Способ совмещенной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием комбинированным инструментом

 

Сущность изобретения: предварительно определяют суммарную силу трения инструментального суппорта и остаточную упругую деформацию при его разгрузке, а в процессе обработки деформирующий элемент нагружают силой, соответствующей соотношению, приведенному в тексте описания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

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

Известны способы комбинированной обработки резанием и ППД [1, 2] Из известных способов совмещенной обработки наиболее близким по технической сущности является способ, особенностью которого является то, что сила резания и усилие деформирования частично уравновешиваются [3] Недостатком известного способа является то, что он не оговаривает величину частичного уравновешивания сил, что не позволяет прогнозировать получение определенной точности обработки, тем самым ограничивает его технологические возможности.

Цель изобретения расширение технологических возможностей за счет повышения точности обработки.

Указанная цель достигается тем, что предварительно определяют суммарную силу трения инструментального суппорта при его перемещении и остаточную упругую деформацию при его разгрузке, а в процессе обработки деформирующий элемент нагружают деформирующей силой, превосходящей радиальную составляющую силы резания режущего элемента на величину, соответствующую следующему выражению: F1 + (P_дcosα P_у) ≥ F1 где Р_у радиальная сила резания, Н; P_д усилие деформирования, Н; α угол установки деформирующего элемента относительно направления действия радиальной силы резания; F суммарная сила трения инструментального суппорта, Н; δ остаточная упругая деформация инструментального суппорта при его разгрузке, мм; Δ допуск на диаметр обрабатываемой поверхности детали, мм.

Кроме того, деформирующий элемент нагружают деформирующей силой, проекция которой на направление радиальной силы резания превосходит радиальную силу резания на величину, равную суммарной силе трения инструментального суппорта.

На фиг.1 изображена принципиальная схема обработки по предлагаемому способу; на фиг. 2 то же, вид сбоку; на фиг.3 график перемещений инструментального суппорта при его нагрузке и разгрузке радиальной силой резания и деформирования.

Способ совмещенной обработки резанием и поверхностным пластическим деформированием комбинированным инструментом осуществляется следующим образом.

Детали 1 придают вращение со скоростью V, а комбинированному инструменту, состоящему из режущего элемента резца 2 и деформирующего элемента, например ролика 3, установленного по другую сторону относительно оси 4 детали, сообщают подачу S. То есть, резец 2 и ролик 3 оппозитно расположены по разные стороны относительно оси поперечного сечения детали 1. Комбинированный инструмент закреплен на инструментальном суппорте 5 и деформирующий элемент (ролик) 3 имеет возможность автономного регулирования усилия деформирования за счет поворота рукоятки винта 6 нажимного механизма и тарировочной пружины 7. Деформирующий элемент в общем случае установлен под углом α к направлению действия радиальной силы резания Р_у, т.е. к оси ОУ (см. фиг.2). В процессе обработки резец 2 снимает припуск глубиной t, а ролик 3 производит последующее обкатывание цилиндрической поверхности детали 1. Деформирующий ролик 3 нагружают деформирующей силой Р_д, превосходящей радиальную силу Р_у резца и противоположно ей направленной, при этом обработку производят с выдерживанием соотношения или величину деформирующей силы определяют из соотношения ^{+ (P}д^cosα ^{- P}у⁾ ≥ ^-
(1) где Р_у радиальная сила резания (определяется аналитически или экспериментально);
P_д усилие деформирования;
α угол установки деформирующего элемента относительно направления действия радиальной силы резания;
F суммарная сила трения инструментального суппорта;
δ остаточная упругая деформация инструментального суппорта при его разгрузке;
Δ допуск на диаметр обрабатываемой поверхности детали. Если в соотношении (1) Δ 0, то получим
P_д cosα P_y F, (2) т.е. деформирующий элемент нагружают деформирующей силой P_д, проекция которой на направление радиальной силы резания превосходит эту силу резания на величину, равную суммарной силе трения инструментального суппорта
P_д cosα P_y + F. (3) Определение входящих в формулу (1) величин δ и F инструментального суппорта (суппорт станка плюс инструмент резец), которые являются характеристиками этого узла, осуществляют перед обработкой детали. Для этого нагружают суппорт вместе с резцом силой Р, направление которой совпадает с силой резания Р_у, действующей на суппорт, и строят кривую 8 перемещений инструментального суппорта от нагрузки Р (см. фиг.3). После этого разгружают суппорт (уменьшают нагрузку Р) и строят кривую 9 перемещений инструментального суппорта при разгрузке. При нагрузке Р 0 имеем остаточную упругую деформацию δ инструментального суппорта и суммарную силу трения F (отрезок δ А 2F). Далее инструментальный суппорт нагружают силой Р, направленной в противоположную от первого направления сторону, и строят кривые 9 и 10 перемещений до силы Р -F (y 0) и далее до силы Р -2F, y δ. Как видно, если при обработке детали
P P_д cos α -F, то погрешность обработки Δ будет равна нулю, что зафиксировано соотношениями (2) и (3).

Заменяя участки δ (-F) кривой 9 и (-F)B кривой 10 прямыми линиями (что вполне допустимо на ограниченном отрезке), при допустимой погрешности (допуске) обработки Δ на диаметр из фиг.3 имеем
^P1^{= -}
P₂= F + ctgα₂ где ctg α₁ F/δ ctg α₂ F/δ или
_{- = -} (4)
_{F + = +}
P₂ ≥P_д cosα P_y ≥ P₁. Тогда
F1 + P_дcosα P_у≥ F1
П р и м е р. Определить усилие деформирования, прилагаемое к ролику, если известно, что при обработке с V 100 м/мин, S 0,2 мм/об; t 0,8 мм; Р_у 750 Н; угол установки ролика α 10^о, суммарная сила трения инструментального суппорта F 180 H; допуск на диаметр Δ 0,03 мм при диаметре обработки ⊘ 100 мм, остаточная упругая деформация δ 0,05.

Используя зависимости (4) и (3) определяем силы Р₁, Р₂ и Р<sub>д
- = 180 - 180·0,7 = 126 H
+ = 180 + 180·1,3 = 234 H</sub>
P₂≥ P_д cosα P_y ≥ P₁.

P_д1cosα ≥ P₁ + P_у P_д1≥ ≥ P₁ + P
P_д2cosα ≅ P₂ + P_у P_д2≅ ≥ P₂ + P После подстановки имеем
P_д1 ≅ · (126 + 750) 889,5 H
P_д2 ≅ · (234 + 750) 999,2 H При погрешности обработки равной нулю
P_д cosα P_y F;
P_дcos10^o 750 180. Откуда P_д 944,3 H. Таким образом, усилие P_д должно меняться в диапазоне
889,5 Н≅P_д ≅999,2 H для обеспечения диаметральной погрешности обработки Δ 0,03 мм.

При P_д 944 H погрешность обработки Δ= 0. Деформирующий ролик (шарик) может осуществлять как упрочняющее воздействие, так и регулирующее. Управляя углом α оба воздействия могут быть соединены воедино. В этом случае Р_д P_опт, где Р_опт оптимальное усилие деформирования, соответствующее наименьшей шероховатости обработанной поверхности.

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

Предложенный способ обработки прост в осуществлении, обеспечивает получение необходимой точности обработки и расширяет технологические возможности комбинированной обработки.

Формула изобретения

1. СПОСОБ СОВМЕЩЕННОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ И ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ КОМБИНИРОВАННЫМ ИНСТРУМЕНТОМ, включающий последовательную обработку цилиндрической поверхности детали режущим и деформирующим элементами, оппозитно расположенными по разные стороны перпендикулярной суппорту оси поперечного сечения детали и закрепленными в инструментальном суппорте, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем повышения точности обработки, предварительно определяют суммарную силу трения инструментального суппорта при его перемещении и остаточную упругую деформацию при его разгрузке, а в процессе обработки деформирующий элемент нагружают силой, превосходящей радиальную составляющую силы резания режущего элемента на величину, соответствующую выражению

где P_у радиальная составляющая силы резания, Н;
P_д усилие деформирования, Н;
α угол установки деформирующего элемента относительно направления действия радиальной силы резания;
F суммарная сила трения инструментального суппорта, Н;
d остаточная упругая деформация инструментального суппорта при его разгрузке, мм;
D допуск на диаметр обрабатываемой поверхности, мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформирующий элемент нагружают силой, проекция которой на направление радиальной силы резания превосходит радиальную силу резания на величину, равную суммарной силе трения инструментального суппорта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3