Способ продольного точения с регулируемыми режимами резания Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ОБРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ

УДК 621.9

А. А. Кошелева, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-44-54, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

СПОСОБ ПРОДОЛЬНОГО ТОЧЕНИЯ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ РЕЖИМАМИ РЕЗАНИЯ

Предлагается способ продольного точения с режимами резания, регулируемыми в зависимости от фактической жесткостя технологческой системы. Данный способ позволяет оcящеcmвлять высокопроизводительное точение без снижения качества обработанной поверхности.

Ключевые слова: продольное точение, фактическая жесткость, высокопроизводительное точение.

Процесс точения неизбежно сопровождается изменением динамических характеристик элементов технологической системы станка, а также напряженно-деформированного состояния заготовки.

Расчеты:, проведенные методом конечных элементов, показали, что максимальные мгновенные значения напряжений в материале детали незначительно зависят от точки приложения силы1. В то же время деформация системы: в процессе точения существенно меняется по мере изменения взаимного положения резца и заготовки. Это создает предпосылки для увеличения режимов резания, что, в свою очередь, способствует сокращению машинного времени обработки и повышению производительности операции в целом.

Предлагается способ продольного точения с переменными режимами резания, пи этом скорость и/или подача в процессе продольного точения меняются по зависимостям, учитывающим фактическую жесткость системы: при изменении положения резца относительно мест закрепления заготовки.

Известно [1], что жесткость С определяется как отношение составляющей усилия резания Р , направленной по нормали к обрабатываемой

поверхности, к смещению 2 заготовки в том же направлении:

P

C = —. (1)

z

При продольном точении величина z зависит от положения точки приложения нагрузки относительно опор обрабатываемой заготовки, т. е. z = z(x). Поэтому и жесткость C(x) подсистемы заготовки является функцией аргумента х и меняет величину в процессе точения.

Если вылет заготовки £ более чем в 4...6 раз превышает ее диаметр d, то для описания характера изменения величины z можно воспользоваться известными из курса сопротивления материалов уравнениями для изгиба баки под действием приложенной поперечной силы [2]. В общем случае дифференциаьное уравнение упругой линии имеет вид

d z = M (х) (2)

dx2 = EJ (x) ’ ( )

где M(x) - изгибающий момент в сечении х; E - модуль упругости первого рода, Н/м2; J(x) - осевой момент инерции поперечного сечения заготовки, м4.

Характер изменения прогиба z(x) балки зависит от вида заделки (установка в центрах, в патроне и т. д.). Например, при установке заготовки в центрах уравнение упругой линии имеет вид

z =Px2(£-x)2, (3)

3EJ£

где £ - вылет заготовки, м; x - расстояние от передней опоры (патрона) до точки приложения силы P .

Жесткость C(x) ваа, установленного в центрах, в процессе продольного точения меняется по закону

3 FJ£

C(x) = 2 J 2 . (4)

x (£-x)

Схема установки заготовки в трехкулачковом патроне рассматривается как консольна бака с заделкой. Тогда

P 3

z = -P- ( x £x 2). (5)

2EJ 3

Из формул (1), (5) следует, что жесткость ваа, консольно установленого в патроне, меняется по закону

2EJ

C (x) =--------------------------------------. (6)

x- -£x2 3

Ашлогичные выкладки можно привести и для других схем закрепления заготовки.

Изменение фактической жесткости С(х) позволяет проводить обработку с переменными режимами резания. По мере приближения резца к опоре (месту закрепления заготовки) жесткость увеличивается, следовательно, обработку можно осуществлять на увеличенной подаче 5 или скорости резания V. Причем возможно одновременное изменение величин подачи и скорости резания.

Предлагается устройство для токарной обработки с регулируемой величиной подачи инструмента, позволяющее учитывать изменение жесткости заготовки при обработке ее на токарных станках (рис. 1). Задачей данного технического решения является повышение производительности точения без потери виброустойчивости технологической системы станка и ухудшения показателей качества.

Устройство для токарной обработки заготовки 1 состоит из резца 2, на котором установлен датчик положения 3 резца, преобразователя сигнала 4, блока расчета величины подачи 5 резца, блока усиления сигнала 6, исполнительного механизма 7.

Предлагаемое устройство работает еле дующим обраом. Заготовку 1, имеющую диаметр й, устанавливают на токарном станке с вылетом I. При точении сигна о положении х резца 2 относительно мест закрепления заготовки (патрона, центров) с датчика положения 3 резца поступает на вход преобраователя сигнаа 4, даее цифровой сина передают на блок расчета величины подачи 5 резца, откуда управляющий сетнал через блок усиления сигнаа 6 передают на исполнительный механизм 7.

/

Рис. 1. Схема устройства для токарной обработки с регулируемой

величиной подачи

В блоке 5 устройства производится расчет величины подачи как функции параметров й,х,1: 5 = 5(й,х,1) с последующей передачей синала через блок усиления сигнаа 6 исполнительному механизму 7.

Подача рассчитывается по формуле

5 = 5дааё ^5, (7)

где - рекомендуемые нормативные режимы резания; к$ - ко-

эффициент, учитывающий изменение жесткости подсистемы заготовка -резец.

Для определения величины к$ заготовку диаметром й заменим приведенным валом, диаметр которого равен В, а жесткости исследуемого и приведенного вшов равны.

При установке в центрах учитываем, что при нагрузке, приложенной в середине пролета баки, максимальна величина прогиба

тах

Р£3 48 EJ

Л

4

64

■Ш- ъ г 48ЕЛ 2

Жесткость заготовки диаметром в С2 =--------

£3

С1( х ) = С2(х ). 3Е/1£ 48ЕЛ 2

где

22 х (£-х)

£

(8)

(9)

Реша данное уравнение, получаем

1

й 416^ 2 (1 -а)2 где а = х / £ .

На основе нормативных таблиц режимов резания были определены зависимости величины подачи от диаметра обрабатываемой заготовки с последующим расчетом величины к$ для деталей с различными геометрическими параметрами.

Обобщенный график зависимости коэффициента увеличения подач к$ от параметра йх/1 представлен на рис. 2. График можно аппроксимировать зависимостью к$ =3,83 -3,79^(йх/1).

гг - г 3ЕЛ

При консольной установке заготовки жесткость С = ——.

£

Условие равенства жесткостей С^( х) и С 2(х) ис еле дуемого и приведенного валов соответственно запишется так

С1(х )= С2( х )= -12Е^= ^

х3 -£х 2 £3

3

(10)

Отсюда еле дет

где а х / £ .

г5

8

7

6

5

4

3

2

1

О

\

\

° о ' < > о ) п

о

10

12 сЬсД, мм

Рис. 2. Зависимость коэффициента увеличения подачи ку

йх

от параметра — при установке заготовки в центрах

£

Обобщенный график зависимости коэффициента увеличения подач ку от параметра йх /1 представлен на рис. 3.

10

8

о

о

0 \ )

§§! О ’ > ^Чч' г Л о

и < Гп > * 1 Г " о

10 12

(Их/1, мм

Рис. 3. Зависимость коэффициентаувеичения подачи ку от параметра йх /1 при консольной установке заготовки в патроне станка

Данный график аппроксимируется зависимостью

kS = 4,61 -3,43lg(dx/1).

Способ продольного точения с переменными режимами резания позволяет без проведения предварительных замеров и использования дополнительной аппаратуры учитывать изменение жесткости заготовки при обработке ее на токарных станках. Данный способ легко реализуется на станках с ЧПУ, имеющих бесступенчатое регулирование величины подачи.

Предлагаемый способ точения позволяет сократить машинное время обработки и повысить производительность токарной операции путем назначения рационаьных режимов резания без снижения виброустойчивости технологической системы токарного станка.

Библиографический список

1. Кудинов В. А Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967. 360 c.

2. Сопротивление материаов: учебник для вузов, 5-е изд., перераб. и доп. / Г. С. Писаренко [и др.]. Киев: Вища шк., 1986. 775 с.

A. Kosheleva

Adjusted longitudinal turning method

The longitudinal turning method which depends on technological system virtual rigidity. This method achieves using highly productive turning without reduction work surface quality is described.

Получено 12.11.2009

УДК 621.9.06-529

В. В. Жмурин, студент, (4872)35-18-87, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

ВОЗМОЖНОСТИ ПОДГОТОВКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ В СИСТЕМЕ FEATURECAM 2008

Представлены возможности системы подготовки управляющих FeatureCAM и дополнительные модули. Детально рассмотрена структура базы данных (БД). Описаны возможности создания и редактирования БД. Рассмотрены новые возможности программы FeatureCAM2008.

Ключевые слова: автоматизация, CAD /CAM-система, машиностроительная отрасль.

В современных условиях программный пакет FeatureCAM предназначен для автоматизированной раработки управляющих программ УП для станков с ЧПУ. Отличительной особенностью этого пакета по сравнению с другими CAD/CAM-системами является быстра автоматическа