Точность обработки отверстий с использованием переносных устройств Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 691

ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРЕНОСНЫХ УСТРОЙСТВ

© 2010 В.Г. Голдобина

Белгородский государственный технологический университет

Поступила в редакцию 31.03.2010

Рассмотрена технология совместной обработки отверстий во фланцевых соединениях крупногабаритного оборудования при ремонте с использованием переносных устройств. Установлена зависимость точности обработки отверстий от сил резания и жесткости технологической системы таких устройств. Теоретические вычисления подтверждают закономерность изменения формы отверстия по его длине с экспериментальными данными.

Ключевые слова: отверстие, точность обработки, переносные устройства

В промышленности строительных материалов, химической и других отраслях работает крупногабаритное оборудование, которое при эксплуатации подвергается различным внешним воздействиям, под влиянием которых их надежность снижается, что требует периодической замены быстро изнашиваемых деталей. Это касается, например, мельниц, применяемых для помола сырья, которые имеют непрерывный цикл работы. Поэтому основной задачей ремонта является сокращение его сроков. Важным условием снижения сроков и стоимости ремонта является его механизация и специализация. В большинстве своем узлы крупногабаритного оборудования имеют фланцевые соединения, скрепляемые болтами. При замене узлов основным техническим условием является совмещение во фланцах отверстий под болты. Это обеспечивается совместной обработкой отверстий в соединяемых деталях. Во фланцах мельниц, применяемых в цементной промышленности, четвертая часть болтов от общего количества являются прецизионными. На прецизионные болты приходится основная нагрузка мельницы, и они работают на срез, поэтому особое внимание при ремонте уделяется обработке отверстий под них.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований в НИЛ настоящего вуза разработана технология совместной обработки отверстий фланцевых соединений крупногабаритного оборудования

Голдобина Валентина Григорьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения. E-mail: tmrk@intbel.ru

с использованием переносных устройств и станков. В настоящей работе рассматривается влияние сил резания и жесткости технологической системы на точность обработки отверстий с использованием переносных устройств с подвижной сверлильной головкой.

При обработке отверстий сверлением, зенкерованием, развертыванием возникают упругие отжатия технологической системы, вызывающие разбивку и изменение формы отверстия в поперечном и продольном сечениях. Акцент в работе сделан на сверление -как процесс, при котором возникают наибольшие силы резания и наибольшая неточность обрабатываемого отверстия. На систему «станок - инструмент» действуют [1] сила подачи, вызывающая равнодействующую силу P0 - осевое усилие, крутящий момент, оказывающий влияние на тангенциальные составляющие режущих кромок сверла Rzl и Rz2, и неуравновешенная радиальная сила ДРу=Ру1 -Py2. Отжим конца сверла и системы в целом происходит именно под влиянием силы ДРУ, смещающей режущие кромки сверла относительно оси вращения, что является причиной увеличения диаметра (разбивки) и изменения формы отверстия при сверлении. Появлению такой силы являются неравномерность главных режущих кромок, смещение поперечной режущей кромки и различные углы в плане у сверла. По экспериментальным данным, полученным на переносных устройствах, приближенное значение неуравновешенной радиальной силы можно определить следующей зависимостью:

APV « 0,0185(1 - f)P0

где / - отношение осевого усилия, действующего на поперечную кромку спирального сверла к усилию подачи (/^0,5).

Осевое усилие Р0 также оказывает влияние на изгиб сверла. Его можно рассчитать по формуле:

Р0 = 10 • СР

а ■ ^

Кр ■ Ко,

где Ср - коэффициент; д, у - показатели степени; а - диаметр сверла, мм; я - подача, мм/об; Кр - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала заготовки; К0 - коэффициент, зависящий от влияния режущих кромок и ленточек.

Технологическую систему переносного устройства с подвижной сверлильной головкой (ПСГ) можно представить как двухпро-летную балку разных сечений по длине (рис. 1.).

-ипрол&т?

Р'- ю

Рис. 1. Схема для определения прогиба в системе с ПСГ

Такая система является один раз статически неопределимой [2]. Опоры нумеруются следующим образом: опора в точке А -опора 0; в точке В - опора 1; в точке С - опора 2. Участок АВ - первый пролет, участок ВС -второй пролет. Начало координат в точке А. Входные данные технологической системы следующие: Р = АРу - неуравновешенная радиальная сила; Р1 - сосредоточенная сила -вес подвижной сверлильной головки (ПСГ); М

- момент на режущих кромках от осевого усилия, М=Р0а/2, где Р0 - осевое усилие, а - диаметр режущего инструмента; I - длина вылета режущего инструмента от шпинделя; ¡1 - расстояние между опорами направляющих; х -переменная величина перемещения равная длине обработки, то есть толщине заготовки -хтах=Н. Величина х изменяется от правого положения в левое к опоре 1 с значения хтах=Н к х=0, то есть х ^ 0.

Для пролетов строятся эпюры моментов и сил (рис. 1.). Так как данная система является один раз статически неопределимой, то уравнение трех моментов записывается один раз для промежуточной опоры 1 [2]:

М0 • I + 2М 1(1 + ¡1) + М2 • ¡1 = -6(

О1а1

+ -

О 2 • Ь2

(2)

где О1 - площадь эпюры от заданной нагрузки на первом пролете: 01=М ¡/2, - площадь эпюры на втором пролете: 02=Р110х/2, а1 и Ь2 -расстояние центров тяжести указанных площадей от левой и правой опор своего пролета: а1=1/3 и Ь2=(211 - х)/3

М 0 = МА = -М, М2 = МС = 0.

После подстановки в выражение (2) приведенных данных оно примет вид:

- М ■ I + 2М 1(1 + ¡1) = -6 •

1 M¡ ■1 ¡ 1Р • ¡0 • х • ^(2^ - х)

2 3 + 21 0 3 1

¡

¡1

(3)

Из выражения (3) определяется момент в опоре 1:

М1 =-

Р1 • ¡0 • х(2^ - х) 2 • + ¡1)

Для построения окончательных эпюр М и Q для каждого пролета выполнены расчеты (здесь они опущены), которые имеют следующие значения:

М + М „ ЯА = "у"1 - Р .

МА (0) = -М, МА (¡) = ЯА ■ ¡ + Р ■ ¡ - М = М1

Яв =

Р ■ ¡0 M1(¡ + ¡0 _Рхх+М1

¡ ■ ¡1

Яс =-

¡

¡

¡1

I

МР =

Р1/0(/1 - /„) + М, • /0

/1

й2 у

йх Е, • 3

1— [- МХ0 + ЯАХ - РХ]

Для составления дифференциального Данное уравнение интегрируется один раз и уравнения упругой линии системы необходи- получается уравнение угла поворота: мо определить изгибающий момент технологической системы, который можно представить следующим выражением [2]:

йУ = © о( х) = — йх Е • 3

л. КАХ2 РХ2 _ - Мх + —---+ С

2

2

М(х) = ЯЛ (/ + /1)-М(/ + /1 )0 - Р(1 + /1) +

+ яб (/о + х) + М1 (/о + х)0 - Р/о

. (4)

Дифференциальное уравнение упругой линии системы имеет вид:

Для балки на двух шарнирных опорах прогибы на этих опорах равны нулю: при Х = 0 у(0) = 0 ^ уо = 0; при Х=/

У(/) = 0 ^ Ул = У б = У с = 0.

Уравнение прогиба пролета 1:

1

йу2 __

йх 2 Еи •3 1

-(Ял (/ + /1) - М(/ + /1)0 - Р(/ + /1)) +

у(/) = ©• / +

1

К, • 3,,

М/2 Я/ Р/3

+ - А

2

6

6

= о

(7)

Е • 3

(М1(/о + х)0 + Яб (/о + х) - р • /1)

(5)

Из этого выражения находится значение © 0 :

1 Р • /2 2М/ М, • /ч — (-+---1—)

' 3 6 6 . (8)

© =

Еи • 3,

6

6

где Еи - модуль упругости режущего инструмента; 3и - момент инерции инструмента; Е -модуль упругости направляющих, по которым

перемещается сверлильная головка; 3 - мо- Подставив в уравнение (6) значения у0 и © о, мент инерции направляющих. Проинтегриро- получится уравнение отжатия технологиче-

вав выражение (5) дважды, получится уравнение упругой линии системы следующего вида:

ской системы устройства с ПСГ для любого участка в пределах изменения х:

У(х) = Уо + © • х +

Е • 3

и и

Ял (/ + /1)3 - М(/ + /1)2 6

Р(/+/1)3

2

6

У( х) =

1

Еи • 3„ 3

Р • /2 2М/ М, • /

^^^ ^^---Г")(/ + /1) +

6

6

+ -

Е • 3

М 1(/о + х)2 + Яб (/о + х)3 Р1 • /

Е • 3

+ -

ЯА (/ + /1)3 М (/ + /1)2 Р(/ + /1)3

+

(6)

Е • 3

М 1(/о + х)2 + Яб (/о + х)3 Р1 • /

Начальные параметры прогиба у0 и угла поворота © можно определить по первому пролету. Дифференциальное уравнение пролета 1 имеет вид:

6

(9)

Уравнение (9) можно преобразовать, введя в него значения М;, ЯА, Яб и М. После преобразования формула отжима технологической системы устройства с подвижной сверлильной головкой имеет вид:

У( х) =

Е, • 3,,

Р0 • й • /1(/ + /1) • (/1 - /) Р/1(/ + /1) • (2/ - /1)

12 • /

Р1 • /0 • х(2/1 - х) • (2/ - /1) 12 • /

+

1

+

1

6

2

6

1

1

2

6

6

2

6

1

+

P • l0

4 • E • J

(l0 + x)3 • (2l• l, + l,x-x2)-2l02 • l• l,2

ЗТ^

x(2/, - x) • (l0 + x)2 l,(l +1,)

(10)

По полученной формуле проведены вычисления изменений формы отверстия по длине при сверлении с введением в неё тех же параметров, что и при проведении экспериментов. Эта формула также применима и к переносным сверлильным станкам с подвижной сверлильной головкой.

Эксперименты по исследованию влияния различных факторов процесса сверления на точность отверстия проводились с использованием переносного устройства с подвижной сверлильной головкой типа УСЭ047, разработанного и изготовленного в НИЛ вуза. В результате проведенных экспериментов выявлено отклонение формы отверстия по длине от цилиндричности [3]. Характер изменений формы отверстия по его длине вычисленных по формуле (10) и полученных по результатам экспериментов представлен кривыми (рис. 2).

Как видно по кривым (рис. 2) форма отверстия седлообразная с максимальным диаметром на входном торце и минимальным - на выходном торце и сужением (образованием горловины) к середине длины. Теоретические вычисления подтверждают закономерность изменения формы отверстия по его длине и не занижают погрешность от разбивки по диаметру в сравнение с действительными значениями. По формуле (10) можно также производить расчеты погрешности обработки отверстий при зенкеровании и развертывании, для которых значения сил P и P0 рассчитываются по соответствующим формулам. Для переносных станков и устройств, имеющих направляющие втулки для инструмента, вылет режущего инструмента в формуле (10) принимается равным расстоянию от выходного торца втулки до поверхности заготовки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Колев, К. С. Точность обработки и режимы резания / К. С. Колев, Л.М. Горчаков. - М.: Машиностроение, 1976. - 144 с.

2. Биргер, И.А. Сопротивление материалов / И.А. Биргер, Р.Р. Мавлютов. - М.: Наука, 1986. -544 с.

3. Голдобина, В.Г. Сверление на переносных установках / В.Г. Голдобина // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, №11. - Белгород, 2005. - С. 289291.

Рис. 2. Кривые формы отверстия в продольном сечении: 1 - теоретическая кривая; 2 -фактическая кривая

ACCURACY OF PROCESSING THE APERTURES WITH THE USE

OF PORTABLE DEVICES

© 2010 V.G. Goldobina

Belgorod State Technological University

The technology of joint processing of apertures in butt joints of large-sized equipment at repair with use of portable devices is considered. Dependence of accuracy of processing the apertures on forces of cutting and rigidity of technological system of such devices is established. Theoretical calculations confirm regularity of change of the form of aperture on its length with experimental data.

Key words: aperture, accuracy of processing, portable devices

Valentina Goldobina, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the Department of Machine Building Technology. E-mail: tmrk@intbel.ru