ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ВИНТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ НА АВТОМАТАХ ПРОДОЛЬНОГО ТОЧЕНИЯ, НА ОСНОВЕ РАСЧЕТА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.9

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ВИНТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ НА АВТОМАТАХ ПРОДОЛЬНОГО ТОЧЕНИЯ, НА ОСНОВЕ РАСЧЕТА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ

М.Ю. Жукова1

Аннотация

Статья посвящена повышению геометрической точности обработки винтовых поверхностей деталей путем расчета ожидаемых погрешностей обработки и внесения коррекции в управляющую программу. Определены математические модели погрешности формы продольного сечения детали, обусловленные упругими деформациями и износом режущего инструмента в процессе точения винтовой поверхности. На основании полученной модели упругих деформаций введена коррекция в управляющую программу обработки детали, направленную на компенсацию геометрической погрешности формы.

Ключевые слова

Геометрическая точность, винтовая поверхность, упругие деформации, погрешности, коррекция.

Геометрическая точность формы ответственных деталей оказывает значительное влияние на эксплуатационные свойства машин, поэтому уменьшению погрешностей механической обработки уделяется особое внимание. В связи с появлением многофункционального металлорежущего оборудования, оснащенного современными системами числового программного управления, открываются новые возможности в дальнейшем повышении точности обработанных поверхностей, заключающиеся в управлении точностью путем трансформации управляющих программ для обработки конкретных деталей. Для реализации этих возможностей необходимо располагать строгими математическими моделями, связывающими погрешности с доминирующими факторами процесса.

Анализ погрешностей поверхностей на автоматах продольного точения показал, что большая часть обрабатываемых заготовок характеризуется малыми размерами, поэтому необходимо, в первую очередь, вносить коррекцию в управляющую программу, позволяющую компенсировать погрешности, вызванные упругими деформациями технологической системы.

Механическую обработку винтовых поверхностей рассмотрим на примере детали «Червяк» редуктора электродвигателя привода стеклоочистителя легковых автомобилей. Деталь относится к классу валов, изготовлена из стали 40Х, точность винтовой поверхности (наружный диаметр 09,8 мм) соответствует 8-му квалитету, параметр Я а < 1,25 мкм.

При механической обработке поверхностей детали «Червяк» на токарных автоматах продольного точения с ЧПУ возникают геометрические погрешности формы в продольном сечении детали. Заготовка за-

1 Жукова Мария Юрьевна - магистрант механико технологического факультета, Владимирский государственный университет имени А.Г и Н.Г. Столетовых.

крепляется консольно, поэтому при диаметре 09,8 мм доминирующее влияние на погрешность формы продольного сечения оказывают упругие деформации заготовки. Под действием силы резания максимальная упругая деформация

р -I3

утах = ^р [1]

где Ру — радиальная составляющая силы резания; I — длина консоли;

Е - модуль упругости материала детали «Червяк»; I = —— момент

64

инерции поперечного сечения заготовки; диаметр заготовки.

Радиальная составляющая силы резания [1]

Ру=10 Ср еруБУрурпруКру, [2]

где соответственно постоянный коэффициент на

условия резания и показатели степени при глубине резания Ь, скорости подачи 5 и скорости резания V; Кру - поправочный коэффициент на радиальную составляющую силы резания.

Для выявления радиальной составляющей силы резания при нарезании винтовой поверхности выведена удельная величина радиальной составляющей силы резания [2]. Данное обстоятельство позволило перейти к расчету определения радиальной составляющей силы резания на ьом проходе [3].

Рууд.=р [3]

где площадь, поперечного сечения среза, мм2.

Так как сила Ру по-разному зависит от величины f [рис. 1] , удельная сила Рууд.является переменной.

Рис. 1. Зависимость Ру от глубины резания мм и скорости подачи 8, мм/об.

Р

_ 1 0 Ср -1хРУ■бУу ■ упРУКРу

у1-

Sk,

где Sk - общая площадь контакта со стружкой:

Sk=Sl-S2,

(4)

(5)

где Sl- площадь пластины находящаяся в детали; S2- площадь пластины находящаяся в детале на предыдущем проходе.

Под действием силы резания по модели (1, 4) получены упругие деформации возникающие на каждом проходе

где d

шр.

_ 21,33 (ЮСр 1ХрУ5УрУг?ПрУЛГРу) -5Й-13

Уmax.i.в. = ~Т. Т77Т

пй шр.^Е^^з

приведенный диаметр заготовки.

(6)

Управлением перемещения режущего инструмента можно уменьшить упругие деформации: изменение упругих деформаций и погрешностей методом изменения рабочей площади режущего инструмента.

Формула (7) связывает упругие деформации заготовки с элементами силы резания, диаметром заготовки, видом материала, что позволило рассчитать геометрическую погрешность в поперечном сечении заготовки, которая определилась по формуле:

Д= уп

_ 21,33 (10Ср 1ХрУ5УрУг?ПрУЛГРу) -5Й-13

(7)

где А — погрешность формы продольного сечения обработанной детали, максимальное значение которой равно величине упругой деформации поперечного сечения заготовки, наиболее удаленного от ее заделки.

По модели (7) рассчитаны геометрические погрешности для данных, характеризующих процесс точения винтовой поверхности детали «Червяк» и построены графики зависимостей А =/ (Ь) (рис. 2) и А =/ (I)

(рис. 3) для Ср = 243, V = 68 м/мин, хРу Е=2,М05 МПа.

0,9; у ру = 0,1; Пру = -0,3 Кру = 0,97;

Рис. 2. Влияние глубины резания на погрешность обработки винтовой поверхности

Рис. 3. Влияние длины консоли на величину упругой деформации заготовки

Анализ полученных данных показал, что при увеличении глубины резания С и длины консоли геометрическая погрешность возрастает, что объясняется увеличением силы резания и упругих деформаций заготовки. По длине консоли Iвеличина упругой деформации достигает максимального значения в наиболее удаленном от места закрепления поперечного сечения.

С учетом значений погрешностей Д в функции длины консоли (табл. 1) определены координаты опорных точек эквидистанты движения режущего инструмента.

Упругая линия оси заготовки аппроксимирована окружностью определенного радиуса и значений координат ее центра.

Таблица 1.

Расчетные величины геометрических погрешностей

Длина консоли, 1, мм № чернового прохода № чистового прохода

1 | 2 | 3 | 4 1 1 2 | 3

Погрешность совместного действия упругих дес ской системы с учетом ап юрмаций и жесткости технологиче-проксимации

60 0,12747 0,18253 0,23858 0,29613 0,0681 0,06999 0,07247

50 0,11417 0,16343 0,21348 0,26473 0,0609 0,06259 0,06477

40 0,10087 0,14433 0,18838 0,23333 0,0537 0,05519 0,05707

30 0,08757 0,12523 0,16328 0,20193 0,0465 0,04779 0,04937

20 0,07427 0,10613 0,13818 0,17053 0,0393 0,04039 0,04167

10 0,06097 0,08703 0,11308 0,13913 0,0321 0,03299 0,03397

0 0,04767 0,06793 0,08798 0,10773 0,0249 0,02559 0,02627

Для уменьшения погрешности формы детали «Червяк», обработанной на автомате продольного точения Hanwha XD 20H, в управляющую программу введена функция линейной интерполяции [3], которая компенсирует погрешности механической обработки, вызванной упругими деформациями заготовки. В результате обеспечивается существенное повышение точности формы обработанных деталей.

Список литературы

1. Справочник технолога-машиностроителя в 2-х т. Т.1 / Под ред. А. М. Дальского А. Г., Косиловой Р. К., Мещерякова, А. Г. Суслова, 5-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение - 1, 2001. - 912 с.

2. 2.Ящерицын П.И. Еременко М.Л. Жигалко Н.И. Основы резания материалов и режущий инструмент: [Учебник для машиностроит. спец. вузов] с., ил/ П. И. Яще-рицын, М. Л. Еременко, Н. И. Жигалко. - 2-е изд., доп. и перераб. - Мн.: Высшая школа, 1981.-560с., ил.

3. Морозов, В. В. Гусев В.Г. Программирование обработки деталей на современных многофункциональных токарных станках с ЧПУ: учеб. пособие / В. В. Морозов, В. Г. Гусев; Влад. гос. ун-т. - Владимир: Изд-во Влад. гос. ун-та, 2009. - 236 с. - ISBN 978-5-89368-979-2.

© М.Ю. Жукова, 2015