автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Чистовое точение деталей машин шаговыми резцами

• *

ПОЛШ'ШИЧЕСШШ ИНОШ'УТ

. ♦ <

На правах рук и шеи

ПОЗДНЯКОВ Леонид Павлович

УДК 621.9.042

ЧИСТОВОЕ ТОЧЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ШАГОВЫМИ РЕЗЦАМИ

Специальность 05.02.08 - Технология'машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1992

Гсбота рьиилнепа в Могилевсксм отделении Физико-тяхническоги института Академии нпук'Беларусп.

ПпушиП ругсроцигелт- - кандидат технических наук, старший н«учимП

сотрудник П1АТУГ0В Г.<5.

(¡и мне Г1И10ЦГНТЧ- доктор технических наук, наслуженный деятель науки и техники Украины, профессор Р0ЭИ1БЕГГ 0.А.

- кандидат технических паук, проу^гсор '¡ИСТОСЕГ'.ДОВ П.С,

Поцучпц (р[ йнияпшш • Всесоюзный нау"но-ис«ледоваглльсний проект но~конструкторекнй и технологический институт электромашиностроения (ВШПГГИЭМ), ■ г. Владимир

¿мщига диссертации состоится "30" марта т?. г. в 15 чяск на заседании специализированного совета К.068.14.15 в Киевском политехническом институте по адресу: 25Я0Г)6, Ки^в, пр. Победи, 37, Ш1Н, корпус 19, пуд. 340.

С пнсертлцией нож!г> оянакомнться с библиотек" института Лптор^ерпт разослан г.

Ученый секретарь специализированного совета, к.т.н., доцент

А,*-**-

В.В.Романенко

АННОТАЦИЯ

Целью диссертационной работы является конструкторско-техно-логическое обеспечение повышения стойкости однолезвийного режущего инструмента, производительности обработки, качества обработанной поверхности и ее точности, стабилизация характеристик процесса во времени при чистовой обработке деталей машин резанием. В работе решены следующие задачи.

На основании анализа научно-технической информации о вращающихся (ротационных) резцах (РР) и других режущих инструментах с перемещающейся вдоль самое себя режущей кромкой, а также обобщения результатов теоретических и экспериментальных работ, созданы режущие' инструменты с постоянной во времени, управляемой величиной износа режущей кромки (шаговый и гипоротационный резцы).Предложена новая классификация чашечных резцов с перемещающейся кромкой (ЧРПК). Проведен теоретический анализ различных схем механизма поворота режущего элемента (РЭ) и влияния скорости привода РЭ на кинематические параметры процесса. Разработан технологический процесс чистовой обработки деталей машин шаговыми резцами (ШР), названный шаговым резанием. Экспериментально исследованы (с построением математических моделей) силы резания, тепловые явления, износ и стойкость ШР, качественные параметры обработанной поверхности. Теоретически и экспериментально исследована точность обработки. Проведено сравнение шагового резания с известными схемами. Определены область и перспективы применения шагового инструмента, даны рекомендации по рациональной его эксплуатации. Автор защищает:

- новый принцип обновления режущей кромку РЭ и вытекающие из него преимущества шагового и гипоротационного резцов перед поворотным и ротационным резцами соответственно;

- новую классификацию ЧРПК;

- результаты теоретического анализа шагового резания в кинематическом плане;

- закономерности и результаты исследования сил резания, тепловых явлений, износа и стойкости ШР;

- закономерности и результаты исследования качественных параметров обработанной ШР поверхности;

- закономерности и результаты статистического и экспериментального исследования точности обработки при шаговом резании;

- технико-экономическую эффективность разработанного и внедренного технологического процесса.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Ведущее место в машиностроении занимают технологические процессы обработки резанием, особенно финишные операции, формирующие поверхностный слой детали. Несмотря на все большое применение новых инструментальных материалов и методов их упрочнения, специальных методов обработки, оптимизацию геометрии режущего инструмента, стойкость и производительность традиционного режущего инструмента зачастую недостаточны для высокопроизводительной обработки поверхностей с высокой точностью и стабильным качеством поверхностного слоя. Это определяет актуальность разработки и исследования шагового резания, позволяющего повысить стойкость РЭ, производительность обработки, качество обработанной поверхности и ее точность, стабильность процесса.

Настоящая работа выполнена в соответствии с пятилетним планом важнейших научно-исследовательских работ в области естественных наук БССР на 1986-90 г.г. "Материал 27" (№ госрегистрации 01.G6.0036600).

Научная новизна проведенной работы заключается в разработке нового принципа обновления режущей кромки РЭ и конструкций ШР. В ходе работы предложена новая классификация ЧРПК, позволяющая наметить пути к созданию новых режущих инструментов. Получены аналитические зависимости кинематических параметров процесса от скорости привода РЭ. Построены математические модели процесса, позволяющие выявить влияние технологических параметров на силы и температуру резания. Получены эмпирические зависимости, связывающие технологические параметры процесса с величиной износа ШР и его стойкостью. Показано, что эффект вращения РР является отрицательным в отношении его стойкости, т.е. что РР эксплуатируются в весьма невыгодном диапазоне скоростей вращения РЭ. За счет однократного использования элементарного участка режущей кромки и постоянства величины износа кромки, обусловленного ее перемещением согласно формулам шагового резания, получена высокая стабильность основных характеристик процесса: силы резания, температуры, качества и точности обработанной поверхности. Схема шагового резания позволяет управлять этими характеристиками за счет назначения оптимальной скорости вращения РЭ. Показано, что теоретическая точность и размерная стойкость ШР превосходят аналогичные характеристики РР. Исследовано влияние геометрических и технологических параметров на фактическую точность обработки. Исследовано влияние технологических параметров на геометрические и физические параметры качества обработанной поверхности. Получена эмпиричес-

пая зависимость для вычисления величиш шероховатости. Приведена методика расчета параметров перемещения режущей кромки с целью получения требуемых точности и шероховатости обработанной поверхности. Выявлены новые факторы адаптивного управления точностью. Показана возможность повышения в 2-3 раза производительности механической обработки шаговым инструментом по сравнению с ротационным за счет более высокой его стойкости и смещения оптимальной подачи в большую сторону.

Достоверность научных выводов и положений диссертации подтверждается использованием математического метода планирования и обработки результатов экспериментов на ЭВМ, других современных методов и приборов. Достоверность полученных результатов подтверждена удовлетворительным совпадением результатов при лабораторных и промышленных испытаниях, а также экспериментальных исследований и статистического анализа.

Практическая ценность работы заключается в разработке нового принципа обновления режущей кромки и соответствующих режущих инструментов, позволяющих значительно превысить существующий уровень стойкости аналогичных инструментов, производительности обработки, качества и точности обработанной поверхности, стабилизировать основные характеристики процесса. Определены область, перспективы и эффективность применения шагового инструмента. Даны рекомендации по выбору рациональных параметров обработки, эксплуатации и заточке ШР.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы в основном при механической обработке магнитопроводов асинхронных двигателей на импортном автоматическом оборудовании и внедрены на более чем 10-ти предприятиях ВПО "Союзэлектромаш" Минэлектротех-прома. Экономический эффект от внедрения составил 290 тысяч рублей в год.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на УП Всесоюзной науч.-техн. конференции "Состояние и перспективы разработки и производства низковольтных асинхронных двигателей" (Владимир, 1985), Всесоюзной науч.-техн. конференции "Разработка и промышленная реализация новых механических и физико-химических методов обработки" (Москва, 1988), УШ Всесоюзной науч.-техн. конференции "Состояние и перспективы совершенствования разработки, производства и применения низковольтных электродвигателей переменного тока" (Суздаль, 1988), заседании Ученого совета Моги-лёвского отделения Физико-технического института АН БССР в 1988 г., заседании технологической секции Физико-технического института Ail БССР в 1908 г., заседании кафедры "Технология машиностроения" Ки-

евского политехнического института в 1990 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 печатных работ, получено 13 авторских свидетельств на изобретения и 14 патентов зарубежных стран.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, приложений; изложена на 112 страницах учитываемого машинописного текста; содержит 78 иллюстраций, II таблиц, список литературы из 133 наименований.

Во введении показана актуальность темы работы и дается краткое изложение основных положений.

Первая глава посвящена анализу существующих инструментов с перемещающейся вдоль самое себя режущей кромкой, в т.ч. ротационных. В ней принято определение шагового резания и выведены формулы шагового резания, поставлена цель и сформулированы основные задачи исследования.

Вторая глава посвящена теоретическому анализу различных схем механизма поворота РЭ и влияния скорости привода РЭ на кинематические параметры процесса. Предложена классификация ЧГПК.

Третья глава посвящена исследованию влияния технологических параметров обработки на силу резания и эффективную мощность при шаговом резании стали 40Х и роторов двигателей.

Четвертая глава посвящена исследованию тепловых явлений при шаговом резании, износа и стойкости ШР.

В пятой главе рассмотрены вопросы точности поверхности, обра ботанной ШР.

В шестой главе рассмотрены вопросы качества поверхности, обработанной ШР.

В седьмой главе рассмотрены преимущества, область и перспективы применения шагового инструмента, конструкции ШР, вопросы рационализации технологических параметров, производительности обработки. Приведены результаты внедрения ШР и их эффективность.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ современного состояния исследований, разработки и внедрения ЧИ1К и, в частности, РР показал их недостатки и выявил причины практического неприменения в металлообработке. Автором разработан новый принцип обновления режущей кромки, явившийся основой шагового резания. Шаговым резанием (рис. I) названо резание инструментом с дискретным (шаговым) перемещением режущей кромки вдоль самое себя, величина и периодичность которого обеспечивают сохранение заданной точности обработки при перемещении, и одно-

кратным использованием каждой точки режущей кромки.

Исходя из определения шагового резания, выведены формулы шагового резания, устанавливающие критические величины параметров перемещения кромки и ее размерного износа.

Что* =a?CCOS (/т 2(1-cos V) .

Lmax - Uo >

AUmax=SB/4,

где "V - угол поворота РЭ; Ив - интенсивность износа; - радиус PSjy - периодичность поворота РЭ; ¿¿/ - размерный износ резца; SJO - поле допуска на размер.

При превышении этих величин IUP превращается в известный поворотный резец.

Вследствие очень малых величин V и Т , связанных с малым допуском на размер при чистовой обработке, и однократного использования каждого элементарного участка режущей кромки (РЭ совершает только один оборот за период стойкости) фаска износа (по задней, определяющей поверхности РЭ) представляет собой ленточку с практически одинаковой высотой h3 , развивающуюся, т.е. получающую приращение вдоль режущей кромки с усредненной угловой скоростью u)^ =»v/r (рис. 2). У РР, как известно, фаска износа представляет собой также равную ленточку, но она получает приращение перпендикулярно режущей кромке (с каждым оборотом РЭ) (рис. 3).

Таким образом у ШР за период стойкости, в отличие от РР, фаска износа сохраняет постоянную величину (отклонение составляет ~ 0,003 мм при f]s = 0,2 мм и V " 0,5°), за исключением времени прохождения точки режущей кромки угла контакта Л|) (см.рис.1).

Рис.2. Приращение фаски износа и Рис.3. Приращение фаски износа площадка контакта у ШР и площадка контакта у ГР

Это время составляет при чистовой обработке ( t * 0,2 мм, 2 " 23 мм) примерно 2% от периода стойкости. Постоянная величина фаски износа обеспечивает стабильные характеристики процесса: силу резания, температуру, точность и качество обработанной поверхности.

Как видно из рис. 2 и 3, имеется еще одно преицутцество ШР перед РР: треугольная (в первом приближении) форма площадки контакта АВД, имеющая примерно в 2 раза меньшую площадь по сравнению с прямоугольной площадкой АВСД у РР (при одинаковых величинах ). Это преимущество реализуется, во-первых, уменьшением температуры и силы резания и, во-вторых, - формированием обработанного поверхностного слоя острым участком кромки в зоне ее вершины В.

Если параметры V и Т устремить к нулю, то получим непрерывно вращающийся, т.е. как бы ротационный резец, но вращающийся со сверхнизкой скоростью (один оборот за период стойкости, достигающий 40 часов!). Такой резец в данной работе получил название "гипоротационный" (ГРР), скорость перемещения кромки которого на 4-6 порядков ниже, чем у РР. Здесь можно говорить о переходе количества в качество: ГРР (как и ШР) по сравнению с РР обладает не только стабильностью характеристик процесса резания, но и на порядок большей стойкостью, о чем подробнее будет сказано ниже. В основном же, работа посвящена шаговому резанию, которое проще реализовать на практике. Но результаты его исследования можно распространить на гипоротационное резание, поскольку у них практически одинаковая картина износа.

Новая классификация ЧШК основана на следующих признаках: характер перемещения режущей кромки, вид перемещения, скорость перемещения, величина перемещения (дискретного), кратность использования каждой точки кромки, заданность перемещения. Классификация охватывает не только существующие конструкции ЧИ1К и принципы .их взаимодействия с заготовкой, но и все возможные их варианты,

что позволяет создать новые режущие инструменты. Каждому ЧИ1К мнит быть присвоен код, например, шаговому - А1В2(ЛД2Е1Р1.

В отношении кинематики при шаговом резании наибольший интерес представляет резание во время поворота РЭ на угол V . В результате теоретического анализа различных схем механизма поворота РЭ в отношении кинематических параметров - кинематического коэффициента к , переднего угла » Угла наклона кромки \к -предпочтение отдано рычажному механизму. Для этой схемы проведено

исследование влияния скорости Vn параметры

привода РЭ на кинемашческие 4.

результаты которого представлены на рис

Т* ! ~Л/г

к 0,50

№• 0,50'

0Ц5 О

/

г" Г /1

А --

м/с

Рис.4. Зависимость k^^fÂ* от скорости привода рычажного

механизма

В работе рассмотрены вопросы влияния технологических параметров обработки на силу резания и эффективную мощность при шаговом резании стали 40Х и роторов асинхронных двигателей. Исследования проводились на токарно-винторезном станке IM63 с использованием динамометра УДМ-600 конструкции ВНИИ, усилителя ТА-5, осциллографа Н700 и измерительного комплекта K5I. Эксперименты показали, что зависимость всех составляющих силы резания и эффективной мощности от подачи S и глубины, резания t имеет возрастающий характер. Скорость резания V практически не влияет на силу резания. Указанные зависимости справедливы при. hj"^ 0,2 мм. При hj > 0,2 .мм составляющая Р* снижается с увеличением подачи в интервале 5т0.„0,6 мм/об, a fy имеет экстремально низкие значения при 5 = 0,2...0,3 мм/об.

Кривые зависимости всех составляющих силы резания от скорости перемещения режущей кромки имеют гиперболический характер, асимптотически приближаясь к оси ординат.'Здесь t^, » 5TVÎ?/1Î0T.

Сравнение шагового и ротационного резцов по силам резания, покапали, что при малых значениях износа режущей кромки ШР имеет . преимуик ■ 'по перец ГР, что особенно важно при размерно-чистовой

обработке деталей, характеризующейся именно малыми величинами

Для комплексного выяснения степени влияния технологических параметров V, 5, t на силы шагового резания была построена математическая модель процесса.

В работе приведены результаты исследования тепловых явлений при шаговом резании, износа и стойкости шагового инструмента. Экспериментально температура в зоне резания определялась методом естественно образующейся термопары "резец-заготовка", позволяющей измерить усредненную температуру контакта инструмента с обрабатываемой заготовкой. Запись термоэлектрической движущей силы производилась осциллографом 11700. Обработке подвергалась сталь 40Х. Замеры температуры проводились после выхода процесса на стационарный режим, определяемый установившейся величиной Ид .

Эксперименты показали, что зависимость температуры резания в от скорости Ур перемещения кромки имеет гиперболический характер. При увеличении VlS,t температура возрастает почти прямо пропорционально.

Дня комплексного выяснения степени влияния технологических параметров на температуру резания была построена математическая модель с получением следующего уравнения.регрессии.

Пределы изменения: = 0,1 "г 2,1 ) Т = 5^-гб5с /

,\М;9Н7м/с; 5 = 0,2Н0мм/о£; ± =0,1-0/7мм.

Сравнение шагового и ротационного резцов по температуре резания выявило, что у обоих резцов в начальный период работы ( < 0,05 мм) температура резания практически одинакова. При Ь3>Ц05 мм температура при шаговом резании ниже, чем при ротационном. Такое соотношение температур можно объяснить различной формой площадки контакта у ротационного и шагового резцов с поверхностью резания при одной и той же величине Ид (см. рис.2,3). Фактор вращения, снижающий температуру резания, здесь менее эффективен, чем фактор остроты режущей кромки, поскольку при к — 0,2 и Л=£° скоростной коэффициент К,= \/1 + К1-2к5тЛ = 0,99 т.е. близок к единице.

Исследованиями выявлено, что наибольшее влияние на износ режущей кромки оказывает скорость ее перемещения в диапазоне Ур = = 0,1-5*1,1 * 10" м/с» наименьшее - подача резца, причем в диапа-" гене 5 =0,6-И.0 мм/об увеличение подачи не приводит к увеличении . Вторым после фактором, влияющим на Ьз , является глубина резания. В диапазоне скоростей резания V" 1,9^3,5

рост hj отсутствует.

Получена эмпирическая зависимость между величиной износа кромки и технологическими параметрами обработки . .0,16 -0,17 ,0,40

0,095 V S J-

Vp

в следующих пределах изменения: \Л=3,3-М,7м¡С ) S ,

t=Q1rOi7MM; VP=(0,miyi0~SM/c.

Значения hj , найденные по этой зависимости, отличаются от экспериментальных не более чем на Ъ%.

Однократное использование каждой точки режущей кромки позволяет предварительно задавать стойкость ШР средней угловой скоростью и)р дискретного вращения РЭ. В этом случае стойкость будет равна времени одного неполного (за вычетом угла \|7 ) оберг та РЭ:

Т 2-3c~azccos(i- -j) 1 60u)р

Скорость и)р назначается в зависимости сг требуемого качества ■обработанной поверхности, в частности, параметр Ra зависит от hj , которая, в свою очередь, связана обратно пропорциональной зависимостью с и>р . Для того, чтобы сохранить постоянной величину hj при изменении режима резания, необходимо изменить иЗр , т.е. стойкость резца. Но режим резания определяет производительность обработки. Отсюда следует важная особенность шагового резания - возможность оптимизации и предварительного задания (прогнозирования) таких параметров как стойкость, производительность, качество.

Большой интерес представляет сравнение стойкости шагового и ротационного инструментов (с твердосплавными РЭ). Оно проводилось при условии достижения одинаковой величины hj на обоих резцах на одном и том же режиме обработки: для стали 45 - V=3,3 м/с;

6 мм/об; t=ö,4 мм; твердый сплав Т15К6;для роторов электродвигателей - V-5 м/с; 5 = 0,5 мм/об; {=0,^мм; твердый сплав ВК8. Результаты экспериментов представлены на рис. 5.

Здесь Ky^Tj/Ta , где и Т2 - стойкость соответ-

ственно шагового и ротационного резцов. В публикациях по ротационному резанию высокая стойкость РР объясняется целым рядом фак- . торов, сводящимся к двум основным: эффекту вращения резца и большой рабочей длине режущей кромки. Но поскольку шаговый и ротационный резцы отличаются только скоростью вращения РЭ (на 4-6 порядков), то именно в этом факторе следует искать причину'шзкгй

Иг 17

f V

f X \ч X

А

/

О ОЛ 0,4 46 OJ W

м.

ММ

Рис.5. Зависимость коэффициента стойкости от величины износа кромки при обработке стали 45 (I) и роторов (2)

стойкости РР по сравнению с ШР. Налицо отрицательный эффект вращения резца, превалирующий над положительный и заключающийся в циклических тепловых напряжениях, ¿1спытываемых каждой точкой режущей кромки, в которой перепад температур достигает 200°С. Эти напряжения и приводят к ускоренному термоусталостному разрушению кромки. Отрицательный эффект вращения резца в отношении его стойкости подтверждается при сравнении ротационного и призматического резцов по показателю удельной стойкости (стойкости, отнесенной к единице длины режущей кромки), по которому РР проигрывает призматическому в пределах 1-го порядка.

В работе рассмотрены вопросы точности обработки ШР в двух аспектах: как функции износа режущей кромки по задней поверхности и фактической точности, зависящей от состояния кромки после заточки, режима резания и физико-механических свойств обрабатываемого материала.

При обработке РР имеет место постоянный рост величины hj (см. рис. 3) (и соответственно - размерного износа All ), который влечет за собой рост дополнительных упругих деформаций лУ Эти факторы значительно снижают размерную стойкость РР по отношению ко всему периоду стойкости. -

При обработке ШР размерный износ весьма незначителен, и его максимально допустимая величина ограничивается условием = dD/4 • При v-*0 и соответственно (переход шаго-

вого резания в гипоротационное) А U также стремится к нулю, а вместе с ним- - и АУ . Таким образом, метод шагового (и гипо- • ротационного) резания создает теоретические предпосылки высокой точности (стабильности) размеров и геометрической формы в течение

почти всего периода стойкости

Обеспечение теоретической точности при шаговом резании н« гарантирует фактическую точность обработки. Кроме геометрически.-, факторов, .связанных с износом режущей кромки и ее "восстановлен!! ем" при шаговом перемещении, на стабильность работы ШР в отношении точности влияют и другие факторы, которые можно свести к минимуму путем изменения некоторых параметров процесса. Этими факторами являются непостоянство степени остроты режущей кромки (ря диуса р ев округления) по длине (после заточки) и физико-механических свойств обрабатываемого материала,' обусловленное кол»бч ниями твердости, химсостава и пр.

В качестве показателя точности, помимо среднего квядратиче' кого отклонения б , используемого при статистическом анализе, принята величина 4В нестабильности размеров как среднее арифметическое отклонение размера от номинала.

В результате исследований сделаны следующие выводы:

- искусственное округление кромки дает эффект повышения точ ности при обработке, деталей с непостоянным химсоставом. Оптимвль ным является р=20~30 мкм;

- влияние величины на точность обработки неэначитолг

но;

- основным фактором управления точностью является оптимизации подачи резца. Этот фактор является наиболее действенным при колебании твердости заготовки. Оптимальной является подача 5 = 0,67-1,0 мм/об; .

- при колебаниях только химсостава дБ снижается как при малых глубинах резания, так и при больших. Самый неблагоприятный интервал Ь-0,б мм. Но при колебаниях твердости увеличение \ приводит к росту ЛВ • Поэтому, в общем случае, оптимальной глубиной резания является = 0,1 ^0,3 мм»

. - с уменьшением скорости резания ,л1) снижается;

- нестабильность угла поворота РЭ при практически не влияет на точность обработки.

Статистический анализ точности, проводимый на заводе при обработке роторов двигателей шаговым и ротационным резцами, подтвер дил эффективность оптимизации р и 5 . Применение одновременно обоих факторов дало максимальный эффект: поле рассеяния размеров уменьшилось в 2,1 раза, вероятный процент брака - в 470 раз.

Приведена методика достижения требуемой точности обработки крупногабаритных деталей в начальный период резания путем исклю- . чения или уменьшения влияния на точность первоначального размерного износа лУ . Новизна методики подтверждена авторским г виде ■

тсльетвим на изобретение.

Шаговое и гипоротационное резание, благодаря обновлению режу-ц.-Й кромки и однократному использованию каждой ее точки, удобно применять в системах адаптивного управления точностью обработки, используя при этом регулирование скорости VP . Управление точностью осуществимо при этом за счет изменения величины П3 . влияющей на составляющую Р* и положение вершины режущей кромки

относительно оси вращения заготовки. •

В работе рассмотрены вопросы качества поверхности, обработанной ШР. Параметры качества разделены на геометрические - шероховатость и волнистость поверхности и физические - степень и глубина наклепа, технологические остаточные напряжения.

. Для оценки шероховатости принят параметр - среднее

арифметическое отклонение микропрофиля, мкм, которое измерялось переносным прсфилометром марки 296 непосредственно на станке. На рис. 6 представлена зависимость параметра (?„ от текущего времени Гм обработки стали 45 шаговым, .ротационным и призматическим

резцам"

Яа

мкм 5

. 4

3

2

/

О

¥ г 1'*5ч/с 5*0,4мм/о5 и 0,25 мм Т-25О О мин

1 ■ У

У. Л

•"' • " а

~Ш ¿оо 500 ш т>

мш

Рис. 6. Зависимость параметра /?<7 от времени Тм обработки шаговым (I и 2) , • ротационным (3) и призматическим (4) резцами,

/-Л = 0,5мм ; г-Ьз = 0.7$мм.

Экспериментально исследовалась зависимость параметра от

технологических параметров. Зависимости имеют

экстремальный характер. Оптимальными величинами являются:У^З м/с; У =(0,3+0,6)-Ю~5 м/с; 5 = 0,^-7-0,6 мм/об. С увеличением 1: шероховатость монотонно возрастает. В результате аппроксимации зависимости Яа== ^V; 5; получена эмпирическая формула

V/ 0,1

действительная в следующих пределах изменения: \/р~((Ц-г1,1)'10 У-Зтк,? м/с; 5=0,4 г1,0мм/о5," t = 0,1-r0,7MM . Отклонение значений Rtt , вычисленных по этой формуле,-от экспериментальных составило в среднем I8J5. Формулу можно использовать для практических расчетов параметра R* и для управления шероховатостью путем назначения рассчитанных с помощью этой формулы технологических параметров.

В результате анализа профилограмм поверхности, обработанной , шаговым, ротационным и призматическим резцами, получены величины относительной опорной длины профиля "t{0 . При шаговом резании этот показатель выше, чем при ротационном на 36% и резании, призма -тическим резцом - на 45^.

Поверхность, обработанная ШР, по сравнению с РР, однороднее по микрорельефу: на одной детали - в 4-5 раз, в партии деталей N = 1000 шт. - в б раз, что является еще одним подтверждением стабильности процесса шагового резания.

Сравнительные испытания шаговых"и ротационных резцов в производственных условиях показали, что высота волнистости поверхности роторов, обработанных ШР с оптимальной подачей 5в0,4т0,btf»/cS ниже, чем при обработке РР соответственно в 3+6 раз. Выявлена также более высокая виброустойчивость ШР по сравнению с РР, обусловленная практическим отсутствием вращения РЭ.

Степень наклепа дН и глубина наклепа h обработанной поверхности определялись путем измерения ее микротвердости микротвердомером ПМТ-3 с нагрузкой на алмазный индентор 0,49Н . Исследованиями установлено, что степень и глубина наклепа поверхности, обработанной ШР, снижаются с увеличением скорости Vp перемещения кромки и скорости резания V .Зависимость fiH и h от подачи S и глубины резания + имеет экстремальный характер. Оптимальные диапазоны: 3^0,5^0,7 мм/об; te0, 370,5 мм.

При bjvO шаговое резание имеет более высокие параметры дН и И , чем ротационное; при hj=0(5 мм - наоборот. Поверхность, обработанная призматическим резцом, получает наибольшую пластическую деформацию.

Остаточные напряжения в сравнительно тонком поверхностном слое (0,01-0,02 мм) исследуемых образцов определялись методом рентгеноструктурного анализа на рентгеновской установке "ДР0Н-3,0". Исследованиями установлено, что с увеличением Vp и V остаточные напряжения снижаются; с увеличением S и t - монотонно возрастают. Соотношение остаточных напряжений при шаговом и ротационном резании аналогично соотношению степени и глубины наклепа. При шаговом и ротационном резании остаточные напряжения ярлшотся

сяшьшкЛЦИМИ.

В работе рассмотрены преимущества, область и перспективы применения шагового инструмента, конструкции резцов, вопросы рационализации технологических параметров, даны рекомендации по эксплуатации и заточке ШР. Приведены результаты внедрения ШР и их эффективность, подтвержденная полученным при их внедрении (с использованием результатов работы) экономическим эффектом в сумме 290 тысяч рублей в год (данные за-1985 год).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Дано определение и получены формулы шагового резания, раскрыта его сущность.

2. Теоретически исследована кинематика шагового резания. В результате анализа различных схем механизма поворота РЭ доказаны преимущества рычажного привода. Получены аналитические зависимости кинематических параметров процесса от скорости привода. Предложена новая классификация ЧГОК.

3. Экспериментально исследованы зависимости между технологическими параметрами и силовыми показателями процесса, а также температурой резания -в сравнении с ротационным резанием. Построена и проанализирована математическая модель процесса.

4. Проведены исследования влияния технологических параметров на износ и стойкость ШР и получены эмпирические зависимости для определения величины hj износа резца и его стойкости Т . Показано, что эффект вращения РР является отрицательным в отношении его стойкости. РР эксплуатируются в невыгодном диапазоне скоростей

Vp .' Снижение Vp на 4-6 порядков (переход от ротационного резания к гипоротационному или шаговому) приводит к увеличению стойкости РЭ на I порядок.

5. Величина ' hj износа кромки шагового инструмента (после ее стабилизации) является величиной постоянной в течение периода стойкости, что обусловливает постоянные параметры процесса: силу резания, температуру, качество и точность обработанной поверхности.

6. Стойкость инструмента при шаговом резании задается, в отличие от других схем резания, средней угловой скоростью дискретного вращения РЭ, назначаемой в зависимости от требуемого качества обработанной поверхности. Выведена формула заданной стойкости ШР.

7. Показано, что теоретическая точность, как функция износа кромки," и размерная стойкость ИР превосходят аналогичные характеристики PF'. Виивж'Ип факторы нестабильности размеров. Исслецовани

влияние p,h3rVf S, t ■ на фактическую точность обработки, определены главные факторы ( p,S ) управления точностью и их опти мальные величины.

8. Экспериментально исследованы геометрические и физические параметры качества обработанной IIIP поверхности, влияние на тге технологических параметров. Получена эмпирическая зависимость дли вычисления параметра Ra . Показана возможность управления клчегт вом за счет параметра Vp . Приведены практические примеры расчета параметров V и Т • перемещения кромки с целью получения т[ буемых точности и шероховатости обработанной поверхности.

9. Показана возможность повышения (примерно в 3 раза) производительности обработки шаговым инструментом по сравнению с ротационным за счет увеличения подачи и более высокой стойкости.

10. Устранены недостатки, присущие ротационному инструменту. Определены область, перспективы и эффективность применения шагового инструмента, разработан ряд его конструкций для автоматического и универсального оборудования. Даны рекомендации по выбору рациональных параметров обработки, эксплуатации и эаточкэ ИГР.

11. Результаты работы внедрены на ряде предприятий Минолектре техпрома при обработке магнитопроводов асинхронных двигателей. Годовой экономический эффект составил 290 тысяч рублей.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ '

1. Шатуров Г.Ф., Поздняков Л.П. /Силы резания при обработке самовращающимся ротационным винтовым чашечным резцом. Изв. АН БСОГ. Сер. физ.-техн. наук. 1990, № 3. Деп. в ВИНИТИ. Per. № 77-8I-B89.

2. Шатуров Г.Ф., Поздняков Л.П., Кожевников A.C. Внедрение процесса ротационного резания на автоматических линиях обработки роторов электродвигателей. - Материалы УП Всесоюзной науч.-техн. конф., Владимир, 1985, с. 158-165.

3. Шатуров. Г.®., Поздняков Л.П., Кожевников A.C. Использование шаговых резцов для обработки магнитопроводов электродвигателей. Материалы УШ Всесоюзной науч.-техн. конф., Суздаль, 1988, с. 149150.

4.. Поздняков Л.П. Чашечные резцы с перемещающейся режущей кромкой и шаговое резание металлов. Материалы Всесоюзной науч.-техн. кон{>. "0бработка-88". Москва, с. 41.

5. Шатуроп Г.Ф., Поздняков Л.П. / Шаговое резание металлов. Изв. АН БССР. Сер. физ.-техн. наук. 1989, № I.

6. Ящерицын П.И., Поздняков Л.П., Шатуров Г.Ф. / Геометрические параметры поверхности, обработанной чашечным шаговым f"пчом.

Пэь. АН БССР. Сер. физ.-техн. наук. 1989, № 2.

7. Шатуров Г.Ф., Поздняков Л.П. /Тепловые явления при шаго-lüm резании металлов. Изв. АН БССР. Сер. физ.-техн. наук, 1989, № 3.

8. Поздняков Л.П., Шатуров Г.Ф./Некоторые параметры качества поверхности, обработанной шаговым резцом. Изв. АН БССР. Сер. физ.-техн. наук. 1990. № I. Деп. в ВИНИТИ. Per. № 53-В89.

9. Шатуров Г.Ф., Поздняков Л.П., Кожевников A.C. /Использование шаговых резцов при обработке магнитопроводов электродвигателей. Электротехническое производство. 1989, № 7(19).

10. Подураев В.Н., Поздняков Л.П., Шатуров Г.Ф. /Чашечный шаговый резец. Станки и инструмент. 1990, № 6.

11. Подураев В.Н., Шатуров Г.Ф., Поздняков Л.П. /Динамика процесса шагового резания металлов. Изв. ВУЗов. Сер. машиностроение.

1989, № 3.

12. Поздняков Л.П., Шатуров Г.Ф., Лачев Б.М. /Некоторые вопросы кинематики шагового резания. Изв, А}] БССР. Сер. физ.-техн.наук.

1990, № 2. Деп. в ВШИГИ. Per. № 56-34-В89.

13. Подураев В.Н., Поздняков Л.П., Шатуров Г.Ф. /Точность обработки чашечным шаговым резцом...Указатель "Депонированные научные труды". 1989,. № 5, с. 70.

14. A.c. II33772 (СССР). Державка резца /Шатуров Г.Ф., Надвиков A.M., Поздняков Л.П., Кожевников A.C., Крутиков A.C.

15. A.c. II5I362 (СССР). Вращающийся резец /Шатуров Г.Ф., Подураев В.Н., Поздняков Л.П., Кожевников A.C. - Опубл. в Б.И., 1985, № 15.

16. A.c. II54054 (СССР), Ротационный резец /Шатуров Г.Ф., Надвиков A.M., Поздняков Л.П., Кожевников A.C. - Опубл. в Б.И., 1985, №17.

17. A.c. I2I6888 (СССР). Резец (шаговый)./Шатуров Г.Ф., Поздняков Л.П., Кожевников A.C.

18. A.c. 1226746 (СССР). Чашечный резец Да тур о в Г.Ф., Поздняков Л.П., Кожевников A.C.

19. A.c. I279I48'(СССР). Способ обработки резанием /Шатуров Г.Ф., Поздняков Л.П.

20. A.c. I37I788 (СССР). Ротационный резец /Шатуров Г.Ф., Поздняков Л.П., Басов И.Д. - Опубл. в Б.И., 1988, № 5.

21. A.c. 1380870 (СССР). Резец /Шатуров Г.Ф., Поздняков Л.П., Опубл. в Б.И., 1988, № 10.

22. A.c. I396391 (СССР). Ротационный резец /Шатуров Г.Ф., Поздняков Л.П., Надвиков A.M.

23. A.c. I3B0085 (СССР). Способ обработки резанном (его пари-

пнти) /Шатуров Г.®., Псцурзев В.Н., Поздняков JI.II., Котсзнгкеп Л.С.

РА. Л.с. 1400706 (СССГ). Способ определения сил на зпднеП пг вчрхности р?эца и упругс-П деформации материала эяготсвки при ре обработке /'Шлтуров Г.Ф., Посдмятссп Л.П. - Опубл. в Б.И., 1968,V !."

25. A.c. I5373P8 (СССГ). Горец /Ччт\тор Г.Ф., Рядьков B.D., Порпнякпв Л.П. - Опубл. в В.И., 1950, V 3.

26. A.c. TG7444I (СССР). Способ обработки р?-'анирм принудительно ррял|я|пи|[?исг7 кругл»« fяяцои /¡'hryp^n Г.'5., И^гпчпкеп Л.П.

зйг" ■

Подп. к печ. // СЯ.9А.. ФорматбР^У/^Бумага/й/.лг.

Печ. офс. Усл. печ. л. 0,93 Уч.-изд. л. с, ¿6 Тираж /ос Зак.Д-о?/£3 . Бесплатно.

Киевская книжная типография научной книги. Киев, Репина, 4.