Способ обработки отверстий

 

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при обработке отверстий. Целью изобретения является повышение эффективности процесса резания путем управления вибрациями. Для осуществления способа используют инструмент с по меньшей мере четырьмя режущими пластинами, установленными попарно в радиальной и осевой плоскостях. Управление вибрациями инструмента в радиальной плоскости осуществляют изменяя расстояние Н между режущими пластинами в осевом направлении, а управление вибрациями в осевом направлении осуществляют изменяя центральный угол в между пластинами в радиальной плоскости . Для гашения вибраций режущие пластины смещены в осевом направлении на расстояние Н (2К + 1). где S - осевая подача мм/об, К - целое число, находящееся в пределах 23-949, а центральный угол между пластинами в радиальной плоскости равен 0 тг(2| + 1) 1 + + ( 30 . я п ) (Ох - частота осевых вибраций , Гц, п - частота вращения инструмента, об/мин, i - целое число, находящееся в пределах 6-150. Для возбуждения вибраций режущие пластины смещены в осевом направлении на расстояние Н S К. а центральный угол между пластинами равен 1 + (30о)х : яп ) 4 з.п ф-лы, 5 ил. сл с

COiQ3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю В 23 В 35/ОР

ГОСУДАРСТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (21) 4676933/08 (22) 26.01.89 (46) 23.09,91. Бюл. М 35 (71) Херсонский индустриальный институт (72) П.Р.Родин и С.Г.Кондрашов (53) 621.952(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1323248, кл. В 23 В 35/00, 1985. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ (57) Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при обработке отверстий. Целью изобретения является повышение эффек- тивности процесса резания путем управления вибрациями. Для осуществления способа используют инструмент с по меньшей мере четырьмя режущими пластинами, установленными попарно в радиальной и осевой плоскостях, Управление вибрациями инструмента в радиальной плоскости осуИзобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть ис пользовано при обработке отверстий.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса резания путем управления вибрациями.

На фиг. 1 изображен.инструмент для осуществления способа обработки отверстий, общий вид; на фиг. 2 — случай расточки отверстия двумя режущими лезвиями, вершины которых расположены в одной осевой плоскости; на фиг, 3 — случай расточки отверстия двумя режущими лезвиями, вершины которых расположены в плоскости, перпендикулярной осевой плоскости; на фиг. 4 и 5 — развертка поверхности резания

„„SU „„1678551 А1 ществляют изменяя расстояние Н между режущими пластинами в осевом направлении, а управление вибрациями в осевом направлении осуществляют изменяя центральный угол 0 между пластинами в радиальной пло скости. Для гашения вибраций режущие пластины смещены в осевом направлении на расстояние Н = ((2K + 1):2) S, где S— осевая подача мм/об; К вЂ” целое число, находящееся в пределах 23-949, а центральный угол между пластинами в радиальной плоскости равен 0=x(2i+1);(1+

+(30оъ: л и )) в — частота осевых вибраций, Гц; и — частота вращения инструмента, об/мин;! — целое число, находящееся в пределах 6 — 150. Для возбуждения вибраций режущие пластины смещены в осевом направлении на расстояние Н = S . К. а центральный угол между пластинами равен

0=2л ; (1+(30вх. лп )). 4 з.п. ф-лы, 5 ил, резцом, расположенным в плоскости, перпендикулярной осевой плоскости.

Для осуществления способа использу- (Л ют инструмент, содержащий. корпус 1, в па- (Я зах которого установлены регулируемые в ъ радиальном и осевом направлениях кассеты

2 с режущими пластинами 3 — 6. Пластины крепятся с помощью прихватов 7 и крепежных винтов 8. При расточке отверстия двумя д режущими пластинами, смещенными в осевом направлении одна относительно другой на расстояние Н (фиг. 2), первая пластина работает с глубиной 1, вторая — тг. Инструмент или деталь вращается с угловой скоростью иЪ, инструмент двигается вдоль оси со скоростью подачи S.

1678551 имеем

t2 =У1-У2.

t1 =t1 У1.

30 т2 т2 У2+ у1.

РУ2 = гу(У1 - уг).. dP г= cosp, у

Р = rt1.

Составляющая

Колебания, обусловленные работой пластины 3, начинаются с точки О и вызваны любым случайным толчком, геометрией, ликвациями материала заготовки, падающей характеристикой силы резания. В результате возникающих радиальных колебаний инструмент образует волнистую поверхность, профиль которой соответствует развертке колебаний системы во времени.

Вторая пластина 4, начиная с точки D, должна снимать стружку периодически меняющейся ширины. Сила резания Р, а следовательно, и.ее составляющая Ру, периодически модулируется частотой, равной частоте колебаний системы. Установим взаимовлияние возникающих колебаний и их влияние на общие вибрации инструмента, Пусть колебательная система имеет массу m, жесткость К, постоянную затухания С.

Положение режущей кромки инструмента относительно среднего положения при первом проходе обозначим через у1, при втором — через у2, приняв направление вверх за положительное.

Глубина резания в каждый момент времени при снятии первой стружки

При снятии второй стружки

Силу резания выразим через "коэффициент глубины" V, который определяет степень воздействия процесса резания на колебательную систему и равен отношению приращения силы d P, действующей на колебательную систему, к величине деформации у, умноженному на косинус угла у между плоскостью колебаний и плоскостью, перпендикулярной к режущей кромке.

В нашем случае где rp — главный угол в плане, Сила резания равна

Ру = rt1 cos Â.

Введя обозначение

Р, Ру = Гут1, Уравнение колеблющейся массы для движения в направлении у, при работе пер5 вой пластины имеет вид п1У1+ СУ1+ Ky1 = Руср - гу У1, (2) Постоянная сила Руср не влияет на ха10 рактер колебаний, поэтому

my 1+ су1+ (К+ гу) У1 = О. (3) Как известно, решение уравнения (3)

15 имеет вид

y1=2)Aye sin (t + 1), (4) гдето= С/2m иу = (К + гу )/m — (С/2m ) Таким образом, уравнение (4) описывает форму волнистой поверхности после первого прохода.

Переменная глубина резания при втором проходе равна

Сила резания изменяется в зависимости от координаты х согласно выражению

Уравнение движения колебательной системы при втором проходе имеет вид

40 п1У2+ Суг+ KY2 = (У1- Уг)гу, my2+ СУ2+ (К+ гу)У2 = гу У1 =

=гу .2J Ауе sin(t+ 1). (5)

Следовательно, вид уравнения колебательного движения в направлении у при работе второй пластины определяется тем, что левая часть его совпадает с левой частью уравнения движения для первой пластины, 50 а в правой части находится интеграл этого уравнения, умноженный на r>.

Введем обозначения

0=2)гуАуе /m;

P = С/m;

q = (K + гу)/m °

Тогда уравнение (5) примет вид

1678551

30 (7) фу =М>со со=1/V, 45

1 = nx 2

V = оЪ Оо/2, (8) Обозначив

0 у

nx =- Н/S

) уг+ Руг+Чуг= D sin(opt++1). (6)

Как известно, общее решение неоднородного уравнения представляется как сумма какого-нибудь частного решения у этого уравнения и общего решения у соответствующего однородного уравнения. Как было показано, общее решение однородного уравнения имеет вид уг=21Ау е з1п(вус+у г).

Частное решение неоднородного уравнения ищем в форме

М уг = М cos Р с + N sin /3 t.

В последнем выражении частота колебаний Р равна частоте колебаний внешней силы Руг. Как указывалось, причиной возникновения периодической внешней силы является регенеративный след на обработанной поверхности, профиль которого соответствует развертке колебаний первой пластины во времени. Как было установлено в результате решения уравнения (3), частота этих колебаний равна ву. Таким образом, сила Руг периодически модулируется частотой ау, равной частоте колебаний первой пластины

P=жу.

С учетом последнего выражения с уг = M cos o y t + N sin a„ t.

Определяя значения M u N подстановкой выражения (7) в исходное дифференци альное уравнение, найдем частное решение неоднородного уравнения, которое имеет вид

Общий интеграл уравнения (6) равен р=уг+ю =

=2)Ае sin (вус+ )+ имеем уг =2 J А„е sin (иу t +ууг ) + — Xt

+ 2 j Aу е Dy sin (ng t + p,. ) . (9) Уравнения волнистой поверхности для первой (4) и второй (8) пластин выведены при условии, что они работают независимо друг от друга. Однако в рассматриваемом случае обе пластины жестко закреплены в одном корпусе, и, следовательно, результирующее колебательное движение у корпуса инструмента с пластинами подчиняется принципу суперпоэиции и равно сумме колебаний, возбуждаемых первой и второй пластинами, т.е. — с у = у + уг =- 2JAy е (sin (му t +

+ фу ) + sin (о)у t + с/3уг ) + Dy sin X

x(ву t+КЪ )) (10) В последнем выражении фазовые углы ру и р г зависят от выбора точки начала отсчета, а угол ру — от соотношения амплитуд M u N. Сместив начало координат в начало первой синусоиды, получим у = 2JAy е (sin (иу t +

+ фу ) + sin в)у с + Dy sin (n y с + д)у )), (11) где фу = уг — / у1 — сдвиг фаз между колебаниями первой и второй пластин.

С другой стороны, фазовый угол фу мож35 но представить в виде где со — время работы первой пластины до

40 момента врезания второй;, мо — угловая скорость вращения.

В свою очередь где L — путь резания

V — линейная скорость.

Эти величины выражаем следующим образом где nx — число оборотов, которое совершает

55 заготовка до момента врезания второй пластины;

Оо — диаметр обработки, Число оборотов

1678551 где Н вЂ” расстояние между пластинами, мм;

S — подача, мм/об.

Подставив эти величины в уравнение (11), получим й)о Н 2 л Оо/2

S й)о 00/2 (12) С учетом выражения (12) общие колебания инструмента описываются уравнением 10 у =-2 J Aye < (sin ((t+ )+

+ $1п Ny t + Dy з!п ((lay t + py )), (1 3) Рассмотрим условия, при которых выражение (13) обращается в нуль, т.е. отсутствуют вибрации инструмента, Очевидно, при наличии первичных колебаний величина А всегда отлична от нуля. Поэтому для выяснения условий виброгашения приравняем к нулю выражение в скобках и решим его относительно ф, . Предварительные расчеты показывают, что величина Dy на два порядка меньше амплитуд первых двух синусоид, поэтому в дальнейших расчетах с большой степенью точности величиной

Dy sin (ау t + ру ) можно пренебречь.

Таким образом 30 з! и в„с + з! и (t + 2 л Н/S ) = 0; з! и ву 1 = — sin (ryt + 2 H/S ) = 0;

35 бт куда

2лН/S =л(2 К+1 ), где К вЂ” целое число, находящееся в пределах от 23 до 949, ;40

Окончательно имеем

Н/S = (2К+ 1)/2 (14) В случае, если фазовый угол ф, будет равным нулю или кратным 2 л, колебания будут синфазными и в результате сложения общие вибрации будут усиливаться, Это яв- 55 ление при определенных условиях можно использовать как источник дополнительных полезных вибраций, интенсифицирующих процесс резания. Условие генерирования

Таким образом, для повышения вибро- 45, устойчивости системы путем гашения вибраций режущие пластины необходимо сместить в осевом направлении одну относительно другой на расстояние, связанное с величиной подачи соотношением (14), дополнительных вибраций может быть записано в виде

2лН/S =2лК, или

Н/S =- К, (15)

Таким образом, для создания радиальных колебаний, повышающих эффективность процесса резания, режущие лезвия должны быть смещены в осевом направлении одно относительно другого на расстояние, связанное с величиной подачи соотношением (15).

Рассмотрим случай обработки по схеме деления подачи, когда нагрузка на инструмент распределяется между режущими кромками, расположенными по диаметру инструмента, при этом вершины режущих кромок находятся в одной диаметральной плоскости и центральный угол между ними равен О(фиг. 3), Предположим, что колебания первой пластины обусловлены любыми случайными причинами, в результате чего образуется волнистая поверхность, которая может служить причиной регенеративного эффекта, т.е. являться источником вторичных колебаний, При этом вторая режущая пластина снимает стружку периодически меняющейся толщины, что обусловливает колебания ин струмента в осевом направлении. Это явление может служить причиной резонансных колебаний в том случае, если в каждый момент времени векторы колебаний первой и второй пластин имеют одинаковое направление. В противном случае, т.е, когда колебания имеют противоположные направления, в результате сложения общие вибрации инструмента могут снижаться.

Рассмотрим условия возникновения вторичных регенеративных колебаний и их влияние на общие вибрации инструмента.

Положение режущей кромки пластины 3 относительно среднего положения (т.е. плоскости резания) обозначим через х>, режущей кромки пластины 5 — через xz, Толщина среза в каждый момент време,ни при снятии первой стружки а1 =а1-х1, 1 при снятии второй стружки а2 = а2 - х2+ х1, l где а1 и аг — номинальные толщины среза соответственно пластин 3 и 5.

По аналогии с рассмотренным случаем колебания инструмента вдоль оси Х можно описать уравнением

16 )8551

l0 где Л = С/2m;

15 где to — время,за которое инструментсовершит часть оборота, соответствующую центральному углу О.

С другой стороны

20 аг = Х1- хг

t, = 30 О/с и

0 = 30 0 в„юг п + ф, .

mx2+ Cx2+ lx2 = (x1- хг)г».

mx2+ Сх2+ (i+ гх)х2 = гххс ° (18) 35

Отсюда

40 0(1 ) =л:(2! +1).

30 й4 (23) Таким образом, для гашения вибраций при размещении режущих лезвий по диаметру инструмента конструктивные и технологические параметры должны быть связаны соотношением (23).

Как указывалось, усиление вибраций происходит в случае, если фазовый угол

50 с/1» равен 0 или кратным 27г (24) mxi + С>:1 i {К - г»)хс =- 0 {16) Очевидно, уравнение колебательного движения вдоль оси Х, вызванного переменной толщиной среза, аналогично уравнению колеблющейся массы в направлении оси У, когда колебания вызываются переменной глубиной резания. Поэтому по аналогии с уравнением (3) решение уравнения (16) имеет вид хс = 2)А» е sin (в» с+у<1), (17) Выражение (17) является уравнением развертки поверхности резания после первой пластины.

Переменная толщина среза при работе второй пластины равна

Сила резания изменяется согласно выражению

Px2 = Гх(х1 х2).

Уравнение колебательного движения при работе второй пластины имеет вид

Вид уравнения колебательного движения в направлении оси Х при работе второй пластины аналогичен уравнению (6), описывающему колебания второй пластины при изменении глубины резания. Поэтому решение уравнения (18) можно записать в виде хг = 2 J А» е (sin (N» с + фг ) +

-Лс

+C4 sln(в с+p )}, (19) Как и при переменной глубине резания, уравнения.(17) и (19) описывают форму развертки поверхности резания при условии, что пластины работают независимо друг от друга. Однако суммарные вибрации инструмента являются следствием сложения колебаний, вызываемых первой и второй пластинами. Поэтому колебания инструмента вдоль оси Х можно описать уравнением х = 2 j Ax е (sin а» t + sin (в» t +

+ ф„.) + D„sin { ю„ t + p„)), (20)

Аналогично уравнению {13) условие виброгашения определяется выражением ф< = .7т (2! + 1 ), (21) где I — целое число, находящееся в пределах от 6 до 150.

Угловое расстояние между двумя режущими кромками можно записать следующим образом

0 — t ú to + с/1», (22) где п — частота вращения инструмента.

Из последнего выражения имеем

Подставляя значение to в формулу (22), получим р, =0(1 — 30 оъб7гn ).

Учитывая выражение (21), имеем

Таким образом, для повышения эффективности процесса резания путем создания осевых колебаний инструмента режущие лезвия размещают по диаметру инструмента, причем конструктивные параметры связаны соотношением (24), 1678551 л(2 +1

1+ 30

X fl

Н вЂ” 2К+" 5

2 где Н вЂ” осевое расстояние между лез- 30 виями, мм;

S — осевая подача, ммlоб; в 2mi

30щ лп

Формула изобретения

1. Способ обработки отверстий, при котором инструменту с несколькими режущими пластинами, смещенными одна относительно другой в осевом направлении, сообщают вращение и движение осевой подачи, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса резания путем управления вибрациями, используют инструмент с по меньшей мере четырьмя режущими пластинами, установленными попарно в осевой и перпендикулярной ей плоскостях, при этом управление вибрациями инструмента в плоскости, перпендикулярной осевой, осуществляют, изменяя расстояние между режущими пластинами в осевом направлении, а управление вибрациями в осевом направлении осуществляют, изменяя центральный угол между пластинами в плоскости, перпендикулярной осевой.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что используют инструмент, у которого режущие пластины смещены в осевом направлении на расстояние

К вЂ” целое число, находящееся в пределах от 23 до 949, 3. Способпоп. 1,отличающийся тем, что используют инструмент, у которого

5 режущие пластины смещены в осевом направлении на расстояние H = S К, 4. Способ по и. 1, о т л vt ч à ю шийся тем, что используют инструмент, у которого центральный угол между режущими пласти10 нами в плоскости, перпендикулярной осевой, равен где Π— центральный угол между пластинами, рад; сох — частота осевых вибраций, Гц; п — частота вращения инструмента, об/мин;

i — целое число, находящееся в пределах от 6 до 150.

5. Способ по и. 1, отл и ч а ю щи йс я

25 тем, что используют инструмент, у которого центральный угол между режущими пластинами в плоскости, перпендикулярной осевой, равен

1б78551

1678551

Составитель М.Лопацинский

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С.Черни, Редактор В.Данко

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

Заказ 3169 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5