ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ВАЛОВ НА ТОКАРНЫХ ОПЕРАЦИЯХ

ENSURING THE ACCURACY OF SHAFT MACHINING IN TURNING OPERATIONS

Sergey Annenkov

Master's Student, Department of Equipment and Technology of Machine-building Production, Togliatti State University,

Russia, Togliatti

АННОТАЦИЯ

Целью представленной работы является повышение точности и качества обработки точением маложестких валов, установленных в системе самоцентрирующих люнетов. Проведены экспериментальные исследования жесткости и колебаний вала при многоопорной схеме установки.  Использование различных режимов работы люнетов зависимости от положения зоны резания обеспечивает стабилизацию динамических параметров технологической системы. Данный подход является перспективным при условии выравнивание динамической жесткости многоопорного вала вдоль его оси при различных сочетаниях режимов работы люнетов.

ABSTRACT

The purpose of the presented work is to improve the accuracy and quality of turning of low-rigid shafts installed in the system of self-centering turning steady rests. Experimental studies of the rigidity and vibrations of the shaft with a multi-support installation scheme have been carried out. The use of various modes of operation of the turning steady rest depending on the position of the cutting zone ensures the stabilization of the dynamic parameters of the technological system. This approach is promising provided that the dynamic rigidity of the multi-support shaft is aligned along its axis with various combinations of operating modes of the turning steady rest.

Ключевые слова: маложесткий вал; точение; люнет.

Keywords: low-rigid shaft; turning; steady-rest.

Для обеспечения необходимой технологической точности на операциях по обтачиванию осе симметричных цилиндрических деталей типа вал необходимо учитывать различные элементарные погрешности. К ним относятся погрешности оборудования, установки и закрепления заготовки, наладки станка, а также погрешности связанные с процессом резания. К ним относят погрешность от износа режущего инструмента, погрешность от тепловых деформаций технологической системы и погрешность от упругих силовых деформаций. Для более точного расчета технологической точности можно учитывать вопросы динамической устойчивости процесса резания в данных условиях и вопросы технологической наследственности. Но определяющим фактором обеспечения точности обработки маложестких валов является снижение упругих деформаций элементов технологической системы и, в первую очередь, обрабатываемой заготовки.

Следствием недостаточной жесткости при действии динамических возмущений, возникающих при вращении вала, а также от действия сил резания, являются значительные статические и динамические деформации. При определенных условиях по амплитуде или частоте колебаний процесс резания может быть не реализован. Для устранения данного недостатка используют технологическое оснащение для повышения жесткости заготовки.

Возможно использование многорезцовых наладок. Использование, по крайней мере, двух противоположно расположенных резцов напротив друг друга позволяет компенсировать действие радиальной составляющей силы резания [1]. Это приводит к существенному снижению поперечной деформации заготовки. Использование более двух резцов позволяет распределить нагрузку между ними более равномерно, но увеличивает трудности в наладке такой технологической системы. Кроме этого, на стабильность обработки будет влиять часть заготовки, расположенная вне зоны резания. Динамическая неуравновешенность этих частей вала передается в зону резания, приводя к снижению и точности и качества обработанной поверхности.

Для того, чтобы снизить влияние такой неуравновешенности, могут использоваться дополнительно подвижные опоры, расположенные рядом с зоной обработки. Разработан вариант, когда используется накатная головка в качестве такого люнета. Это позволяет совместить процесс обработки точением с последующим поверхностным пластическим деформированием в одном проходе. Но недостаток такой системы остается прежним: неуравновешенная часть заготовки влияет на стабильность процесса резания.

Для повышения жесткости заготовки используются много опорные схемы установки. Традиционно зажимают один конец заготовки в патроне, а другой конец поджимают задним центром. Дополняется такая схема установкой технологической опоры - люнета. Обычно люнет закрытое исполнение с регулируемыми вручную установочными элементами. Для использования такого оснащения необходимо предварительно подготовить заготовку путем протачивания на пониженных режимах базовой шейки и контрольного пояска для выверки заготовки. В результате время установки заготовки увеличивается, требуется дополнительная технологическая обработка, а точность выверки может быть незначительной. Кроме этого, такая схема ограничивает зону обработки, так как около него и непосредственно под ним обработка невозможна.

Современные конструкции самоцентрирующих люнетов с использованием трех роликовых рычажных систем закрепления лишены данных недостатков (рисунок 1). Зона обработки открыта и возможно прохождение инструмента непосредственно в сечении, где расположен люнет. Сам процесс закрепления происходит автоматически за счет центрирования в зажимных элементов такого люнета.

Рисунок 1. Установка самоцентрирующих люнетов

Но здесь возникает вопрос предварительной выверки люнета на ось технологической системы станка. Для этого система крепления люнетов должна иметь механизм регулировки в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Кроме этого, использование такого люнета в единичном виде не всегда возможно. Пролет между опорами для снижения до минимума упругих деформаций технологической системы обычно принимается не более 3-5 диаметров. Если расстояние между опорами будет больше, деформация заготовки значительно увеличится. Поэтому в таких ситуациях используется система стационарных люнетов. Для такой схемы установки характерны свои специфические недостатки. Погрешность выверки таких опор относительно одной технологической оси приводит к тому, что при вращении заготовки сами люнеты являются причиной вынужденных колебаний заготовки. Имеющаяся несоосность определяет амплитуду вынужденных колебаний.

Для снижения влияния погрешности выверки опор можно использовать схему переключения режимов работы люнетов [2]. При стабилизации оси заготовки вала они могут работать или в режиме жесткой опоры, или в режиме демпфирующей опоры. В первом случае давление рабочей среды при зажиме действует непрерывно. При этом сила зажима со стороны роликов прикладывается постоянно с заданной величиной. В режиме демпфирующей опоры привод зажима переключается в нейтральное положение. После фиксации золотникового устройства перекрываются каналы подачи рабочей среды в гидроцилиндр привода зажима. В результате действия зажимная сила сводится к нулю, но при этом ролики находится в рабочем фиксированном положении. Это также приводит к гашению колебаний, возникающих при вращении заготовки. При этом характер колебаний все равно имеет сложный вид по мере перемещения зоны резания между люнетами (рисунок 2).

Рисунок 2. Колебания вала при черновом резании в сечение между вторым и третьим люнетами по мере передвижения зоны резания

Особенностью работы такой системы является изменение динамических характеристик заготовки при переключении режимов работы элементов. Режим жестких опор работает непосредственно в сечении, где происходит процесс резания, или вокруг него. По мере перемещения инструмента люнеты последовательно переключаются в режим жесткой опоры из режима работы демпфирующий опоры. Статическая жесткость заготовки остается примерно одинаковой на всем пути резания вдоль оси вала. Но из-за изменения демпфирующий характеристики изменяется собственная частота колебаний технологической системы по мере движения инструмента вдоль оси заготовки. Это приводит к изменению амплитуды относительных колебаний двух формообразующих подсистем заготовка-опора и инструмент-суппорт. Это приводит к изменению качества обработанной поверхности и больше сказывается на параметрах волнистости и шероховатости.

В результате проведения анализа переходных процессов в результате импульсных воздействий на заготовку, получены в разных сечениях при разных режимах закрепления элементов собственные частоты колебаний. При резании это проявляется в изменении амплитуды колебаний по мере прохождения инструмента под люнетами в момент переключения режимов их работы. Для того, чтобы уменьшить влияние такой особенности при использовании системы стационарных самоцентрирующих люнетов необходимо подбирать индивидуально усилие закрепления вдоль оси заготовки для разных люнетов с целью стабилизации собственных частот колебаний обрабатываемой заготовки.

Список литературы:

1. Драчев О.И., Расторгуев Д.А., Романова О.Г. Моделирование многорезцовой обработки // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2010. – № 2 (27). – С. 115-119.
2. Драчев О.И., Расторгуев Д.А. Частотный анализ полсистемы деталь - опоры при обработке маложестких деталей // Справочник. Инженерный журнал с приложением. – 2008. – № 10 (139) . – С. 8-12.