроении для изготовления нежестких деталей. Сущность изобретения: на предварительной стадий производят формирование криволинейного профиля путем продольного точения с непрерывной поперечной подачей , которую изменяют по закону iVC«-W . где S . - продольная пооМИН Ф) дача при точении, мм/об; п - частота вращения детали при точении, об/мин; I - длина сечения, мм; -. CCN I г -(г +1Ш (х)-Дш ЖТ(хН г - радиус загога 3 о з ад зад7/ з KMJ товки, мм; г - радиус готовой детали, мм; 1Ш (х) - текущее значение заданной глубины резания при шлифовании, мм; Дш - погрешность обработки зад. при шлифовании, мм; Д (х) - погрешность обработу У ки при точении, мм; t - глубина резания при точении , мм, а окончательную обработку производят продольным шлифованием за один проход с компенсацией упругих деформаций, возникающих в процессе резания профилем детали, полученным на токарной стадии. Предложенный способ позволяет повысить точность формы в 1,9 раза и производительность процесса шлифования
(19) RU (1Ц 2004990 С1 (51) 5 В2ЗВ 1 00
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам
oIIHcAHBE изовркткнЫ: """. ",„.
К ПАТЕНТУ Екд (21) 5008598/08 (22) 11 1191 (46) 30.12.9Э Ьол. Йа 47-48 (75) Татаркин ЕИ„Ситников АА (73) Алтайский государственный технический университет (54) СПОСОЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕЖЕСТКИХ
ДЕТАЛЕЙ (57) Использование: в машиностроении для изготовления нежестких деталей. Сущность изобретения: на предварительной стадии производят формирование криволинейного профиля путем продольного точения с непрерывной поперечной подаче которую изменяют по закону
S 1 tS (I,-I.)/I,где S -продольная подача при точейий, мм/oF; n — частота вращения детали при точении, об/мин„ I - длина сечения мм; . сеч
1,=r -{r +t {х)-Ь )+t {х)-t, r — радиус загош ш т т
ni э о э ад эад у э товки, мм; r — радиус готовой детали, мм; t {х)— а эад текущее значение заданной глубины резания при шлифовании, мм; и — погрешность обработки э эв. при шлифовании, мм; Ь (х) — погрешность обработТ ки при точении, мм; t — глубина резания при точении, мм, а окончательную обработку производят продольным шлифованием за один проход с компенсацией упругих деформаций, возникающих в процессе резания, профилем детали, полученным на токарной стадии Предложенный способ позволяет повысить точность формы в 1,9 раза и производительность процесса шлифования
2004990
Изобретение относится к области машиностроения, в частности механической обработке, и может быть использовано при изготовлении нежестких деталей высокой точности.
Известен способ, обеспечивающий требуемые отклонения формы нежестких валов. Для его реализации в процессе шлифования к торцам заготовки прикладывают два переменных по длине обработки изгибающих момента, которые компенсируют деформации в точке приложения силы резания.
Недостатком данного способа является то, что деталь должна иметь специальные поверхности, к которым можно было бы приложить изгибающие моменты, что не всегда возможно. Кроме этого, со временем эксплуатации растет интенсивность снижения точности станка ввиду постоянного приложения дополнительной знакопеременнай нагрузки к технологической системе.
Существует способ обработки нежестких валов, при котором деталям с переменной жесткостью в системе СПИД сообщают возвратно-поступательное движение, а шлифовальному кругу — непрерывную радиальную подачу, которую постоянно изменяют по закону
3EfL г б 3шб
+ +
Для нежестких деталей величину радиальной подачи шлифовальнаго круга постоянно увеличивают при движении детали до сечения ее наименьшей жесткости в системе СПИД, а после прохождения этого сечения уменьшают по обратному закону, В качестве недостатков данного способа можно отметить следующие; — сложна на операции круглого продольного шлифования с достаточной точностью обеспечить перемещение режущей кромки шлифавального круга па кривой, эквидистантной линии упругой деформации детали, так как: а) периферия круга имеет определенную протяженность, в первом приближении отрезок прямой, равный ширине круга, а линия упругой деформации детали в технологической системе описывается кривой как минимум второго порядка, поэтому для более точного воспроизведения этой кривой нужен контакт инструмента и заготовки в точке; б) из-за более интенсивного износа шлифовального круга происходит смещение режущей кромки, а следовательно, и траектории ее движения; в) формула изменения радиальной подачи не
5 учитывает необходимости переориентации на другую режущую кромку при обратном ходе детали в процессе шлифования; снижение производительности процесса шлифования, так как требуется уравновеши"0 ваниеусилия при резании, а это влечет за собой уменьшение глубины резания, и следовательно, увеличение количества проходов; выражение для расчета радиальной подачи не связано с вращением детали и ее
15 продольным перемещением относительно круга, т.е, формула 3 характеризует изменение глубины резания при шлифовании, а не закон изменения радиальной подачи.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ обработки деталей типа тел вращения с прямолинейной образующей, включающий предварительную и окончательную стадии обработки, при котором на окончательной
25 стадии изменяют полученный на предварительной стадии профиль, для этого на стадии предварительной обработки детали придают бочкообразную форму. а окончательную обработку производят абразивным инструментом с прямолинейной образующей.
Однако способ не учитывает один из важных показателей — жесткость детали, а значит отсутствует возможность его применения для изготовления нежестких деталей кроме того, реализация способа возможна только инструментом с прямолинейной образующей, а эта ужесточает требования к инструменту (повышенная кромкостой40 кость), увеличивается количество правок образующей круга, Цель изобретения достигается тем, что при способе изготовления нежестких деталей, включающем предварительную токар45 ную и окончательную абразивную стадии обработки, при котором на стадии предварительной обработки деталям придают бочкообразную форму в продольном сечении, а на окончательной стадии изменяют пол50 ученный на предварительной стадии проф. иль детали, формирование криволинейного профиля производят путем продольного точения с непрерывной поперечной подачей, которую изменяют па закону:
1 мин. ° Зоб (fnl + 1 п1 х>— и, сеч
ГДЕ $об — ПРОДОЛЬНаЯ ПОДаЧа ПРИ ТОЧЕНИИ, мм/об;
2004990 и — частота вращения детали при точении, об/мин;
faery длина сечения, мм, п! = гз (га + t»n" {>) азад ) +Ау (х) — <" 5 гз — радиус заготовки, мм; го — радиус готовой детали, мм:
taaä (х) — текущее значение заданной глубины резания при шлифовании, мм; 10
bssp — погрешность обработки при шлифовании, мм;
Q (х) — погрешность обработки при точении, мм;
t — глубина резания при точении, мм, 15 а окончательную обработку производят продольным шлифованием за один проход с компенсацией упругих деформаций, возникающих в процессе резания, профилем детали, полученным на токарной стадии. 20
Использование предлагаемого способа позволяет повысить точность формообразования требуемого профиля и повысить производительность процесса шлифования.
В основу способа положено то, что по- 25 сле шлифования нежесткой детали без дополнительных устройств (люнет и т.п.) профиль продольного сечения имеет отклонение формы "бочкообразность". Для того, чтобы повысить точность продольного сече- 30 ния, исключив "бочкообразность", можно на предварительной токарной стадии сформировать профиль (седлообразный), обратный профилю погрешности продольного сечения на стадии шлифования. Тогда при 35 шлифовании эа один проход возникающие при этом упругие деформации будут компенсированы и в результате получим деталь с прямолинейной образующей в продольном сечении. 40
Требуемый профиль на токарной стадии можно получить, обеспечивая закон движения вершины резца:
r(x) - го + тззд (х) — Лззд, (1) 45 где r(x) — текущее значение радиуса заготовки после точения;
r0 — радиус готовой детали. заданный чертежом; 50
taa (x) — текущее значение заданной глубины резания при шлифовании;
Лз д — погрешность обработки при шлифовании.
Величина погрешности обработки 55
Азад вычисляется, исходя иэ условия, что после шлифования за один проход необходимо получить деталь без толщения посередине. Для этого Лззд должна быть одинаковой во всех поперечных сечениях.
Известна зависимость для расчета погрешнОсти
Аад = ззд (1—
Д +1 х -х (1 )2 (" )2 2
Ззб - пБ . - ш 3 Е!
{2) где х — расстояние от торца до рассматриваемого сечения;
1-. — длина детали;
Сш — коэффициент, введенный в формулу, исходя иэ допущения,что величина радиального усилия при шлифовании прямо пропорциональна глубине резания (Ру = С т ; . Аб. Аб, J — жесткости соответственно передней, задней бабок шлифовального станка и жесткость узла шпинделя шлифовального круга;
Š— модуль упругости обрабатываемого материала;
I — момент инерции поперечного сечения вала. 1= 0,05 d: тззд — заданная глубина резания, на которую настраивается шлифовальный круг по лимбу станка во время шлифования эа один проход.
Жесткостные характеристики станка
Аб. Аб, J значительно превышают жесткость самой детали, поэтому при расчете
Лщд их можно не учитывать, тогда выражение (2) перепишется в следующем виде
Дзад = тздд (1
3 E I (3)
Глубина резания Ьзд выбирается по рекомендациям нормативов режимов резания для наиболее опасного среднего сечения при х = Д2 максимально возможной для проведения устойчивого процесса резания.
Подставив в формулу {3) х = 2, получим
Лззд = тзад {4) с
Сш +48 E I
Значение переменной глубины резания
taa (õ) определяют для всех условных поперечный сечений детали по формуле
tsar (X) ш
Лза — — 5)
2004990 х2/1- х
Лу (X) = Ру
Sn х Яоб
Ъ (13) ) и!+1 i еч
Яоб (1! +1 (I
Яп(х) = (14) 25
tp (х) = гз — r(x), t p (х) = тф (х) + 6у (х) (8) и . (16) При каждом расчете в формулу (5) подставляется значение погрешности обработки Л лш, найденное по зависимости (4), величина 6 д постоянна во всех сечениях, Резец необходимо перемещать по криволинейной траектории (1). Для этого точение производят с продольной подачей на глубине t, непрерывно изменяя при этом поперечную подачу от сечения к сечению.
При этом фактически увеличивается глубина резания на величину
gI = таад (х) — t, (6) где 1зд (х) — текущее значение глубины резания при точении;
t — глубина резания при продольном точении;
i — номер сечения.
Кроме этого, фактическая глубина резания при точении в любом поперечном сечении, как видно иэ чертежа, определяется следующим образом: где гз — радиус заготовки, Текущее значение глубины резания при точении 1 д (х) отличается от фактической на величину упругих отжатий
Подставим теперь в уравнение (6) выражения для расчета текущего значения глубины резания при точении (формулы (7), (8)) и радиуса заготовки после точения (формула (1)), получим
Я - гз — (го + 4aл (x) — уэлд ) + Лу — 1 . (9) Текущее значение погрешности при точении определяется (5): (1 х)2 (х )2
Лу(х)= Ру (-- + —. + пб зб
1 x2 I - -х
+ — + — — ) (10) суп 3 Е где Py — радиальная составляющая силы резания при точении;
tt„- длина детали; пб. Js6, суп — жЕСтКОСтИ СООтВЕтСтВЕНно передней. задней бабок и суппорта токарного станка.
Аналогично с Л д " при расчете Лу (х) можно не учитывать жесткостные характеристики станка. получим
Силу резания при точении можно рассчитывать по формуле
Py =- 10 Cpy Sy V t Р Кр, (12) где Сру, Кр — коэффициенты;
S — подача;
Ч вЂ” скорость резания;
t — глубина резания; у, и, хя — показатели степени.
Продольная подача Яоб, поперечная по15 дача S, и L„I связаны следующим образом; где (ev — длина сечения, Отсюда величина поперечной подачи равна:
Так как величина изменения поперечной подачи за один оборот детали составляет доли мкм, а устройств для отработки
30 таких малых перемещений с достаточной точностью нет, то лучше при реализации способа работать с минутной подачей:
Яп" "(x) = Яо(х) и, (15) 35 где и — частота вращения детали при точении.
Подставим в формулу (15) выражение (14), получим
Я мин ) So6 (+1 Inl ) . (х)—
При переходе через среднее сечение
45 разность (гл!+! - QI) становится отрицательной, знак "-" показывает смену направления . поперечной подачи.
На чертеже рассмотрены стадии формирования г,рофиля готовой детали (1 — проф5р иль заготовки; 2 — профиль после точения; 3— профиль готовой детали).
Способ изготовления нежестких деталей реализуется следующим образом. Перед механической обработкой производят предварительные расчеты, для этого по формуле (4) определяют погрешность при шлифовании Л д ". Затем рассчитывают текущее значение заданной глубины резания при шлифовании 1зад (х) для всех условных поперечных сечений по формуле (5) и по
2004990
0,859 ° 10 5
12,54 10 м
=5 10 M.
30
SrlMHH(x = 0,02) и=
=15 10 Х
=0.859 ° 1О 5 м =0,009 зависимости (11) определяют погрешность обработки при точении Q (х) в тех же сечениях. Далее по зависимости (9) рассчитывают приращение глубины резания 5и и по формуле (16) поперечную подачу S " (х), после чего деталь устанавливают на стенок. (например, токарный с ЧПУ) и производят формирование криволинейного профиля путем продольного точения с непрерывной поперечной подачей $ " (х). Далее деталь шлифуют за один проход, компенсируя при этом упругие деформации.
Пример конкретного исполнения. Необходимо изготовить деталь "валик" из стали
20 размерами L-320 мм, f-280 ми, do-18 мм, бз 19,232 ми. Точение выполняют на станке с ЧПУ иод. 16К20ФЗ, шлифование на станке мод.ЗЕ153 кругом 24А40СМ26. Ко фициент силы резания при шлифовании Са! "
=2,1 - 10 Н/и, модуль упругости E = 20,6х х1010 Н/и, момент инерции 1-0,054 - 5,2х х10 м, усилие резания при точении Р =97,9 Н.
Режимы при точении: глубина резания tñ = 0,5 мм; продольная подача Sw =4),15 им/об; частота вращения n = 2152 об/мин; при шлифовании: скорость вращения круга Чк - 28,4 и/с; скорость вращения детали Vg - 1,6 м/с; продольная. подача Я рюд. - 0,014 и/с; глубина резания таад. - 1,5 .10 м, -5
Для расчетов разобъем валик на условные сечения, длина сечения 1свч. -20 мм. По формуле (4) рассчитывают погрешность обработки при шлифовании:
„д ш . С с ш.© — 1зад
С (а+48 E -!
2.1 1О ОЩ
2,1 10 0,32 +48 20,6 10 5,2 10
По формуле (5) значение заданной глубины резания при шлифовании
1йд(х =0,02) яад
2
+1
ЗЕ !
21-106- +1
3 20,6-10 5,2 10 0,32.Далее по зависимости (11) определяют
15 погрешность обработки при точении:
= 97 91 ° 0,02 0.32 — 0,02
3 20,,6.10 О 5,2.10 0,32
Затем рассчитывают приращение глубины резания при точении по формуле (9):
I> = г3 - (ro + (x) — Ьд ) +
+ Л„ (õ) — tс9,816 — (9+0,124— — 0,009) - 0;005 — 0,5 0,005 мм .
35 После этого по выражению (16) определяют поперечную подачу, при этом считаем, что начальное значение поперечной подачи равно Я, тогда для нулевого сечения разность !!+1 — Ь! 0.005 — 0 - 0,005 мм и
40 соответственно подача
2162 = 0,081 ьмlмин .
0,15 ° 0,006
Расчеты производят для всех условных поперечных сечений, результаты приведе50 ны в таблице. (56) Авторское свидетельство СССР
I4 550273. кл. В 24 В 1/00, 1977.
2004990
Составитель Е.Татаркин
Техред М,Моргентал Корректор А.Обручар
Редактор А.Бер
Тираж Подписное
НПО "Поиск" Роспатента
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Заказ 3416
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
Формула изобретения
СПОСОБ ИЗГОТОВ)1ЕИИЯ . НЕЖЕСТКИХ ДЕТАЛ ЕЙ, включающий предварительную токарную и окончательную абразивную стадии обработки, при котором на стадии предварительной обработки деталям придают бочкообразную форму в продольном сечении, а на окончательной 5 стадии изменяют полученный на предварительной стадии профиль детали, отличающийся тем, что формирование криволинейного профиля производят путем продольного точения с непрерывной
10 поперечной подачей, которую изменяют по закону уин 06 (pl+1 0I ) п(х) = и, сеч 15 где Spe - продольная подача при точении, мм/об; и - частота вращения детали при точении, об/мин;
1ееч - длина сечения, мм;
i - номер сечения;
1п! = гз — (го+тззд(х) — вазед)+Лу(х) — t
r> - радиус заготовки, мм;
Io - РаДИУС ГОтОВОй ДЕтаЛИ, ММ; вазед(х) - текущее значение заданной глубины резания при шлифовании, мм;
Лз д - погрешность обработки при шлифовании, мм;
Лу(х) - погрещность обработки при точет нии, мм;
t - глубина резания при точении, мм, а окончательную обработку производят продольным шлифованием с компенсацией упругих деформаций, возникающих в процессе резания, профилем детали, полученным на токарной стадии.
