Ефективність використання універсальних різців. Проектування спрощеної конструкції державки різців (стр. 2 из 3)
Формули для визначення геометричних і конструктивних параметрів робочої частини різця, оснащеної БНП різної форми, при її повороті відносно державки одержали з використанням методів векторної алгебри.
Отримані залежності дозволяють визначити геометричні параметри на головній (g, a, l, j) і допоміжній (g1, a1, l1, j1) різальних кромках, а також величини зміщення вершини БНП по координатних осях при повороті робочої частини відносно базового положення. За базове положення прийняте положення БНП на державці, для якого розраховуються параметри опорної поверхні під підкладку.
Запропоновані формули дозволяють описати технічні обмеження, що накладаються на діапазон зміни головного кута в плані при повороті робочої частини. Наприклад, для різця, оснащеного квадратною БНП, система технічних обмежень має вигляд:
,(1)де j, aN, l0 – відповідно базові головний кут у плані, задній нормальний кут і кут нахилу головної різальної кромки; n, n1 - допоміжні кути (верхні знаки використовуються при повороті робочої частини за годинниковою стрілкою, нижні – проти годинникової стрілки).
Критерієм оптимізації є діапазон зміни головного кута в плані
jmax - jmin® max.(2)
Цей критерій оптимізації був обраний при допущенні, згідно з яким продуктивність і якість обробки універсальними різцями, у порівнянні з обробкою різцями стандартної конструкції з аналогічними геометричними параметрами, не зміняться.
Систему рівнянь (1) вирішували на ПЕОМ методом перебору при задоволенні критерію оптимізації (2). У результаті були отримані такі оптимальні значення базових геометричних параметрів робочої частини різця (табл. 1).
Таблиця 1 - Оптимальні значення базових геометричних параметрів при установці різних БНП
| Форма пластини | Оптимальні базові геометричні параметри | Припустимий діапазон установлення кутів у плані | |||
| jб, градуси | aNб, градуси | lб, градуси | мінімальне значення, градуси | максимальне значення, градуси | |
| Тригранна | 30 | 12 | 0 | 60 | 100 |
| Квадратна | 30 | 12 | 0 | 30 | 85 |
| П'ятигранна | 20 | 12 | 0 | 10 | 65 |
| Шестигранна з кутом при вершині 120° | 30 | 12 | 0 | 10 | 55 |
| Шестигранна або ромбічна з кутом при вершині 80° | 30 | 12 | 0 | 40 | 95 |
При повороті робочої частини відбувається зміщення вершини БНП відносно осі заготовки, що викликає зміну геометричних параметрів робочої частини.
Отримані формули для визначення геометричних параметрів робочої частини при її повороті з урахуванням зсуву вершини БНП. У залежності від форми пластини, зміни радіуса оброблюваної поверхні від 100 до 10 мм і встановлюваного головного кута в плані j, зміна геометричні параметри за рахунок вертикального зміщення вершини БНП змінюються в межах 1 – 25%. Причому, величина зміни зростає зі зменшенням радіуса обробленої поверхні.
Базове положення пластини повинне відповідати мінімальному значенню головного кута в плані j з діапазону регулювання, тому що в цьому випадку при повороті робочої частини проти годинникової стрілки відбувається збільшення кута jі задніх кутів у результаті зміщення вершини БНП вниз відносно осі заготовки.
Оптимальне базове положення опорної поверхні на державці універсально-збірного різця (УЗР), яке забезпечує можливість установки набору поворотних підкладок, оснащених БНП різної форми, характеризується наступними геометричними параметрами: gпов= – 10,5° і gпоп= – 6,0° і забезпечує наступні базові геометричні параметри робочої частини: jб= 30°; aNб = 12°; lб = 0°. При цьому максимальний припустимий діапазон установлюваних кутів у плані досягається при установці пластин з кутами при вершині від 80° до 108°.
4. Дослідження напружено-деформованого стану елементів різця з поворотною робочою частиною
Для прогнозування жорсткості конструкцій різців з поворотною робочою частиною на стадії проектування зручно використовувати програму CosmosWorks. Вона дозволяє за допомогою методу кінцевих елементів з урахуванням коефіцієнта тертя між елементами різця й жорсткості стиків між ними визначати величини зміщення цих елементів і напруження, які виникають під дією навантаження.
Чисельне моделювання було виконано для випадків, коли різець представлений складеним тілом із заданими коефіцієнтами тертя між деталями; складеним тілом із заданими коефіцієнтами тертя й жорсткостями стиків між деталями.
Результати чисельного моделювання для випадку, коли різець розглядається як складене тіло із заданими коефіцієнтами тертя між деталями.
Для перевірки адекватності чисельного моделювання були виконані експерименти по визначенню статичної жорсткості конструкції різця. Встановлено, що величини зміщення вершини БНП відносно державки, отримані в результаті моделювання, знаходяться в 95%-му довірчому інтервалі на експериментально знайдені величини.
Точність обробки залежить не тільки від жорсткості різця, але й від жорсткості систем “різець - різцетримач” і “різець – супорт”. Встановлено, що жорсткість системи “різець - супорт” в 3,9 - 4,2 рази нижче, ніж жорсткість системи “різець - різцетримач”, відповідно для різців з поворотною робочою частиною й стандартних різців.
5. Математичний опис умов закріплення поворотної робочої частини на державці різця
Математичний опис умов закріплення робочої частини на державці в процесі складання й обробки виконано з використанням рівнянь рівноваги між активними й реактивними силами та технічних обмежень, що накладаються на режими обробки відсутністю повороту робочої частини відносно державки, міцністю елементів вузла кріплення, міцністю БНП, потужністю верстата, областю існування прямого поперечного перерізу стружки.
Визначення припустимих подач при різних сполученнях величин головного кута в плані й глибини різання виконувалося на ПЕОМ за допомогою розробленої програми. Результати розрахунку для різця наведені на і в таблиці 2.
Для перевірки результатів проведеного розрахунку обмежуючих подач відповідно до розробленої методики були проведені експериментальні дослідження з визначення припустимих подач (табл. 3).
Як видно з наведених даних (див. табл. 2 і 3), факторами, що обмежують режими обробки, є: міцність БНП, потужність двигуна привода головного руху верстата, вібростійкість технологічної системи. Порівняння величин експериментально отриманих припустимих подач при обробці різцями базової і вдосконаленої конструкції показали їхній практичний збіг, а також повну ідентичність обмежуючих факторів.
Таблиця 2 - Вплив глибини різання на розрахункові припустимі подачі при зовнішньому точінні сталі 45 зі швидкістю 120 м/хв різцем з поворотною робочою частиною з геометричними параметрами j = 45°, j1 = 44,7°, g = 10°, a = 10°, l = 3°
| Встановлений головний кут у плані, градуси | Глибина різання, мм | Розрахункова припустима подача, обмежена: | Прийнята припустима подача, мм/об | |||||
| наявністю проворота робочої частини, мм/об | міцністю штифта на розрив, мм/об | міцністю штифта на зріз, мм/об | міцністю гвинта на розрив, мм/об | міцністю БНП, мм/об | Потужністю двигуна верстата, мм/об | |||
| 45 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,3 | 1,5 | 1,3 |
| 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1,31 | 1,3 | ||
| 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 0,97 | 0,97 | ||
| 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 0,76 | 0,76 | ||
| 3,5 | 0,98 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 0,62 | 0,62 | ||
| 4 | 0,59 | 3,44 | 4 | 4 | 0,52 | 0,52 | ||
Таблиця 3 - Вплив глибини різання на припустимі подачі, визначені експериментально, при зовнішньому точінні сталі 45 зі швидкістю 120 м/хв різцем з поворотною робочою частиною з геометричними параметрами j = 45°, j1 = 44,7°, g = 10°, a = 10°, l = 3°
| Головний кут у плані | Глибина різання, мм | Обмежуючі подачі, визначені експериментально, мм/об | Прийнята припустима подача, мм/про | ||||||||
| УЗР №1 | УЗР № 2 | УЗР №3 | |||||||||
| 45 | 1,5 | 1,2**** | 1,2**** | 1,2**** | 1,2**** | 1,2**** | 1,2**** | 1,2**** | 1,2**** | 1,2**** | 1,2 |
| 2 | 1* | 1,2* | 1* | 1,2* | 1,2* | 1* | 1* | 1* | 1* | 0,8 | |
| 2,5 | 1* | 1** | 1* | 1* | 1* | 1* | 1* | 1* | 1** | 0,8 | |
| 3 | 0,8** | 0,8** | 0,8** | 0,8** | 0,8** | 0,8** | 0,8** | 0,8** | 0,8** | 0,7 | |
| 3,5 | 0,7** | 0,8** | 0,7** | 0,7** | 0,7** | 0,7** | 0,8** | 0,7** | 0,7** | 0,6 | |
| 4 | 0,25*** | 0,30*** | 0,25*** | 0,30*** | 0,30*** | 0,25*** | 0,25*** | 0,25*** | 0,25*** | 0,2 | |
Примітка
* - подача, обмежена міцністю БНП;
** - подача, обмежена потужністю двигуна привода головного руху верстата;
*** - подача, обмежена вібростійкістю технологічної системи;
**** - подача, обмежена можливістю установки на верстаті величини подачі в діапазоні від 1,2 до 1,4 мм/об.
Таким чином, встановлено, що: