АНАЛИЗ КОЛЕБАНИЙ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ СЛУЧАЕВ ОДНОРЕЗЦОВОЙ ОБРАБОТКИ И С ОППОЗИТНЫМ РАЗМЕЩЕНИЕМ РЕЗЦОВ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Приведен анализ колебаний для случаев однорезцового и двухрезцового фасонного точения с оппозитным размещением резцов. Рассмотрена неустойчивая форма колебаний системы «резец - заготовка» в процессе точения. Представлены зависимости, позволяющие оценить величины колебаний при обработке. Приведено решение предложенной задачи для конкретного случая, подтверждающего теоретические предположения.

Ключевые слова:
двухрезцовое точение, однорезцовая обработка, коллектор, фасонная поверхность, оппозитное размещение резцов, колебания, качество поверхности, точность
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Работа посвящена совершенствованию методов обработки профильных щеточных канавок токосъемных колец коллекторов малого диаметра высокоточных электрических микромашин с использованием двухрезцового фасонного точения и  конструктивных решений технологических элементов подсистемы «инструмент - деталь», которые позволяют обеспечить точность и качество поверхности на операции чистового фасонного точения.

Рассматриваемые типы коллекторов имеют малые габаритные размеры и сложную конструкцию.  На рис. 1а показана схема осевого сечения коллектора. Коллектор состоит из контактных колец 1, которые  опрессованы и залиты компаундом (изолятором) 3, предотвращающим электрический контакт между кольцами. Под каждое кольцо 1 в месте пайки 5 подпаян медный токопровод 4. Основанием конструкции служит центральный валик 2. Сборка и последующая обработка узлов коллектора характеризуется повышенной сложностью и занимает много времени, следовательно, производительность их изготовления очень низкая.

 

Описание: E:\OTHER\LECTION\магистр\схема конструкции2.jpg

а)                                                                                б)

                     Рис. 1. Схема конструкции коллекторов ГК-11, ГК-12 (а) и профиль поперечного сечения

                щеточной канавки (б): 1 - контактное кольцо; 2 - центральный валик; 3 - компаунд

                        (электроизоляция); 4 - контактные провода; 5 - пайка провода под кольцо

 

 

При чистовой обработке фасонных поверхностей щеточных канавок, функционально являющихся исполнительными (рабочими) поверхностями, необходимо обеспечивать не только точность размера и формы, но также точность взаимного расположения их осей по отношению к наружным базовым поверхностям и качество обработки.

 Известно, что точность обработки и шероховатость поверхности, а следовательно, и износ резцов в значительной степени зависят от виброустойчивости технологической системы [1; 2]. Увеличение виброустойчивости технологической системы способствует повышению производительности обработки, так как в этом случае можно повысить и режимы резания, не опасаясь возникновения вибраций.

При традиционном однорезцовом фасонном точении (рис. 2а) действие радиальной составляющей силы резания  не компенсируется, виброустойчивость технологической системы не повышается и повышение точности и качества обработки достигается с помощью малоэффективных способов, не позволяющих добиться повышения производительности.

 

а)                                           б)                                     в)

                          Рис. 2. Рассматриваемые технологические схемы фасонного точения:

              а - однорезцовая обработка резцом сложной формы; б - двухрезцовая совмещенная

                 обработка  чистовыми резцами различного профиля, расположенными оппозитно

 

 

Применение двухрезцового чистового фасонного точения с разделением удаляемого объема материала кольца для образования щеточной канавки на два объема (рис. 2в), распределенных между двумя резцами (с обеспечением при этом равенства радиальных составляющих сил резания  и  (рис. 2б)), устраняет прогибы коллектора, а следовательно, повышает виброустойчивость технологической системы.

В процессе фасонного чистового точения неустойчивая форма колебаний чаще всего представляет собой колебания системы «резец - заготовка». Для описания подобных колебаний системы достаточно ограничиться одной степенью свободы в направлении действия вектора равнодействующей силы , где - тангенциальная, а  - радиальная составляющая силы резания [3; 4]. В работе принята расчетная схема с одной сосредоточенной приведенной массой, т.е. с одной степенью свободы.

При колебаниях на рассматриваемую систему действуют следующие силы: сила инерции; восстанавливающая сила, равная силе упругости; сила вязкого сопротивления; внешняя сила , которая является функцией времени  [5].

Дифференциальное уравнение движения системы [5]:

      ,                                   

где - приведенная масса системы; - вязкое сопротивление;  - жесткость системы.

Решение уравнения, определяющего динамическое смещение резца при начальных условиях  и , имеет вид

,

где  - собственная частота колебаний системы;  - декремент затухания колебаний;  - время, которое изменяется в пределах от  до .

Сила  для одного резца изменяется во времени  по следующему закону:

,

где   - частота вращения шпинделя;  - коэффициент пропорциональности между силой резания и глубиной резания; - минимальный объем срезаемого материала;  - изменение величины среза,.

Такой закон изменения внешней силы характерен в практике для случая смещения оси предварительно обработанной заготовки в процессе последующей чистовой обработки. В этом случае величина динамического смещения инструмента в любой момент обработки определяется согласно выражению [5]

 

 

.

 

 

В случае двухрезцовой обработки внешняя сила для первого резца будет изменяться во времени так же, как и в случае однорезцовой [6; 7]:

.

Для второго резца, расположенного оппозитно, т.е. под углом 180° по отношению к первому, внешняя сила

,

или                        

Так как векторы сил от обоих резцов направлены противоположно друг другу, то суммарная внешняя сила, действующая на систему «резец - заготовка», определяется разностью сил  и , т.е.

,

или                            

.

Тогда для двухрезцового точения

 

.

 

Применение двухрезцового точения не только снижает (примерно в 2 раза) амплитуды колебаний, но и возвращает обрабатываемую деталь в исходное положение квазистатического равновесия. Графики колебаний при однорезцовом и двухрезцовом точении изображены на рис. 3.

Как следует из анализа приведенных выше формул для  и , в случае двухрезцовой обработки амплитуды колебаний инструмента определяются не полным припуском на обработку, как    при однорезцовом точении, а лишь величиной смещения , что подтверждает уменьшение амплитуды колебаний.

В результате  обработки канавки двумя резцами одновременно можно свести к минимуму негативное влияние деформаций. Это способствует повышению точности и уменьшению высоты микронеровностей обработанной поверхности [8; 9].

 

 

0,05      0,10              0,15  t, с

 

 

Рис. 3. Амплитуды колебаний при однорезцовом

((t)) и двухрезцовом ((t)) точении

 

 

Использование технологической схемы двухрезцового чистового фасонного точения может обеспечить существенное уменьшение высоты микронеровностей по сравнению с однорезцовым. Возможно повышение показателей точности формы продольного и поперечного сечений канавок, что подтверждает эффективность применения метода в условиях фасонного точения [10].

Список литературы

1. Гулин, А.В. Введение в численные методы в задачах и упражнениях / А.В. Гулин, О.С. Мажорова, В.А. Морозова. - М.: Инфра-М, 2017. - 368 с.

2. Мазур, М.П. Основи теорії різання матеріалів / М.П. Мазур, Ю.М. Внуков, В.Л. Доброскок, В.О. Залога, Ю.К. Новосъолов, Ф.Я. Якубов; під заг. ред. М.П. Мазура. - Львів: Новий Світ-2000, 2010. - 422 с.

3. Соломенцев, Ю.М. Адаптивное управление технологическими процессами / Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, С.П. Протопопов [и др.]. - М.: Машиностроение, 1980. - 536 с.

4. Вожжов, А.А. Моделирование процесса двухрезцового точения фасонных поверхностей / А.А. Вожжов, Е.В. Пашков // Наукоёмкие технологии в машиностроении. - 2017. - № 6 (72). - С. 25-30.

5. Колев, К.С. Точность обработки и режимы резания / К.С. Колев, Л.М. Горчаков. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1976. - 144 с.

6. Петраков, Ю.В. Автоматичне управління процесами обробки матеріалів різанням / Ю.В. Петраков. - Київ: УкрНДІАТ, 2004. - 383 с.

7. Петрушин, С.И. Основы формообразования резанием лезвийными инструментами / C.И. Петрушин. - Томск: Изд-во ТГУ, 2003. - 172 с.

8. Стуканов, В.А. Материаловедение / В.А. Стуканов. - М.: Форум, Инфра-М, 2015. - 368 с.

9. Бурцев, В.М. Технология машиностроения. В 2 т. Т. 2. Производство машин / В.М. Бурцев, А.С. Васильев, О.М. Деев [и др.]; под ред. Г.Н. Мельникова. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 640 с.

10. Vozhzhov, А. Twincutter form turning of commutator rings using cutters’ progressive motion piezoelectric engines / A. Vozhzhov, E. Pashkov, V. Golovin, P. Florya // International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE 2017). - MATEC Web of Conferences 129, 01071 (2017).

Войти или Создать
* Забыли пароль?