CC BY
11
УДК 621.92:531.7 А.В. Тигнибидин
Омский государственный технический университет, г. Омск
ВЛИЯНИЕ СИЛ РЕЗАНИЯ НА ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИБОРАМИ
АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ НА ОПЕРАЦИЯХ КРУГЛОГО ШЛИФОВАНИЯ
Проведение измерений управляющими приборами (приборами активного контроля -ПАК [1]) в процессе обработки изделий на круглошлифовальных станках имеет помимо собственных погрешностей, погрешности, возникающие от сил в процессе механического воздействия шлифовального круга на обрабатываемое изделие.
Для определения суммарной погрешности одноконтактным управляющим прибором ПАК при шлифовании необходимо знать погрешность обработки от упругой деформации элементов технологической системы (обрабатывающий инструмент-деталь-станок) под действием сил резания, которые рассмотрим ниже.
Силы резания при шлифовании на круглошлифовальных станках достаточно полно исследованы в следующих работах [2, 3].
Шлифовальный круг, врезаясь в поверхность детали абразивными зернами, снимает наружный слой металла с изделия. Чем больше заданная глубина обрабатываемого слоя, тем больше нужно срезать металла и чем прочнее материал детали, тем большую силу резания нужно приложить к кругу.
Силу резания Р, приложенную к детали, можно разложить на три составляющие Рz, Ру, Рх (рис. 1). Такие же по величине, но обратные по направлению, действуют силы на круг.
Проведем расчет сил резания по известным формулам для режимов обработки детали с гладкой поверхностью X = (0,01; 0,001; 0,0005) мм, Sпр = 5 мм/об (при высоте шлифовального
306
круга 20 мм), Уд = 5 м/мин; допуск на диметр детали Т = 5 мкм. Режимы шлифования деталей рассчитаны по материалам следующих работ [2, С. 80-82; 3, С. 74-77].
Упругая деформация от действия сил резания элементов технологической системы значительно меньше, чем упругая деформация нежестких деталей (опытных образцов) для диаметров от 3 до 10 мм при длине 90 мм. Поэтому упругая деформация детали будет являться доминирующей при определении суммарной погрешности измерения одноконтактным методом ПАК в динамическом режиме (в процессе обработки).
Рис. 1. Силы, действующие в процессе шлифования: Р - сила резания; Ру - радиальная сила;
Рz - тангенциальная сила; Рх - сила подачи; Рт - сила тяжести детали; Ро - осевая сила центров; Рн - сила трения, действующая на хомутик детали от штифта в следствии осевого биения планшайбы передней бабки; Рd - сила, приложенная к хомутику детали; Vд - скорость вращения детали; Vк - скорость вращения шлифовального круга; М - момент сопротивления
вращению детали
Суммарная погрешность измерения деформации элементов станка от сил резания незначительная (0,05...0,80 мкм), поэтому определим при силах резания Р упругую деформацию детали (погрешность измерения от упругой деформации детали) [4].
Проведем теоретический расчет упругой деформации { под действием сил резания для гладких стержней диаметром 3;4;5;6;7;8;9;10 мм длинной 90 мм и сравним с полученными экспериментальными данными при испытаниях в лабораторных условиях при нагрузках от 1 до 5 Н.
Для экспериментального определения упругой деформации валиков под действием только поперечной нагрузки Р (исключая Р0) была собрана лабораторная установка.
Для того чтобы определить упругую деформацию валиков под действием продольной (осевой от центров станка Р0) и поперечной нагрузки, разработана лабораторная установка на
307
базе круглошлифовального станка 3А110 (рис. 2). Экспериментально проведены измерения усилия зажима детали в центрах станка Р0, которые составили от 320 до 400 Н. Внешний вид экспериментальной установки представлен на рис. 3.
Рис. 2. Принципиальная схемы установки для определения упругой деформации вали- ков от
продольной и поперечной нагрузок:
1 - станина станка; 2 - головка измеритель- ная пружинная (ИГП-1); 3 - винт; 4 - гайка; 5 -
рычаг; 6 - груз; 7 - деталь;
8 - центра станка
Рис. 3. Установка на базе круглошлифоваль- ного станка 3А110 для определения упругой деформации валиков от продольной и поперечной нагрузок
На основании теоретических расчетов и полученных экспериментальных исследований упругой деформации выведены зависимости величины упругой деформации от приложенной нагрузки при обработке изделий заданных диаметров (Рис. 4 а-б).
а)
б)
308
Рис. 4. Графики упругой деформации цилиндрических деталей: 1 - результат экспериментов от действия поперечной нагрузки, 2 - результат экспериментов от действия поперечной и продольной нагрузок, 3 - расчетные значения от действия поперечной и продольной
нагрузок
Результаты полученные на графиках деталей с малым диаметром (3-5 мм) расчетные значения близки к экспериментальным значениям деформации от действия поперечной нагрузки. При увеличении диаметра детали (от 6 до 10 мм) расчетные значения деформации близки к экспериментальным значениям деформации от действия продольной и поперечной нагрузки. Это связано с тем, что продольная (осевая) нагрузка повышает жесткость детали и уменьшает поперечную деформацию.
Зависимости на графиках показывают, что размер упругой деформации без осевой нагрузки (линия 2) намного больше, чем упругая деформация детали расположенной в центрах станка (линии 1) с осевой нагрузкой. Используя полученные результаты исследований можно прогнозировать с высокой точностью величину деформации деталей в зависимости от их геометрических размеров от воздействия сил резания, что дает необходимую точность обработки формы поверхности готового изделия.
Используя одноконтактный метод измерения в процессе обработки деталей на круглошлифовальном станке необходимо учитывать упругую деформацию, возникающую от действия сил резания. Более подробно методика расчета приведена в работе [5].
Библиографический список
1. Тигнибидин, А. В. Повышение точности и производительности обработки на круглошлифовальных станках в инструментальном производстве / А. В. Тигнибидин // Технология машиностроения. - 2012. - № 5(119). - С. 14-17.
2. Маслов, Е. Н. Теория шлифования материалов / Е. Н. Маслов. - М. : Машиностроение, 1974. - 320 с.
3. Палей, М. М. Технология шлифования и заточки режущего инструмента / М. М. Палей, Л. Г. Дибнер, М. Д. Флид. - М. : Машиностроение, 1988. - 288 с.: ил. - (Б-ка инструментальщика).
4. Генис, Б. М. Шлифование на круглошлифовальных станках / Б. М. Генис, Л. Ш. Доктор, В. С. Терган. - 2-е изд. , испр. и доп. - М. : Высшая школа, 1965. - 235 с.: ил.
5. Тигнибидин, А. В. Повышение точности и производительности операции круглого шлифования деталей с прерывистыми поверхностями на основе применения управляющих приборов : дис. ... канд. техн. наук / А. В. Тигнибидин ; Омский гос. техн. ун-т. - Омск, 2012. - 276 с.
