Экспериментальное определение сил резания при касательном фрезеровании тел вращения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СИСТЕМ И КОМПЛЕКСОВ

УДК 621.9.04;07

М.В. Грязев, д-р техн. наук, проф., ректор, (4872)35-21-55, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ), А.В. Степаненко, ассист., (4872)33-23-10, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ РЕЗАНИЯ ПРИ КАСАТЕЛЬНОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

Описана экспериментальная установка для определения силовых зависимостей при касательном фрезеровании тел вращения. Выведены эмпирические зависимости, определены потребная мощность резания и силы подачи.

Ключевые слова: фрезерование тел вращения, мощность резания, экспериментальная установка силовые зависимости.

Для черновой обработки заготовок артиллерийских снарядов, полученных горячей штамповкой, целесообразно вместо точения применять фрезерование, что дает гарантированное дробление стружки. Процесс касательного фрезерования имеет определенные специфические особенности, отличающие его от традиционных процессов фрезерования. В работе, как это нетрудно заметить из схемы формообразования, участвует лишь широкая режущая кромка, вдоль которой перемещается зона контакта инструмента и заготовки. Это обстоятельство не позволило непосредственно использовать известные формулы [1] для определения усилий и режимов резания при фрезеровании. В связи с этим были поставлены специальные эксперименты для определения усилий и режимов резания. Для исследований была изготовлена экспериментальная установка, общий вид которой показан на рис. 1.

Установка монтировалась на горизонтально-фрезерном станке 6Р83Г. На шпиндель последнего закреплялась резцовая головка 1, а на столе - задняя бабка 2 и бабка изделия 3, сообщающая круговую подачу заготовке 4. Для подвода заготовки в зону резания, врезания и отвода после завершения цикла обработки использовалась поперечная подача салазок.

На рис. 2 показаны схема расположения бабки изделия и задней бабки относительно резцовой головки и кинематическая схема бабки изделия.

Рис. 1. Общий вид установки

Рис. 2. Схема установки резцовой головки и заготовки и кинематическая схема бабки изделия

Для ступенчатого регулирования частоты вращения заготовки служили блок зубчатых колес (2 = 21, 2 = 50) и сменные колеса В и А. В соответствии с кинематической схемой круговая подача рассчитывалась по формуле

5

М - пэ

130 2 . 18 А 1 ^

— К - ------ъОд

пэ А

л-

д,

(1)

90 50 п 18 В 52 д 900 п В д У J

где пэ - частота вращения вала электродвигателя, гп - передаточное отношение переключаемого блока зубчатых колес.

При заданной подаче передаточное отношение сменных колес

А 9005М

В ^д^п

При обработке тел вращения фрезерованием необходимо обеспечить высокую крутильную жесткость на последнем звене-шпинделе. В экспериментальной (и промышленной) установке для этой цели была предусмотрена дуплексная червячная передача 1:52.

На установке обрабатывались заготовки типа стаканов, имевшие со стороны глухого торца центровое отверстие. Для центрирования и передачи крутящего момента при обработке незакаленных заготовок использовались рифленые центры, а при обработке закаленных заготовок - разжимная оправка.

Для проведения технологических расчетов и определения мощности электродвигателя главного движения при проектировании специального станка и оснастки следует располагать данными о действующих в процессе резания окружных силах РОм и силах РАМ, параллельных оси инструмента и названных для краткости осевыми (рис. 3).

I

Рис. 3. Схема действия сил резания при касательном фрезеровании

При фрезеровании резание осуществляется одновременно несколькими зубьями, и действующие усилия являются суммой усилий, возникающих на отдельных зубьях. Поэтому были проведены специальные эксперименты для установления характера изменения мгновенных усилий резания и связи этих усилий с режимом обработки.

Исследования проводились на станке 6Р83Г с двигателем мощностью Ыэ= 10 кВт при обработке стали 45X1 с пределом прочности а в = 905 МПа. В качестве режущего инструмента применялась однозубая фреза - динамометр (рис. 4), оснащенная пластиной твердого сплава Т15К6 с механическим креплением клином.

Размеры пластины соответствовали форме № 123 (длина режущей части 40 мм). Геометрические параметры режущей части пластины у= 0°, X = 0°, а = 8°, ф = 0°, ф1 = 0°, диаметр инструмента Оф= 250 мм, длина обработки I = 125, т.е. отношение ¡Вф = 0,5.

Это отношение соответствовало реальному отношению

у обрабатываемых типовых деталей. Съем сигналов осуществлялся специальным токосъемником. Тарировка измерительной системы производилась при статическом нагружении в начале и конце каждой серии экспериментов (рис. 5).

Рис. 4. Фреза-динамометр

Рис. 5. Тарировка осевой силы

Для тарировки использовался динамометр типа ДОС системы Н.Г. Токаря [2]. Усилие тарировки для каждой составляющей силы резания воспринималось измерительным устройством по той же силовой схеме, что и в процессе резания. Тарировочные графики для обеих составляющих силы резания имели четкую линейную характеристику.

Вначале было сделано предположение, что связи между силами и параметрами процесса резания выражаются уравнениями

Р

ОМ - СР/ ф кр"

р.ы - СР У1АБ?МХл

(1) (2)

ЛМ СРАУ ф кр "

где РОм и РАМ - соответственно окружная и осевая мгновенные силы.

После обработки осциллограмм были выведены формулы для определения максимальных мгновенных и средних окружной и осевой сил. После соответствующих преобразований были формулы для определения максимальных мгновенных окружной и осевой сил для ¡Юф = 0,5 приобрели вид

Р

8,88^0,81,0,65 е кр1

7250^ °,65

ОМ >

0,18 ф

0,18 ф

(3)

e8,29S0,8L0j2 з^У'72

P __z кр___z кр__(4)

±AMmax Т/0,17 Т/0,17 • (4)

V ф V ф

Для расчета эффективной мощности удобно использовать среднюю окружную силу, приходящуюся на I зуб и определяемую формулой

1 V к

POcp _ 1 {POMdV. (5)

p <

Так как дуга контакта заготовки и инструмента находится между точками А1 и А2, то угол контакта (см. рис. 3)

V _ Vк - Vн _ A _ 2arctg0,5 l-. (6)

В пределах угла V к - V н контакта имеется зона, на которой длина рабочего участка режущей кромки не изменяется. Границами этой зоны являются точки B1 и В2, положение которых определяется углом

Vi _ 2ZBOB' _ 2arctg--0,51 • (7)

h + t (2 Rd +1 )

С учетом зависимостей (5) - (7) формулу для расчета средней окружной силы, действующей на зуб фрезы, можно представить в следующем виде:

POM max (V1 + v) pg '

p _ om max \ . ± . / _ OM max POcp - ~ -

2л Л

Эффективная мощность

0,5/

arctg-

h + yl t (2Яд +1)

(8)

= PocpK^ ф 60200

Зная характер изменения мгновенной силы на 1 зубе и угловой шаг зубьев, в каждом конкретном случае можно построить график изменения суммарной осевой силы и найти ее максимальное значение. Очевидно, что при этом всегда будет выполняться условие

Т? < р 7

JMmax — ± AMmax^ф,

где 2ф - число зубьев, одновременно находящихся в контакте с обрабатываемой поверхностью.

Найденные эмпирические зависимости позволяют определить мощность привода главного движения и потребное усилие механизма подачи.

Список литературы

1. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. 344 с.

2. Солянкин Д.Ю., Ямников А.С. Экспериментальные исследования сил резания при фрезоточении резьбы// Известия Юго-Западного государ-

ственного университета. Сер. Технические науки. 2011. № 1 (34). С.113-120.

M.V. Gryazev, A.V.Stepanenko

EXPERIMENTAL DETERMINATION OF FORCES OF CUTTING AT KASATEIN MILLING OF BODIES OF ROTATION

Experimental installation for determination of power dependences at kasatelny milling of bodies of rotation is described. Empirical dependences are deduced, the potrebny capacity of cutting and force of giving are defined.

Key words: milling of bodies of rotation, cutting capacity, experimental installation power dependences.

Получено 17.10.12

УДК 621.79; 621.9

В.М. Грязев, студент, (4872) 33-23-10, [email protected] (Россия, ТулГУ, Тула)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАКТИЧЕСКОЙ ПЛОЩАДИ КОНТАКТА ПОВЕРХНОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ

Рассмотрены методы определения фактической площади контакта реальных поверхностей. Даны их сравнительные характеристики. Показано, что среди точных методов наиболее простым является адгезионный с вакуумным напылением угольных пленок, однако в цеховых условиях более приемлемыми являются методы контроля контакта поверхностей по краске или копоти.

Ключевые слова: площадь контакта, реальные поверхности, методы контроля отпечатка поверхностей.

Контакт идеальных поверхностей может быть представлен тремя видами сопряжения. Поверхности одинаковых параметров имеют полный (100 %-ный) контакт, например, поверхности общего вида (рис. 1, а), плоские (рис. 1, б). По линиям контактируют линейчатые поверхности с плоскостями (рис. 1 ,в) и нелинейчатые с поверхностями общего вида, но с одним общим параметром (рис. 1,г). Контакт поверхностей с различными параметрами осуществляется в точке (рис. 1, д).

Реальные поверхности деталей машин по своей общей форме и местному рельефу лишь приближаются к своим идеальным прообразам. Понятие пятна контакта как меры плотности прилегания отдельных сопрягающихся элементов применимо к реальным поверхностям. Контакт реальных поверхностей отличается от идеального номинального контакта, площадь которого равна номинальной площади соприкосновения двух поверхностей, заданных в чертежах одинаковыми параметрами. В соответствии с этим различают [1] фактическую и контурную площади контакта.