CC BY
119
ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ
УДК 621.95.08
Причины снижения точности обработки сверлений
В. В. Юркевич
Высокоточные отверстия (7-й, 8-й квалите-ты) являются конструктивными элементами большого числа деталей и узлов современных машин. К ним относятся отверстия под подшипники, штифты, установочные поверхности зубчатых колес. Такие отверстия обрабатываются за несколько технологических переходов. При этом их точность определяется на первом переходе, которым для отверстий малого диаметра, как правило, является сверление.
Сверление спиральными сверлами — один из основных методов обработки отверстий. Этому процессу посвящено большое количество публикаций. Однако большинство из них направлены на исследования стойкости, производительности обработки отверстий, технологии изготовления, конструкции и условий эксплуатации сверл. Количество работ, посвященных исследованию точности обработки отверстий, невелико [1—3]. Это объясняется сложностью процесса сверления, в частности: отсутствием доступа к режущим кромкам, переменной скоростью резания и связанной с этим неоднородностью стружкообразования вдоль режущих кромок, относительно малой жесткостью сверла, наличием крутильных колебаний.
В связи с этим актуальным является исследование влияния перечисленных факторов на точность обрабатываемого отверстия непосредственно в процессе обработки при условии, что станок, инструмент и деталь рассматриваются как единая технологическая система. Такой подход был применен на кафедре «Станки» МГТУ «Станкин». Методика измерения траек-
торий формообразующих элементов получила широкое распространение [4-8], поэтому отметим, что измерения производились на универсальном станке УФ-280 в условиях реального резания. Траектории измеряли на двух уровнях: на уровне патрона и на уровне сверла — с помощью двух бесконтактных датчиков перемещения, лежащих на одном уровне. Сигналы от датчиков подавались на плату входа-выхода и далее на компьютер. Пример записи показаний датчиков приведен на рис. 1, на котором Хш и Уш — перемещения на уровне патрона, Хс и Ус — перемещения на уровне сверла. Специальное программное обеспечение позволяет построить траектории движения оси сверла при сверлении отверстия. На рис. 2 приведены траектории оси сверла для разных глубин сверления отверстия. Из рисунка видно, что траектории сверла изменяются по размерам и положению в пространстве. Когда сверло еще не снимало стружку, оно двигалось по траектории 1 (рис. 2). Поэтому в начальный момент резания ось сверла не совпадает с осью шпинделя, а отклоняется от оси шпинделя
/ /
/(
(
I1
\ ^2
\ ^3
10 мкм
Рис. 2. Траектории оси сверла при сверлении отверстия при глубине сверления: 1 — 0 мм; 2 — 5 мм; 3 — 16 мм
Рис. 3. Геометрический образ обработанного отверстия в формате 3Б
на текущий радиус траектории. Это является первым шагом в создании процесса увода сверла.
После сверления отверстия и снятия траекторий формообразования были проведены
Виды брака при сверлении и способы его устранения
метрологические измерения. Для записи круг-лограмм использовался кругломер типа КД класса точности 2 модели 290 завода «Калибр». Прибор имеет предел допустимой радиальной погрешности 0,12 мкм. Были сняты три кругло-
Таблица 1
Вид брака Причины брака Способы предупреждения и устранения брака
Перекос отверстия Стол станка неперпендикулярен к шпинделю Выверить правильность положения стола
Попадание стружки под нижнюю поверхность детали При установке детали очистить стол и деталь от стружки и грязи
Неправильные (непараллельные) подкладки Исправить или сменить подкладки
Неправильная установка обрабатываемой детали на столе станка Проверить установку и крепление детали
Неисправные и неточные приспособления Заменить приспособления исправными
Смещение отверстия Биение сверла в шпинделе Устранить биение сверла
Увод сверла в сторону Проверить правильность заточки сверла, выверить его на биение и правильно заточить
Неправильная установка и слабое крепление детали на столе станка (деталь сдвинулась при сверлении) Проверить установку и крепление детали, надежно закрепить ее на столе станка
Неверная разметка детали (при сверлении по разметке) Правильно разметить деталь
Завышенный диаметр отверстия Увеличенная траектория оси шпинделя Отрегулировать натяг в опорах шпинделя
Неправильные углы или различная длина режущих лезвий Смещена перемычка Во всех случаях правильно заточить сверло
МЕТАПЛООБРАБ^ОТКА
Продолжение табл. 1
Вид брака Причины брака Способы предупреждения и устранения брака
Грубо обработанная поверхность стенок отверстия Завышена подача сверла Уменьшить подачу
Тупое или неправильно заточенное сверло Правильно заточить сверло
Плохая установка сверла и детали Проверить правильность установки и крепления сверла и детали
Недостаточное охлаждение или неправильный состав охлаждающей смеси Увеличить охлаждение сверла или заменить охлаждающую смесь
Увеличение глубины отверстия Неправильная установка упора на глубину Точно установить упор на заданную глубину сверления
Увеличенная разбивка отверстия Несоосность сверла и оси шпинделя Использовать сверла с конусом Морзе
Плохая заточка сверла Правильно заточить сверло
Увеличенный увод сверла Увеличенное биение сверла Отрегулировать натяг в опорах шпинделя
Использование длинных сверл Перейти на более короткие сверла
Таблица 2
Причины снижения точности обработки сверлений
Конструктивный элемент Влияние на точность Мероприятия по повышению точности
Угол при вершине 2ф При увеличении угла при вершине 2ф уменьшаются касательная и радиальная силы на главную режущую кромку и крутящий момент, при этом увеличивается осевая составляющая силы резания Определение оптимальных значений угла при вершине 2ф для конкретных режимов обработки
Угол наклона винтовой канавки Увеличение угла наклона винтовой канавки вызывает уменьшение переднего угла, что снижает силу резания и приводит к повышению точности обработки Для повышения точности при заданных условиях обработки возможно применение сверл с увеличенным углом наклона винтовой канавки
Ширина ленточки f Увеличение ширины ленточки приводит к увеличению силы трения и увеличению крутящего момента и в то же время улучшает условия центрирования сверла в отверстии Необходимо определение оптимальной ширины ленточки при заданных условиях обработки
Угол наклона перемычки у С уменьшением угла наклона перемычки до 35-45° осевая сила уменьшается. При дальнейшем уменьшении угла наклона перемычки осевая сила незначительно увеличивается. Применение сверл с углом наклона перемычки менее 35° приводит к огранке отверстия Возможно повышение точности обработки отверстий при уменьшении угла наклона перемычки
Несимметричность заточки сверла Несимметричность заточки сверла оказывает наибольшее влияние на точность сверления отверстий, так как при несимметричной заточке значительно возрастает радиальная составляющая силы резания, которая приводит к изгибу сверла, в результате чего увеличиваются разбивка и увод отверстия Контроль симметричности заточки сверла до обработки отверстия. При обнаружении несимметричности перезаточка сверла
Вид заточки Вид заточки определяет форму поверхностей сверла и перемычки. Осевая сила снижается с уменьшением отрицательных передних углов на поперечной кромке, ее протяженности и длины пути стружки до выхода в канавку. Сверла с более выпуклой поперечной кромкой и меньшими отрицательными передними углами лучше противодействуют смещению Возможно повышение точности сверления при выборе сверл с различными видами заточки, которые образуют ряд по мере снижения точности обработки: винтовой, планетарный, двухплоскост-ной, сложновинтовой, конический
МЕШЛООБРАБОТКА
Продолжение табл. 2
Конструктивный элемент Влияние на точность Мероприятия по повышению точности
Подточка перемычки Подточка перемычки приводит к уменьшению осевой силы и повышению точности сверления Подточка перемычки не влияет на точность сверления при винтовом и двух-плоскостном методе заточки сверла. На точность сверления оказывает большое влияние симметричность подточки
Точность хвостовика Точность изготовления хвостовика влияет на угловое положение оси сверла относительно обрабатываемой поверхности, что определяет начальное смещение оси инструмента относительно оси отверстия и приводит к уводу сверла в процессе заглубления Контроль точности изготовления хвостовика до обработки отверстий
Длина сверла Ь С увеличением длины сверла увеличиваются смещение и увод оси отверстия Возможно повышение точности обработки при применении сверл меньшей длины
Подача в При увеличении подачи точность снижается Возможно повышение точности сверления при уменьшении подачи
Применение кондукторной втулки Применение кондукторной втулки повышает точность обработки отверстий, особенно при использовании сверл с несимметричной заточкой Целесообразно применение кондукторных втулок при контроле совмещения оси втулки и оси сверла
Применение СОЖ С повышением охлаждающего эффекта СОЖ точность повышается, особенно это проявляется у сверл из быстрорежущей стали при скоростях 5-20 м/мин Эффективно применение СОЖ при сверлении отверстий
Вибрации технологической системы Вибрации технологической системы способствуют возникновению крутильных колебаний сверла и колебаний в плоскости, перпендикулярной к оси сверла, которые приводят к искажению макроформы в поперечном сечении отверстия Возможно повышение точности отверстий на основе снижения вибраций за счет применения антивибрационных устройств, а также путем выбора режимов резания, благоприятных с точки зрения возникновения вибраций
Жесткость технологической системы Повышение жесткости технологической системы повышает точность обработки отверстий. Также жесткость технологической системы оказывает влияние на вибрационные свойства технологической системы Использование более жесткого инструмента и контроль технического состояния станка (в частности, узлов, имеющих взаимное перемещение)
Материал инструмента Из всех характеристик материала наибольшее значение на процесс резания оказывает теплопроводность. Уменьшение коэффициента теплопроводности инструментального материала приводит к снижению интенсивности поступления теплоты в инструмент, что увеличивает его стойкость Возможен выбор сочетания пары инструментальный материал — обрабатываемый материал, при котором для заданных режимов обработки точность обработанных отверстий повысится
граммы. Первая — на высоте 5 мм от верхнего торца заготовки, вторая — на высоте 12 мм, третья — на высоте 18 мм. Из рассмотрения круглограмм можно сделать следующие выводы. Все три круглограммы имеют явно выраженную трехгранность, что вполне соответствует форме траекторий оси сверла (рис. 2), которые также имеют трехгранную форму со скругленными вершинами углов. Наложение
траекторий друг на друга показывает, что их форма практически одинакова, однако размеры различные. При врезании сверла в заготовку наблюдаются повышенные отклонения от круг-лости, которые, после того как процесс стабилизируется, уменьшаются, и разбивка сокращается. Увод сверла после врезания конической части сверла продолжается, что видно из рис. 3. Механизм увода сверла показан на рис. 4.
МЕТАЛЛООБРАБОТКА
На основе проведенных испытаний были определены виды брака при сверлении, способы его устранения (табл. 1) и причины снижения точности обработки сверлений (табл. 2).
Литература
1. Техническая диагностика станочного оборудования автоматизированного производства / С. Н. Григорьев, М. П. Козочкин, Ф. С. Сабиров, В. А. Синопальников // Контроль. Диагностика. 2011. № 8 (158). С. 48-54.
2. Козочкин М. П., Сабиров Ф. С. Оперативная диагностика при металлообработке — проблемы и задачи // Вестн. МГТУ «Станкин». М.: Станкин, 2008. № 3. С. 14-18.
3. Кочинев Н. А., Сабиров Ф. С. Измерение динамических характеристик станков методом импульсного на-гружения // Измерит. техника. 2009. № 6. С. 39-41.
4. Юркевич В. В. Контроль и диагностика процесса формообразования при обработке на токарных станках // Контроль. Диагностика. 2005. № 1. С. 45-50.
5. Юркевич В. В. Определение точности обработки на токарном станке// СТИН. 1999. № 4. С. 15-17.
6. Юркевич В. В. Система прогнозирования точности токарных станков // Вестн. машиностроения. 2001. № 8. С. 44-48.
7. Юркевич В. В. Прогнозирование формы детали в продольном сечении // Станки и инструмент. 2002. № 2. С. 20-23.
8. Юркевич В. В. Испытания металлообрабатывающих станков// Saarbrucken. Germany: Lambert Akademie Publishing, 2012. S. 469.
УДК 621.9.02
Измерение вертикальной составляющей силы резания при точении
В. В. Юркевич
Резание является одним из сложных физических процессов, при котором имеют место упругие и пластические деформации. Оно сопровождается большим выделением теплоты, наростообразованием, завиванием и усадкой
Рис. 1. Схема измерения тангенциальной составляющей силы резания:
1 — суппорт; 2 — датчик перемещения; 3 — заготовка; 4 — резец; 5 — резцедержательная головка
стружки, а также износом режущей кромки резца [1, 2].
Под действием режущего инструмента срезаемый слой подвергается сжатию и сопровождается упругими и пластическими деформациями. Пластические деформации заключаются в сдвиге одних слоев относительно других по так называемым плоскостям скольжения, которые совпадают в основном с направлением наибольших сдвигающих напряжений.
Для измерения вертикальной составляющей силы резания PY на станке ТВ-7 была создана экспериментальная установка (рис. 1). В резцедержательной головке 5 был закреплен резец 4, который обрабатывал заготовку 3. На каретке суппорта 1 закреплялся бесконтактный датчик 2 перемещения, чувствительный наконечник которого взаимодействовал с нижней гранью резца 4. В качестве датчика использовался вихретоковый датчик АЕ. 50. 002ПС. Датчик соединен своим выходом с платой входа-выхода информации Ь-761 и далее с компьютером.
Экспериментальные измерения проводились при реальном точении заготовки, и сигналы записывались в реальном времени. Помимо измерения силы резания производилось
