CC BY
124
УДК 621.941, 621.9.06
КОМПЕНСАЦИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ ИСКРИВЛЕННЫХ ЗАГОТОВОК
И. А. Матвеев, А.В. Киселев, А.С. Ямников
Рассмотрено влияние положения плоскостей центрирования (зажимных механизмов) на радиальное биение заготовок при наличии исходной кривизны оси заготовки. Показано аналитически, что оптимально располагать плоскости центрирования на расстоянии 0,1464 длины заготовки от её торца.
Ключевые слова: кривизна, трубная заготовка, токарная обработка, точность.
Современный этап развития техники требует точного изготовления тонкостенных труб. Особенно это важно, в ответственных областях: нефтедобывающей, самолето- и ракетостроении, криогенной технике и холодильных установках, космических и военно - промышленных разработках.
Одновременно с увеличением количества тонкостенных труб повышаются и технические требования к точности размеров поверхностей, формы и их взаимого расположения. Для таких деталей важны все этапы изготовления, и законы технологической наследственности играют важную роль при разработке технологического процесса.
Наследственные связи как повышают, так и понижают показатели качества, поэтому важно на каждом этапе изготовления тонкостенных труб учитывать влияние их наследственности на характеристики детали [1, 2].
Исходная овальность, кривизна оси заготовки и силы закрепления при любом технологическом воздействии влияют на деформации заготовки и вызывают погрешности центрирования перед механической обработкой, сборкой или контролем. Для тонкостенных трубных деталей эти погрешности в ряде случаев превышают допуск и могут вывести деталь из разряда прецизионных [3].
По этим причинам изыскание причин технологической наследственности погрешностей формы и всемерное совершенствование путей, а также разработка способов и средств, обеспечивающих заданную точность выходных параметров тонкостенных трубных деталей и снижающих трудоемкость их изготовления, является важной технической задачей [4-7].
При базировании заготовки с искривленной осью ее кривизна ек приводит к смещению в плоскости (Р) центра заготовки А относительно центра приспособления О на расстояние Ае^ к, которое назовем радиальной погрешностью центрирования, обусловленной кривизной заготовки. Кроме этого поперечное сечение заготовки (О) также отклоняется от обра-
батываемой плоскости (Р) под углом в, который назовем угловой погрешностью (рис. 1).
Рис. 1. Центрирование трубной заготовки.
Радиальная и угловая погрешности
Механизм образования погрешностей Ае^ к и Ь зависит не только от кривизны ек, конструктивных параметров приспособления, но и от методов базирования, как будет показано далее. При обработке труб для установки заготовок на металлорежущие станки часто применяют универсальные станочные приспособления: патроны и вращающиеся центры. Применяются 4 типа схем установок:
- одним патроном (консольная установка для «коротких» заготовок);
- двумя патронами или цанговой оправкой с двумя плоскостями центрирования (в двух плоскостях);
- патроном и центром;
- патроном и обратным центром.
Далее рассмотрим влияние кривизны ек на погрешности Ае^ к и Ь, и критерии их уменьшения для второй схемы установки, наиболее часто применяемой при обработке длинных труб.
На рис. 2, а представлена схема базирования трубной заготовки в двух плоскостях.
В этом случае зажимное приспособление может содержать два основных узла: патрон и люнет; цанговый зажим и люнет; или двойную цангу.
б
Рис. 2. Центрирование трубной заготовки в двух базирующих плоскостях: а - геометрическая модель; б - расчетная схема
При такой схеме обрабатываемой поверхностью может быть наружная или внутренняя цилиндрическая, при этом продольная составляющая сила резания не должна превышать суммарную силу зажима [8-15]. Обращаясь к расчетной схеме на рис. 2, б, имеем:
- ось 1 з - линия центров поперечных сечений заготовки (ось заготовки);
- ось Хо - ось приспособления, совпадающая с осью вращения
станка;
- точки О1, О2 - центры двух базирующих сечений, расположенные на пересечении осей 1 з и Хо;
- сечение С - поперечное сечение заготовки с центром С, где С -серединная точка дуги О1О2. В этом случае сечение С перпендикулярно оси станка.
Как указано выше, радиальными погрешностями центрирования в торцах А, В и сечении С, которые обозначим как А£^к(А), А£^к(В),
Аеб к (С), являются соответственно расстояния от точек А, В, и С до оси
Хо.
И соответственно угловым погрешностям в торцах А, В, и сечениях О1, О2, обозначенным как Ь(А), Ь(В), Р(О^, РО2), являются углы, показанные в расчетной схеме (см. рис. 2, б).Обозначим расстояния, измеренные вдоль оси Хо между А, В, буквой L (исходную длину заготовки), а расстояния АО1 - /1, BО2 - /2, OlО2 - 1о , углы между торцами А и В буквой у, между сечениями центров А и О1 - У1, между сечениями центров В и О2 - У 2, между сечениями центров О1 и О2 -у о.
Рассматривая дугу АВ как сегмент с радиусом Яс и стрелой ек (исходной кривизной заготовки), после преобразований получим:
I?
ек = —, (1)
к 8Яс W
откуда
L2
Я = ^. (2)
8ек
Обозначим т = /1; т2 = ; то = , (очевидно, что т + ^2 +тз = 1).
Из-за того, что кривизна ек мала относительно длины заготовки L (ек << L), расстояния /- (- = 0, 1, 2) считаются длинами дуг и соответствующие им углы у- (- = 0, 1, 2) определяются по формулам:
У = ^ = = т .у, (3)
Яс кс
L 8ек
где у = — = —к - угол между двумя торцами, или
Яс L
у ■ L = 8ек. (4)
С учетом представленного выше, получаем:
ß( А)=^+y = (m0+mi)y=(m0+mi)8^, (5)
А8б.к (А) = /i[ß( A) - У-] = rniL(m0^+mi)y = 4mi(m0+miK; (6)
ß( В) =+y 2 = (m°+m2).y=(m°+т2)^, (7)
Аеб.к (В) = /2
ß( 5) -У 2
2
ß(öi )=ß(ö2 )=y20 = mo •у=то8^к; (9)
4m2(mo +т2)ек; (8)
р(С) = 0; 10)
Деб.к(С) = т1ек. (11)
В этой схеме радиальная погрешность Деб к может достигать максимальной величины только в торцах А, В и сечении С, угловая погрешность Ь может быть максимальной в торцах А, В, а в сечении С всегда равна нулю. Поэтому наилучшее положение базирования заготовки соответствует тому, при котором максимальная из величин Дебк(А), Деб к (В), Деб к (С) достигает минимума. Это происходит когда
2-л/2 л/2
т = т2 = = 0,1464; ^0=то = ^ = 0,7071, (12)
то есть
е
Деб.к (А) = Деб.к (В) = Де^ (С) = -2, (13)
Ь( А) = Ь( В) = У = . (14)
Таким образом, можно сделать вывод, что кривизна оси заготовки вызывает при базировании по двум плоскостям радиальную погрешность (линейную) и угловую погрешность центрирования. В зависимости от параметров заготовки и требований к обработке, для уменьшения радиальной погрешности заготовка должна устанавливаться в двух плоскостях, причем расстояния от плоскостей действия центрирующих элементов до торцов должны соответствовать условию: /1 = ¡2 = 0,1464Ь, где Ь - длина заготовки.
Список литературы
i. Киселев В.Н., Нгуен Хыу Луен, Ямников А.С. Происхождение отклонения от круглости тонкостенной трубы, нагруженной на определенной длине / МТКЭИК «Технология машиностроения 2006»: Труды ЭИК по
i97
технол. машиностроения, ТулГУ, 2006. Режим доступа http//www. nauka. tula. ru., свободный. № регистрации 0220409933.
2. Ямников А.С., Чуприков А.О., Иванов В.В. Уменьшение влияния технологической наследственности при токарной обработке тонкостенных сварных корпусов // Вестник Рыбинского государственного авиационного технического университета им. П.А. Соловьева. 2014. № 1 (28). С. 142-148.
3. Нгуен Хыу Луен, Киселев В.Н., Ямников А.С. Геометрические параметры качества труб // Известия ТулГУ. Технология машиностроения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С. 27-31.
4. Ямников А.С., Киселев В.Н., Нгуен Хыу Луен. Анализ способов установки нежестких заготовок с существенными отклонениями от цилин-дричности // Известия ТулГУ. Серия «Технология машиностроения». Вып. 2. Тула: ТулГУ, 2004. С. 18-22.
5. Ямников А.С., Киселев В.Н., Нгуен Хыу Луен. Погрешность центрирования трубной заготовки с овальностью // Известия ТулГУ. Серия «Машиноведение, системы приводов и детали машин». Тула: ТулГУ, 2006. С. 224-230.
6. Дьячков В.С., Семин В.В., Ямников А.С. Влияние способа установки на точность обработки тонкостенных труб // Исследования в обл. технологии мех. обработки и сборки машин. Тула: ТПИ, 1979. С. 125-139.
7. Чуприков А.О., Иванов В.В., Ямников А.С. Обеспечение точности изготовления резьбовых полузамков на тонкостенных сварных корпусах: монография. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. 137 с.
8. Ямников А.С., Чуприков А.О. Моделирование погрешностей закрепления тонкостенных сварных корпусов в трехкулачковых патронах / Наукоемкие технологии в машиностроении. 2014. № 8 - 2. С. 18-22.
9. Быков Г.Т., Маликов А.А., Ямников А.С. Центрирование овальных тонкостенных цилиндров на цанговой оправке // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2009. № 1 - 1. С. 10-17.
10. Семин В.В., Жижин Н.Н, Ямников А.С. Анализ способов механической обработки искривленных нежестких цилиндрических деталей / Исследования в обл. технологии механической обработки и сборки машин. Тула: ТПИ, 1983. С. 29-36.
11. Быков Г.Т., Маликов А.А., Ямников А.С. Определение погрешности базирования тонкостенных цилиндров при установке на цанговую оправку // «Технология машиностроения». 2010. №1. С. 21-24.
12. Иванов В.В., Чуприков А.О., Ямников А.С. Снижение систематических погрешностей при токарной обработке тонкостенных сварных корпусов: справочник. Инженерный журнал. 2013. № 9. С. 31-36.
13. Ямников А.С., Чуприков А.О. Повышение точности токарной обработки путем минимизации деформационных погрешностей / Проблемы и достижения в науке и технике: сборник научных трудов по итогам
международной научно-практической конференции. Омск, 2014. С. 15-17.
14. Устройство для закрепления тонкостенных труб. Дьячков В. С., Семин В.В. Киселев В.Н. [и др.] А.с. № 806282 (СССР) БИ № 7, 1981 г.
15. Семин В.В., Логунов В.М., Ямников А.С. Влияние деформаций тонкостенных резьбовых деталей на точность сборки // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1991. № 2. С. 74-82.
Матвеев Иван Александрович, асп., ivan_matveev@list.ru. Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Киселев Андрей Владимирович, магистрант, andrewkiselev1807@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ямников Александр Сергеевич, д-р техн. наук, проф., Yamnikovasamail.ru. Россия, Тула, Тульский государственный университет
COMPENSATION OF INFLUENCE OF THE TECHNOLOGICAL HEREDITIES WHEN TURNING THE BENT PREPARATIONS
I.A. Matveev, A. V. Kiselyov, A.S. Yamnikov
Influence of provision of the planes of centering (tightening mechanisms) on a radial beating of preparations with initial curvature of an axis of preparation is considered. It is shown analytically what optimum to have the centering planes at distance of 0,1464 lengths of preparation from its end face.
Key words: curvature, pipe preparation, turning, accuracy.
Matveev Ivan Aleksandrovich, postgraduate, ivan matveeva list.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kiselyov Andrey Vladimirovich, undergraduate, andrewkiselev180 7ayandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yamnikov Alexander Sergeyevich, doctor of technical sciences, professor, Yamniko-vas@mail.ru, Russia, Tula, Tula state university
