Исследование точности профиля продольного сечения при фрезеровании наружных цилиндрических поверхностей

ские науки. Тула. 2010. Вып. 2. Ч. 1. С. 140-148.

A. V.Stepanenko

EQUIPMENT AND INDUSTRIAL EQUIPMENT FOR PRACTICAL REALIZATION OF PROCESS MILLINGS OF BODIES OF ROTATION

The description of modernization of the horizontally milling machine 6Р83Г for milling of surfaces of rotation by face mills of big diameter without longitudinal giving is given. Circular giving is made by application of a special drive with a worm reducer. Two perspective designs of mills and a design of the tool block with a set of plates with mechanical fastening to the case are presented.

Key words: modernization, mill, milling of surfaces of rotation.

Получено 24.08.12

УДК 621.9.04;07

А.В. Степаненко, ассист.,

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ПРОФИЛЯ ПРОДОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ НАРУЖНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

В статье рассмотрено совокупное влияние сил резания и жесткости элементов технологической системы на точность обработанной поверхности в продольном сечении при обработке поверхностей вращения фрезерованием. Деформации рассчитывались с помощью теории упругости и технологии машиностроения. Определены потребные значения жесткости элементов технологической системы для обеспечения заданной точности обработки.

Ключевые слова: технологическая система, точность обработки, деформации, сил резания, жесткость.

В рассматриваемом процессе представляют интерес получаемые отклонения профиля продольного сечения, некруглота, шероховатость и отклонения размера обработанной поверхности. Эти характеристики определяются как самой схемой формообразования, так и параметрами процесса и установки. Погрешности формы продольного и поперечного сечения, предопределяемые схемой формообразования, были рассмотрены в работах [1-3]. Выясним, какое влияние оказывают на характеристики качества параметры процесса и установки.

На рис. 1 представлена схема установки заготовки с помощью разжимной оправки 1, смонтированной в бабке изделия, и заднего центра 2. После закрепления заготовки пиноль задней бабки зажимается с помощью

специальных кулачков. При такой схеме установки основными факторами, влияющими на форму продольного сечения, являются несовпадение осей рабочих поверхностей оправки и заднего центра и упругие деформации технологической системы под действием усилий резания.

Причинами несоосности рабочих поверхностей оправки и заднего центра могут быть биение рабочих поверхностей кулачков оправки относительно оси вращения шпинделя бабки изделия, неточности монтажа бабки изделия и задней бабки на столе станка, смещения заднего центра при закреплении пиноли.

При обработке на станках с горизонтальным расположением оси фрезы несовпадение осей рабочих поверхностей оправки и заднего центра в горизонтальной плоскости приводит к появлению на обработанной поверхности конусности.

Для уменьшения конусности в наших экспериментах рабочая поверхность кулачков обрабатывалась непосредственно на станке резцовой головкой, в корпусе которой оставлялся только один резцовый блок.

Рис. 1. Схема действия сил на заготовку при обработке

Предварительно на нерабочих участках кулачков оправки закрепля-

лось узкое кольцо с таким же диаметром отверстия, как и у обрабатываемых заготовок. Установка задней бабки производилась с помощью контрольной оправки, закрепляемой вместо обрабатываемой заготовки. Положение задней бабки в вертикальной плоскости регулировалось подкладками, а в горизонтальной плоскости с помощью устройства, используемого для регулировки положения задней бабки токарных станков.

Погрешности закрепления пиноли в экспериментальной установке не компенсировались. Поэтому были проведены эксперименты по определению влияющих на точность обработки величин смещения пиноли в горизонтальной плоскости при различных значениях ее вылета. Схема и результаты измерения смещений пиноли в горизонтальной плоскости представлены на рис. 2, из которого видно, что смещения, увеличиваясь с увеличением вылета, достигают 0,045 мм при вылете 140 мм. Следует отметить, что смещение заднего центра при зажиме пиноли можно устранить за счет применения зажима специальной конструкции, например, описанного в работе [4].

мм

ОХЛ

0,03

W во 80 100 120 1П, мм

Рис. 2. График зависимости смещения Ап зажимаемой пиноли

от ее вылета 1п

Величина упругих перемещений заготовки относительно инструмента в направлении, нормальном к обрабатываемой поверхности, (рис. 3), представляет собой алгебраическую сумму упругих перемещений, вызываемых податливостью установки (бабки изделия и задней бабки) уу\ обрабатываемой заготовки уд; шпинделя станка ус, а также собственными деформациями режущего инструмента уи, т.е.

л; =Уу + Уд + Ус + Уи-

Векторы смещений параллельны оси фрезы. Упругие перемещения в рассматриваемом направлении вызываются составляющими мгновенных сил Rami, которые для упрощения записи показаны на рис. 1 и 3 без индекса "АМ\

е) 1

Рис. 3. Схема образования погрешности формы продольного сечения

В местах закрепления возникают четыре реакции Rnz, Rзz, Rny Rзу и реактивный момент М. Реакции Rny и Rnz согласно рекомендациям С.П. Тимошенко [5] можно исключить из анализа, как не оказывающие практически заметного влияния на перемещения в направлении оси z. Для определения оставшихся реакций Rnz, Rзz и М примем за лишнюю неизвестную реактивную пару М, препятствующую повороту левого конца. Используя известную методику [5] расчета балок и метод сложения дейст-

вия сил, находим, что

М

2 РI

-1Р1

1=1

2

I - ъ,

I

(I - Ъ )3

I

3

Прогиб от момента в сечении, находящемся на расстоянии у от левой опоры,

М/

2

УМ

6 Е1

23

2 у 3 у + у

I I

2

I

3

* р/ -Iр

3 ( 2 у 3 у2 + у

,=1

12 Е1

3

I /

2

I

3

I - Ьг

Прогиб от действия сил Р,

УР = 1 Р^Ыьк^ 2 _(/ _ )2 - у 2 ) +

1 6Е11 ^ ку<Ъ

+ 1

, = 1

' Р^^Ъ- (12 - Ъ2-(I - у )2 ' 6 Е11 1 , V у7

Ъ < у </

Суммарный прогиб детали с учетом знаков

Уд =- Ур - Ум •

Подставляя в формулу (5) значения прогибов (3) и (4), получим:

Уд = - I ,=1

' р, (I - Ъ,

6 Е11

/2 -(/ - Ъ, )2 - у2

10 < у <Ъ,

I 2 - Ъ2-(I - у )2 )Ъ ,

,=1 6 Е1/ % < у </

* Р/

-I Р,/

3 ( 2 у 3 у2 + у

,=1

12 Е1

3

//

2

/

3

/ - Ъ, (/ - Ъ, )3

/

/3

Наибольшие значения прогиба будут на участке от у = 0,423/ и до у = 0,577/ [5] независимо от точки приложения сил, причем величину прогиба на этом участке можно принять постоянной и равной максимальному прогибу. Возможны 2 случая соотношения ум и ур : 1) Ур< Ум (рис. 4, а) и 2) ур > ум (рис. 4, б).

Учитывая предыдущие допущения и подвижный характер нагрузки, можно сделать вывод, что наибольшее значение прогиба находится в пределах значений, вычисленных при у, равном 0,4231- и 0,5771 Для случая ау

3

/

/

= 0,27 (bj= 0; b2= 0,207; b3 = 0,0,47; b4= 0,67 ¿>5=0,87), z' = 5

7=0,423/ 9,5£7

7=0,577/ 10£7

Так, например, при обработке заготовки, представленной на рис. 5, с режимом Кф = 180 м/мин, = 0,5 мм, / = 0,5 мм, /Wmax = 730 Н макси-

мальные прогибы ^

7=0,577/

= 00061 мм.

= 0,00068 мм, у

7=0,423/ ^

Особо следует отметить недостаточную жесткость бабки изделия. С учетом податливости звеньев технологической системы величина седлооб-разности для рассматриваемого примера

А = 0,1695 - 0,124 = 0,0455 мм.

/ ./ /

Ч 1

iC

1 i

]

х=0Л231

х=0.5771

х=0Л231

х=05771

а б

Рис. 4. Зоны наибольшего прогиба заготовки под действием сил

Согласно рекомендациям [6] погрешность формы, если она не оговорена техническими условиями, не должна превышать 1/3 поля допуска (для типовых деталей отрасли эта величина составляет 0,035 мм), Для того, чтобы отклонение профиля продольного сечения не превышало этой величины, значение жесткости бабки изделия и задней бабки должны быть примерно одинаковыми и не менее 85 кН/мм.

г/ / / / / / / / / /- / х / / /

J

7 / / / / /

/

/ / \г / / / 10

\ / / ч

/ /

/ / / / / / / / //~7~/ / / /

15 240

260

300

Рис. 5. Эскиз заготовки

Таким образом, найденные зависимости позволяют определить погрешность формы детали в продольном направлении при известных силовых зависимостях и жесткости элементов технологической системы, или наоборот задать необходимые параметры жесткости для получения заданной точности.

Список литературы

1. М.В. Грязев, А.В. Степаненко. Перспективные технологии обработки поверхностей вращения фрезерованием/Известия ТулГУ. Серия Технические науки. Тула. 2010. Вып. 2. Ч. 1. С. 130-136.

2. М.В. Грязев, А.В. Степаненко. Фрезерование наружных цилиндрических поверхностей цилиндрическими фрезами/Известия ТулГУ. Серия Технические науки. Тула. 2010. Вып. 2. Ч. 1. С. 137-140.

3. М.В. Грязев, А.В. Степаненко. Фрезерование наружных цилиндрических поверхностей торцовой фрезой/Известия ТулГУ. Серия Технические науки. Тула. 2010. Вып. 2. Ч. 1. С. 140-148.

4. Трошенский С.П. Расчеты точности обработки на металлорежущих станках. - М.: Машиностроение, 1974. 203 с,

5. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. 8-е изд. М.; Л.: ГИЗ, 1929, 587 с.

6. Палей М.А. Отклонения формы и расположения поверхностей. М.: Изд-во стандартов, 1965. 118 с.

A.V. Stepanenko

RESEARCH OF ACCURACY OF THE PROFILE OF LONGITUDINAL SE-CHENY WHEN MILLING EXTERNAL CYLINDRICAL SURFACES

In article cumulative influence of forces of cutting and rigidity of elements of technological system on accuracy of the processed surface in longitudinal section is considered when processing surfaces of rotation by milling. Deformations paid off with the help of the theory of elasticity and technology of mechanical engineering. Are defined on trebnye values of rigidity of elements of technological system for ensuring the set accuracy of processing.

Key words: technological system, accuracy of processing, deformation, forces of cutting, rigidity.

Получено 24.08.12