Формирование параметров точности наружных прерывистых поверхностей деталей типа тел вращения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.924.56

О. С. ЛОМОВА

Омский государственный технический университет,

ФОРМИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОЧНОСТИ НАРУЖНЫХ ПРЕРЫВИСТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ_

В-статье рассмотрены вопросы обеспечения точности размера и формы цилиндрических прерывистых деталей. Доказано, что одним из источников образования погрешности формы являются зазоры в подвижных соединениях узлов станка. С целью исключения их влияния предложено применение разработанной принципиальной схемы поджима узлов станка совместно с рациональным выбором линии измерения. Ключевые слова: точность обработки, формообразование, прерывистые поверхности цилиндрических деталей, линия измерения, коррекция узлов станка.

Конкурентоспособность машиностроительных изделий, в том числе и оборонного назначения, связана с проблемами обеспечения высоких требований к точности размеров и формы поверхностностей изготавливаемых деталей.

Финишная обработка цилиндрических заготовок влияет на процесс формирования обрабатываемых поверхностей. Для анализа формообразования цилиндрических прерывистых поверхностей при обработке рассмотрено круглое врезное шлифование. Исследования заданного процесса показали, что погрешность обработки зависит от технологических параметров, характеризующихся режимами резания, и от конструктивных параметров абразивного инструмента с прерывистой поверхностью.

Технология обработки прерывистых поверхностей в центрах круглошлифовальных станков применяется для получения деталей типа шлицевых и шпоночных валов, зубчатых колес и т.п. Обработка заготовок с прерывистыми поверхностями ведётся в напряженном динамическом режиме и влияет на процесс формирования размера и формы поверхностей посредством

Смещение

над впадиной

гиил

Смещение при л « / обработке раек V / выступа от Ру

Рис. 1. Осциллограмма процесса обработки прерывистой поверхности

изменения сил резания. Анализируя формообразования выступов обработанных деталей в поперечном сечении, установлено, что погрешность формы является следствием проявления меняющихся сил резания, резкого их изменения при шлифовании выступа поверхности, и наличия зазоров в узлах станка [ 1 ].

Точность обработки и форма выступа детали зависит от изменения радиуса-вектора обрабатываемой поверхности и обусловлена перемещением инструмента и детали относительно друг друга. При неизменности такого положения деталь будет иметь правильную геометрическую форму, и её выступы будут выполнены без искажений. Однако при обработке в центрах даже гладких поверхностей происходит изменение расстояния между осью детали и осью шлифовального круга. В этой связи исследование вопроса образования погрешности формы выступа при обработке цилиндрических прерывистых деталей на крутлошлифовальном станке представляет определенный интерес.

Для более полного определения величины отклонения формы выступа учитывались динамические явления при шлифовании в центрах станка и были выведены расчетные зависимости изменения перемещения оси детали от времени врезания. В результате расчетов получен характер изменения формы выступов деталей с прерывистой поверхностью для различной жесткости и сил резания, который был подтвержден и экспериментально [2].

Повысить точность обработки прерывистых деталей — тел вращения можно за счёт рационального выбора линии измерения при применении приборов активного контроля, контролирующих размер и геометрическую форму детали непосредственно в про-цессе обработки [3].

На рис. 1 представлена осциллограмма процесса обработки детали с прерывистой поверхностью. Анализ процесса резания, судя по осциллограммам, указывает, что во время прохождения шлифовального крута над впадиной прерывистой поверхности ось вращения детали возвращается в исходное положение. Следовательно, если измерение размера выступа производить в момент прохождения впадины перед шлифовальным крутом, то есть в момент отсутствия резания, то погрешность схемы измерения

мин

\ мин

а)

б)

Рис. 2. График рассеивания размеров при обработке прерывистых поверхностей: а) измерение в момент процесса резания; б) измерение при отсутствии контакта режущей поверхности круга и выступа детали

Ж

Передняя бабка

щ ¡¡£1

I, мин

а)

б)

Рис. 3. Принципиальная схема коррекции узлов станка: 1 — вход; 2 — кран; 3 — влагоотделитель; 4 - стабилизатор давления; 5 - манометр; 6 - мембранные коробки; 7 - шлифовальный круг

резко уменьшится из-за отсутствия сил резания. При этом важным показателем является время измерения {т, в течение которого технологическая система не находится в нагруженном состоянии (режущая поверхность круга проходит над впадиной прерывистой поверхности).

Для круглого шлифования прерывистой поверхности с углом ф, соответствующим впадине по обрабатываемой поверхности радиуса г при её длине 1 = г- ср и окружной скорости детали у, время измерения находится по формуле:

т

V V

Учитывая, что радиальные смещение оси детали при обработке прерывистой поверхности приходится на момент контакта шлифовального круга с деталью, линию измерения необходимо располагать так, чтобы замеры производились в момент отсутствия контакта режущей поверхности круга и выступа детали. На рис. 2 представлены графики рассеивания размеров при обработке прерывистых поверхностей в момент процесса резания и при отсутствии контакта режущей поверхности круга и выступа детали. Режимы шлифования, материал обрабатываемых деталей обеих партий и их термическая обработка были одинаковы. Рассеивание размеров обработанных деталей первой партии составило 24мкм надиаметр (рис. 2а), для второй — 10 мкм (рис. 26), что на 40% точнее.

Для уменьшения влияния смещений оси детали на I точность измерения прибором активного контроля

Рис. 4. Графики рассеивания диаметров обработанных заготовок: а) без коррекции узлов станка; б) с коррекцией узлов станка

линию измерения следует располагать перпендикулярно вектору смещения оси вращения детали, то есть под углом 20° к вертикальной оси, а контролируемое сечение выбирать в середине обрабатываемой поверхности детали [3]. Выбор линии измерения в целом позволит повысить точность обработки за счёт исключения влияния силовых деформаций технологической системы. Если располагать линию измерения перпендикулярно вектору смещения детали, то погрешность формы выступа детали при обработке в центрах может быть значительно снижена.

Уменьшить погрешность обработки деталей с прерывистыми поверхностями можно также за счет снижения погрешности формы, как в поперечном, так и в продольном сечении, учитывая технологические факторы. В продольном сечении возможно повысить точность формы за счет регулировки положения узлов станка, в поперечном же сечении такой регулировки недостаточно. Эффективным является увеличение числа шлифовальных переходов, приводящих к снижению напряженности режимов шлифования, но при этом выхаживание на переходных режимах, в течение которых часть движения подачи расходуется на упругое деформирование элементов технологической системы, может превышать половину времени обработки, а сама обработка осуществляется в нестабильном режиме. Это обстоятельство

а)

б)

Рис. 5. Круглограммы образцов с прерывистой поверхностью, обработанные на различных режимах резания: а) без коррекции узлов станка; б) с коррекцией узлов станка

а) б)

Рис. 6. Круглограммы образцов с прерывистой поверхностью: а) обработка без компенсации зазоров в узлах станка; б) обработка с выборкой зазоров в пиноли и шпинделе

усугубляется и смещением оси вращения детали, которая вносит добавочную погрешность, соизмеримую с действием сил и температур на режимах чистового выхаживания [4].

Установлено, что для повышения точности обработки необходимо создать формообразующие движения силового органа, который на каждый оборот детали будет поджимать систему станка во время смещения детали на центрах. С целью исключения влияния зазоров в шпиндельном узле шлифовального круга и в корпусе задней бабки станка разработано устройство, позволяющее стабилизировать положение пиноли в шпинделе станка [5]. Полная выборка зазора происходит при нагрузке 400 Н (без остановки вращения шлифовального круга, даже при разогреве станка). Остановка вращения шлифовального круга происходит при увеличении нагрузки на вкладыши подшипников до 600 Н.

При использовании данного устройства с усилием поджима, создаваемого сжатым воздухом, шпиндель

шлифовального круга устанавливается в положение, при котором колебание сил резания не вызывает его смещения в радиальном направлении. Аналогичное устройство обеспечивает поджим пиноли в корпус задней бабки станка. Усилие поджима пиноли и шпинделя должно быть таким, чтобы обеспечивалась нормальная работа узлов станка.

На рис. 3 представлена разработанная принципиальная схема, обеспечивающая коррекцию (поджим) в узлах станка.

Зазоры в подшипниках шлифовального круга должны иметь определенную величину, которую измеряют по величине смещения концов шпинделя при определенной нагрузке и при разогреве станка до 40°. Смещение концов шпинделя по нормам точности станков определяется в статическом режиме. Однако в результате исследований было установлено, что смещение концов шпинделя во время его вращения не соответствует смещению шпинделя в статическом состоянии. Если при приложении нагрузки к невращающемуся

шпинделю его смещение пропорционально приложенной нагрузке, то при вращении шпинделя эта зависимость нарушается. Механизм поджима имеет возможность плавного регулирования усилия. Настроив усилие поджима на 200.. .250 Н, можно обеспечить стабильность оси шпинделя, когда колебание сил резания при обработке деталей не окажет влияния на смещение оси шпинделя. Аналогично подбирается усилие поджима пиноли задней бабки станка.

На рис. 4 представлены графики рассеивания диаметров 2-х партий обработанных деталей. По графику рассеивания размеров, представленному на рис. 2 и при рациональном выборе линии измерения можно определить смещение оси детали при её обработке.

Круглограммы цилиндрических заготовок с прерывистыми поверхностями, обработанные в центрах круглошлифовального станка, показывают, что погрешность формы выступа может достигать значительной величины (рис. 5а). Для уменьшения погрешности выступа обычно увеличивают время выхаживания (рис. 56), но при этом значительно снижается производительность обработки.

На рис. 6 приведены круглограммы обработанных заготовок с прерывистыми поверхностями, при обработке одной из них использовался метод коррекции узлов станка (рис. 66). Исключение влияния зазоров в пиноли и в корпусе задней бабки станка их поджимом позволили снизить погрешность формы выступа детали в три раза при равной производительности в условиях обработки.

Таким образом, использование метода коррекции сил резания совмещённого с рациональным выбором линии измерения, позволяет значительно улучшить

геометрические параметры цилиндрических прерывистых деталей, и тем самым повысить точность их обработки в целом.

Библиографический список

1. Дальский, А. М. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин / А. М. Дальский. — М.: Машиностроение, 1975. — 224 с.

2. Оценка точности обработки прецизионных цилиндрических деталей с прерывистой поверхностью при круглом врезном шлифовании / О. С. Ломова [и др.] // Технология машиностроения. - 2006. - № 11. - С. 52-54.

3. Ломова, О. С. Технологическое обеспечение эффективности управления процессом шлифования / О. С. Ломова, С. Е. Заха-ров // Матер. XVI Межд. науч.-техн. конф. — 2010. — С. 348-350.

4. Ломова, О. С. Влияние погрешности положения центров станка на характер радиального смещения оси детали / О. С. Ломова, А. П. Моргунов, С. М. Ломов // Технология машиностроения. - 2010. - № 8(98). - С. 11 - 14.

5. Ломова, О. С. Обеспечение точности обработки цилиндрических деталей в центрах крутлошлифовальных станков / О. С. Ломова, А. П. Моргунов, С. М. Ломов // Технология машиностроения. - 2010. - № 10(100). - С. 12-17.

ЛОМОВА Ольга Станиславовна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Химическая технология органических веществ ». Адрес для переписки: e-mail: [email protected]

Статья поступила в редакцию 11.04.2011 г. © О. С. Ломова

УДК 621.923.9 к в АВЕрКОВ

Д. С. РЕЧЕНКО

Омский государственный университет путей сообщения

Омский государственный технический университет

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ШЛИФОВАНИИ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ_

В статье рассматриваются особенности шлифования жаропрочных сплавов на никелевой основе. Авторами указана значительная роль засаливания шлифовального круга при формировании качества обработанной поверхности и рассмотрена возможность уменьшения засаливания путем увеличения скорости резания. Полученные выводы подтверждены экспериментально.

Ключевые слова: жаропрочный сплав, шлифовальный круг, засаливание, адгезия, скорость резания, шероховатость.

Применение деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе характерно для многих отраслей промышленности. В газотурбинной технике из них изготавливают корпуса турбин, рабочие и направля-

ющие турбинные лопатки и детали корпусов камер сгорания. Также эти материалы активно применяются в паротурбостроении, атомной энергетике, печном оборудовании и химической промышленности.