CC BY
6
Salnikov Vladimir Sergeevich, doctor of technical sciences, professor. [email protected] , Russia Tula, Tula State University,
Shadsky Gennady Viktorovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected] , Russia, Tula, Tula State University,
Erzin Oleg Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9.06
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-406-410
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ В ЗАГОТОВКАХ ПОНИЖЕННОЙ
ЖЕСТКОСТИ НА СТАНКАХ С ЧПУ
Е.А. Даниленко
В статье описана технология повышения точности обработки отверстий в корпусных тонкостенных заготовках. Установлено, в специальном машиностроении широкое применение получили корпусные тонкостенные детали. Отмечается, что под действием сил зажима на заготовку пониженной жесткости происходят упругие деформации, без учёта которых достижение требований конструкторской документации становится трудно достижимой задачей. Авторами экспериментальным путем установлены значения упругих деформаций из которых следовало, что после снятия прижимных усилий с тонкостенной заготовки, она возвращается в свою первоначальную форму. Данные измерения производились на многофункциональном обрабатывающем центре с ЧПУ при помощи датчика RMP40. В статье разработана схема крепления тонкостенных корпусных деталей пониженной жесткости при помощи специального приспособления-спутника. Предложен метод закрепления и способ повышение точности механической обработки отверстий в тонкостенных деталей, в результате которого происходит измерение базовой стороны заготовки, при помощи датчика RMP40, до приложения сил зажатия и после, с последующим внесением компенсаций для обработки на фрезерном станке с ЧПУ. В результате проделанной работы создана специальная управляющая программа, учитывающая упругие деформации.
Ключевые слова: тонкостенные детали, упругие деформации, станок с ЧПУ.
При проектировании в специальном машиностроении широкое применение получили корпусные тонкостенные детали. В машиностроении для повышения коэффициента использования материала применяют детали, заготовки которых получают из листового проката с последующими прессовыми операциями, приближающими форму и размеры заготовки к форме и размерам готовой детали. Данные детали получают методом штамповки и гибки [1, 2]. Это позволяет получать протяженные цельные тонкостенные детали с высокими механическими характеристиками. Однако в силу малого отношения толщины стенки к длине детали такие изделия следует относить к числу тонкостенных, которым свойственна невысокая жесткость в поперечном направлении [3], приводящая к появлению погрешностей формы, связанной с проявлениями технологической наследственности [4-7].
Опыт работы советских и российских технологов-производственников и ученых обобщен в стандарте [8], который формализует понятие «нежесткая деталь»: «Деталь, которая деформируется до такой степени, что в свободном состоянии выходит за пределы допусков размеров и/или формы и расположения, относящихся к детали в закрепленном состоянии». У большинства металлов обнаружено удивительное свойство: помнить свою форму. Материал во всех этих случаях восстанавливает свои первоначальные размеры и форму. Но так происходит только в пределах упругой деформации. То же самое происходит при зажиме тонкостенной детали перед обработкой. Деталь деформируется, а после снятия прижимных усилий с заготовки, она возвращает свою первоначальную форму. В связи с указанным свойством детали появляются погрешности изготовления, а вследствие этого и брак на производстве.
Ввиду сложностей изготовления и контроля на предприятиях машиностроения тонкостенных деталей встает немаловажный вопрос повышение точности и качества выпускаемой продукции, а без применения современного оборудования эта задача практически не возможна.
Целью работы является экспериментальное устранение погрешностей выполнения координат отверстий в корпусных тонкостенных деталей при обработке на фрезерных станках с ЧПУ.
При закреплении корпусных тонкостенных заготовок в специальных приспособлениях для обработки отверстий особенно заметными могут быть упругие деформации [9, 10]. Под действием сил зажима координаты отверстий могут искажаться. После освобождения заготовки корпуса от сил зажима приспособления ее наружная поверхность вследствие сил упругости принимает первоначальную форму, а координаты отверстия искажаются (рис. 1). Поэтому при закреплении корпусных тонкостенных заготовок в специальных приспособлениях станка следует учитывать возможные искажения их формы и размеров в процессе обработки.
6010,Ё
V
Г А А 15+0.1 / ч
еМН9
Рис. 1. Заготовка (пример базирования и простановки размера)
Предложенные ранее методы закрепления корпусных тонкостенных заготовок не обеспечивают выполнения заданных требований чертежа или приводили к удорожанию специального приспособления, путем изготовления большого количества вкладышей по внутреннему размеру 60±0,2.
Авторы экспериментальным путем получили значения упругих деформаций, из которых следовало, что после снятия прижимных усилий с заготовки, она возвращается в свою первоначальную форму. После получения данных выводов было предложено, на обрабатывающем центре с ЧПУ при помощи датчиков RMP40 фирмы RENISHAW, производить измерение положения заготовки от базы до зажима и после. Данные значения учитывались в управляющей программе и производились смещения движения инструмента при обработке тонкостенной заготовки.
Установка корпусных тонкостенных заготовок при обработке на вертикальном фрезерном станке с ЧПУ происходит следующим образом. Заготовку совместно с вкладышем устанавливают в приспособление, установленное на станине станка, и досылают до баз, без применения сил зажима.
Далее происходит измерение базовой стороны тонкостенной заготовки при помощи датчика RMP40 в автоматическом режиме (рис. 2). Данная координата по оси Y запоминается и записывается в ячейке станка.
по координате У
Рис. 2. Схема измерения базовой стороны заготовки при помощи датчика ЯМР40
Затем заготовку при помощи прижимных лапок (поз. №7) закрепляют к базовому вкладышу (поз. №6) и устанавливают в специальном приспособлении на станине фрезерного станка с ЧПУ (рис. 34).
После этого производиться еще один замер базовой стороны заготовки. Данное значение сравнивается с предыдущим, и вноситься компенсация в ноль станка по координате Y. Далее происходит центрование, сверление и развертывание отверстия с одной стороны. Затем, не раскрепляя заготовку с вкладышем, переворачивают на 180 градусов и устанавливают в базовом приспособлении. Производится еще одно измерение при помощи датчика RMP40. Полученное значение сравнивается с ранее записанным в ячейке станка, и вносится еще одна компенсация в другой ноль станка по координате Y. Затем осуществляется центрование, сверление и развертывание отверстия с другой стороны.
1 1 &У D Д-
H Jl— USE7 f <
H + J------. J £
/ -7Ч 1=1 L
/ h^i-^ H И" 3 0 О 0 m
Рис. 3. Схема приспособления: 1 - плита; 2, 3 - скоба; 4 - опора; 5 -скоба; 6 - база; 7 - прижим;
8 - пластина; 9 - болт; 10 - винт; 11 - штифт
Рис. 4. 3D модель приспособления с деталью
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы:
1. При обработке заготовок пониженной жесткости необходимо учитывать упругую деформацию металла и производить соответствующие коррективы при обработке.
2. Предложен новый, менее металлоёмкий и рациональный, метод крепления корпусных тонкостенных деталей.
3. В результате проделанной работы была разработана специальная управляющая программа, позволяющая учитывать упругую деформацию заготовок пониженной жесткости и вносить компенсацию по координатам станка.
Список литературы
1. Чудин В.Н. Вытяжка листовых изделий коробчатых форм // Кузнечно-штамповочное производство. 2002. № 6. С. 3-8.
2. Малышев А.Н., Яковлев С.С., Бессмертная Ю.В. Вытяжка коробчатых деталей с небольшими угловыми радиусами // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 4. С. 111-117.
3. Sosenushkin E.N., Yanovskaya E.A., Emelyanov V.V. Stress state and deformability of metal in axisymmetric extension // Engineering Research. 2015. Vol. 35, No. 6. P. 462—465.
4. Васильев А.С. Технологическая наследственность в машиностроении // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева. 2017. № 1(40). С. 198-202.
5. Kryvyi P.D., Dzyura V.O., Tymoshenko N.M., Krupa V.V. Technological Heredity and Accuracy of the Cross-Section Shapes of the Hydro-Cylinder Cylindrical Surfaces // ASME 2014 International Manufacturing Science and Engineering Conference collocated with the JSME 2014 International Conference on Materials and Processing and the 42nd North American Manufacturing Research Conference. 2014. Vol. 2: Processing. Detroit, Michigan, USA, P. V002T02A037. DOI: 10.1115/MSEC2014-3946.
408
6. Ямников А.С., Борискин О.И., Ямникова О.А., Матвеев И.А. Технологическое наследование свойств исходной заготовки в параметрах точности протяженных осесимметричных деталей // Черные металлы. 2017. № 12. С. 50-56.
7. Матвеев И.А., Ямников А.С. Исследование параметров точности тонкостенных протяженных осесимметричных деталей при комбинировании обработки резанием и давлением // СТИН. № 3. 2018. С. 20-21.
8. ГОСТ 30987-2003 (ИСО 10579:1993). Межгосударственный стандарт. Основные нормы взаимозаменяемости. Назначение размеров и допусков для нежестких деталей. М.: ИПК «Издательство стандартов», 2003. 8 с.
9. Ямников А.С., Матвеев И.А., Ямникова О.А. Влияние технологии изготовления секций полых осесимметричных корпусов на биение базовых торцов // Технология машиностроения № 12-2017. С. 37-41.
10. Ямников А.С., Богомолов М.Н., Чуприков А.О. Фрезерная базирующе - зажимная оправка // Технология машиностроения. № 12. 2019. С. 13-17.
Даниленко Евгений Анатольевич, заместитель начальника отдела, [email protected], Россия, Тула, филиал АО "КБП" - "ЦКИБ СОО", аспирант ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет»
INCREASING THE ACCURACY OF HOLEWORKING IN WORKPIECES OF LOW RIGIDITY ON CNC
MACHINES
E.A. Danilenko
The article describes the technology for processing holes in thin-walled blanks. It has been established that thin-walled body parts are widely used in special mechanical engineering. It is noted that under the action of the clamping force on the readiness to accept the rigidity of the rigid elasticity of deformation, without taking into account the achievement of the achievement by the design documentation, it becomes a difficult task to achieve. By the authors of the experimental methods, the values of the values of elastic deformations are due to the fact that after removing the clamping results with a thin-walled workpiece, it returns to its original shape. The measurement data was obtained on a CNC multifunctional machining center using an RMP40 probe. The article developed a scheme for fastening thin-walled body parts of individual rigidity using an individual satellite device. A fixing method and a method for post-machining holes in thin-walled parts are proposed, as a result of which the main part of the bones is measured using an RMP40 sensor, before and after clamping forces are applied, followed by the introduction of compensations for processing on a CNC milling machine. . As a result of the work done, a special control program was created that takes into account elastic deformations.
Key words: thin-walled parts, deformation elasticity, CNC machine.
Danilenko Evgeny Anatolevich, deputy head of departament branch of AO «KBP» - «TsKIB SOO», postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
