CC BY
74
УДК 621.926
Д.В. МОИСЕЕВ, М.М. АЛИЕВ
КИНЕМАТИЧЕСКОЕ ДРОБЛЕНИЕ СТРУЖКИ ПРИ ТОЧЕНИИ
Предлагается способ деления стружки на конечные элементы за счет периодической приостановки подачи для станков с централизованной системой управления и кулачковым приводом подач. Приостановка подачи осуществляется при погружении ролика приводного рычага подач в специально профилированные канавки на рабочей поверхности кулачка. Для реализации предлагаемого метода рассматривается привод поперечных подач с профилированными кулачками для многошпиндельных полуавтоматов типа 1Б240-6.
Ключевые слова: процесс резания, станки-автоматы, стружкообразова-ние, дробление стружки.
Введение. При механической обработке резанием вязких сталей образуется сливная стружка в виде непрерывной вращающейся спирали. В отличие от стружки скалывания или надлома, характерной для хрупких и малопластичных материалов, сливная стружка представляет угрозу для работающего, уменьшает стойкость инструмента, блокирует или разрушает средства активного контроля и элементы оснастки в зоне обработки, создает проблемы ее транспортировки, утилизации и т.д.
Вопросам трансформации стружки в другой ее вид или ее дробления посвящено большое количество исследований [1-3]. Разнообразные методы дробления сливной стружки основаны на оптимизации геометрии и профиля передней поверхности инструмента, устройстве стружкодробящих заточек, рифлений, накладных стружколомов, стружкодробящих роликов, наложений на инструмент вибраций, создании режима автоколебания и др. Любой из существующих методов имеет обширный перечень недостатков и охватывает довольно узкую область предпочтительного применения. Постановка задачи и методы испытаний. На наш взгляд, данная проблема как частная задача может быть решена не за счет традиционного стружкодробления, а путем деления стружки на небольшие элементы, например, за счет периодического замедления или прерывания подачи.
В работе [2] предлагается формировать поделенную стружку в виде спирали малого диаметра и оптимальной длины за счет геометрии инструмента. Для станков с ЧПУ реализация этой стратегии может быть осуществлена путем создания привода подач с достаточно высокой частотой прерывания.
Для специализированных станков с централизованной системой управления и кулачковым приводом подач проблема стружкоделен ия может быть решена за счет перепрофилирования приводных кулачков. Данный метод может быть осуществлен на кулачковых приводах подач многошпиндельных полуавтоматов, револьверных одношпиндельных автоматов, на приводах поперечных суппортов гидрокопировальных полуавтоматов и др.
Метод не требует существенного изменения конструкции привода и связан только с модернизацией приводного копира. Перепрофилирование приводного копира в соответствии с заданным законом изменения подачи представляет определенные технологические трудности, поэтому для упрощения профилирования на существующих копирах можно прорезать плоские участки определенной ширины с определенным шагом с углом подъема спирали а=0°. При копировании ролик, выкатываясь на плоский участок, уменьшает подачу, вплоть до ее прекращения, в результате чего происходит деление стружки. В этом случае подача будет цикличной и будет состоять из фаз: погружение ролика (замедление подачи), остановка подачи (стружкоделение), подъем ролика (ускорение подачи).
Очевидно, что ширина площадок будет зависеть от диаметра ролика, угла подъема спирали копира и других параметров привода.
Длина делимой стружки зависит от количества делений на участке подъема кулачка (хода спирали). Для более эффективного процесса деления необходимо стремиться к увеличению числа делительных канавок на рабочей поверхности копира, например, за счет увеличения цикла рабочего хода, малого угла подъема спирали копира, уменьшения диаметра обкатного ролика. Поскольку эти мероприятия связаны с существенными изменениями конструкции станка, определим возможности стружкоделения исходя из реальных условий конструкции полуавтомата модели 1Б240П-6. В этом случае задача сводится:
- к определению ширины стружкоделительной площадки, ее шага и числа площадок на рабочей поверхности каждого копира из условия прекращения подачи;
- к оценке теоретической длины стружки и ее фактической длины в зависимости от диаметра обработки и времени цикла (длины хода). Результаты эксперимента и их обсуждение. На рис. 1 дана принципиальная схема кулачкового привода подач, где 1-приводной кулачок; 2-система рычагов; 3-каретка суппорта; 4-ролик диаметром D (для полуавтомата мод. 1Б240П-6 D = 40 мм).
Рис. 1. Схема кулачкового привода подач
Конструкция станка 1Б240П-6 предусматривает возможность установки 44 типов кулачков, отличающихся величиной хода от 0 до 47 мм. Ра-
142
бочий участок спирали Архимеда составляет 142°, или 3^ = 0,3972 времени цикла.
Рассмотрим условие, при котором отсутствует перемещение ролика при повороте кулачка. Для упрощения вместо круглого кулачка примем эквивалентный клиновой кулачок (рис.2).
При выкатывании ролика на площадку с a=0 (рис.З) происходит замедление подачи, остановка и деление стружки.
Геометрические параметры! кулачкового привода:
tk - r • sin a
1) k p - ширина ступеньки деления,
rp - 2 -радиус ролика, a - угол подъема спирали Архимеда;
H h•142 H•142
2) tga - -------- -------—; h - = r - r-; r = 110 мм;
2p r 2p • r • 360 360 -
h , H -подъем спирали соответственно на участке рабочего хода кулачка -142° и полного цикла - 360°;
2p r 142 c „
3) l - -------------длина рабочей части спирали кулачка;
cosa • 360
lp 2p • rt • 142
4) zk - — ---------------і г—гтг -число делений на рабочей части
tk cosa rp • sin2a 360
спирали.
Для определения длины поделенной стружки определим технологические параметры привода поперечных подач:
1) Тц - (Tp + Teen) с - полное время цикла перехода;
Тр -рабочее время цикла (соответствует 145° цикла);
Teen -вспомогательное время цикла (соответствует 360-145°);
2) пшп об/мин - частота вращения шпинделя;
3) n ного цикла;
пшп • T
-шп—- об.- количество оборотов шпинделя за время пол-60
n • 142
4) n2 - ^ ^ об.- количество оборотов шпинделя за время рабо-
3б0
чего хода.
Трдактарця
ролике
и
ж \ \ \ ж
\
В/ -у—7- »- \\ Лъ / ДГ
vo~^
{к- 22’-sind-cosd. tx= 2 sin2^
Є,
I -замедление подачи E - точке ну/іе&ой noSoqu їїї-
Рис.3. Геометрические условия приостановки подачи
Длина поделенной стружки 1г- определяется как отношение теоретической длины стружки 1С за время цикла обработки T с учетом диа-
метра обрабатываемой детали D и скорости вращения шпинделя пшп к числу стружкоделительных канавок zk :
к • D • cosa , tk • T к • D • cos2 ^ sin a • r T
- k, ц
тг} 60г
В качестве примера определим геометрические и технологические параметры стружкоделения для кулачков поперечных подач шестишпиндельного автомата 1Б240-6 (рис.4).
Рис.4. Эскиз приводного кулачка поперечных подач автомата 1Б240-6
Для общей характеристики ряда кулачков (44 штуки) рассчитаем 5 профилей с малым, средним и максимальным ходом по следующим расчетным зависимостям:
А . = 2,-г-Ш , /,
К = 110 - г,
12
г ■ sin 2а ,; zk =
360
1Р =
'•2
cosa
ік
г = 20/10 - радиус ролика (может быть 20 мм и 10 мм).
Результаты расчета приведены в табл.1.
Таблица 1
Кинематические параметры кулачков автомата 1Б240-6
Шифр копира ^, мм Г , мм а, , град. 1, ,мм 1 р , мм ік , мм zk
-04 4 106 0,8723 262,7 263 0,6 438
-10 10 1 о о 2,3106 247,84 248 1,6 155
-18 18 92 4,51 228,01 228,7 3,1 74
-26 26 84 7,12 208,18 209,8 4,9/2,45 43/86
-40 40 70 12,98 173,48 178,04 8,4/4,2 21/42
і
к
Как следует из табл. 1, с увеличением хода кулачка ширина площадки деления tk увеличивается, а число делений zk уменьшается. Для улучшения параметров стружкоделения для копиров с ходом от 20 мм и более можно рекомендовать обкатной ролик с Г = 10 мм, что приведет к двукратному уменьшению ширины площадки деления и увеличению числа делений. Следует также иметь в виду, что при отрезке прутковой заготовки (Dmax = 40 мм) ход копира для автомата 1Б240-6 может быть 20-26 мм.
Для определения длины поделенной стружки необходимо объединить геометрические и технологические параметры стружкоделения.
В табл.2 выборочно приведены расчеты для наиболее характерных операций на автомате 1Б240-6 по следующим зависимостям:
тц 142 p ■D-num
mt = ---------; L = ---------— ■ m,,
' -360' г 100 60 г
где D = Dmax = 40 мм - максимальный диаметр прутковой заготовки для
автомата 1Б240-6; mj, ltJ - соответственно период деления и длина
поделенной стружки для j 1 : Тц max 287 с при пш„ = 140
об/мин; j = 2 : Тц max = 52,9 с при пшп = 800 об/мин; j = 3 :
Тц max = 38,3 с при nu„ = 1120 об/мин.
Таблица 2
Зависимость длины поделенной стружки от технологических параметров
Шифр копира zk m1, с m2, с m3, с lii , см h 2 , см li 3 ,см
-04 438 0,26 0,048 0,034 7,5 8,0 8,0
-10 155 0,73 0,134 0,097 21,4 22,3 22,6
-18 74 1,529 0,78 0,2 44 46 46
-26 43/86 2,62/1,31 0,48/0,24 0,35/0,175 76/38 80/40 82/41
-40 21/42 5,3/2,65 0,98/0,49 0,7/0,35 153/76,5 164/82 164/82
Выводы. Из анализа результатов табл.1 и табл.2 можно сделать следующие выводы:
1. Для экстремальных случаев обработки теоретическая длина поделенной стружки составляет 75-820 мм, а с учетом коэффициента усадки k = 1,5 - 2,5 - соответственно 38-410 мм (при к = 2).
2. Длина поделенной стружки увеличивается с увеличением хода кулачка (для h = 4 мм I = 80 мм, для Ь = 26 мм I = 820 мм).
3. Параметры стружкоделения могут быть существенно улучшены при уменьшении диаметра обкатного ролика (например, с d=40 мм до d=20 мм), что является желательным условием для кулачков с ходом свыше 22 мм.
4. Проведенные исследования и выводы не являются частным случаем и могут быть использованы для любых кулачковых приводов обрабатывающих станков.
Библиографический список
1. Кичшин А.Н. Стружкодробление при обработке цветных металлов режущим инструментом с зачищающей кромкой. / А.Н.Кичшин // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. - №2. - С.19-23.
2. Михайлов С.В. Расчет рациональных условий кинематического
стружкодробления на токарных станках с ЧПУ. / С.В.Михайлов, В.Ф.Безъ-язычный // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. - №8. - С.7-
11.
3. ВолчкевичЛ.И. Автоматы и автоматические линии. / Л.И.Волчке-вич, М.М.Кузнецов, Е.А.Усов - М.: Высшая школа, 1976. - 333 с.
Материал поступил в редакцию 28.05.09.
D.V. MOISEEV, M.M. ALIEV
KINEMATIK CHIP BREAKING DURING MACHINING PROCESSES
The method of chip breaking on short elements at the expense of a periodic suspension of feeding for machine-tools with centralized control system and feed drive from a cam is offered in the given paper. The suspension of feeding is carried out at plunging a roller of an actuating arm of feeding in specially profiled grooves on a working surface of a cam. For implementation of an offered method the drive of feedinges with the profiled cams for multispindle semi-automatic machines such as 1Б240-6 is considered.
МОИСЕЕВ Денис Витальевич (1989), студент группы ВПМ31 факультета «Информатика и вычислительная техника» и студент группы ТЗТ21 заочного отделения факультета «Технология машиностроения» ДГТУ. Лауреат стипендиального гранта фонда «Наука и образования ЮФО» (2008). Область научных интересов: кинематика и динамика механических систем, информационные технологии.
АЛИЕВ Мухарби Магомедович (1962), доцент кафедры «Инструментальное производство» ДГТУ, кандидат технических наук (1992).
Окончил ДГТУ (1985).
Область научных интересов: термодинамика трения и изнашивания, резание материалов, упрочняющие технологии, инструментальные материалы, СОТС (смазочно-охлаждающие технологические среды).
Автор более 60 научных работ.
maliev@dstu. edu. ru
