Способ совмещенной обработки резанием и поверхностно- пластическим деформированием

 

Сущность изобретения: предварительно определяют суммарную силу трения отдельно в передней и задней бабках станка, а обработку ведут с усилиями деформирующих элементов, соответствующими соотношению приведенному в формуле изобретения. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на предприятиях при отделочно-упрочняющей совмещенной обработке резанием и поверхностно-пластическим деформированием деталей (ППД) типа валов при точении и втулок при растачивании.

Известны способы комбинированной обработки резанием и ППД [1-3] Способы имеют такие общие признаки, как наличие режущего и деформирующего элементов, компенсирующих взаимные усилия при обработке.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ [3] в котором обработку ведут комбинированным инструментом, состоящим из трех деформирующих элементов, один из которых установлен по отношению к резцу по другую сторону относительно оси детали, а два других со стороны резца и по разные стороны относительно него, при этом обработку осуществляют последовательно режущим и деформирующим элементами с частичным уравновешиванием усилия деформирования и резания.

Недостатком известного способа обработки является то, что он не регламентирует величину силовой неуравновешенности, что не позволяет прогнозировать получение определенного качества обработки, т.е. шероховатости поверхности и точности.

Целью изобретения является улучшение качества обработки.

Это достигается тем, что предварительно определяют суммарную силу трения отдельно в передней и задней бабках станка путем их нагружения в местах закрепления детали усилием, превышающим силу резания, а обработку ведут с усилиями деформирующих элементов, соответствующими следующему соотношению: 0 ≅P_д1sinα₁+P_д2sinα₂-P_д3sinα₃ P_z ≅ F_min, где P_д1, P_д2, P_д3 соответственно усилия деформирования, прикладываемые к каждому из деформирующих элементов, Н; α₁, α₂,α₃ соответственно углы наклона деформирующих элементов к режущему элементу, град; Р_z касательная к детали составляющая силы резания, Н; F_min меньшая суммарная сила трения в одной из бабок станка, Н.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема обработки по предлагаемому способу; на фиг. 2 то же, вид сбоку; на фиг. 3 график упругих перемещений узла станка от нагрузки.

Способ комбинированной обработки резанием и ППД осуществляется следующим образом.

Предварительно отдельно для каждой опоры определяют суммарную силу трения передней и задней бабок станка. Для чего постепенно нагружают, например, заднюю бабку станка в месте закрепления детали до усилия, превосходящего усилия резания, например в 2-3 раза, с фиксированием упругих перемещений задней бабки станка. После чего постепенно снимают нагрузку до нуля с фиксированием перемещений задней бабки станка. Нагружение задней или передней бабок станка производят в направлении касательной силы резания Р_z, точка приложения которой совпадает с вершиной резца точкой В (фиг.1). Если перемещение опор детали зависит только от величины силы и не зависит от направления силы, то выполнение этого условия не обязательно.

По результатам измерений строят кривую 1 перемещений при нагрузке и кривую 2 перемещений при разгрузке опоры детали (фиг.3). В месте пересечения кривой разгрузки с осью ординат проводят прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой нагрузки. Отрезок АС, лежащий между кривыми 1 и 2, в масштабе оси абсцисс и представляет собой удвоенную величину суммарной силы трения F₁, например, в задней бабке станка одной из опор детали. Обозначим: F₁ суммарная сила трения в задней бабке станка; F₂ суммарная сила трения в передней бабке станка. Предположим, что F₂ < F₁.

Детали 3, закрепленной в передней и задней бабках станка, сообщают вращение со скоростью V, а комбинированному инструменту, состоящему из режущего элемента резца 4 и трех деформирующих элементов 5, 7 и 10 подачу S. Один из элементов 5 расположен в противоположной режущему элементу 4 стороне относительно оси 6 поперечного сечения детали 3, параллельной касательной к окружности, очерчивающей его, в точке приложения усилия резания, а два других 7 и 10 деформирующих элемента установлены со стороны режущего элемента 4 относительно оси 6 детали, но по разные его стороны. Например, дефор- мирующий элемент 7 установлен со стороны передней 8 поверхности резца 4, а деформирующий элемент 10 со стороны его задней поверхности 9.

Резец 4 снимает припуск глубиной t, а деформирующий ролик 5 укатывает обработанную резцом 4 поверхность детали 3, произведя поверхностно-пластическое деформирование под действием силы P_д1P_опт, где Р_опт оптимальное усилие деформирования. Усилие деформирования Р_д1, уравновешивает силу Р_у, но не уравновешивает касательную силу P_z, действующие на деталь 3 со стороны резца 4.

Для уравновешивания силы P_z устанавливают ролик 7, минимальное давление P_д2^min которого на деталь для уравновешивания сил по оси BZ (фиг.2) равно P_д2^min x sin α₂ P_z P_д1 ˙sin α₁. Ролик 7 установлен со стороны режущего элемента резца 4 по отношению к оси 6 детали 3 и со стороны его передней поверхности 8 под углом α₂ к оси ВУ. Но, с другой стороны, давление Р_д2 должно быть таким, чтобы оно было близко или равно оптимальному усилию деформирования и ролик (шарик) 7 не только уравновешивал бы силы по оси BZ но и производил бы поверхностно-пластическое деформирование с получением оптимальной шероховатости обработанной поверхности. Для этого необходимо изменить (уменьшить или увеличить) силу деформирования на ролике 7 против величины Р_д2^min, а это привело бы к разбалансировке сил по оси BZ. Для этого по отношению к оси 6 детали 3 со стороны резца 4 и со стороны его задней 9 рабочей поверхности установлен третий деформирующий ролик 10 под углом α₃ к оси ВУ.

При изменении давления Р_д2 на деформирующем ролике 7 до оптимального Р_д2 Р_опт необходимую балансировку сил осуществляют изменением давления Р_д3 на деформирующем ролике 10. Обработку производят с нагружением деформирующих элементов роликов 7 и 10 с разницей проекций деформирующих усилий и усилия резания на касательное к детали 3 относительно вершины резца точки В (фиг.2) направление, не превышающей минималь- ного значения суммарной силы трения одной из двух опор детали, т.е. не превышающей F_min F₂ (если F₂ < F₁), т.е. должно выполняться соотношение 0 ≅P_д1sinα₁+P_д2sinα₂-P_д3sinα₃- P_z ≅ F_min (1) Касательными силами при деформировании роликами из-за их малости пренебрегают.

Если равнодействующая всех сил, действующих вдоль оси BZ, будет меньше F_min, то в этом случае, как видно из фиг.3, не будет иметь место перемещение опоры детали. Притом, если передняя опора детали (задняя бабка станка) перемещается после вступления в работу деформирующего элемента 5 по линии разгрузки (кривая 2, фиг.3), то задняя опора детали (передняя бабка станка) перемещается по линии 1 нагрузки. Она не будет перемещаться, если равнодействующая сил будет меньше величины F_min.

Для уменьшения погрешности обработки необходимо, чтобы равнодействующая всех сил была бы направлена для передней опоры детали (задней бабки станка) в противоположную сторону действия нагрузки, т.е. в сторону, обратную направлению силы Р_z, действующей на деталь. Это приведет к повышению точности обработки и уменьшит вибрации, что положительно скажется на качестве обработанной поверхности.

Если предположить, что Р_д1 Р_д2 Р_опт, то Р_д3sin α₃≥ Р_опт (sin α₁ + sin α₂) P_z F_min (2) Если предположить, что Р_д1 Р_д3 Р_опт, то
Р_д2sin α₂≅ Р_опт (sin α₃ sin α₁) +
+ P_z + F_min (3)
Если предположить, что Р_д2 P_д3 Р_опт, то
Р_д1sin α₁≅ P_опт (sin α₃ sin α₂) +
+ P_z + F_min (4)
Из выражений (2), (3), (4) определяются предельные значения сил Р_д3^min, P_д2^max, P_д1^max. Другие значения сил можно определить из тех же соотношений при F_min 0. Каждый из деформирующих элементов может быть использован в качестве завершающего регулируемого силового элемента.

П р и м е р. Производится обработка вала диаметром 70 мм резцом длиной 600 мм на режимах: V 120 м/мин; t 0,5 мм; S 0,28 мм/об. Сила Р_у 660 Н; Р_z 520 Н; с последующим обкатыванием роликами диаметром 40 мм. Известно Р_опт 660 Н; α₁ 10^о; α₂=α₃ 60^о. Все деформирующие ролики расположены в одной плоскости. Предварительно определялись суммарные силы трения задней и передней опор детали соответственно: F₁ 90 Н; F₂ F_min 55 Н и Р_д1 Р_д2 Р_опт 680 Н.

Используя соотношение (2), определяем значение деформирующей силы
P^mi_д3ⁿ ≥ 680(sin10°+sin60°)-520-55=241 H
P^ma_дз^x ≅ 296 H В результате обработки имеем R_a 0,32 мкм, точность обработки соответствует 7-му квалитету.

Комбинированный способ обработки может быть осуществлен и в режиме автоматического регулирования процессом механической обработки путем регистрации датчиками упругих перемещений соответствующих упорных элементов, возникающих под действием сил резания и усилия деформирования.

Предложенный способ обработки прост в осуществлении, он обеспечивает повышение на 20-40% качества обработки: уменьшение шероховатости обработанной поверхности за счет снижения вибраций системы и точности обработки.

Формула изобретения

СПОСОБ СОВМЕЩЕННОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ И ПОВЕРХНОСТНО-ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ комбинированным инструментом, включающий последовательную обработку детали, закрепленной в передней и задней бабках станка, режущим и тремя деформирующими элементами, один из которых расположен в противоположной режущему элементу стороне относительно оси поперечного сечения детали, параллельной касательной к окружности, очерчивающей его, в точке приложения усилия резания, а два других деформирующих элемента установлены со стороны режущего элемента относительно упомянутой оси, причем по разные его стороны, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества обработки, предварительно определяют суммарную силу трения отдельно в передней и задней бабках станка путем их нагружения в местах закрепления детали усилием, превышающим силу резания, а обработку ведут с усилиями деформирующих элементов, соответствующими следующему соотношению:

где соответственно усилия деформирования, прикладываемые к каждому из деформирующих элементов, Н;
α₁, α₂, α₃ соответственно углы наклона деформирующих элементов к режущему элементу, град;
P_Z касательная к детали, составляющая силы резания, Н;
F_min меньшая суммарная сила трения в одной из бабок станка, Н.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3