Способ обработки отверстий

%35 устриальный инс . Кондрашов тельство СССВ 35/00, 198 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБР(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ (57) Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при обработке отверстий. Целью изобретения является повышение эффек тивности процесса резания путем управления вибрациями, Для осуществления способа используют инструмент с по меньшей мере четырьмя режущими пластинами, установленными попарно в радиальной и осевой плоскостях, Управление вибрациями инструмента в радиальной плоскости осуИзобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть ис пользовано при обработке отверстий.Цель изобретения - повышение эффективности процесса резания путем управления вибрациями,На фиг. 1 изображен.инструмент для осуществления способа обработки отверстий, общий вид; на фиг. 2 - случай расточки отверстия двумя режущими лезвиями, вершины которых расположены в одной осевой плоскости; на фиг, 3 - случай расточки отверстия двумя режущими лезвиями, вершины которых расположены в плоскости, перпендикулярной осевой плоскости; на фиг, 4 и 5 - развертка поверхности резания 2ществляют изменяя расстояние Н между режущими пластинами в осевом направлении, а управление вибрациями в осевом направлении осуществляют изменяя центральный угол 0 между пластинами в радиальной плоскости. Для гашения вибраций режущие пластины смещены в осевом направлении на расстояние Н = (2 К + 1):2 5, где Я - осевая подача мм/об; К - целое число, находящееся в пределах 23-949, а центральный угол между пластинами в радиальной плоскости равен О=л(21+1);1+ + (30 оъ: 7 тп )ах - частота осевых вибраций, Гц; и - частота вращения инструмента, об/мин; - целое число, находящееся в пределах 6 - 150. Для возбуждения вибраций режущие пластины смещены в осевом направлении на расстбяние Н = Я К. а центральный угол между пластинами равен 0=2 л 1; 1+(30 иь:лп). 4 з.п. ф-лы, 5 резцом, расположенным в плоскости, перпендикулярной осевой плоскости. ООДля осуществления способа использу- СЛ ют инструмент, содержащий. корпус 1, в па-(Я зах которого установлены регулируемые в ъ радиальном и осевом направлениях кассеты 2 с режущими пластинами 3 - 6. Пластины крепятся с помощью прихватов 7 и крепежных винтов 8. При расточке отверстия двумя д режущими пластинами, смещенными в осевом направлении одна относительно другой на расстояние Н (фиг. 2), первая пластина работает с глубиной 11, вторая - т 2. Инструмент или деталь вращается с угловой скоростью в 0, инструмент двигается вдоль оси со скоростью подачи 5.Р =П 1. 55 Составляющая Колебания, обусловленные работой пластины 3, начинаются с точки О и вызваны любым случайным толчком, геометрией, ликвациями материала заготовки, падающей характеристикой силы резания, В результате возникающих радиальных колебаний инструмент образует волнистую поверхность, профиль которой соответствует развертке колебаний системы во времени. Вторая пластина 4, начиная с точки О, должна снимать стружку периодически меняющейся ширины, Сила резания Р, а следовательно, и.ее составляющая Ру, периодически модулируется частотой, равной частоте колебаний системы. Установим взаимовлияние возникающих колебаний и их влияние на общие вибрации инструмента,Пусть колебательная система имеет массу в, жесткость К, постоянную затухания С,Положение режущей кромки инструмента относительно среднего положения при первом проходе обозначим через у 1, при втором - через у 2, приняв направление вверх за положительное.Глубина резания в каждый момент времени при снятии первой стружки При снятии второй стружки Силу резания выразим через "коэффициент глубины" Ч, который определяет степень воздействия процесса резания на колебательную систему и равен отношению приращения силы б Р, действующей на колебательную систему, 1 величине деформации у, умноженному на косинус угла у между плоскостью колебаний и плоскостью, перпендикулярной к режущей кромке,В нашем случае где Гр - главный угол в плане,Сила резания равнаРу = п 1 сов Р,Введя обозначениеР,Ру = Гу 11,Уравнение колеблющейся массы длядвижения в направлении у, при работе пер вой пластины имеет вид П 1 У 1+ СУ 1+ КУ 1 = Руср - ГуУ 1 (2) Постоянная сила Руср не влияет на ха 10 рактер колебаний, поэтому гпу 1+ су 1+ (К+ гу) У 1 = О,(3) Как известно, решение уравнения (3)15 имеет вид у 1 =2)Ау езп (ву 1+ДЪ 1) (4) 20 гдел,= С/2 в Иу -- ( К + Гу )/п 1 - ( С/2 в ) Таким образом, уравнение (4) описывает форму волнистой поверхности после первого прохода.Переменная глубина резания при втором проходе равна Сила резания изменяется в зависимости от координаты х согласно выражению Уравнение движения колебательной системы при втором проходе имеет вид вуг+ Суг+ Куг = (У 1 - Уг)Гу,вУ 2+ СУг+(К+ гу)Уг = гу У 1=(5)Следовательно, вид уравнения колебательного движения в направлении у при работе второй пластины определяется тем, что левая часть его совпадает с левой частью уравнения движения для первой пластины, 50 а в правой части находится интеграл этогоуравнения, умноженный на гу.Введем обозначения0 = 2) гуАу е/в; Р=С/в; Ч = (К+ гу)/в.Тогда уравнение (5) примет вид(7) 9 =во со со =ОЧ,45 щимо 1 =пх 2 КОо Ч = ва Оо/2,(8) орое совершает ния второй пла Обозначив х =- НЯ) уг + Руг + ауг = О з и ( Ву С + уу 1 ), (б)Как известно, общее решение неоднородного уравнения представляется как сумма какого-нибудь частного решения у этого уравнения и общего решения у соответствующего однородного уравнения, Как было показано, общее решение однородного уравнения имеет вид уг=2)АУ езп(вус+уЪг). Частное решение неоднородного уравнения ищем в форме уг = М соз В с + й з 1 п /3 с,В последнем выражении частота колебаний 3 равна частоте колебаний внешней силы Руг. Как указывалось, причиной возникновения периодической внешней силы является регенеративный след на обработанной поверхности, профиль которого соответствует развертке колебаний первой пластины во времени. Как было установлено в результате решения уравнения (3), частота этих колебаний равна ву. Таким образом, сила Руг периодически модулируется частотой ву, равной частоте колебаний первой пластины ф= ву.С учетом последнего выраженияуг= М соз ву с + й з 1 п вс. Определяя значения М и й подстановкой выражения (7) в исходное дифференци- альное уравнение, найдем частное решение неоднородного уравнения, которое имеет вид бщий интеграл уравнения (6) равен В=уг+Ю =+21 АеОу з 1 пс+Р, 1. (9) Уравнения волнистой поверхности для первой (4) и второй (8) пластин выведены при условии, что они работают независимо друг от. друга, Однако в рассматриваемом случае обе пластины жестко закреплены в одном корпусе, и, следовательно, результирующее колебательное движение у корпуса инструмента с пластинами подчиняется принципу суперпоэиции и равно сумме колебаний, возбуждаемых первой и второй пластинами, т.е, - ЛсУ = У 1+ Уг = 2)Ау е ( з 1 п ( ау с ++ Ру 1 ) + зи ( у с + Ууг ) + Оу з 1 п Хх ( ву с + р. (10) В последнем выражении фазовые углы ру и щ зависят от выбора точки начала отсчета, а угол ру - от соотношения амплитуд М и 1 ч. Сместив начало координат в начало первой синусоиды, получим у = 2)Ау е( з 1 п (ву с +(11) где ф -- друг - щ - сдвиг фаз между колебаниями первой и второй пластин.С другой стороны, фазовый угол фу можно представить в виде где со - время работы первой пластины до40 момента врезания второй;,во - угловая скорость вращения.В свою очередь где 1 - путь резания;Ч - линейная скорость,Эти величины выражаем слразом где пх - число оборотов, ко55 заготовка до момента врезстины;Оо - диаметр обработкЧисло оборотовгде Н - расстояние между пластинами, мм; Я - подача, мм/об. Подставив эти величины в уравнение(12) С учетом выражения (12) общие колебания инструмента описываются уравнением 10+ 81 п иу т + Оу зп ( Й)у 1 + %у , (13) Рассмотрим условия, при которых выражение (13) обращается в нуль, т.е. отсутствуют вибрации инструмента, Очевидно, при наличии первичных колебаний величина А 2 всегда отлична от нуля, Поэтому для выяснения условий виброгашения приравняем к нулю выражение в скобках и решим его относительно ф, . Предварительные расчеты показывают, что величина Оу на два порядка меньше амплитуд первых двух синусоид, поэтому в дальнейших расчетах с большой степенью точности величиной Оу зп (ау т + ру ) можно пренебречь.Таким образом 30 3 и ь 1 + зп ( соут + 2 л Н/Я ) = 0; зп ву 1 = - зп ( вайт + 2 л Н/Я ) = 0;35бт куда2 лНIЯ =л(2 К+1),где К - целое число, находящееся в пределах от 23 до 949, ;40Окончательно имеем НIЯ = (2 К+ 1)/2(14) В случае, если фазовый угол ф, будет равным нулю или кратным 2 л, колебания будут синфазными и в результате сложения общие вибрации будут усиливаться, Это яв ление при определенных условиях можно использовать как источник дополнительных полезных вибраций, интенсифицирующих процесс резания, Условие генерирования Таким образом, для повышения вибро , устойчивости системы путем гашения вибраций режущие пластины необходимо сместить в осевом направлении одну относительно другой на расстояние, связанное с величиной подачи соотношением (14),дополнительных вибраций может быть записано в виде2 лН/Я =2 лК,илиН/Я= К, (15)Таким образом, для создания радиальных колебаний, повышающих эффективность процесса резания, режущие лезвия должны быть смещены в осевом направлении одно относительно другого на расстояние, связанное с величиной подачи соотношением (15),Рассмотрим случай обработки по схеме деления подачи, когда нагрузка на инструмент распределяется между режущими кромками, расположенными по диаметру инструмента, при этом вершины режущих кромок находятся в одной диаметральной плоскости и центральный угол между ними равен О(фиг. 3), Предположим, что колеба. ния первой пластины обусловлены любыми случайными причинами, в результате чего образуется волнистая поверхность, которая может служить причиной регенеративного эффекта, т.е. являться источником вторичных колебаний,При этом вторая режущая пластина снимает стружку периодически меняющейся толщины, что обусловливает колебания ин- струмента в осевом направлении. Это явление может служить причиной резонансных колебаний в том случае, если в каждый момент времени векторы колебаний первой и второй пластин имеют одинаковое направление. В противном случае, т,е, когда колебания имеют противоположные направления, в результате сложения общие вибрации инструмента могут снижаться.Рассмотрим условия возникновения вторичных регенеративных колебаний и их влияние на общие вибрации инструмента, Положение режущей кромки пластины 3 относительно среднего положения (т.е. плоскости резания) обозначим через х, режущей кромки пластины 5 - через х 2,Толщина среза в каждый момент време;- ни при снятии первой стружкиа 1 =а 1-х 1,1при снятии второй стружкиа 2 = д 2 - Х 2+ Х 1,где а 1 и а 2 - номинальные толщины срезасоответственно пластин 3 и 5.По аналогии с рассмотренным случаемколебания инструмента вдоль оси Х можноописать уравнением1 Ю 7855 гдЕ Л= С/2 П 1; 15где с 0 - время, за которое инструмент совершит часть оборота, соответствующую центральному углу О.С другой стороны 20 а 2 = Х 1- Х 2 11 ь = 300/лп Подставляя значение со в формулу (22),30 О = 30 ОВ 17 Гп +1 р,. ГПХ 2+ СХ 2+ )Х 2 = (Х 1- Х 2)ГП 1 Х 2 + СХ 2 + ( + Гх)Х 2 = ГхХ 1, (18) 35 Отсюда 40 О(1 ) =л(2+1),30 о(23) Таким образом, для гашения вибрацийпри размещении режущих лезвий по диаметру инструмента конструктивные и технологические параметры должны быть связаны соотношением (23),Как указывалось, усиление вибрацийпроисходит в случае, если фазовый угол 50 ф равен 0 или кратным 2 7 г(24) гпх 1+ С:1 1 (Кгх)х =- 0 (16) Очевидно, уравнение колебательного движения вдоль оси Х, вызванного переменной толщиной среза, аналогично уравнению колеблющейся массы в направлении оси У, когда колебания вызываются переменной глубиной резания. Поэтому по аналогии с уравнением (3) решение уравнения (16) имеет вид х 1= 2)А ези (вх с+дЪ 1), (17) Выражение (17) является уравнением развертки поверхности резания после первой пластины.Переменная толщина среза при работе второй пластины равна Сила резания изменяется согласно вы- ражению Рх 2 = Гх(Х 1- Х 2).Уравнение колебательного движенияпри работе второй пластины имеет вид Вид уравнения колебательного движения в направлении оси Х при работе второй пластины аналогичен уравнению (б), описывающему колебания второй пластины при изменении глубины резания, Поэтому решение уравнения (18) можно записать в виде х 2 =2) Ахе (з)п(аьс+Ъ 2)+(19) Как и при переменной глубине резания, уравнения.(17) и (19) описывают форму развертки поверхности резания при условии, что пластины работают независимо друг от друга. Однако суммарные вибрации инструмента являются следствием сложения колебаний, вызываемых первой и второй пластинами. Поэтому колебания инструмента вдоль оси Х можно описать уравнением Х = 2 ) Ах Е( З)П а 1 С + ЗП (й 1 С ++ р)+Озп(оЫ+р, , (20) Аналогично уравнению (3) условие виброгашения определяется выражением ф =.7 г(2 + 1 ), (21) где- целое число, находящееся в пределах от 6 до 150.Угловое расстояние между двумя режущими кромками можно записать следующим образом О=иь с, +ф (22) где п - частота вращения инструмента. Из последнего выражения имеем 7 =О(1 - 30 йъГ 7 гп ),Учитывая выражение (21), имеем О(1 г" ) =2 г,Таким образом, для повышения эффективности процесса резания путем создания осевых колебаний инструмента режущие лезвия размещают по диаметру инструмента, причем конструктивные параметры связаны соотношением (24),1678551 15 Н - Я2 где Н - осевое расстояние между лезвиями, мм;5 - осевая подача, мм/об; Д 130 Охлп Формула изобретения 1. Способ обработки отверстий, при котором инструменту с нескольими режущими пластинами, смещенными одна относительно другой в осевом направлении, сообщают вращение и движение осевой подачи, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса резания путем управления вибрациями, используют инструмент с по меньшей мере четырьмя режущими пластинами, установленными попарно в осевой и перпендикулярной ей плоскостях, при этомуправление вибрациями инструмента в плоскости, перпендикулярной осевой, осуществляют, изменяя расстояние между режущими пластинами в осевом направлении, а управление вибрациями в осевом направлении осуществляют, изменяя центральный угол между пластинами в плоскости, перпендикулярной осевой.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что используют инструмент, у которого режущие пластины смещены в осевом направлении на расстояние К - целое число, находящееся в пределах от 23 до 949,3. Способ по и. 1, о тл ич а ю щи йс ятем, что используют инструмент, у которого5 режущие пластины смещены в осевом направлении на расстояние Н = 5 К,4. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что используют инструмент, у которогоцентральный угол между режущими пласти 10 нами в плоскости, перпендикулярной осевой, равен где О - центральный угол между пластинами, рад;йЪ - частота осевых вибраций, Гц;20 п - частота вращения инструмента,об/мин;- целое число, находящееся в пределахот 6 до 150,5. Способ по и. 1, отл и ча ю щи йся25 тем, что используют инструмент, у которогоцентральный угол между режущими пластинами в плоскости, перпендикулярной осевой, равенСоставитель М,ЛопациТехред М.Моргентал Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5