CC BY
16
УДК 621.9.06-115
Иванов В. И., Клюева Е.В.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В КОНИЧЕСКОМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ
Важнейшим параметром, определяющим исходные данные для проектирования механизмов извлечения хвостовиков инструментов из шпинделей металлорежущих станков, является величина усилия выпрессовки. Анализ схемы сил, действующих в коническом инструментальном соединении, показывает, что сила, необходимая для выпрессовки хвостовиков инструментов в случае использования самотормозящих соединений (конуса Морзе и метрические) зависит, в первую очередь, от осевой составляющей силы резания, погрешности изготовления деталей конического соединения и коэффициента трения в соединении. Силы резания, действующие вдоль оси инструмента, запрессовывают хвостовик в отверстие шпинделя. Коэффициент трения в соединении зависит от большого числа факторов, основным из которых является наличие смазки на контактных поверхностях соединения.
Экспериментальному исследованию подвергались образцы соединений в виде втулки и оправки, выполненные в соответствии с техническими условиями на коническое отверстие в шпинделе станка и на конический хвостовик инструмента. Размеры образцов соответствовали соединению с конусом Морзе 5 и были изготовлены с различными допусками на угол уклона хвостовика. Относительная толщина стенки втулки, т.е. отношение наибольшего диаметра конического отверстия к диаметру наружной поверхности втулки, принималось равной 0.5, что близко к соотношениям, используемым в практике.
Исследование соединений производилось на специальном стенде (рис. 1)
Рис. 1 - Стенд для исследования конических соединений
На основании жестко закреплены головки 1 и 2. В головке 1 установлено нажимное устройство в виде винта. В головку 2 устанавливается образец соединения 3. Сначала оправка запрессовывается во втулку, затем соединение поворачивается другой стороной и распрессовы-ваетея. Гидравлический динамометр 4 позволяет измерить осевые усилия при запрессовке и выпрессовке оправки из втулки. Каждая оправка во втулку запрессовывалась и выпрессовыва-лась шесть раз в шести различных положениях относительно оси для усреднения влияния неточностей изготовления в поперечном сечении.
В первой серии опытов контактные поверхности деталей соединения тщательно обезжиривались. Во второй серии на контактные поверхности наносился тампоном тонкий слой ма-
шинного масла (индустриальное 20). Усилие запрессовки во всех опытах было принято одинаковым Р3 = 30000 Н. Полученные экспериментальным путем величины усилий выпрессовки оправки из втулки были подвергнуты статистической обработке. Результаты экспериментального исследования показаны на рис. 2.
щ
30
20 Ю
0 10 20 30 40 50 60 (о(о--ОЦ),£
Рис.2 - Результаты исследования силы выпрессовки
1 - обезжиренные поверхности;
2 - поверхности со смазкой.
На рисунке по горизонтальной оси отложены величины разности углов уклона оправки Оо и втулки Ов в угловых секундах, по вертикальной оси - усилие выпрессовки Рв.
С увеличением разности,углов уклона деталей соединения, т.е. снижением точности изготовления, усилие выпрессовки увеличивается. Как видно на графике, при обезжиренных контактных поверхностях (кривая 1) сила выпрессовки не превышает силу запрессовки. В этих условиях Рв = (0.85 ... 0.93) Р3. Наличие смазки резко изменяет условия контакта в соединении. Снижение точности изготовления деталей соединения в этих условиях ведет к довольно быстрому увеличению усилия выпрессовки, которое при величине разности углов более 40 угловых секунд превышает усилие запрессовки (кривая 2). В условиях смазки Рв = (0.5 ... 1.25) Р3. Это можно объяснить тем, что в условиях высоких давлений вязкость смазки существенно увеличивается, что ведет к увеличению коэффициента трения в соединении.
о 2
А Уо —Ъ /4 "25—
О
