Борштанга для обработки глубоких отверстий

 

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при обработке глубоких точных отверстий. Целью изобретения является повышение точности и производительности обработки за счет снижения прогиба борштанги от сил резания и повышения режимов резания. На корпусе 1 установлены армированные упругие элементы 2 в виде круговых сегментов в поперечном сечении, причем угол φ между направлением арматуры и образующей цилиндрической поверхности упругих элементов в случае, если элемент работает на растяжение, отрицателен, а на сжатие - положителен. Положение вершины резца и упругих элементов выбирается таким образом, что линия, проходящая через вершину резца и центр оправки, образует с осью симметрии поперечного сечения упругих элементов угол, равный 63-74°, а центральный угол кругового сегмента упругого элемента 2 определяется из выражения Α-SINΑCOSΑ=(4/3<SP POS="POST">.</SP>LGJ<SB POS="POST">K</SB>)/(HR<SP POS="POST">4</SP>COSψ<SB POS="POST">0</SB>E<SB POS="POST">2</SB>G<SB POS="POST">2</SB>A<SB POS="POST">2</SB>), где α - центральный угол поперечного сечения упругого элемента

L - длина бортштанги

H - расстояние от центра поперечного сечения до вершины лезвия резца

R - радиус наружной поверхности бортштанги

ψ<SB POS="POST">0</SB> - угол между осью симметрии поперечного сечения упругих элементов и линией, проходящей через центр сечения и вершину лезвия резца

GJ<SB POS="POST">K</SB> - жесткость на кручение поперечного сечения борштанги

E<SB POS="POST">2</SB>- модуль упругости материала упругих элементов в осевом направлении

G<SB POS="POST">2</SB> - модуль сдвига матеиала упругих элементов при кручении

A<SB POS="POST">2</SB> - коэффициент, характеризующий осевое линейное деформирование материала упругих элементов. При резании на резец 3 действует сила P, которая создает крутящий момент. Крутящий момент за счет армирования упругих элементов под углами *98H с противоположными занками и диаметрально противоположным их расположением окончательно нецтральной плоскости изгиба приводит к изгибу борштанги в сторону, противоположную изгибу от силы P. Выбором рациональных геометрических параметров и жесткостных характеристик упругих элементов прогиб на конце борштанги доводится до нуля. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ6ЛИН (51) 4 В 23 В 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCKOMV СНИДЕ ГЕЛЬСТВУ

Фиг, 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗО6РЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4284080/25-08 (22) 14 ° 07.87 (46) 15,07.89. Бюл. У 26 (72) А.И.Тараканов, В.В.Казанцев, Б.Я.Фомин и Л.Д.Хохлова (53) 621.952.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 664756, кл. В 23 В 29/02, 1978. (54) SOPIHTAHI À ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ (57) Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при обработке глубоких точных отверстий. Целью изобретения является повышение точности и проиэÄÄSUÄÄ 1493388 А1

2 водительности обработки эа счет снижения прогиба борштанги от сил резания и повышения режимов резания. На корпусе 1 установлены армированные упругие элементы 2 в. виде круговых сегментов в поперечном сечении, причем угол <(между направлением арматуры и образующей цилиндрической поверхности упругих элементов в случае, если элемент работает на растяжение,, отрицателен, а на сжатие положителен.

Положение вершины резца и упругих элементов выбирается таким образом, что линия, проходящая через вершину резца и центр оправки, образует с

1493388 осью симметрии поперечного сечения упругих элементов угол, равный ЬЗ

74, а центральный угол кругового сегмента упругого элемента 2 о.ipe5 деляется из выражение of--sin o(cos of -= (4/3 1GI„) +r cos y, Е2С2А ) ° Где д" центральный угол поперечного сечения упругого элемента; 1 — длина бортштанги; h — расстояние от цен тра поперечного сечения до вершины

% лезвия резца; r — - радиус наружной поверхности борштанги;, — угол между осью симметрии поперечного сечения упругих элементов и линией, проходящей через центр сечения и вершину лезвия резца; GI „ - жесткость на кручение поперечного сечения борштанги; Е < — модуль упругости материала упругих элементов в осе- 2р ментов в сторону, противоположную направлению изгиба от сил резания, что снижает прогиб борштанги. Деформации упругих элементов с учетом

gp взаимодействия с корпусом борштанги определяются по формулам для консольной балки, т„е. . .. y + — р

P (1-z 1Е,С<А (1)

EI G I„EI

З5 где Р

M=Phcos@—

40

EI и С1„—

Е, С,А

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при обработке глубоких точных отверстий.

Цель изобретения — повышение точ° ности и производительности обработки за счет снижения прогиба борштанги от сил резания и повышения режимов резания.

На фиг.l изображена борштанга, общий вид; на фиг.2 — график зависимости относительного прогиба борштанги при обработке от угла армирования материала упругих элементов.

Борштанга содержит корпус l, два продольных упругих элемента 2, резец

3. Упругие элементы расположены диаметрально противоположно и выполнены с одинаковыми сечениями из высокомодульного однонаправленного композиционногз материала с углом между образующей и направлением армировао ния ч --10-25, причем для упругого элемента, работающего на растяжение, этот угол отрицателен, а на сжатие— положителен. Применение высокомодульного композиционного материала имеет

-целью повышение изгибной жесткости борштангн, т.е. снижение ее прогиба.

Выполнение упругих элементов из материала, армированного под углами с противоположными знаками, позволяет за счет кручения борштанги от сил резания создать изгиб упругих элевом направлении; G > — модуль сдвига материала упругих элементов при кручении; А — коэффициент, характеризующий осевое линейное деформирование материала упругих элементов. При резании на резец 3 действует сила Р, которая создает крутящий момент.Крутящий момент за счет армирования упругих элементов под углами ц с противоположными знаками и диаметрально противоположным их расположением относительно нейтральной плоскости изгиба приводит к изгибу борштанги в

I сторону, противоположную изгибу от силы P. Выбором рациональных геометрических параметров и жесткостных характеристик упругих элементов прогиб на конце борштанги доводится до нуля. 2 ил. результирующая сила резания; момент от силы резания; угол между результирующей силой и горизонтальной составляющей; расстояние от центра поперечного сечения борштанги до вершины лезвия резца; жесткости поперечного сечения борштанги на изгиб и кручение соответственно; длина борштанги; осевая координата с началом в месте заделки борштанги; координата, параллельная направлению силы резания; упругие характеристики материала упругих элементов (осевой модуль упругости, модуль сдвига

1493

ЭО

40

45 г.= — ——

3EI при кручении, коэффициент влияния, характеризующий осевое линейное деформирование от сдви5 гового нагружения при кручении); р — радиус-вектор относительно центра поперечного сечения борштанги. 10

Для того, чтобы линейные деформации от крутящего момента М (второй член в правой части уравнения (1)) имели характер изгиба необходимо, чтобы они имели разные знаки: минус 15 при у ) О и плюс при у (О, что достигается армированием материала упругих элементов под углами с противоположными знаками. .Прогиб борштанги на длине 1 равен 20 ес

Е 1 Pl ."П Е2С А 1 у 3Е где А7) 0

Соотношение (2) получено при ус-. ловиях р м(у ((3)

EI=E I + Е7I где Е, и С, - модули упругости и сдвига соответственно материала корпуса борштанги; и I — момент инерции относи1 К тельно оси Х и полярный момент инерции соответственно поперечного сечения корпуса борштанги.

На фиг.2 приведена зависимость прогиба от угла армирования. При сС< (10, например ц=О, А7=0, G7 минимально, а Е 7 максимально. Прогиб при ц =О определяется из соотношения (2), равен и зависит только от жесткости поперечного сечения борштанги. Упругие элементы не создают изгиба от крутя- 50

mего момента. Величина прогиба в ,этом случае оказывается выше допустимой.

При l(=10 прогиб составляет 10Х от f (график на фиг„2). Такой же прогиб и при ц=25 . Минимальное значение прогиба достигается в диапазоне углов Lg--10-25 и зависит от геометрических параметров упругих эле388 6 ментов и корпуса борнтанги, упругих характеристик материалов. При рациональном выборе этих параметров прогиб равен нулю.

При с 25, например 40, модуль упругости Е7 в 2 раза чиже, чем при

cg=0 . Это снижает жесткость борштанги на изгиб и повышает суммарный прогиб борштанги в процессе обработки до величины f

Упругие элементы расположены таким образом, что угол < между осью симметрии поперечного сечения упругих элементов и линией, проходящей через центр поперечного сечения борштанги и вершину лезвия резца, равен углу у — между силой резания P и ее горизонтальной составляющей.Момент инерции поперечного сечения упругих элементов относительно нейтральной линии изгиба определяется из формулы

I7 =2 (I 7 +F7 Я У сов (V gg), (4) о где I — момент инерции относитель7 но оси, проходящей через центр тяжести поперечного сечения упругого элемента параллельно нейтральной оси;

F, — площадь поперечного сечения у р — расстояние от центра попе/ У речного сечения борштанги до центра тяжести поперечного сечения упругого элемента.

Максимальный момент инерции упругих элементов и наименьший прогиб борштанги при работе достигается при

4 =ч °

Величина угла определяется из соотношения = are tg

Pi (5)

Р2 где P — горизонтальная составляющая

7 силы резания;

Р— то же, вертикальная, причем (О, 3 — 0,5)Р,, (6) а влияние осевой силы на прогиб пренебрежимо мало.

Таким образом, из соотношений (5) и (6) следует = 63 — 74 о

B том случае, если угол у 63, т.е. находится вне указанного диапазона, например ч =45, момент инерции на

20Х ниже максимального значения, соответственно, прогиб борштанги дос1493388 тигнет значения 0,2 f вместо нулевого при ч = и оптимальном соотношении остальных параметров. При ц т 74, например 4, --90, прогиб возрастает до 0 25 f, На границах диапазона g, =63О и 9 =74 максимальный прогиб не превышает значения

0,04 f, а при g = g, значения которого находятся в диапазоне у =63—

74, достигается нулевой прогиб барштанги при оптимальном подборе геометрических и жесткостных параметров упругих элементов.

Упругие элементы целесообразно выполнять в виде части цилиндра с поперечным сечением в виде кругового сегмента. В случае оптимального смещения оси симметрии упругих элементов на угол ) = у такая форма упругих элементов имеет максимальный момент инерции при заданной площади поперечного сечения и минимальную площадь при заданном моменте инерции.

Центральный угол кругового сегмента

o(определяется из формулы для момента инерции поперечного сечения упругих элементов г4

I = — (а(— s in o(co s о()

4 и уравнения (2):

f = 0

rpe r — наружный радиус сечения.

Окончательное выражение для угла

o(примет вид

4 1 GII, а(в с „ () соз- Ч о

Найденный из уравнения (8) центральный угол обеспечивает нулевой прогиб борштанги на конце. Максимальный прогиб борштанги при z=2-3 1 составляет 0,0738 от прогиба борштанги той же жесткости без упругих элементов при z = 1.

Борштанга работает следующим образом.

При резании на резец 3 действует сила P которая создает крутящий момент М. Iiop, действием силы P борштанга прогибается параллельно направлению ее действия.

Крутящий момент за счет армирования упругих элементов под углами с противоположными знаками и диаметрально противоположным их расположением относительно нейтральной плоскости изгиба приводит к изгибу борштанги в сторону, противоположную

30 изгибу от силы P. Выбором рациональных геометрических параметров и жесткостных характеристик материала упругих элементов прогиб на конце борштанги доводится до нуля, Колебания изгиба и кручения демпфируются упру гими элементами из композиционных материалов с высокими виброгасящими характеристиками.

Формула изобретения

Борштанга для обработки глубоких отверстий, содержащая резец, корпус и размещенные на нем упругие продольные элементы, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точ.ности и производительности обработки, упругие элементы армированы и выполнены в виде двух равных частей цилиндра, имеющих в поперечном сечении форму кругового сегмента с центральным углом, определяемым из выражения

4 1С?к

О(81пЫ сов о(-3 1 4 g G ) где о(— центральный угол поперечного сечения упругого элемента;

1 — длина борштанги;

h — расстояние от оси борштанги до вершины резца;

r — радиус наружной поверхности борштанги; > — угол между осью симметрии поперечного сечения упругих элементов и линией, проходящей через ось борштанги к

35 вершине резца;

GI — жесткость на кручение попеи речного сечения борштанги;

Š— модуль упругости материала

2 упругих элементов;

40 G — модуль сдвига материала упру2 гих элементов при кручении;

A — коэффициент, характеризующий осевое линейное деформирование материала упругих

45 элементов при кручении, при этом упругие элементы расположены на корпусе диаметрально противоположно так, что линия, проходящая через вершину резца и центр борштанги, образует угол с осью симметрии поперечного сечения упругих элемено тов, равный 63-74, а угол между образующей цилиндрической поверхности упругого элемента и положением аро матуры равен 10-25, причем для упругого элемента, предназначенного для работы на сжатие, этот угол положителен, а на растяжение — отрицателен.

1493388

®О

40 60

Фи8.2

Составитель С.Бер

Редактор М.Келемеш Техред Л.Сердюкова Корректор Т.К олб

Заказ 3929/14 Тирам 83) Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101