автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка и исследование технологии развертывания точных отверстий в условиях мелкосерийного автоматизированного производства

МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РЕСПУБЛИКИ КЫРГЫЗСТАН КЫРЛШМ1* ТЕХНИЧЕСКИ^ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ФАЛЬКО. Сергей Михайлович «-'МС/О

УДК 621.451.7.014-187.4-52

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗВЕРТЫВАНИЯ ТОЧГШХ ОТВЕРСТИЙ . В УСЛОВИЯХ ИШОСЕРИ^ОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.03.01 - Процессы мехаяэтфзкоЯ

и физико-технической обработки,, станки я инструмент

. Автореферат диссертанта на' еоисхгшго учсяо? стэпеия кавд:щата технлчоск;:* наук

Рт"зсск 15Р2

Работа выполнена в Кыргызском техническом университете.

Научные руководители: - доктор технических на&к, профессор

Кудинов Б.А.

- кандидат технических наук, доцент Стрельцов В.А.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Муслимов А.П.

- кандидат технических наук, доцент Шимохин А.К.

Ведущая организация - НПЦ "Сргприминстру мент"

Защита состоится "30* оИитЯ 1992 года на заседании специализированного совета К059.02.03 в Кыргызском техническом университете по адресу: 720057, Республика Кыргызстан, г.Бишкек, пр.. Мира, 66. ( & г<агсо£) •

С диссертацией мокСНо ознакомиться в библиотеке Кыргызского технического университета.

Ваш отзыв на автореферат в одной экземпляре, заверенный печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу.

Нелающие присутствовать на защите диссертации должны заблаговременно известить совет письмами заинтересованных организаций на имя председателя совета. .

Телефон для справок 42-15-В6.

Автореферат разослан »24»се»гр<5р^1Э92 г.

УченкЯ секретарь специализированного совета, к.т.к.

Г.В.КлевцоБ

Ойщая характеристика работы

■ Актуальность темы. Одна иэ ведущих тенденций развития современного машиностроения - повышение уровня автоматизации производственных процессов. В области механической обработки деталей, при мелкосерийном характере производства, доль-нейпиЯ рост уровня автоматизации принято связывать с расширением использования многоцелевых станков (МЦС) с ЧПУ. Вместе с тем существует ряд нерешенных проблем, препятствующих рациональной эксплуатации подобных станков. К их числу относится проблема.получения отверстий 7 квалитета на МЦС с ЧПУ в автоматическом режиме. Известные попытки решения указанной проблемы базируются на концепции использования растачивания, в качестве завершающей операции обработки отверстий. Не отрицая перспективности этого направления следует отметить, что современная технология автоматизированного растачивания на МЦС не обеспечивает получение отверстий 7 квалитета диаметром менее 30 мм.

Альтернативным методом обработки точных отверстий на МЦС может стать развертывание, поскольку для этого.метода проблема стабильного получения точных отверстий а автоматическом режиме решается проще, чем для растачивания. Это доказано обширным опытом развертывания отверстий 7 квалитета на автоматических линиях из агрегатных станков. Однако традиционная технология автоматизированного развертывания сориентирована на применение кондукторов,.а также на длительную работу.развертки без переустановки. Поэтому она непригодна для условий бескондукторной обработки на станках с автоматической сменой инструмента.

В этой связи проблема создания технологии развертывания точных отверстий на МЦС с ЧПУ представляется весьма актуальной.

Цель работы. Разработать на научной основе технологию получения отверстий 7 квалитета на многоцелевых станках с ЧПУ.

Общая методика исследований базируется на положениях теории резания металлов, теории точности обработки, теоретической механики. Основные задачи работы решены теоретически с последующей экспериментальной проверкой подученных результатов. Эксперименты выполнены по известным и вновь разработанным методикам с применением аттестованных и поверенных ■ контрольно-измерительных средств. Исследование случайных п^цессог

проведено вероятностно-статистическим методом. Трудоемкие операции обработки полученной информации выполнены компьютерным способом.

Научная новизна. В работе впервые сформулирована и научно обоснована концепция самоустанавливающейся развертки, специально предназначенной для эксплуатации на многоцелевых станках с ЧПУ. Установлены закономерности, связывающие величину силы трения в механизме самоустановки развертки с конструктивными параметрами самого механизма, а также закономерности изменения силы резания при обработке стали разверткой с одноступенчатой Кольцевой заточкой, в зависимости от изменения геометрическое параметров развертки и режимов обработки. Найдено теоретическое решение задачи о конечном положении оси самоустанавливающейся развертки без заборного конуса в процессе ее врезания и проведена экспериментальная проверка порченного решения. Установлено влияние режима развертывания стали дисковой самоустанавлизающейся разверткой с одноступенчатой кольцевой заточной на параметры точности и шероховатости развернутых отверстий. В ходе исследования точности операций, обеспечивающих подготовку отверстий под развертывание, выработан новый взгляд на роль погрешностей поперечной кромки сверла в образовании погрешности расположения отверстий при их центровке и, при равном участии с соавтором., предложена новая конструкция бесперемычного центровочного сверла, обеспечивающая высокую точность расположения отверстий, подготовленных под развертывание.

Практическая ценность. На основании результатов проведенного исследования заинтересованные предприятия могут организовать эффективнуй автоматизированную обработку отверстий 6-7. квалитета на многоцелевых станках с ЧПУ.

Использование бесперемычного центровочного сверла, предложенного в работе, обеспечивает существенное повышение позиционной точности отверстий при бескондуктарном сверлении, что не только помогает реализовать разработанную технологию бескондукторного развертывания, но, также, имеет самостоятельную практическую ценность.

Реализация работы. Разработанная технология в комплексе прошла яромышленцуо обкатку на предприятии п/я А-1095 и принята для широкого внедрения. Предложенная в работе хонструк-. ция бесперемычного центровочного сверла внедрена на предприятиях п/я Г-4184, г.Москва; п/я А-7545, г.Москва; ПО "Уралмаш", р. Екатеринбург; ПО "Ижтяжбуыыаш", г. Ижевск; Ж10 "Вибратор", г. Санкт-Пе-

терсург; ПО "Сигма", г.Вильнюс; КАМАЗ, г. Набережные Челны; й/я-A-IE68, г. Москва; п/я A-I228, г.№осква; п/я Р-6207,>. Санкт-Пе-терсург; ПО "Базар", г. Таллинн; A3JIX, р. Москва. . ■ . . •' А про бац и я ; работы. Отдельные положения работы, а такяе работа в целом докладывались на .объединенных научных семинарах ке$едр "Металлорежущие станки и.инструменты" и "Технология машиностроения" Биыкекского политехнического 'института; на техническом .совете предприятия п/я'А-1095; на Всесоюзном семинаре "Технологические методы, повышения качества маши", г. 5рукэе,1975г4 на р;сцу£лйканскоЯ технической конференции "Состояние и перспекти-ёы развития технических наук'в Киргизии", г.,5рунзе, 1980 г.; на республиканском научно-практическом семинаре "Автоматизация • процессов подготовки производства ъ мэЕИКостроении"-,- г.>рунзе,19&3 г.; на республиканской нпучно-техни-ческой конференции "Создание гибких-автоматизированных производств с применением станков с ЧПУ и промышленных роботов"* г.-Фрунзе, 1955г.; . ка республиканской научно-технической конференции "Автоматизация производственных процессов л машиностроении", г-.' Фрунзе, 19S6 г. ; на 'региональной 'научно-технической конференции рёодублик Средней Азии и Казахстана "Метода и средства повьшен'ид эффективности машиностроительного проиа-водфгва", г. Фрунзе, 1990г.. •

Л у б я й к а ц/и я... . Основные результаты исследования одуб-! лико!1АНЫ в 7' печатных работах.

С т р у к т у р а и -объем .'раб от s. ' Диссертация состоит из введения, 4тл&в и общих выводов,-изложенных на 125 страницах, машинописного текЬта, содержит 67 рисунков, 8 таблиц и список литературы йэ ВО наименований. •

. .'• ..-.- Краткое содержание работы-

В о, в в е д е'н и и обоснована■ахр'альность тема диссертационной работы, а такяе показано, чго поиск $бсбя«|йзгз _ рвеения .поставленной проблемы целесообразно пронести на пример« производства-деталей. какого-то определенного типа, -.¿¡о • ряд/- критериев а ка-• честлз арпиерл выбрано прбиавэдетао пркаматачвек.их-'сг&яыш. деталей' Техно.логическйЯ оснастки, .(njeccfopa, : ¿ятформ*. ет&мпся, утг&нг<* 'вечных,-приспособлений и 'т.п.),- имж-г?«.'.-дгэврсгил 7 кщяитът* луУ-метром Ьт 12 до 50 ш, с ' пяр&гетрпя. mpnjts аагоети |й I .2& v*-к с яозидчонни« 'дояускэм я пределах 0,02 мм. • . . . • ' • -

В первой главе проведен анализ возможных путей решения проблемы получения точных отверстий на станках с ЧПУ.

В частности, отмечено, что все известные попытки решения указанной проблем были основаны на идее повыпения точности растачивания и не дг.ли кардинальных результатов из-эа того, что не удалось уменьшить до приемлемого уровня влияние погрешности настройки станка ча выдержизаемый. размер. *

В птой связи обращено внимание на развертывание, как метод об-раб|-гки точных отверстий на ЩС с ЧПУ. Претфцеством этого метода в срявмгнии с растачиванием .является простота обеспечения малой величины погрежности настройки е-акка на размер, обусловленная малым значение».! экономически оправданного допуска на диаметр развертки и возможностью компенсации погрешностей базирования .развертки в шпинделе ст&ка за счет самоустанавливающегося крепления.

Несмотря на указанное преимущество развертывание не. получило распространения в качестве метода обработки точных отверстий на ЩС. Объясняется это неприспособленностью процесса развертывания к специфике подобных станков. . . . ■

В частности, не отработай способ крепления разверток.на МЦС. При развертывании на традиционном оборудовании используется либо плавающее крепление разверток, в случае обработки через кондукторы, либо жестко», при бескондукторной обработке на оборудовании с малой радиальной жесткостью шпинделя. МЦС с ЧПУ предназначены исключительно для бескондукторной обработкой имеют высокую .жесткость, поэтому для них неприменимы традиционные схемы крепления . разверток..

Другим существенным фактором, сдерживающим применение развертывания на МЦС, является высокая стоимость' разверток при сравнительно малой их универсальности. В массовом и крупносерийном про-1!ЗР0 7,стве этот фактор существенной роли не играет, поскольку там инструменты эксплуатируются без .длительных перерывов до полной амортизации. 3 результате их первоначальная стоимость распределяется между большм количеством обработанных деталей,и доля затрат' на инструмент в общей себестоимости обработки будет низкой как при ¿¿стачивании, .так и при развертывании. При мелкосерийном характере, производства картина меняется. Один и тот же резец может обрабатывать отверстия разного диаметра, а развертка такой способностью не обладает. Поэтоцу для потаггеикя конкурентоспособности'развертывания по отношение к г-пстр-щп-т-чис необходим? снизить стоимость раз-

порток. Среди известных конструкций наименьией стоимостью обладает дисковая развертка (пат. США 208731) с общей для всех зубьей главной задней поверхностью, выполненной в виде плоскости; перпендикулярной оси развертки, , то есть развертка с одноступенчатой кольцевой заточкой. Эта конструкция может быть взята в качестве основы при разработке развертки для МЦС.

Третьим фактором, препятствующим применению развертывания на ЩС с ЧГС/, является трудность обеспечения высокой точности расположения развернутых отверстий. Например, по данным ЭНШСа, двойное растачивание обеспечивает позиционный допуск .+ 0,005 мм, а растачивание с последующим развертыванием + 0,018 мм.

Таким образом, ,7ДЯ реализации концепции развертывания, как метода автоматизированной обработки ючных отверстий на ЩС необходимо решить следующие задачи:-.

- провести сравнительное исследование эффективности обработки отверстий в условиях технологической системы с высокой жесткостью развертками с плавающим и с жестким креплением « выработать рекомендации по способу крепления разверток.на МЦС;

- разработать конструкцию развертки, учитывающую специфику автоматизированной бескондукторной обработки точных отверстий на ЫЦС;

- теоретически и экспериментально исследовать конструктивные и технологические характеристики предложенной развертки и на основании результатов исследования дать рекомендации по проектировании и применению подобных разаерток;

- разработать технологии подготовки отверстий под развертывание, обеспечиваю i^yn, в совокупности с развертыванием, точность расположения отверстий не худдую, чем при центровке, сверлении и двойном растачивании, -

- оценить экономическую эффективность разработанной технологии развертывания..

Во второй главе дано подробное обоснование предложенной в диссертационной работе концепции использования развертывания в качестве завершающей операции обработки точных отверстий на МЦС, а также описаны конкретные технические репения, обеспечивающие практическую реализацию указанной концепции.

. В разрабатываемой технологии первоначально планировалось использование машинных разверток стандартной конструкции. Огмахо. экспериментальное исследование точности и пероховатости ерстиЛ» '

обработанных на МЦС стандартными развертками без применения направляющих устройств,-показало следующее;

- рассеивание.величины радиального-биения развертки по калибрующей части при ккогократНЬй автоматической установке ее в шпиндель станка с помощью переходной втулки достигает 0,04- мм;

- рассеивание величины разбивки развернутых отверстий, вызванное'рассеиванием биения кестко закрепленной развертки в предела:« О,С4 да, достигает значения 0,032 мм, что превышает величиьу допуска отверстий 7 квалитета в диапазоне диаметров до 80 мм;

- при искусственном снижении -радиальной жесткости- развертки в 4 раза за счет уменьзеняя диаметра ее вейки удается уменьшить' рассеивание разбивки отверстий до 0,01 мм, но параметр-шероховатости

К а при этом увеличивается до 2,5.1,4 мкм и- выходит. за. пределы допустимого значения; :

- при развертывании отверстий с применением, нормализованного плавающего патрона на станке с горизонтальным расположением шпинделя рассеивание величины разбивки составляет 0,009 мм, параметр шероховатости а. = 0,6 ,.. I- мкм, но процесс врезания развертки сопровождается ударами режущих кромок о-край, отверстия,, что, при большой массе подвижных частей.патрона,, приводит к разрушению реку щих кромок. • с.

В целом результаты экспериментального исследования позволяют утверждать, что при развертывании на МЦС с ЧЛУ следует ориентироваться на плавающее крепление разверток. При этом конструкцию самоустанавливающейся оснастки.необходимо изменить таким образом, чтобы устранить возможность разрешения кромок развертки и уменьшить рассеивание .разбивки. •

В интересах создания эффективной .самоустанавливающейся оснастки один из разделов диссертации посвящен исследованию влияния -конструктивных параметров типового механизма сймоустановки на величину радиальной силы, обеспечивающей смещение подвижных частей механизма. Выполненное методами теоретической механики исследование показало, что создать эффективно действующий, деаевый (на парах трения скольжения), обладающий малой массой подвижных частей ыеха-Н!зм самоустанопки нёвозмокно, если ориентироваться но. традиционную конструктизкуо СХЭ7У механизма, в соответствии с которой механизм самоустанэвки удален от линии действия радиальной смещающей силы на длину калибрующей части и сейкн развертки. Необходима развертка, у которой центр механизма саыоустановка максимально при-

ближен к линии действия радиальной смещающей силы, то есть развертка с механизмом самоустановки, встроенным в ее рабочую *асть.

Этот вывод, а также итоги выполненного в первой главе анализа путей снижения стоимости разверток , положены в основдг конструкции развертки, специально предназначенной для многоцелевых станков с ЧЛУ.

Развертка, рис. I; состоит из державки I, режуще-калибрующа-го диска 2, крестообразной шпонки 3, прижимной Шайбы 4, пальца 5. и винта 6. ;

Режуще-калибрующий диск, рис. 2, содержит зубья I с цилиндрическими ленточками 2, образующими калибрующую часть диаметром Б . Главные реяущие кромки 3 диска получены пересечением торцевой плоскости 4 диска, с передними поверхностями зубьев I. Базирующая поверхность.диска выполнена в виде плоскости 4. Торцевой шпоночный, паз 6 предназначен, для передачи крутящего момента режуще-ка-. либрующему•диску. Отверстие 7 сдужит для крепления диска к державке и не требует строгой соосности с калибрующим цилиндром. Прижимная шайба поджимает режуще-калибрующий диск к крестообразной шпонке.. Величина прижимной силы регулируется с помощью кольца 5 и подобрана так, что обеспечивается свободное, радиальное перемещение режущего диска. В сопряжений пальца 5 с диском Р имеется.радиальный зазор, несколько превышающий величину возможного несовпадения оси,диска и оси вращения развертки в процессе резания.

Механизм-самоустановки развертки: выполнен в виде крестовой муфты, причем диск 2 является одной из деталей этого механизма. Для максимального приближения, центра механизма самоустановки линии действия смещающей-разверткУ-радиальной силы отношение диаметра Л диска к его высоте Н ' выполнено возможно большим и ограничено прочностью диска. Кроме того, это снижает масс? диска,уменьшает его стоимость # упрощает изготовление. (Для твердосплавного диска отношение Л к.-Н равно, приблизительно, 5). Для разработки инженерной методики'проектирования и .эксплуатации разверток предложенной конструкции потребовалась информация о величине силы резания при работе развертки с главным углом в плане, равным 90?и - главным задним.углом, равным 0°. . Экспериментальное исследование по определению влияния гдубины резания .1 , пода-« Э , вспомогательного заднего угла оС г и ширины ленточки ^л на- величины составляющих силы резания РI- ,.Ру , Р* при обработке стали единичка ; зубом развертки" позволил? поучить .зависгаостя Рг,- С Ра ,.Рд )•»•'

Рис. I. Развертка дисковая самоустанавлнваетдяся

.УЮ

<Г \Л

0 \ \

</л ,н \5 \е

Рис.. 2. Режуще-калибрующий диск-развертка

Ра,мкм

<¿5 Ф

0,5

1,1 1 1 . 0,1,2 Им/ъу5

5=0 ,07пфф-

Ь= 0,02 а——1 им/: у 6

Ю

о -10

1 1 . А=240мкм

/ \ <с 1

/ У/ / / т Т"

5 ¿V .67 80 93 • 0,025 (\05 0,075 0,-10БНМ/ьуб

Рис.5. Графики зависимое- Рис.4. График зависимости

те!? Ра (V) . . АР = $ С Б") .

А? ккм

О НО

Ч .'.М

¿т', (,

Дцмсм. •-10

г

0,05 €.07 0,03 .0,09 . • 0,01 0,02 0,03 0,04 Р;:с. 5. Гг<о!тх заБг.сжэотг. ■

Ы> =1( О

Рис. 6.1-_е';'.к загискмогтя

Ло=|се-1).

диапазонах значений исследуемых факторов, типич-• ных для операции развертывания.

Характер полученных зависимостей не противоречит известным положениям теории резания. В частности, подтвердилось предположение о том, что для развертки с принятой геометрией величина подачи, в применяемом при развертывании диапазоне не должна влиять на величину осевой составляющей силы резания. Это доказывает, что путем увеличения подачи можно повысить эффект самоустановки развертки, поскольку при этом радиальная смещающая сила будет расти интенсивнее, чем сила трения в механизме самоустанйвки. Кроме того эксперимент позволил сделать весьма важный, с точки зрения оценки способности развертки с углом в плане 90° к самоустановке, вывод о том, что радиальная составляющая сйлы резания для такой развертки относительно велика и составляет, приблизительно, половину величины тангенциальной составляющей для глубин резания свыше 0,05 мм и сопоставима с величиной тангенциальной составляющей для глубин резания меньших 0,05 мм. Это объясняется совместным действием двух факторов: наличием естественного радиуса при вершине зуба развертки, образующегося при ее шлифовке и заточке, а также наличием упрочненного поверхностного слоя в развертываемом отверстии, образовавшемся в ходе предшествующей обработки.

На основании результатов исследования эффективности механизма самоустановки развертим и сил резания при развертывании разработаны рекомендации по расчету и выбору конструктивных и геометрических параметров развертки.

Следующий раздел диссертаций посвящен исследования технологических характеристик дисковой самоустанавливающейся развертки.

Точность обработки разверткой-оценивалась »начале теоретическим методом. Модель возникновения погрешностей отверстий в процессе самоустановки развертки основыьается на следу*>ц«х прмдьвсмлк&х:

- правильно развернутым считается отьерстие, у ко гг.рлго диаметр равен диаметру развертки, а ось совпадает с осьи нращения шпинделя станка;

- погрешности развернутых отверстий возникает от дьЯстеня у..г-плекса известных, факторов, вызывающих огезвниз ряемаюгпв технологической системы относительно номинального .чолочония;

- размерный износ развертки и чи теилоыдз де^ярмаиии не вызывают смещений элементов технологической системы, < '.а г.кс-цеес сам:>усталовки;.

- угловые смещения элементов технологической системы для случая развертывания на ЫЦС не превышают 40 мхм на 1000 мм и могут рассматриваться как соответствующие линейные смещения;

- линейные смещения элементов технологической системы вызывают либо смещения 6 А оси исходного (подготовленного под развертывание) отверстия 0* относительно оси вращения шпинделя Оз . либо смещения <9 г оси режущего диска 0 2 относительно ови вращения шпивделя Оз ;

- при наличйи в -системе исходной погрешности е 2 равнодействующая Р ц радиальных сил на режущих кромках развертки будет больше куля из-за неравенства сечений среза на разных зубьях; при этом сила Рц стремится совместить ось 02. с ось» 05 и общей с ней осьв Он ;

- действию силы РЦ препятствует сила трения покоя Ро в механизме самбустановки, уменьшающаяся до значения силы трения движения Рек после того,'Как механизм самоустановки начинает действовать, а также сила, потребная на радиальное врезание реющего диска в обработанную поверхность Рьв ;

- при наличии в системе только одной погрешности 6 А равнодействующая Рн радиальных сил на режущих кромках будет больше цуля, из-за неравенства сечений среза на разных зубьях развертки; сила Ри стремится совместить ось Ог с осью 04 ;

- действию силы Рн препятствует сила Цсопр , являющаяся равнодействующей силы Ри и силы Рьв.

• Рассмотрим |мведение развертки при наличии в системе погрешности ба . '.'../''--.

В момент касания главной задней поверхностью режущего диска торц& обрабатываемой детали диск будет занимать произвольное радиальное положение относительно оси Оз в пределах свободного радиального хода механизма самоустановки (то есть в системе наблюдав*^ наличие случайной погрешности 6 2 ). Если сила Ра будет недостаточно велика, чтобы привести в действие механизм самоустановки, то центр режущего диска при вращении развертки будет описи-загь окружность диаметром 2 е.1 , Обработанное отверстие при этом. будет иметь разбивку, соизмеримую с величиной 2 Э2 , а ось отверстия совпадет с ось» вращений 05 Из этого следует, что условие отсутствие разбивки развернутого отверстия -это соблюдение неравенства Ра > Го .при любом значении й , большем, чем нулевое.

Соблюдение условия Рц > Fo не означает, что режущий даек изменит свое первоначальное положение по отношению к осям Ози Q<. Если сила Рц будет меньше силы В с one , то компенсация несовпадения осей вращения Оз и р2 будет происходить за счет непрерывного перемещения крестовины в механизме самоустановки. В этом случае развернутое отверстие будет иметь погрешность расположения, равную Й2 . Условие отсутствия погрешности расположения это соблюдение неравенства Рц>И"cano при любом еа>0 .

Сравнительный анализ порченных, экспериментальным способом значений сил Р ц , F o и R cono для условий развертывания стали твердосплавными развертками показывает, что при возможном колебании припуска под развертывание от 0,1 мм до 0,2 мм, подаче" на зуб развертки более 0,07 мм и возможной неравенстве в ширине цилиндрических ленточек на зубьях в пределах 0,1 мм оба неравенства Ou>Fo и Рц>ЙС0М>. выдерживаются при любом значении погрешности 82 в диапазоне 0 <£6г<0,1 мм. Это означает, что исходная погрешность 6 г не вызовет разбивку и погрешность расположения развернутых отверстий, если соблюдать рекомендованные в диссертации правила проектирования и эксплуатации дисковых самоустанавливающихся разверток.

При наличии в технологической системе одновременно двух по-грёшностей 6 2 и 6» на развертку будет сказывать дополнительное влияние сила Рл , стремящаяся, как ¡уже отмечалось, совместить ось 0 г с осью Он .В этом еду чае область возможных положений осей развернутых отверстий будет совпадать с областью поло-. . жений оси режущего диска, при которых нарушается условие радиальной подвижности диска, выраженное неравенством Рц1-р«> Рь»-* F ск. Сравнение величин указанных сил для рекомендованных в диссертации . правил проектирования и условий зксплуат0ции разверток показывает, что за время, не превышающее длительности одного рабочёго оборота развертки, ось режущего диска теряет радиальную подвижность в области, ограниченной круговой цилиндрической поверхностью диаметром e-i с осью, находящейся на середине промежутка между осями О t и Ü 3 .

Таким образом теоретическое исследование точности отверстий, развернутых в стальных деталях твердосплавной дисковой самоустанавливающейся ра. верткой, показало следующее:

- величина свободного ради -льиого хода рвис/цего диска развертки в пределах радиального припуска на развертывание влияет

на диаметральную и позиционную точность отверстий;

- развертывание не ухудшает точность расположения отверстий, достигнутую в ходе предшествующей развертыванию обработки.

Выводы теоретического анализа.были подвергнуты экспериментальной проверке.

Одновременно в эксперименте было выявлено влиянии режима развертывания на шероховатость развернутых поверхностей, а также на разбивку отверстий, не связанную с процессом самоустановки развертки.

В качестве инструмента в эксперименте использованы дисковые самоустанавлизающиеся развертки, диаметром 21 мм, четырехз^бые, из твердого сплава Т15КБ, спроектированные по предлагаемой в диссертации методике. Обрабатываемый материал - сталь 45, закаленная до твердости 'Ш5 28...34.

Эксперимент показал следующее:

- несмотря на особеннбсти геометрии предложенной развертки, характер зависимости высоты микронеровностей развернутых поверхностей (параметр и0. ) от скорости-резания V йот подачи 5 не противоречит существующим взглядам на механизм образования микронеровностей при резании металлов, рис. 3, что позволяет для пред. лагаемой развертки использовать известные принципы выбора режима

чистового развертывания;

- подтвердился вывод теоретического анализа о неустойчивой работе механизма самоустановки при значениях подачи й на зуб менее 0,07 мм и о возможности большого рассеивания Д, . разбивки Ар при развертывании на таких-подачах, рис.4; при работе с подачами на зуб более 0,07 мм рассеивание разбивки в пределах партии отверстий не превышает 0,003 мм; '

- изменение гдубины резания I от 0,05 мм до 0,1 мм существенно не влияет на величину рассеивания разбивки, рис. 5, что.означает возможность назначить допуск на исходное отверстие в пре- ' Делах 0,1 мм; '•

- исходная погрешность Б , в диапазоне величин, встречающихся в практике обработки точшх отверстий на МЦС, не влияет на величину рассеивания разбивки,* рис.6;

-. картинг, распределения положений осей развернутых отверстий относительно осей 01 и -0} полностью-подтверждает правильность выводов теоретического исследования точности расположения развернуты* отверстий, -рис. 7. . ' .

Г51

Акоорд,

т

¡.хуки» [о,ооа

■ и* ДОИ 0,0200,012 "

Обозначения;,.» - ось.исходи, отв.;

о - ось вращ. шшшд.;*- ось развернутого отв;

Рис.7. Распределение позиций развернутых отверстий.

о,ог

Т-г

\ ПРОХОД

2 ПРОХОДА

I. I_I—

(у 0,2 0,3

Рис.8. Графики зависимостей Дкоо|>л=|(е4) при одно-и двукратном' растачивании

0,4 "0,8 Л2 21;мм ' Рис.б. График зависимости ЬЧ =1(21) . при одно- . кратном растачивании

-I

7.3 5 ^

... 0,1 0,2 0,5 94,мм

Тис ЛО. График зависЕлостк Лкооод=|СеО при

сверлении

"V— СП

Г ■ 1

Fiic.II.' Сверло септрс-20Ч1Гс-5,' ¿г е«пг»с ;

Третья глава посвящена отработке технологии подготовки отверстий под последующее развертывание дисковыми са-ыоустанавливающимися развертками (ДСР).

Обработка отверстий На ЫЦС с применением ДСР должна, по замыслу, обеспечить позиционную точность отверстий не худщую, чем традиционная технология, предусматривающая центровку, сверление и двойное растачивание, при равной или большей производительности. Из всех, применяемых на ЫЦС методов обработки отзерстий наиболее высокую точность расположения обеспечивает растачивание, и, следовгтельно, именно растачивание должно быть выбрано в качестве метода подготовки отверстий под развертывание. Кроме того, исходя из требования равной йли большей производительности предлагаемой технологии в сравнении с традиционной, растачивание перед раз-ввртыва&ем должно быть, однократным и вс :тись на тех же режимах, что и растачивание по традиционной.технологии.

Главной причиной различия в уровне, точности однократного и двухкратного растачивания отверстий после сверления будут колебания упругих деформаций технологической системы, вызванные смещением осей просверленных отверстий, относительно оси вращения расточного резца, а также рассеиванием величин, диаметров просверленных отверстий. Следовательно, чтобы подучить после сверления и однократного растачивания по. разрабатываемой технологии талую же точность, как после сверления и двухкратного растачивания по традиционной технологии, необходимо чтобы точность сверления по новой технологии соответствовала точности сверления и однократного растачивания по традиционной технологии. Экспериментальное исследование позиционной Погрешности отверстий &коо»й , полученных растачиванием в стальных заготовках твердосплавными резцами с использованием нормативных режимов при различных величинах несовпадения 6а осей просверленных отверстий и оси вращения резца, а также • ис&шдование влияния на радиальную деформацию расточного резца йУ колебаний припуска под растачивание 22 » показало следующее» рис. 8, 9 : ./

/ т колебание придуска под растачивание, сравнимое с возможным колебанием разбивки отверстий при сверлении их в условиях современного металлообрабатывающего предприятия, вызывает колебание, диаметров отверстий после однократного растачивания в пределах 0,02 мм, в то вреыя как допустимый разброс, диаметров отверстий под последующее? ¡отверстие ¿оставляет»'-Ка|с- отмечалось выше,. 0,1 км;

это означает, что проблему разбивки при сверлении можно не принимать во внимание при отработке технологии подготовки отверстий под развертывание;

- существует значение погрешности , на равное нулю» при котором влияние отой погрешности на позиционную точность отверстий становится неразличимым на фоне действия прочих факторов, вызывающих погрешности обработки, независимо от числа проходов при растачивании; для случая'растачивания стальных деталей значение погрешности е < , при котором точность однократного и двухкратного растачивания одинаковы, равно 0,1 мм; это тот уровень позиционной точности просверленных отверстий, при котором позиционная точность однократного растачивания с последующим развертыванием не будет уступать позиционной точности двухкратного растачивания и который должен быть достигнут в разрабатываемой технологии.

Предлагаемый некоторыми исследователями- метод повышения позиционной точности просверленных отверстий за счет значительного (в несколько раз) повышения уровня точности заточки Лверл не может быть использован в разрабатываемой технологии, поскольку нынешний парк заточного оборудования на металлообрабатывающих предприятиях не позволяет резко повысить точность заточки спиральных . сверл при сохранении приемлемого уровня затрат.

Наиболее реальным способом повышения позиционной точное^ сверления является повышение позиционной точности предварительно!? центровки отверстий.

Экспериментальное исследование влияния величинц смещения оси центрового углубления относительно оси вращения сверла б» на величину погрешности расположения отверстий Дксард , просверленных в стальных заготовках сверлами, с. предельно допустимыми стандартом значениями несимметричности заточки, показало, рис. Ю, что требуемый для разрабатываемой технологии уровень позиционной точности сверления может быть обеспечен, если круговое вероятное отклонение положений осей центровых углублений е 1 относительно оси вращения сверла не превысит 0,08 мм. В то же| время реальное значение погрешности 6 -I при центровке отверстий по традиционной технологии составляет 0,27 мм. Добиться повышения позиционной точности.центровки за счет ужесточения требований к симметричности заточки центровочных сверл нельзя, как и в случае со сворлени-. ем, по экономическим причинам. ЭтЪ выдвинуло задачу создания центровочного сверла, которое Оез прошения трудоемких методов за-

точки обеспечило бы требуемый уровень точности центровочных углублений.

Концепция нового центровочного сверла разработана на основе исследования механизма образования позиционной погрешности центровых углублений при центровке традиционными сверлами. Исследование показам, что доминирующее влияние на точность центровки оказывают погрешности расположения поперечной реаогсцей кромки сверла. Полностью устранить негативное влияние погрешностей попэречной кромки на процесс центровки можно лишь ориентируясь на бесперемычцую! однокромочную конструкцию сверла.

Конструкция предложенного в работе центровочного сверла поясняется рисунком II. Сверло состоит из рабочей части I и хвостовика 2. Особенность конструкции рабочей части сверла заключается в том, что передняя 3. и вспомогательная задняя 4 поверхности при пересечении образуют вспомогательную режущую кромку 5 в виде прямой ■ линии, совпадающей с осью ^востовика сверла. Сверло имеет одцу главную реяущую кромку б и вершину 7 в виде точки, принадлежащей вспомогательной реяущей кромке 5, Переточка сверла осуществляется исключительно по главной задней поверхности 8. В результате переточки образуется новая главная режущая кромка и новая вершина сверла, которая, независимо от способа переточки, будет лежать на оси сверла. Таким образом точность расположения вершины сверла от* носительно его оси будет зависеть лишь от точности его изготовления и не Судет зависеть от Способа переточки. Описанная конструкция признана изобретением.

При испытании предложенного центровочного сверла к ¡отовое вероятное отклонение осей центровых углублений от номинального положения составило 0,047 мм, что значительно меньше допускаемого значения 0,08 мм, . •

Таким образом, предложенная технология подготовки отверстий под развертывание, включающая центровку однокромочным бесперемычным сверлом, сверление спиральным сверлом с предельно допустимой стандартом несимметричностью заточки и однократное растачивание резцом, настроенным на размер вне станка, обеспечивает позиционную точность отверстий не худщуи, чем. традиционная технология центровки, сверления и двухкратного растачивания.

В четвертой главе, диссертации выполнен расчет экономической эффективности обработки точных отверстий на многоцелевых станках с ЧПУ с применением дисковых самоустанаьдииалг

щихся разверток.

При расчете использовался элементный метод, с учетом конкретных условий производства деталей технологической оснастки. Экономический эффект при обработке одного отверстия диаметром 20 мм и глубиной 30 мм по предлагавши технологии в сравнении с традиционной технологией в ценах 1990 года - 13,6 коп.

Общие выводы

В соответствии с поставленной целью предложена, научно обоснована и доведена до уровня инженер«« методик технология комплексной обработки Точно координированных отверстий 7-квалитета на многоцелевых станках с ЧПУ, основанная на применении развертыв.-ния.

. Общие выводы по работе могут быть сформулированы следующим образом.

I. Показана необоснованность превалирующего в настоящее время $«нения, что проблему получения точных отверстий на ЩС следует ре-рать исключительно за счет дальнейшей рационализации процесса растачивания.

2.,Доказано, что, при соблюдении рада требований, учитывающих специфику МЦС, развертывание точных отверстий на МЦС более эффективно, чем растачивание.

3. Выполнено экспериментальное исследование влияния способа закрепления развертки в шпинделе МЦС на точность и шероховатость развернутых отверстий. Установлено, что развертки на МЦС долг."ч иметь плавающее крепление, и что существующая сямоустанавливаа-щаяся оснастка непригодна для ЩС.

4. Выявлено влияние конструктивных параметров механизма самоустановки развертки в виде крестовой чУфты на величину сил трения, возникающих под действием сил резания, и показаны пути создания эффективных, малогабаритных механизмов еамоустаковки, которые могут быть встроены непосредственно в конструкцию развертки.

5. Сформулирована концепция развертки-для многоцелевых станков с 'ШУ. Показано, что условиям эксплуатации "а МЦС. 5 удовлетворительной степени соотвотстцует'дисковая развертка с одноступенчатой кольцевой 'заточкой й со встроенным механизмам самоустаясвки.

/ 6. Найдено теоретическое реленяе задачи о величине разбивки

и о конеадом положении огей отверстий,.развернула.дисковой с?./-;

устанавливающейся разверткой (ДСР) с одноступенчатой кельцввсй точкой. Удовлетворительная-точность к*йц««нзг9 ресеккя яадтае?--'

на икспериментально.

7. Доказано, что при обработке ДСР по меньшей мере сохраняется позиционная точность отверстий, подготовлениях под'развертывание. .; - '

8. Рекомендованы условия развертывания стали, при которых работа механизма.с&моустанавки не влияет на разбивку отверстий: подача на зуб развертки не менее 0,07-мм,'минимальный припуск под развертывание - в соответствии с нормативными данными для традиционных разверток, колебание припуска - до.0,Г мм, величина свободного радиального хода развертки- в пределах половины припуска под развертывание,:несовпадение оси вршце'""« ппинделя и оси исходного отверстия - до 0,06 мм.

9. Выполнено экспериментальное исследование "влияния режима развертывания на шероховатость развернутых отверстий.- Рекомендованы величины скоростей резания и. подач при развертывании стали твердосплавными -развертками, обеспечивающие выполнение требования' йа< 1,25. мкм: скорость резания - не менее '70 м/мин, подача на зуб развертки -: не более 0Д2 мм. .

Ю. Сформулированы требования к процессу подготовки отверстий под развертывание, выполнение которых обеспечивает' конкурентоспособность .развертывания в сравнении с растачиванием по^ позиционной точности отверстий и по. экономичности обработки;

Показано., что..наиболее приемлемым в современных условиях способом повыкения позиционной Точности и экономичности'сверления и последующего растачивания отверстий под развертывание является повышение позиционной точности центровки отверстий перед сверлением. Установлено., что величина кругового вероятного отклонения положений осей центрояых углублений,' способная,-обеспечить одинаковую по-' зиционфю точность отверстий/ обработанных по.предлагаемой и по. традиционной.технологии, не/должна'превышать 0,08

II. Дохайано,.что'Центровочные сверла, импвкие поперечную ре-г&'цую кромку, бесперспективны с точки .-зрения ймпогатаого получения ''кругового вероятного отклонения положений осей центровых углублен.^, в пределах О,СБ юг. Рекомендована конструкция беспере-ыычного/центроаочногр сверла, обеспечив.етцая круговое вероятное отклонение, положений' осей .центровых- углубленна в' пределах 0,05 мм.

1&. Предложенная технология е-'комплексе или отдельные ее эле- • мент« внедрены Гтле-е чем на 100 'предприятиях.м-ипино с троения и

Список публикаций, в которых изложены основные положения диссертации

- I. A.c. J? 689790 СССР, !Ш2 В 23 В 51/00. Сверло / Б.А.Стрельцов,. С.М.Фалько. - 8> 2558489/25-08; Заявлено 13.01.78; Опубл. 05.10.79, Бш, Я 37. - 2о.

2. Фалько С.М., Стрельцов В,А. Анализ погрешностей располо- \ жения поперечноТ кромки спирального. сверла/^ Повышение эффективности обработки на металлорежущих станках: Труды Фрунзенского политехнического института. Вып. 101. - Фрунзе,

1977. - С. 129-137.

3. Фалько С.М. Развертывание самоустанавливапцеЯея разверткой как метод обработки точных отверстий на станках с ЧП7// Состояние и перспективы развития технических наук в Киргизии-: Тез. докл. республ. гехнич. конференции. - Фрунзе, 1989. - С. 36-38.

4. Фалько С.!,!» Обработка точных отверстий на станках CcW в условиях автоматизированного производства^1 Автоматизация процессов подготовки производства в машиностроении: Тез. докл. республ. научно-технического семинара. - Фрунзе, 1983,-С. 27-29.

5. Фалько С.М. Исследование точности расположения отверстий при обработке самоустанавливакде!*ся разверткой Автоматизация производственных процессов: Тез. докл. республ. научно-технич. конференции, - Фрунзе, 1986. - С. 19-21. .

6. Фачько С.М. Технология бескондукторяого сверления отверстий. с жесткими позиционными допусками/^ Методы и средства повышения эффективности машиностроительного производства: Тез. докл. региональн. научно-технич. конф. респ. Средней Азии и Казахстана. - Фрунзе, IS89. - С.. 98.

7. Фалько С.М. Динамика процесса самоустановки плавающей развертки-без заборного конуса/ Методы и средства повышения эффективности машиностроительного производства: Тез. докл, региональн. научно-технич. конф, респ. Средней Азии и Казахстана. - Фрунзе, 1989. - С. 99.