Способ токарной обработки
Изобретение относится к обработке материалов резанием. Целью изобретения является повышение точности обработки путем уменьшения вибраций. Центры масс и центры жесткости консольной части инструмента, а также его продольную ось располагают в процессе обработки вдоль равнодействующей сил резания. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ котлин
„,SU,„150220 (5))4 в 23 в 1 0
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (6)) 1301562 (2)) 4286392/25-08 (22) 20.07.87. (46) 23.08.89. Бюл, У 3) (72) С.С.Спецаков (53) 621.941.1{088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Р )301562, кл. В 23 В )/00, 1985. (54) СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ
Изобретение относится к обработке материалов резанием, может быть использовано при механической обработке деталей и является усовершенствованием изобретения по авт.св.
O 1301562.
Целью изобретения является повышение точности обработки путем уменьшения вибраций.
На фиг.) изображено устройство для осуществления предлагаемого сло-. соба, например, при точении упорно-. проходным резцом; на фиг.2 — упрощенная схема упругой системы резцедержателя и консольной части инструмента.
Способ реализуют следующим обра-. зом, Определяют направление равнодействующей Rt составляющих силы резания (направление силы резания), после чего устанавливают центры жесткости и центры масс резцедержателя и консольный части инструмента. Регулировкой положения последних добиваются, чтобы направление силы резания совпадало с продольной осью хвостовика инструмента и проходило через центры
2 (57) Изобретение относится к обработке материалов резанием. Целью изобретения является повышение точности обработки путем уменьшения вибраций, Центры масс и центры жесткости консольной части инструмента, а также его продольную ось располагают в процессе обработки вдоль равнодействующей сил резания. 2 ил. масс и центры жесткости розцедержателя и консольной части инструмента.
В таком положении осуществляют обработку.
Устройство для реализации способа содержит корпус 1, установленный на продольном суппорте токарного станка.
На корпусе 1 расположена головка 2 резцедержателя, в которой закреплен инструмент 3, содержащий режущий элемент 4 и крепежный хвостовик 5. Головка 2 взаимодействует с приводом 6 перемещения, а корпус 1 взаимодействует с приводом 7 перемещения, Приводы 6 и 7 выполняют перемещения корпуса 1 и и головки 2 от блока 8 приборов управления (ПУ) получающие команды от блоков системы 9 автоматического управ-. ления станком (САУ), Головка 2 снабжена силочувствительннми элементами
10, т,е. выполняет функции динамометpR..0èëo÷óâñòâèòñëüíûå элементы 10 динамометрического реэцедержателя головки 2 связаны со счетно-решающим блоком ll, которнй может быть вмонтирован в блоки САУ 9, Блок ll непрерывно во времени по сигналам от элементов 10, т.е. по величинам со3 1502203 ставляюших силы резания, определяет по известным формулам величину, т,е. модуль равнодействующей всех сил резания (R(t}1, а также направление равнодействующей сил резания R(t) в пространстве относительно, например, попутной системы координат OXVZ, связанной с серединой главной режущей кромки режущего элемента 4. На фиг.l дано изображение устройства в состоянии его работы, когда инструмент 3 точит вап, как упорно проходной резец. Изображение на фиг.l дано в главной секущей плоскости, т.е. плос- 15 кости, проходящей перпендикулярно главной режущей кромке элемента 4 и перпендикулярно основной плоскости А.
Характеристикой направления равнодействующей R(t) в главной секущей плос- 20 костя является угол действия Cd(t), Основная плоскость А — плоскость, проходящая через главную режущую кромку элемента 4 перпендикулярно вектору
7 окружной скорости вращения детали, построенному иэ главной режущей кромки, Целесообразно главную секущую плоскость связывать с серединой главной режущей кромки — точкой 0 (фиг,l);
На фиг,! изображена также общепри- 30 нятая неподвижная система координат к (1
0 Х У Z,â которой ось 0 Х параллельна оси центров станка, а ось 0 g па" раллельна вектору поперечной подачи
llew 35 инамометрический резцедержатель имеет возможность перемещения по дуге с центром кривизны, расположенным в режущем элементе 4, На фиг.l показано, что головка 2 расположена на сфе" 40 рической поверхности корпуса 1, с радиусом сферы r„ . Корпус 1 также име ет возможность перемещения по дуге с центром кривизны, расположенным в главной режущей кромке режущегоэлемен 45 та 4, для чего опорные поверхности корпуса также выполнены по сфере с радиусом гк, На Фиг.! оси С„-(, С- y — гпвв иые оси жесткости консольной части и 50 крепежного хвостовикв инструмента 3, головки 2, корпуса 1, иэ которых ось максимальной жесткости С - является совокупной осью максимальных жесткостей, получаемой только совмещением в одну линию линий максимальных осей жесткостей элементов технологической системы инструмент - реэцедержатель, а ось С -Q — рсь минимальной
4 жесткости ситсемы. Точкой 0 обозначено положение центра жесткости консольной части инструмента 3, т,е, то точки, относительно которой происходят изгибы (повороты) упругой системы, точки 0> О.! — центры жесткости головки 2 и корпуса 1 соответст-венно, Центр жесткости консольной части инструмента 0„ расположен обычно в центре сечения (на фиг.l - линия а-б), проходящего через наиболее удаленные от главной режущей кромки точки а и б консольной части. Данный центр характеризует место крепления, т.е, заделки упругой системы, относительно которого происходят изгибы или повороты системы. На фиг, 1 ось максимальной жесткости С вЂ” ( консольной части инструмента 3 не пересекает продольные грани 12 и 13 крепежного хвостовика 5 и совмещена с осью максимальной жесткости крепежного хвостовика 5, для чего главная режущая кромка инструмента 3 выполнена между продольными гранями
12 и 13.
Центр жесткости у консоли инструмента на фиг,l расположен на нейтральной линии крепежного хвостовика инструмента, Соединяя центр жесткости - точку 0 и вершину главной режущей кромки — точку 0 (точку приложения внешней силы), получают ось максимальной жесткости рассматриваемой упругой системы, т,е, ось С„упругой системы консольной ести инструмента 3. Устройство выполнено так, что повороты головки 2 и корпуса 1 под действием R(t) минимальны, так как центры жесткости этих систем — точки 0 и 0 лежат на линии действия R(t), В этом случае значение жесткости в направлении совокупной оси максимальной жесткости сложной упругой системы резец — pesцедержатель равно максимуму.
В устройстве (фиг,l) центры масс (центры тяжести) консольной части инструмента 3, головки 2 и корпуса l расположены в диапазоне углов дей° ствия равнодействующей R(t), так как при резании сталей преимущественно, вектор К(С) в проекции на главную секущую плоскость расположен под углом к основной плоскости А большим
45, но меньшим 90, Для достижения максимальной внброустойчивости и точности центры 1502203 жесткости Ор, 0>, 0 и центры 0 ! / ° Ф ф °
0, 04 упругих систем, составляю цих сложную упругую систему инструмент — резцедержатель и продольную
Э
5 ось крепеЖного хвостоника одноврег менно совмещают с линией действия равнодействующей сил резания R(t)
Для поддержания данного устойчивого состояния сложной упругой системы на всем протяжении процесса резания и служит устройство на фиг.1, осуществляющее способ адаптации упругой системы при обработке.
Устройство на фиг,1 работает как 15 обычный токарный станок с числовым программным управлением, в котором одновременно выполняется регистрация величины и направления равнодействующей сип резания R(t) посредством дат- 20 чиков и блока 11. Причем н резании, по сигналам от блока 11 посредством блоков 9 и 8 приноды 6 и 7 перемещают корпус 1 и головку 2 так, чтобы центры жесткости 0, 0, 0, а также 25 центРы масс 0, 0, 0 постоянно стремились расположиться на линии действия
R(t) Целесообразно силоизмерительную систему, имеющуюся в устройстве, использовать для контроля износа режу- 30 щего элемента 4 по изменению направления R(t) для того, чтобы по ее данннм автоматически прекращать обработку при сильном износе и поломке режущей пластины.
Повышение вирроустойчиности при осуществлении предлагаемого способа достигается тем, что резание осуществляется однокоординатной упругой механической системой. 40
Несвободная упругая механическая система консольной части резца, закрепленного н резцедержателе 2, пред" ставляет собой систему с распределенньыи параметраьж, однако в любой такой45 системе имеются две особые точки: центр масс ее колеблющейся части и центр ее изгибов, т,е. центр жесткости. . На фиг.2 дана упрощенная .расчетная 50 схема несвободной упругой системы, выполняющей резание, в которой точка О, — центр жесткости упругой системы, а точка 0 — центр масс системы. Расположение указанных точек относительно линии действия равнодейст,вующей силы резания R(t). определяет наличие и величину статических и динамических изгибающих моментов, дейстнующих на систему при обработке, т. е. существенно влияет на величины направления перемещений главной режущей кромки резца в зоне стружкообразования, Уравнениями, описывающими процесс перемещений главной режущей кромки 0 при резании, рассматриная упругую систему на фиг.2, выполняющую резание,. как систему с двумя степенями снободы, при допущении. что диссипатин-. ные сипы не вызывают связей обобщенных координат и Ч, и с учетом общепринятых обозначений, данных на фиг ° 2 будуте где / л =тп — масса системы;
Ф =- — а m ,e= <- cos f коэффициент инерционной связи системы;
С1= о(— жесткость си"темы в направлении (;
,„- коэффициент сопротинления системы в направлении У, причем
Л л<
=ghq(, ? ь +ms
У. = — — - —I,e — величина момента инерции системы, вычисленного относительно центра масс;
h, а, Ь, f — конструктивные параметры системы;
Я вЂ” коэффициент сопротинления в «оординете Е, причем E,«= k h„ l .<п4 сС
ee =C — величина жесткости в координате и — суть оси максимальной и иинимальной жесткости системыквазинормальные координаты системы, так .как Е =О; у. = 01
Р - угол между вектором R(t) и осью максимальной жесткости С1- .
Совмещают ось максимальной жесткости С вЂ” системы, выполняющей обработку, с линией действия равнодействующей внешних сил R(t) и получают статически однокоординатную систему, Данное условие выполняется, когда угол/3 О. В этом случае из (1) имеют
1 02203 р, ф+y„ )1 +Елл (+ лл -R(t); 3«0) если а О, что и выполнено в (2) устройстве на фиг. 1. Тогда иэ систе «< + ee + «Ч мы (2) получаем
Статический характер приложени 5 p ) + ) (+ g (4) нагрузки R(t) вызывает $ О, а значит и 1 0) откуда иэ (2) получают Рл )1 + Е )1+о(и 0; (5) .(< R(t) (3) т,е, имеем статически и динамически
, однократную систему, так как уравнет.е. статически ОДнокооРДннатно пеР 10 нне (5) — уравнение свободных колебамеЩенне главной РежУЩей кРОмк ний и колебательный процесс в коордиоси (При динамичес"o =ap Ð Haze q не связан с колебательным действия R(t) что всегда процессом в координате т.е. колечто всег а имеет мес"баний в координате ) от дей т и браэов ия элементов в стружк, системе на фиг.2 даже прирО) имеПри этом способе ведения обрабОтки иэ вызывают перемещение главной РежУЩей мене ни е а %(t ) кромки в зоне стружкообраэования вызвано перемещением главной ре вДоль оси ) влекУЩее э а собой изме, _#_ щей крОмкн кение толщины среэаемого слоя) дейст ннмально по вели е, т к перемевительной скорости резания. и т д, ° щение главной ре у ей кро и происхот.e. в свою очередь влияющее на ве дит вдоль оси максим ьной жесткос чину и направление первоначальной си- C — системы. Повы е е точности и лы РеэаниЯ, Изменение напРавлениЯ виброзащнщенности при данном способе
К(й) вызывает новые из гибающие номен ) а р гибающие моменты, действующие на упсвойства статической однокоординатЯоьти) что снижае тОЯность и вибРО минимальны т е ОбрабОтка Ос ест заЩИЩенность системы, Нали е Д «О вляется однокоординатной упругой сисенность системы, Наличие динами-,вО ческих изгибающих моментов в системе темой, вызвапо инерционной связью двух парФормула и э о б р е т е н и т.е. смещением центра масс системы
Способ токарной обработки по относительно линии действия силы R(t). 3g, . )1 1301562
Переконструируем упругую систему щ И и с я тем, что, с целью повына фиг,2 так что ликвидируем в ней 1пения точности путем уменьшения виб)
° инерционную связь, сохраняя в ней РаЧий, На линии действия равнодейстсвойство статической однокоординатнос-4 ьующей дополнит ьно располаг ют ти т е выполним условие чтор 0 ;центр масс консольной части ннстру) ) )
6<$0. Из схемы на фиг.2 видно, что мента и центр масс реэцедержателя! 502203
