Способ изготовления нежестких деталей

Комитет Россиискои Федераци по патентам и товарным знака У Ьол. Ма 47-48 Е ОСитников ААй государственн хнический уни енин для изгоность изобретепроизводят фориля путем прооперечной подало закону спользование: в машиностронежестких деталей. Сущпредварительной стадиие криволинейного профточения с непрерывной икоторую изменяют- продольната вращ и( х)дача при али при ения деения, мм;( )- )+т (х)-т, г - радиус загош щ т тщ э о ээл эаа уэтовки, мм; г - радиус готовой детали, мм; 1 (х) -аэад текущее значение заданной глубины резания при шлифовании, мм; Ь - погрешность обработкиэ эв.при шлифовании, мм; Ь (х) - погрешность обработки при точении, мм;1 - глубина резания при точении, мм, а окончательную обработку производят продольным шлифованием за один проход с компенсацией упругих деформаций возникающих в процессе резания, профилем детали, полученным на токарной стадии Предложенный способ позволяет повысить точность формы в 1,9 раза и производительность процесса шлифованияИзобретение относится к области машиностроения, в частности механической обработке, и может быть использовано при изготовлении нежестких деталей высокой точности,Известен способ, обеспечивающий требуемые отклонения формы нежестких валов. Для его реализации в процессе шлифования к торцам заготовки прикладывают два переменных по длине обработки изгибающих момента, которые компенсируют деформации в точке приложения силы резания,Недостатком данного способа является то, что деталь должна иметь специальные поверхности, к которым можно было бы приложить изгибающие моменты, что не всегда возможно, Кроме этого, со временем эксплуатации растет интенсивность снижения точности станка ввиду постоянного приложения дополнительной знакопеременнай нагрузки к технологической системе.Существует способ обработки нежестких валов, при котором деталям с переменной жесткостью в системе СПИД сообщают возвратно-поступательное движение, а шлифовальному кругу - непрерывную радиальную подачу, которую постоянно изменяют по закону13 Е 11. 1 г б Зшб+ +Для нежестких деталей величину радиальной подачи шлифовальнаго круга постоянно увеличивают при движении детали до сечения ее наименьшей жесткости в системе СПИД, а после прохождения этого сечения уменьшают по обратному закону, В качестве недостатков данного способа можно отметить следующие;- сложна на операции круглого продольного шлифования с достаточной точностью обеспечить перемещение режущей кромки шлифавального круга па кривой, эквидистантной линии упругой деформации детали, так как: а) периферия круга имеет определенную протяженность, в первом приближении отрезок прямой, равный ширине круга, а линия упругой деформации детали в технологической системе описывается кривой как минимум второго порядка, поэтому для более точного воспроизведения этой кривой нужен контакт инструмента и заготовки в точке; б) из-за более интенсивного износа шлифовального круга происходит смещение режущей кромки, а следовательно, и траектории ее движения; в)формула изменения радиальной подачи не5 учитывает необходимости переориентациина другую режущую кромку при обратномходе детали в процессе шлифования; снижение производительности процесса шлифования, так как требуется уравновеши"0 ваниеусилия при резании, а это влечет засобой уменьшение глубины резания, и следовательно, увеличение количества проходов; выражение для расчета радиальнойподачи не связано с вращением детали и ее15 продольным перемещением относительнокруга, т.е, формула 3 характеризует изменение глубины резания при шлифовании, а незакон изменения радиальной подачи,Наиболее близким по технической сущ 20 ности (прототипом) является способ обработки деталей типа тел вращения спрямолинейной образующей, включающийпредварительную и окончательную стадииобработки, при котором на окончательной25 стадии изменяют полученный на предварительной стадии профиль, для этого на стадии предварительной обработки деталипридают бочкообразную форму, а окончательную обработку производят абразивнымЗ 0 инструментом с прямолинейной образующей,Однако способ не учитывает один изважных показателей - жесткость детали, азначит отсутствует возможность его примеЗ 5 нения для изготовления нежестких деталейкроме того, реализация способа возможнатолько инструментом с прямолинейной образующей, а эта ужесточает требования кинструменту (повышенная кромкостой 40 кость), увеличивается количество правок образующей круга,Цель изобретения достигается тем, чтопри способе изготовления нежестких деталей, включающем предварительную токар 45 ную и окончательную абразивную стадииобработки, при котором на стадии предварительной обработки деталям придают бочкообразную форму в продольном сечении, ана окончательной стадии изменяют пол 50ученный на предварительной стадии проф. иль детали, формирование криволинейного профиля производят путем продольного точения с непрерывной поперечной подачей,которую изменяют па закону:1мин.Зоб ( Ь 1+1 1 п 11 Х 1 - и,сечГДЕ Зоб - ПРОДОЛЬНаЯ ПОДаЧа ПРИ ТОЧЕНИИ,мм/об;2004990 п = Гз (Гр + 1 зад (Х) Азад )+Ау (Х) 1; 5ш (1 10 где х - расстояние от торца до рассматриваемого сечения;- длина детали;С - коэффициент, введенный в формулу,исходя иэ допущения,что величина радиального усилия при шлифовании прямо пропорциональна глубине резания (Ру = С 1;пб, зб, Зш жЕСтКОСтИ СООтВЕтСтВЕННОпередней, задней бабок шлифовального станка и жесткость узла шпинделя шлифовального круга;Е - модуль упругости обрабатываемого 25материала:- момент инерции поперечного сечения вала.= 0,05 б;таад - заданная глубина резания, накоторую настраивается шлифовальный круг по лимбу станка во время шлифования за З 0 один проходЖесткостные характеристики станка.пб, Аб, Зш ЗНаЧИтЕЛЬНО ПРЕВЫШаЮт жЕСткость самой детали, поэтому при расчете Азад их можно не учитывать, тогда выражение(2) перепишется в следующем виде Азад = таад (1 ЗЕ)Го + 1 зад (х) - Ьзад( где г(х) - текущее значение радиуса заготовки после точения;го - радиус готовой детали. заданный чертежом; 50Ьад (х) - текущее значение заданной глубины резания при шлифовании;Азад - погрешность обработки при шлифовании.Величина погрешности обработки 55 Азад вычисляется, исходя иэ условия, что после шлифования за один проход необходимо получить деталь без утолщения посередине, Для этого Азад должна быть Саад (х) и - частота вращения детали при точении, об/мин;сей - длина сечения, мм; гз - радиус заготовки, мм;го - радиус готовой детали, мм: 1 зад (х) - текущее значение заданной глубины резания при шлифовании, мм;Аад - погрешность обработки при шлифовании, мм;Ь(х) - поГрешность обработки при точении, мм;1 - глубина резания при точении, мм, а окончательную обработку производят продольным. шлифованием за один проход с компенсацией упругих деформаций, возникающих в процессе резания, профилем детали, полученным на токарной стадии.Использование предлагаемого способа позволяет повысить точность формообразования требуемого профиля и повысить производительность процесса шлифования.В основу способа положено то, что после шлифования нежесткой детали без дополнительных устройств (люнет и т.п.) профиль продольного сечения имеет отклонение формы "бочкообразность". Для того, чтобы повысить точность продольного сечения, исключив "бочкообразность", можно на предварительной токарной стадии сформировать профиль (седлообразный), обратный профилю погрешности продольного сечения на стадии шлифования. Тогда при шлифовании эа один проход возникающие при этом упругие деформации будут компенсированы и в результате получим деталь с прямолинейной образующей в продольном сечении.Требуемый профиль на токарной стадии можно получить, обеспечивая закон движения вершины резца: одинаковой во всех поперечных сечениях.Известна зависимость для расчета погрешности СШД+ 1К -КГлубина резания Ьад выбирается по рекомендациям нормативов режимов резания для наиболее опасного среднего сечения при х = Д 2 максимально возможной для проведения устойчивого процесса резания. Подставив в формулу (3) х = 2, получим Ьаад = таад(4) с С+48 ЕЗначение переменной глубины резантаад(х) определяют для всех условных попречный сечений детали по формулеДШ(х) При каждом расчете в формулу (5) подставляется значение погрешности обработки Ьзедш, найденное по зависимости (4), величина Азд постоянна во всех сечениях, 5Резец необходимо перемещать по криволинейной траектории (1). Для этого точение производят с продольной подачей на глубине 1, непрерывно изменяя при этом поперечную подачу от сечения к сечению. 10 При этом фактически увеличивается глубина резания на величину Кд = азад(х) -1, (6) 15 где Ьед(х) - текущее значение глубины резания при точении;1 - глубина резания при продольном точении;- номер сечения. 20Кроме этого, фактическая глубина резания при точении в любом поперечном сечении, как видно иэ чертежа, определяется следующим образом: где гз - радиус заготовки,Текущее значение глубины резания приточении 1 зад(х) отличается от фактической 30на величину упругих отжатий вазед(Х) = тфг(Х) + Ьу(Х) (8) Подставим теперь в уравнение (6) выра жения для расчета текущего значения глубины резания при точении (формулы (7), (8 и радиуса заготовки после точения (формула (1, получим40 1Гз - (го + азад (х) - Лэзд ) + Ьу - 1 . (9) Текущее значение погреении определяется (5): 1 х 2 -х++ - - ), (10) 5 где Ру - радиальная составляющая силы резания при точении;.пб, Ззб, суп - жесткости соответственно передней, задней бабок и суппорта токарного станка,Аналогично с Ьзздго при расчете Лу(х) можно не учитывать жесткостные характеристики станка, получим х 2Ьу (Х) = Ру . з - , (11) Силу резания при точении можно рассчитывать по формуле Р т=10 С Яу Ч"т"р Кр, (12) где Сру, Кр - коэффициенты;Я - подача;Ч - скорость резания;т - глубина резания;у, и, хр - показатели степени.Продольная подача Яоб, поперечная подача Яп и Ь связаны следующим образом; где меч - длина сечения,Отсюда величина поперечной подачиравна: Так как величина изменения поперечной подачи за один оборот детали составляет доли мкм, а устройств для отработки таких малых перемещений с достаточной точностью нет, то лучше при реализации способа работать с минутной подачей; Яп(Х)=Яп(х) и, (15) где и - частота вращения детали при точении,Подставим в формулу (15) выражение (14), получим Я мин(х) - об+и (16) При переходе через среднее сечение разность ф+ - ) становится отрицательной, знак "-" показывает смену направления поперечной подачи,На чертеже рассмотрены стадии формирования г,рофиля готовой детали (1 - профиль заготовки; 2 - профиль после тоения; 3 - профиль готовой детали).Способ изготовления нежестких деталей реализуется следующим образом. Перед механической обработкой производят предварительные расчеты, для этого по формуле (4) определяют погрешность при шлифовании вазед. Затем рассчитывают текущее значение заданной глубины резания при шлифовании 1 зад (х) для всех условных поперечных сечений по формуле (5) и по10 2004990 зависимости (11) определяют погрешность обработки при точении Ь(х) в тех же сечениях. Далее по зависимости(9) рассчитывают приращение глубины резания би и по формуле (16) поперечную подачу Я"и"(х), 5 после чего деталь устанавливают на стенок. (например, токарный с ЧПУ) и производят формирование криволинейного профиля путем продольного точения с непрерывной поперечной подачей Я"(х). Далее деталь 10 шлифуют за один проход, компенсируя при этом упругие деформации. 0,859105 10 3 20,810 5,210 2,5 а105 го исполнения. Необталь "валик" из стала 15 и мм, -280 мм, боочение выполняют на К 20 ФЗ, шлифование на ом 24 Д 40 СМ 26. Коэфпр ш фовании С - 20 ь упругости Е = 20,6 х ерции 1- 0,05 д - 5,2 х ия при точении РуД(х =0,02) ==5 1 ют приращение глунии по формуле (9): Затем рассчиты ны резания при точх) 96 6 - (9+ 0,124 5 0,005 мм- 0,009) - 0;005 35 После этого по выляют поперечную пода что начальное эначени равно Д, тогда для н ность Ь+1 - Ь - 0.0 40 соответственно подач ражению (16) опредечу, при этом считаем, е поперечной подачи улевого сечения раэ - 0 0,005 мм и с,1 10 Расчеты производят для всех условных поперечных сечений, результаты приведе 0 ны в таблице.=0,009 мм . По фоины рез Пример конкретноходимо изготовить де20 размерами 1. - 320мм, бз = 19,232 мм, Тстанке с ЧПУ мод, 16станке мод.ЗЕ 153 кругфициент силы резания=97,9 Н. Режимы при точении:глубина резания 1 = 0,5 мм;продольная подача Яоб =4),15 мм/об; частота вращения и = 2152 об/мин; при шлифовании;скорость вращения круга Ч - 28,4 м/с; скорость вращения детали Чэ - 1,6 м/с; продольная. подача Яюд. - 0,014 м/с; глубина резания ъд. - 1,5 10 м,-5Для расчетов разобъем валик на условные сечения, длина сечения сыч. -20 мм. По формуле (4) рассчитывают погрешность обработки при шлифовании: 32 + 4820,6105,21 О муле (5) значение заданной глуия при шлифовании 13 д(х -- 0,02) -.яад2щ, Х ХЗЕ алее по зависимости (11) определяютшность обработки при точении: 97,913,20 6,10 0,5 2.10-е,О 32= гз -(го+Ьдш(х) - Ьад 2182 = 0,081 ьмlмин006 6) Авторское свидетельство СССР550273, кл. В 24 В 1/00, 1977.2004990 Составитель Е.ТатаркинТехред М,Моргентал Корректор А.Обручар Редактор А.Бер Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5Заказ 3416 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Формула изобретенияСПОСОБ ИЗ ГОТОВ)1 ЕИИЯ НЕЖЕСТКИХ ДЕТАЛ ЕЙ, включающий предварительную токарную и окончательнуюабразивную стадии обработки, при котором на стадии предварительной обработкидеталям придают бочкообразную форму впродольном сечении, а на окончательной 5стадии изменяют полученный на предварительной стадии профиль детали, отличающийся тем, что формированиекриволинейного профиля производят путем продольного точения с непрерывной. 10поперечной подачей, которую изменяют позаконумин 506 (О+1 - 1 и )Зп(х) = и,сеч 15где Боб - продольная подача при точении,мм/об; и - частота вращения детали при точении, об/мин;1 сеч - длина сечения, мм;1 - номер сечения;1 и= гз - (го+ азад(х) - Ь зад) + Ьу х) - тгз - радиус заготовки, мм;го - радиус готовой детали, мм;Ьдх) - текущее значение заданной глубины резания при шлифовании, мм;Ьэ,д - погрешность обработки при шлифовании, мм;Ьу(х) - погрещность обработки при точеТнии, мм;1- глубина резания при точении, мм,а окончательную обработку производятпродольным шлифованием с компенсацией упругих деформаций, возникающих впроцессе резания, профилем детали, полученным на токарной стадии,