Підвищення якості фінішної обробки отворів з переривчастою поверхнею

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 621.952

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ФІНІШНОЇ ОБРОБКИ ОТВОРІВ З ПЕРЕРИВЧАСТОЮ ПОВЕРХНЕЮ

Спеціальність 05.02.08. - Технологія машинобудування

ОНИЩЕНКО СЕРГІЙ МИХАЙЛОВИЧ

Одеса - 2008 р.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському національному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівникдоктор технічних наук, професор

Лінчевський Павло Адамович, Одеський національний політехнічний університет, завідувач кафедри технології машинобудування

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор

Джугурян Тигран Герасимович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри нарисної геометрії та креслення

кандидат технічних наук, доцент Тіхенко Валентин Миколайович,

Одеський національний політехнічний університет, доцент кафедри металорізальних верстатів, метрології і сертифікації

Захист відбудеться “21” листопада 2008р. об 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д41.052.02 у Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1.

Автореферат розісланий “17” жовтня 2008р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Оборський Г.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

борштанга ріжучий переривчастий

Актуальність теми. Ускладнення конструктивних форм деталей машин припускає збільшення співвідношення переривчастих процесів різання у загальному об'ємі механічної обробки. Обробка точних отворів, що мають переривчасту поверхню, є одним з найбільш важких і трудомістких технологічних процесів. Така поверхня утворюється при наявності пазів, вибірок, а також при перетинанні оброблюваного отвору з іншими і т.д.

Переривчасте різання визначається як процес зрізання стружки, який чергується з холостим пробігом різального інструменту. Фази "врізання" й "виходу" різального інструменту протікають із складними характеристиками взаємодії ріжучої частини інструмента з оброблюваним матеріалом, а саме: площадкою контакту, що постійно змінюється; підвищеним рівнем вібрацій; температурними умовами.

Підвищений рівень вібрацій, що виникає при переривчастому різанні, викликає інтенсивне зношування різця, що у свою чергу відбивається на точності форми й розмірів розточених отворів, а також приводить до значного зниження якості обробки. При цьому в деяких випадках коливання визначають макро-, а в деяких випадках мікронерівності.

Отже вирішальним фактором, що впливає на висоту нерівностей, є рівень і частота коливань, а також співвідношення частот коливань борштанги до частоти її обертання. Таким чином, забезпечення параметрів якості обробки шляхом зниження рівня коливань розточувального інструмента в умовах тонкого розточування переривчастих отворів є актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на базі тематичних планів науково-дослідних робіт №543-27, “Ресурсо- та енергозберігаючі технології в промисловості”, виконаних на кафедрі технології машинобудування Одеського національного політехнічного університету.

Мета та задачі досліджень. Метою роботи є підвищення точності обробки та якості обробленої поверхні конструкторсько-технологічними засобами під час тонкого розточування отворів з переривчастою поверхнею.

Для досягнення поставленої мети розв'язувались такі задачі:

· Розробити конструкції борштанг для обробки отворів з переривчастою поверхнею;

· Розробити методику вибору області прийнятних значень режимів обробки отворів з переривчастою поверхнею;

· Спроектувати різальний інструмент, що дозволяє обробляти отвори з переривчастою поверхнею;

· Розробити методику розрахунку геометрії різального інструменту;

· Провести експериментальне дослідження спроектованого ріжучого та допоміжного інструмента з метою встановлення параметрів якості;

· Впровадити в умовах виробництва розроблений інструмент для розточування отворів з переривчастою поверхнею.

Об'єкт дослідження - технологічний процес розточування отворів з переривчастою поверхнею.

Предмет дослідження - показники якості поверхонь виробів в умовах переривчастого розточування та їх залежність від параметрів режимів обробки та конструктивних параметрів розточувального інструмента.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводились з використанням основних положень вищої математики, теоретичної механіки, наукових основ технології машинобудування, теорії різання металів, теорії планування експерименту. Аналіз отриманої математичної моделі здійснено за допомогою прикладного програмного забезпечення MathCAD, а також з використанням розроблених автором програм для ЕОМ, у програмному середовищі BASIC. Експериментальні дослідження здійснювались на спеціально розробленому стенді в лабораторних умовах з використанням математичного планування багатофакторних експериментів.

Наукова новизна одержаних результатів:

Розвинена динамічна модель технологічного процесу розточування отворів з переривчастою поверхнею, що дозволяє досліджувати рівень згинальних коливань розточувального інструмента.

Розроблена та експериментально досліджена в умовах розточування отворів з переривчастою поверхнею розточувальна борштанга з пружними елементами, що дозволяє підвищити точність та якість обробки порівняно з обробкою борштангою традиційної конструкції.

Вперше розроблена та досліджена математична модель процесу розточування отворів з переривчастою поверхнею, борштангами з пружними елементами.

Вперше отримано рішення диференційного рівняння з кусочно-постійним характером змінення коефіцієнтів в лівій частині рівняння, та ступеневою функцією зміни збурюючої сили у правій частині рівняння, що описує коливання борштанги в умовах переривчастого розточування. Рішення диференційного рівняння отримано за допомогою чисельного метода кінцевих різностей.

Запропонована методика розв'язання оптимізаційної задачі з вибору оптимальної конструкції розробленої розточувальної борштанги з пружними елементами та призначенню режимів обробки.

Розроблена та експериментально досліджена конструкція розточувального різця зі спеціальною геометрією, що дозволяє підвищити стійкість та знизити знос різця на 25 % порівняно з різцями традиційної геометрії, в умовах розточування отворів з переривчастою поверхнею.

Практичне значення одержаних результатів. Запропоновано спосіб підвищення якості обробки отворів з переривчастою поверхнею конструкторсько-технологічними методами. Розроблений та експериментально досліджений спеціальний розточувальний інструмент, призначений для роботи в умовах переривчастого різання.

Запропонована методика розрахунку дозволяє на стадії проектування визначити конструктивні параметри розточувального інструмента та призначити параметри режимів обробки, виходячи з умов підвищення якості обробки.

Практичне застосування розробленої технології тонкого розточування із застосуванням розточувального інструмента спеціальної конструкції дозволило знизити зношення різального інструмента, та підвищити якість обробки.

Отримані в роботі теоретичні й експериментальні результати використані при проектуванні технологічних процесів механічної обробки деталей з переривчастими отворами.

Особистий внесок здобувача. Розроблена динамічна модель ударної взаємодії ріжучого інструмента та оброблюваної поверхні в умовах переривчастого різання спільно зі співавторами публікацій.

У теоретичних дослідженнях автором особисто проведено розрахунок конструктивних параметрів розточувальної борштанги за умови зниження амплітуди коливань та підвищення якості обробки поверхонь. Встановлено вплив параметрів режимів обробки на вихідні параметри якості оброблюваної поверхні.

Проведення експериментальних досліджень та обробки результатів здобувачем здійснено самостійно.

Постановка задач досліджень, аналіз і трактування отриманих результатів виконано спільно з науковим керівником.

Апробація результатів дисертації. Основні положення й окремі результати роботи були представлені на наукових семінарах кафедри технології машинобудування (ОНПУ, 2004, 2005, 2006); Тези доповідей 39-ої наукової конференції молодих дослідників ОПУ - магістрантів. “Сучасні інформаційні технології та телекомунікаційні мережі”. - Одеса: ОНПУ, 2004; Труды 11-й Международной научно-технической конференции “Физические и компьютерные технологии”. - ХНПК “ФЭД”. 2005.

Публікації. Основні положення виконаних досліджень опубліковані в 8 друкованих працях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Основний зміст дисертації викладений на 144 сторінках печатного тексту, містить 64 рисунки і 17 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, викладена суть використаного системного підходу, подані коротка характеристика та основні результати роботи.

У першому розділі розглянуто стан питання, сформульовані мета й завдання дослідження. У роботах Кудинова В.А., Зорева Н.Н., Вейца В.Л., Андрєєва Г.С., Лінчевського П.А., Оргіяна О.А., Джугуряна Т.Г. та інших дослідників встановлено, що значний вплив на формування параметрів якості обробки в умовах переривчастого різання чинить періодично повторювана ударна взаємодія оброблюваної поверхні та різального інструмента. При переривчастому різанні спостерігається чергування середніх значень пружних переміщень вершини різця, що змінюються при врізанні й виході, а також підвищений рівень коливань. Це свідчить про те, що зовнішні впливи на процес різання стають визначальними, хоча зовнішні силові впливи на пружну систему залишаються такими ж, як при обробці суцільної поверхні.

Вібрації інструмента при тонкому розточуванні впливають на точність геометричної форми і якість оброблювальної поверхні. Практика використання існуючих методів усунення вібрацій інструмента показала, що наведені способи не дозволяють забезпечити вимоги до якості обробки.

У другому розділі була досліджена динаміка процесу розточування отворів, з переривчастою поверхнею Схема розточування отвору з розривом (рис. 1) може бути представлена одномасовою коливальною системою, коливання якої описуються неоднорідним диференціальним рівнянням з постійними коефіцієнтами.

Рух лінійної системи описується диференціальним рівнянням

(1)

де m - наведена маса; - наведений коефіцієнт демпфування; k - наведена жорсткість системи; P(t) - збурююча сила.

Специфікою розв'язуваного завдання є те, що сила, що збурює, є не гармонійної, а кусочно-постійною функцією, графічно яку можна представити як періодичну дію імпульсів прямокутної форми (рис. 2).

Таку форму періодичної сили, що збурює, представимо у вигляді тригонометричного ряду Фур'є

(2)

де i - номер гармоніки; - час різання; - період сили що збурює.

Рис. 1. Схема розточування

Рис. 2. Графік дії періодичної сили, що обурює

Використовуючи метод варіації довільних постійних, рішення рівняння (1), будемо шукати у вигляді (3), що відповідає рішенню однорідного рівняння

(3)

Слід зазначити, що коефіцієнти и , у цьому випадку є змінними. Таким чином, завдання визначення функції заміняється завданням знаходження двох функцій и .

Провівши ряд перетворень, одержуємо математичну модель коливань системи, що перебуває під дією імпульсів сили різання, що слідують із розривом між собою.

(4)

де и - постійні величини; - демпфування системи; - власна частота; - частота сили, що збурює.

; ; (5)

У ході теоретичних досліджень була виявлена залежність рівня коливань розточувального інструмента від умов врізання розточувального різця в оброблювану поверхню (рис. 3).

Як показано на графіках, при проходженні різцем розриву отвору, початок якого перебуває в точка 1, форма коливань борштанги відповідає вільним загасаючим коливанням. У момент врізання ріжучого клина різця в оброблювану заготівлю, положення якого відповідає точка 2, виникає складова зусилля різання, що є джерелом виникнення коливань інструмента.

Розташування точки 2 щодо нульового рівня в момент врізання в заготівлю ріжучого клина, як показано на графіках, істотно впливає на рівень коливань борштанги. При цьому найменший рівень вібрацій спостерігається при наближенні положення точки 2 до значення відповідного до статичного отжиму розточувальної борштанги.

а) сприятливе б) не сприятливе

Рис. 3. Вплив проходження різцем розриву отвору на рівень згинальних коливань борштанги

Умова, при якому амплітуда згинальних коливань борштанги буде мінімальної, при розточуванні отворів з одним розривом має вигляд

(6)

де -- період власних коливань борштанги; -- час проходження різцем розриву оброблюваного отвору; i -- будь-яке ціле число (i=1,2,3,4...).

У випадку якщо відношення не є цілим числом, тоді рівень згинальних коливань борштанги збільшується.

На основі аналізу отриманих графіків виведена формула, що дозволяє визначити значення частоти обертання шпинделя, при яких коливання будуть мінімальні. Таким чином, значення чисел оборотів шпинделя, при яких амплітуда згинальних коливань борштанги в умовах розточування отворів з одним розривом буде мінімальної, визначається по формулі

(7)

де -- частота власних коливань розточувальної борштанги ; -- кут розриву оброблюваного отвору, град.

Однак аналіз отриманої формули говорить про те, що забезпечити мінімальні коливання розточувального інструмента, тільки за рахунок зміни частоти обертання шпинделя, можливо не у всіх випадках.

Таким чином, з метою компенсації згинальних коливань була запропонована конструкція борштанги із пружними елементами (рис.4), що забезпечує поряд з високою якістю обробки зменшення ударних перевантажень, які діють на інструмент.

Рис.4. Конструктивна схема борштанги з пружними елементами

Рис.5. Розрахункова схема

Точність і якість обробки такими борштангами досягається за рахунок вибору конструктивних параметрів, а саме жорсткості пружних елементів й кута розташування пружних елементів відносно різця в, при яких амплітуда коливань борштанги буде найменшою, у порівнянні з розточуванням стандартними борштангами. Таким чином, з'явилося завдання вибору оптимальної конструкції борштанги, а саме значень й в, при яких амплітуда коливань A не перевищує амплітуду A1, що виникає при розточуванні переривчастих отворів борштангами без пружних елементів.

Із цією метою була розглянута одномасова коливальна система, описувана неоднорідним диференціальним рівнянням зі змінними коефіцієнтами

(8)

Специфіку розв'язуваного завдання становить періодична зміна як збурюючої сили P(t) так і жорсткості С(t) за один оберт інструмента, тому динамічна система стає системою зі змінними характеристиками.

Для розрахункової схеми (рис.5) наведена діаграма зміни жорсткості С(t) механічної системи й збурюючої сили P(t), за один оберт інструмента (рис.6).

Рис.6. Діаграма часу

Наведена жорсткість системи, відповідно до представленої діаграми при , визначалася за формулою

(9)

(10)

Для рішення зазначеного рівняння був застосований чисельний метод - метод кінцевих різностей. Вихідне диференціальне рівняння замінялося різницевим рівнянням. При цьому функція, що описує коливання x(t), замінялося наближеною функцією X(t).

(11)

де h -- крок різницевої схеми.

Таким чином, значення наближеної функції X(t+h) може бути обчислене для будь-якого моменту часу t залежно від значень цієї функції для двох попередніх ітерацій X(t) та X(t-h).

На рис.7 наведені теоретичні дослідження амплітуди коливань залежно від перерахованих раніше параметрів , в та n.

Важливою умовою призначення кута в є те, щоб у процесі обробки при холостому перебігу ріжучого інструменту, тобто при влученні різця в розрив отвору деталі, пружні елементи знаходилися у контакті з оброблюваною поверхнею, тобто не допускається одночасне влучення різця й пружного елемента борштанги в розрив оброблюваного отвору.

Кут розташування пружних елементів щодо різця в змінювався в діапазоні від 30° до 90°, жорсткість пружних елементів змінювалася в діапазоні від до Н/м, числа оборотів шпинделя n становили 800, 900 та 1000 відповідно.

Вид наведених залежностей на всіх графіках має характерні резонансні області коливань борштанги, які залежать від чисел обертів шпинделя, та конструктивних параметрів борштанги.

Так при жорсткості пружних елементів борштанги Н/м та обертах шпинделя 800 й 1000 , спостерігалося підвищення рівня коливань борштанги, що досягало максимального значення при куті в=30°.

Наступне збільшення кута в до 90°, при тих же значеннях й n, амплітуда коливань плавно зменшувалася до значень відповідних борштанзі без пружних елементів. При 900 спостерігалася зворотна картина, тобто зниження рівня коливань борштанги при в=30°. Збільшення кута в до 90° підвищило амплітуду коливань до значень відповідних борштанги без пружних елементів.

а) n=800 б) n=900

в) n=1000

Рис.7. Амплітуда коливань борштанги

Для зручності зіставлення результатів на графіках також наведені дані коливань борштанги без пружних елементів.

Подальше збільшення твердості пружних елементів борштанги при 800, 900 й 1000 оборотах шпинделя верстата виявило наявність резонансної області, що залежно від жорсткості переміщається у бік збільшення кута розташування пружних елементів в.

Однак, поряд з наявними резонансними областями, з'явилася область конструктивних значень й в, при яких амплітуда коливань борштанги із пружними елементами менше відповідних значень коливань борштанги без пружних елементів.

Так, при 900 та жорсткості пружних елементів Н/м рівень коливань у порівнянні з борштангою без пружних елементів, знижується, якщо в знаходиться у межах 30...75 °.

Аналіз отриманих результатів показує наявність оптимуму в залежності амплітуди коливань борштанги від кута розташування в і жорсткості пружних елементів , а також від чисел обертів шпинделя n.

На рис. 8 наведена область (область 1) вибору прийнятних значень конструктивних параметрів борштанги в та для обертів шпинделя 800, 900 й 1000 .

а) n=800 б) n=900

в) n=1000 г) результат накладення областей

Рис.8. Області оптимальних значень конструкцій борштанг та параметра режиму різання n

Рішення даного завдання оптимізації було отримано шляхом накладення областей одну на іншу, у результаті чого була отримана область (рис. 8г), що дозволяє вибрати конструктивні параметри борштанги для відповідних значень оборотів шпинделя.

Таким чином, існує область вибору конструктивних параметрів (область 1) наведеного розрахункового інструмента, при яких має місце зниження амплітуди згинальних коливань борштанги в порівнянні із традиційною схемою розточування переривчастих отворів.

В цій роботі, для умов тонкого розточування отворів з перерив частою поверхнею, була запропонована форма різця (рис.9) із циліндричною передньою поверхнею й змінними геометричними параметрами уздовж ріжучого леза, що забезпечує підвищену стійкість і міцність ріжучого клина інструмента в умовах ударного характеру прикладання навантаження.

Рис. 9. Розточувальний різець спеціальної геометрії

Складається різець із державки 1 і ріжучої частини 2. У борштанзі різець орієнтується за допомогою лиски 3, яка є основною площиною. Слід зазначити, що кути в плані отримуємо тільки за рахунок нахилу різця в борштанзі. Проекція ріжучої кромки різця на основну площину має форму еліпса з двома дотичними, розташованими під відповідними кутами в плані й .

З урахуванням тільки геометричних причин утворення шорсткості поверхні, величина й форма нерівностей, що складається із залишкових гребінців, визначається величиною подачі й формою різального інструмента. Виходячи із цього, шорсткість поверхні можна розрахувати із зіставлення двох суміжних положень профілю проекцій різця на основну площину, зміщену одну до одній на величину подачі.

Таким чином, в умовах обробки різцями з циліндричною формою передньої поверхні формула для розрахунку висоти нерівностей коли нерівності виникають за рахунок криволінійної частини ріжучої кромки та обома прямими ділянками ріжучої кромки приймає вигляд:

(12)

Аналіз формул показує, що при кутах нахилу різця в борштанги порядку 15 - 20 градусів, радіус кривизни профілю проекції різців на основну площину буде приблизно дорівнювати 3 - 4 Rц. У зв'язку із цим навіть при малих радіусах циліндричної ділянки передньої поверхні може бути забезпечена досить низька висота нерівностей на обробленій поверхні.

У третьому розділі представлена програма та методика експериментальних досліджень. Наведена принципова схема експериментальної установки для вимірювання згинальних коливань.

Для проведення досліджень було спроектовано та виготовлено розточувальну борштангу з пружними елементами, що дозволяє обробляти отвори з переривчастими поверхнями, загальний вид якої представлено на рис. 10.

а) загальний вид борштанги б) розріз борштанги

Рис. 10. Розточувальна борштанга з пружними елементами

Розміщення різця виконане під кутом 45? до осі борштанги, що забезпечує безперешкодне розміщення пружних елементів у площині перпендикулярної до осі борштанги 1, розташованої на деякій відстані від вершини різця 2. Настройка на розмір та кріплення різця здійснюється за допомогою гвинтів 5 та 6. Для прийнятої схеми обробки й варіанта структури операції в борштанзі кріпиться два пружних елементи 3, розташованих у площині перпендикулярної осі борштанги. Настройка пружних елементів на розмір здійснюється одночасно, за допомогою одного гвинта 4.

Конструкція пружного елемента представлена на рис.11. Поверхні пружного елемента, що використовуються для його установки й кріплення в борштанзі, виконані аналогічно поверхням корпусної частини розточувального різця.

Пружний елемент являє собою порожній циліндричний корпус 1, в отворі якого змонтована кулька 2, що приводить до зіткнення з оброблюваним отвором. Жорсткість пружного елемента забезпечується за рахунок регулюючого гвинта 3 і пружини 4 передавальне зусилля на кульку через прокладку 5. З метою запобігання вильоту кульки з корпуса, отвір демпфера завальцьований.

Рис. 11. Конструкція пружного елемента

Вимірювання згинальних коливань борштанги із пружними елементами проводився на установці, зібраній на базі алмазно-розточувального верстата моделі 2705В, за допомогою індуктивних датчиків (рис.12).

Уповільнені коливання подовженого кінця розточувальної борштанги приводилося до перетину, що проходить через вершину різця. З метою зменшення погрішності виміру й збільшення чутливості системи використалася диференціальна схема включення індуктивних датчиків. Зазор між борштангою й сердечниками індуктивних датчиків дорівнює 0,6-0,7 мм.

Рис. 12. Схема експериментальної установки

Такий зазор забезпечував роботу датчиків на лінійній ділянці їхньої характеристики. Перед початком і після закінчення кожної серії експериментів здійснювалася статична тарировка. Тарировка дозволяла одержати залежність між вихідною напругою після демодулятора й величиною переміщення борштанги щодо датчиків.

Тарировка виконувалася після виставляння зазорів і балансування схеми за активною і реактивною складовими. Оскільки частота живлення підсилювача становила 10 кГц, тобто була більш ніж в 10 разів більше частоти вимірюваного процесу, то виявилося можливим без перерахувань користуватися результатами статичної тарировки.

У всіх експериментах глибина різання дорівнювала 0,1 мм, подача 0,12 мм/об. Перераховані вище параметри різця в процесі досліджень не змінювалися.

Кут розташування пружних елементів в щодо різця вибирався на основі запропонованої методики розрахунку конструктивних параметрів борштанг із пружними елементами, описаної у другому розділі дисертації.

У процесі досліджень застосовувалася методика активного експерименту з одночасним варіюванням величин всіх факторів. Вплив досліджуваних факторів на вихідні параметри процесу визначалися при розточуванні зразків (діаметр розточки 48 мм, довжина 70 мм) борштангою діаметром 38 мм и довжиною 140 мм. Жорсткість борштанги в перетині різця становила 1,077 Н/м.

За числом досліджуваних факторів була прийнята матриця планування експерименту типу , яка становила 2 блоки по 4 досліди в кожному.

Досліджувані фактори змінювалися в наступних межах: кут розташування пружних елементів в - 35 … 45 град.; жорсткість пружних елементів - 200 … 400 Н/м; числа обертів шпинделя n - 800 … 1000 .

При дослідженні обробки переривчастих отворів різцями з циліндричною передньою поверхнею використовувалась методика планування багатофакторного експерименту. За числом досліджуваних факторів з урахуванням трудомісткості проведення експериментів, а також беручи до уваги необхідність забезпечення достатньої точності математичної моделі процесу, була прийнята матриця планування експерименту типу , що складається з 2-х блоків по 4 досліди в кожному.

Відповідно до методики планування експерименту як досліджуваних факторів були встановлені: швидкість різання V; подача S; глибина різання t; радіус циліндричної ділянки передньої поверхні різця Rц; задній кут ; кут нахилу головної плоскої ділянки передньої поверхні ; кут нахилу допоміжної плоскої ділянки передньої поверхні різця .

Як параметри оптимізації були обрані:

Шорсткість обробленої поверхні; точність форми розточених отворів у поздовжньому перетині (конусність); відносне зношування різців.

Крім того, у процесі досліджень вимірялася: шорсткість обробленої поверхні на профілометрі моделі 201 завод “Калібр” і точність форми розточених поверхонь (конусність) на горизонтальному оптиметрі.

У четвертому розділі проведено експериментальні дослідження тонкого розточування отворів з переривчастою поверхнею.

Вимірювання амплітуди згинальних коливань інструмента здійснювалося за описаною вище методикою при числах оборотів шпинделя 800, 900 й 1000 , глибині різання 0,1 мм і подачі 0,16 мм/об. Жорсткість пружних елементів борштанги становила й Н/м, кут розташування пружних елементів в щодо різця дорівнювали 35 й 45 градусам відповідно.

Експериментальне дослідження взаємного впливу конструктивних параметрів розточувальної борштанги на шорсткість і точність форми обробленої поверхні здійснювалося відповідно до викладеної вище методики.

Аналіз і зіставлення результатів показали, що при тонкому розточуванні борштангами із пружними елементами амплітуда згинальних коливань зменшується в порівнянні з борштангами без пружних елементів, що підтверджує зроблені раніше теоретичні висновки.

У результаті підстановки в наведені рівняння кодованих значень факторів після перетворень були отримані математичні моделі процесу розточування, що дозволяють розраховувати величину шорсткості обробленої поверхні, відносне зношування різців і конусності розточених отворів залежно від прийнятих значень факторів.

Аналіз коефіцієнтів лінійних рівнянь показує, що жорсткість пружних елементів створює найбільш істотний вплив на рівень згинальних коливань розточувальної борштанги, ніж кут розташування пружних елементів щодо різця в. Збільшення жорсткості пружних елементів , призводить до поліпшення шорсткості обробленої поверхні, зниженню значень відносного зношування різців і конусності отворів, що пояснюється зниженням рівня коливань борштанги.

Збільшення числа обертів шпинделя в діапазоні від 800 до 1000 негативно впливає на вихідні параметри процесу тонкого розточування переривчастих отворів, що приводить до появи вібрацій інструмента, й відносне зношування різців підвищується.

Збільшення кута розташування пружних елементів щодо різця в приводить до погіршення шорсткості обробленої поверхні, відносного зношування різців і конусності отворів, у зв'язку з ростом рівня коливань борштанги.

Запропонована конструкція розточувальної борштанги з пружними елементами дозволяє зменшити амплітуду згинальних коливань в цілому на 10 - 30% у порівнянні з борштангами традиційної конструкції.

Для різців із циліндричною передньою поверхнею, у результаті проведення багатофакторного експерименту, отримані аналітичні залежності для розрахунку висоти нерівностей, відносного зношування й конусності отворів залежно від геометрії інструмента. Експериментально отримано оптимальне співвідношення геометричних параметрів різця і режимів обробки.

Висота нерівностей істотно зменшується в міру збільшення величини радіуса кривизни циліндричної ділянки передньої поверхні різця.

Збільшення подачі приводить до помітного росту шорсткості поверхні. Шорсткість поверхні також зростає зі збільшенням кута нахилу, допоміжної плоскої ділянки передньої поверхні різця.

Інші фактори (глибина різання, кут нахилу головної плоскої ділянки) у межах дослідженого діапазону їхніх значень практично не впливають на шорсткість поверхні.

На погрішність форми отворів у поздовжньому перетині (конусність) найбільший вплив робить подача, швидкість різання і радіус циліндричної ділянки передньої поверхні. Менш істотно впливають на конусність отворів глибина різання, задній кут і кути нахилу плоских ділянок передньої поверхні різця.

Зі зміною подачі від 0,08 до 0,16 мм/об значно зменшується конусність отворів. Зменшенню величини конусності сприяє також збільшення радіуса циліндричної ділянки передньої поверхні різця. Збільшення значень всіх інших факторів приводить до росту конусності отворів, причому найбільш істотно на збільшення конусності впливає швидкість різання.

Використання запропонованої конструкції розточувального різця з подвійним нахилом головної ріжучої кромки дозволило підвищити стійкість і знизити зношування різця на 25% у порівнянні з різцями звичайної геометрії.

ВИСНОВКИ

1.Комплексно вирішена задача із зниження негативного впливу коливань розточувального інструмента в умовах переривчастого різання на вихідні параметри технологічних показників обробки.

2.Розроблена та експериментально досліджена в умовах розточування отворів з переривчастою поверхнею розточувальна борштанга з пружними елементами.

3.Запропонована методика рішення диференційного рівняння 2-го порядку з кусочно-постійним характером змінення коефіцієнтів в лівій частині рівняння, та ступеневою функцією зміни збурюючої сили у правій частині, яке описує коливання борштанги в умовах розточування отворів з переривчастою поверхнею.

4.Походячи з аналізу рішення диференційного рівняння з перемінними коефіцієнтами встановлено, що амплітуда поперечних коливань борштанги з пружними елементами залежить від жорсткості та кута розташування пружних елементів відносно різця, а також режимів обробки, головним чином швидкості різання. Із результатів моделювання встановлена наявність резонансних областей, які визначаються співвідношенням жорсткості до кута розташування пружних елементів.

5.Розроблена і реалізована в програмному середовищі BASIC методика з розрахунку оптимальних значень конструктивних параметрів розточувальної борштанги з пружними елементами, та призначенню відповідних режимів обробки.

6.Розроблена конструкція розточувального різця зі спеціальною геометрією, що дозволяє підвищити стійкість та знизити розмірний знос різця на 25 % порівняно з різцями традиційної геометрії. Одночасно при цьому можна підвищувати продуктивність обробки за рахунок збільшення подачі зі збереженням заданої шорсткості поверхні.

7.Виведені формули, що дозволяють розрахувати геометричні параметри запропонованого різця, а також параметри якості поверхні при обробці таким видом інструменту.

8.Встановлено, що практичне використання розроблених конструкцій борштанги і різального інструмента дозволяє на 25-30% зменшити похибки розмірів і форми розточених отворів та до 40% знизити шорсткість обробленої поверхні.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Линчевский П.А. Влияние технологических факторов на уровень колебаний при растачивании отверстий с прерывистой поверхностью. / П.А. Линчевский, Б.О. Ткаченко, С.М. Онищенко // Труды Одесского национального политехнического университета. - 2006. - № 2 (26) - C. 67-69.

2.Линчевский П.А. Математическое моделирование колебательных процессов при растачивании прерывистых поверхностей борштангами с упругими элементами. / П.А. Линчевский, Б.О. Ткаченко, С.М. Онищенко // Труды Одесского национального политехнического университета. - 2007.- № 1 (27) - C. 41-45.

3. Линчевский П.А. Моделирование поперечных колебаний при растачивании отверстий с прерывистой поверхностью. / П.А. Линчевский, Б.О. Ткаченко, С.М. Онищенко // Вестник Севастопольского национального технического университета. - 2007. - № 80. - C. 26-28.

4. Лінчевський П.А. Оптимізація конструкцій борштанги для розточування отворів з переривчастою поверхнею. / П.А. Линчевский, Б.О. Ткаченко, С.М. Онищенко // Наукові нотатки. Луцький державний технічний університет. - 2007. - № 19. - C. 165-171.

5. Линчевский П.А. Моделирование крутильных колебаний при растачивании отверстий с прерывистой поверхностью. / П.А. Линчевский, Б.О. Ткаченко, С.М. Онищенко // Проблеми техніки. Вісник одеського національного морського університету. - 2007. - № 2 - С.77-84.

6. Линчевский П.А. Устойчивость процесса растачивания отверстий с прерывистой поверхностью / П.А. Линчевский, А.А. Оргиян, С.М. Онищенко // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка. - 2007. - № 61. - C. 261-266.

7. Линчевский П.А. Тонкое растачивание отверстий с прерывистой поверхностью. / П.А. Линчевский, А.А. Оргиян, С.М. Онищенко // Физические и компьютерные технологии. Труды 11-й Международной науч.-техн. конференции 2-3 июня 2005. - ХНПК “ФЭД”, 2005. - C. 48-52.

8. Онищенко С.М. Розточування переривчастих поверхонь спеціальним інструментом. / С.М. Онищенко // Тези доповідей 39-ої наукової конференції молодих дослідників ОПУ - магістрантів. “Сучасні інформаційні технології та телекомунікаційні мережі”. - Одеса, 2004. - C.118.

АНОТАЦІЇ

Онищенко С.М. Повышение качества финишной обработки отверстий с прерывистой поверхностью. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения - Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2008.

Вибрации инструмента при растачивании, оказывают наибольшее влияние на точность геометрической формы и качество обрабатываемой поверхности. При этом относительно низкочастотные колебания инструмента в большей степени влияют на образование погрешности формы и образование волнистости, а высокочастотные колебания влияют на формирование шероховатости поверхности. Повышенный уровень вибраций, возникающий при прерывистом резании, вызывает интенсивный износ резца, что в свою очередь отражается на точности формы и размеров расточенных отверстий, а также приводит к значительному снижению качества обработки.

Основная часть причин, вызывающих появление колебаний системы станка при тонком растачивании сплошных поверхностей, может быть существенно уменьшена за счёт улучшения качества настройки, повышения точности изготовления и сборки элементов станка и приспособления, изменения конструкции расточной оправки и т.д.

В случае обработки прерывистой поверхности усилие резания действительно является возмущающей силой, частота колебаний которой зависит от собственной круговой частоты упругой системы, а также числа разрывов обрабатываемой поверхности и их расположения.

Если даже нам удастся ликвидировать другие источники колебания, то усилие резания по-прежнему останется периодической функцией времени, имеющей ту же самую частоту, что и при наличии других источников колебаний.

Периодическое повторение фаз “врезания” и “выхода” инструмента, в процессе растачивания отверстий с прерывистой поверхностью, является дополнительным возмущающим фактором, вызывающим колебания более высокого уровня, чем при обработке сплошных поверхностей.

Диссертация посвящена вопросам теоретического и экспериментального исследования и решения научно-прикладной задачи, которая заключается в обеспечении качества растачивания отверстий с прерывистой поверхностью конструкторско-технологическими методами.

В соответствии с поставленными задачами исследования, была разработана и исследована динамическая модель процесса растачивания прерывистых отверстий. Разработана конструкция расточной борштанги с упругими элементами, позволяющая повысить точность и качество обработки отверстий с прерывистой поверхностью, за счет снижения изгибных колебаний системы шпиндель-борштанга. Предложена методика выбора оптимальных параметров конструкции борштанг с упругими элементами, обеспечивающая снижение амплитуды колебаний по сравнению с борштангами без упругих элементов.

Разработана и изготовлена конструкция расточного резца с двойным наклоном главной режущей кромки, обеспечивающей повышенную стойкость и прочность режущего клина инструмента в условиях ударного характера приложения нагрузки. Получены аналитические зависимости, позволяющие определить влияние геометрии резца на шероховатость обработанной поверхности.

Спроектирован и изготовлен стенд для определения амплитуды изгибных колебаний расточной борштанги при обработке прерывистых отверстий.

Проведен комплекс экспериментальных исследований по определению влияния независимых конструкторско-технологических параметров на качественные показатели обработки прерывистых отверстий.

Ключевые слова: прерывистое отверстие, тонкое растачивание, упругий элемент, вибрации инструмента, изгибные колебания.

Онищенко С.М. Підвищення якості фінішної обробки отворів з переривчастою поверхнею. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування - Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2008.

Дисертація присвячена питанням теоретичного й експериментального дослідження й рішення науково-прикладного завдання, що полягає в забезпеченні якості розточування отворів з переривчастою поверхнею конструкторсько-технологічними методами.

Розроблено й досліджено динамічну модель процесу розточування переривчастих отворів. Розроблено конструкцію розточувальної борштанги із пружними елементами, що дозволяє підвищити точність й якість обробки отворів з переривчастою поверхнею, за рахунок зниження згинальних коливань системи шпиндель-борштанга. Запропоновано методику вибору оптимальних параметрів конструкції борштанг із пружними елементами.

Розроблено й виготовлено конструкцію розточувального різця з подвійним нахилом головної ріжучої кромки, що забезпечує підвищену стійкість і міцність ріжучого клина інструмента в умовах ударного характеру прикладання навантаження. Отримано аналітичні залежності, що дозволяють визначити вплив геометрії різця на шорсткість обробленої поверхні.

Спроектовано та виготовлено стенд для визначення амплітуди згинальних коливань розточувальної борштанги при обробці переривчастих отворів.

Проведено комплекс експериментальних досліджень з визначення впливу незалежних конструкторсько-технологічних параметрів на якісні показники обробки переривчастих отворів.

Ключові слова: переривчастий отвір, тонке розточування, пружний елемент, вібрації інструмента, згинальні коливання.

Onischenko S.M. Improvement of quality of finishing processing of the holes with faltering surfaces. - Manuscript.

Dissertation for scientific degree of candidate of technical science in the specialization 05.02.08 - technology of machine building - Odessa National Polytechnic University, Odessa, 2008.

The dissertation is devoted to questions a theoretical and experimental research and the decision of a new scientifically applied problem, which consists in improvement of quality and processing of the holes with a faltering surface, by design and technological methods.

The dynamic model of process boring faltering holes is developed. The design of the boring-bar with elastic elements which allows suppressing bending vibration of system spindle-boring-bar in a plane, which are taking place trough the tool point is developed. Calculation of design parameters of the boring-bar with elastic elements in a range of corrected speed of the spindle appropriating finish boring is made. The areas of a choice of such design parameters of the boring-bar at which there is a guaranteed lowering the amplitude of oscillation in comparison to the traditional scheme of boring work are certain.

The stand for definition of amplitude bending oscillation boring of the boring-bar is designed and produced at processing faltering apertures.

It is developed and made the design of a boring cutter with a cylindrical forward surface, providing the raised durability and stability of an edge chock of the tool in the conditions of chock character of the application of loading. The analytical dependences are received, allowing to define influence of geometry of the designed cutter on a roughness of the processed surface.

Keywords: a faltering aperture, thin boring, an elastic element, vibrations of the tool, bending vibration.

Размещено на Allbest.ru

...