Методика измерения перемещений режущих кромок сверла и упругих деформаций в системе СПИД при вибрационном сверлении

ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 224 1976

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ РЕЖУЩИХ КРОМОК СВЕРЛА И УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ В СИСТЕМЕ СПИД ПРИ ВИБРАЦИОННОМ СВЕРЛЕНИИ

Д. В. КОЖЕВНИКОВ, И. М. КОНОВАЛОВ, В. Н. ЮНДУНОВ

Для обеспечения надежного стружколомания при сверлении отверстий в жаропрочных и нержавеющих сталях в последнее время используют методы кинематического дробления, и в частности, метод наложения низкочастотных гармонических колебаний в направлении подачи сверла от постороннего источника.

В работах [1, 2] аналитически показана степень влияния каждого из параметров вибраций на кинематику процесса вибросверления. Вместе с тем, в этих работах предполагается, что режущие кромки инструмента также совершают гармонические колебания с определенной амплитудой, являющейся частью амплитуды, задаваемой вибратором, и с частотой, равной частоте возмущающей силы. Влияние жесткости системы СПИД на кинематику процесса при этом не учитывается.

Гармонические колебания инструмента задаются вибратором, жестко связанным зажимным устройством с обратной стороной стебля сверла. Система СПИД в процессе работы испытывает переменные нагрузки от воздействия возмущающей силы, а следовательно, и изменяющиеся по величине упругие деформации.

В этих условиях амплитуда задаваемых колебаний частично поглощается за счет упругих деформаций и возможных зазоров в механизмах станка.

Кроме того, крутильные колебания стебля сверла влияют на заданное системе смещение фаз и периодически изменяют фактическую скорость резания.

Без учета этих факторов расчет необходимых для нормального дробления стружки параметров принудительных вибраций может привести к значительным ошибкам и не дать ожидаемого эффекта.

Поэтому изучение влияния жесткости системы СГ1ИД на процесс глубокого вибросверления имеет большое теоретическое и практическое значение.

Для этих целей в лаборатории резания металлов ТПИ были разработаны методика и необходимая аппаратура, позволяющая провести динамические испытания системы СПИД при глубоком вибросверлении с измерением величины упругих деформаций ее составных частей.

Работа проводилась на установке для глубокого вибросверления

[з].

\и 9 Заказ 2532

129

Cx-ема установки датчиков перемещений показана на рис. 1. Вибросверление осуществлялось двухкромочными сверлами диаметром 25 мм из стали Р18 с внутренним отводом стружки. При работе сверло направлялось кондукторной втулкой 5, пригнанной по скользящей посадке к отверстию в маслоприемнике 6. На сверле 8 закреплен диск 9 с подвижными частями датчиков 1 и 2. Неподвижные части датчиков установлены на специальных платформах, закрепленных на маслоприемнике. Для исключения влияния подачи на датчики 1 и 2 маслопри-емник связан с суппортом жесткой тягой 7. Такая установка датчиков позволяет измерить осевые (датчик 1) и крутильные (датчик 2) колебания режущих кромок сверла. Осевые колебания стебля в месте его сочленения с гидровибратором измерялись датчиком 3, подвижная часть которого соединена со стеблем, а неподвижная с суппортом установки.

Рис. 1

Датчик 4 регистрировал траекторию движения суппорта, для чего ^его сердечники с катушками соединялись со станиной, а якорь с суппортом установки.

Рассматриваемая колебательная система имеет две степени свободы. Режущие кромки перемещаются вибратором в осевом направлении и имеют крутильные колебания под действием сил резания. Конструкция датчика 1 должна обеспечить надежное измерение осевых колебаний и не реагировать на крутильные. Кроме того, на холостом ходу амплитуда колебаний системы увеличивается приблизительно в 3 раза по сравнению с рабочей, в результате чего на такую же величину необходимо увеличивать рабочие зазоры датчиков 1 и 3, что приводит к резкому уменьшению чувствительности измерительной системы. Поэтому для измерения осевых колебаний на режущих кромках и в месте крепления стебля применены мощные трансформаторные датчики, которые позволяют получить значительное выходное напряжение при соответствующем соотношении числа витков измерительных обмоток и обмоток возбуждения [4, 5].

Принципиальная схема и конструкция датчиков 1 и 3 представлены на рис. 2, а. Сердечник 2 выполнен из армко-железа, жестко соединен с подвижной частью системы и точно повторяет колебания режущих кромок или стебля в зависимости от места его установки. В сердечнике прорезан паз, в который укладывается обмотка возбуждения, подключаемая к источнику питания частотой / = 500 гц и напряжением /7=40 в.

Измерительные обмотки датчика 1 намотаны на магнитопроводы т:нпа ПЛ 12,5X16X40, а у датчика 3 на ШЛ 12X20 (два полусердечника) и включены в схему встречно.

При проведении эксперимента использовались только линейные участки характеристик датчиков.

Крутизна характеристики во многом зависит от параметров элементов фильтра, поэтому величины сопротивлений и емкостей в них выбраны из условия максимальной крутизны характеристики и удовлетворительного качества записи.

Тарировочные графики с шлейфовым осциллографом МПО-2 датчиков 1 и 3 представлены на рис. 3, где Я —высота записи на фотопленке, а Ь— линейное перемещение якоря.

^ Датчик 2, предназначенный для регистрации крутильных колебаний, не должен реагировать на осевые колебания. Известные конструкции датчиков угловых перемещений при этом условии оказались непригодными из-за громоздкости их магнитных систем. Поэтому для из-

I

мерения угловых колебаний был разработан специальный датчик на базе двух тороидальных магнитопроводов, в пазах которых перемещается жестко связанный со сверлом якорь из армко-железа (рис. 2,6).

Пазы изготовлены такой величины, чтобы якорь мог свободно перемещаться совместно со сверлом в осевом направлении в пределах 1 мм. Так как суммарный зазор в каждом магнитопроводе при осевых колебаниях будет постоянным, то датчик на эти колебания не реагирует. При угловых перемещениях якорь изменяет индуктивное сопротивление плеч моста, в результате чего в его диагоналц появляется ток, пропорциональный углу поворота.

'Гарировочный график датчика 2 со шлейфовым осциллографом МПО-2 приведен на рис. 3, где а — угол поворота якоря.

Датчик 4 должен регистрировать перемещение суппорта па значительной длине, иметь большую крутизну характеристики и не перегружать при этом вибратор осциллографа во всем диапазоне измерения. Наиболее удобна для этих целей конструкция датчика, представленная на рис. 2, е. Слоистые магнитопроводы выполнены из чередующихся слоев магнитного (сталь Э-320) и немагнитного (текстолит В4) материалов. Длина подвижного магнитопровода 1\ выбрана больше длины неподвижного магнитопровода /2 на величину измеряемого диапазона перемещения суппорта. Неподвижные части магнитопроводов смещены так, что магнитные слои совпадают с немагнитными. Обмотки магнитопроводов включены по мостовой схеме. Принципиальная схема включения всех четырех датчиков показана на рис. 4. Приведенная методика измерения позволила произвести экспериментальные исследования колебательных процессов в системе СПИД с большой точностью.

#

Выводы

1. Разработана методика измерения параметров колебательных процессов в системе СПИД при вибросверлении.

2. Созданы принципиальная схема и конструкция датчика для измерения угловых перемещений режущих кромок сверла под воздействием сил резания.

3. Разработаны конструкции датчиков малых и больших линейных перемещений.

4. Методика и средства измерения позволяют произвести с большой точностью исследование колебательных процессов в системе СПИД при вибрационном сверлении.

ЛИТЕРАТУРА

1. Э. А. С а т е л ь, В. Н. П о д у р а е в и др.. Вибрационное свойство отверстий в нержавеющих и жаропрочных сталях. «Вестник машиностроения», № 1, М., 1962.

2. А. Г. Т у к т а н о в. Вибрационное сверление отверстий малого диаметра в нержавеющих и жаропрочных сталях и сплавах. Автореферат диссертации. МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1964. '

3. И. М. К о н о в а л о в, А. В. Водопьянов. Установка для исследования процесса резания при сверлении глубоких отверстий. Электромеханические устройства и электронные приборы. «Энергия», М.— Л., 1969.

4. Л. Ф. Куликовский. Индуктивные измерители перемещения. Госэнергоиз-издат, М., 1954.

5. А. М, Т у р и ч и и. Электрические измерения неэлектрических величин. Госэнерго-дат, М., 1954.

10 Заказ 2532