книги / Точность обработки и режимы резания
..pdfАнализируя уравнение (243), (244), находим, что форма кри вых (гипоциклоиды и эпициклоиды) зависит от взаимного на правления вращения детали и оправки с кругом базы Б — 2пг2
и отношения /*,
^_ ~Гг ~~ «окр Г2
Проведенные опыты показали, что указанные факторы влия ют не только на форму траектории точки контакта шлифоваль ного круга с обрабатываемой деталью, но и на микронеровности поверхности шлифуемых образцов. При постоянной амплитуде прецессионных колебаний шпинделя r\ = const и переменных угловой скорости обрабатываемой детали и базы кривых Б с увеличением соотношения скоростей q\ и уменьшением базы Б микронеровности уменьшаются. Величину q{ при г\ = const
можно увеличить за счет уменьшения угловой скорости обраба тываемой детали и за счет увеличения угловой скорости шлифо вального круга. Работа на повышенных угловых скоростях шли фовального круга при неизменных амплитудах прецессионных колебаний шпинделя и угловой скорости вращения обрабатывае мой детали сод уменьшает базу Б кривой, что приводит к умень
шению микронеровностей шлифуемой поверхности. При шлифо вании с постоянными угловой скоростью вращения обрабатывае мой детали (од = const, r2 = const и базой кривой Б с увеличе нием амплитуды прецессионных колебаний шпинделя г\ ухуд
шается чистота обрабатываемой поверхности, повышается удель ный расход алмазов и увеличивается удельная сила резания.
Под действием [составляющих сил резания Р у и Р 2 и возни
кающих при этом вынужденных поворотов с угловыми скоро
стями а)вз, |
и сов г (см. рис. 57) |
возникают |
составляющие |
гироско |
||||||
пического |
момента Л1Гру и М грг- |
|
|
|
|
|||||
М гр |
|
|
M Tpz = J ^ |
BZ; |
M rPl = |
|
|
|||
= V ( М 'Ру)2 + |
м Тр ~ = Лшо)вР1. |
|
|
|
|
|
|
|||
Наступает |
время, |
когда |
момент |
М'ру составляющей силы |
||||||
резания Р у уравновешивается |
моментом |
силы |
реакции R y и со |
|||||||
ставляющей |
гироскопического |
момента М грг : |
|
|
||||||
М ру = |
|
|
МгРг\ |
MR^=}MPy — МтР2• |
|
(2 4 5 ) |
||||
Момент |
М рг составляющей |
силы |
резания |
и составляющая |
||||||
гироскопического момента М ?р |
уравновешиваются |
моментом |
||||||||
силы 'реакции |
R z и |
моментом реакции |
А4гт?у от составляющей |
|||||||
гироскопического момента М тр : |
|
|
|
|
|
|||||
M P Z + M rp v = M R + M R . |
" |
|
|
|
|
(2 4 6 ) |
* |
у |
* |
У |
При равенстве моментов прекращаются вынужденные пово роты шпинделя с угловыми скоростями сов у и G)BZ, составляю щие гироскопического момента становятся равными нулю:
М гРу = 0 ; М гРz = 0 ; |
(243), |
(244) |
находим |
|
при этом из уравнений |
||||
Мру ^>Мру ; М р2 <C.MRZ + |
Мйу = |
к. |
||
Под действием |
Мр |
шпиндель-оправка получит .дополнитель |
||
ный -вынужденный |
поворот С угловой [СКОрОСТЫО О)' что вызо |
вет гироскопический момент М"р —\Aiou/y в направлении [дей-
ствия момента M p z . Одновременно с поворотом с угловой ско ростью <о' при М'гР ^>к шпиндель-оправка [совершает доиолни-
тельный вынужденный поворот в направлении действия момента Мр (первый случай); при М ' „ = к вынужденный поворот шпин-
2 |
У |
деля-оправки |
в направлении действия момента M PZ отсутствует |
(второй случай); при М'гР шпиндель-оправка [совершает вынуж
денный поворот в направлении, противоположном действию момента M p z (третий случай), при этом момент k в первом слу
чае возрастает, во втором случае остается неизвестным, в треть ем — уменьшается. При окончании дополнительного вынужденного поворота шпинделя-оправки с угловой скоростью а/ наступает
период действия момента к. Под воздействием момента к оправ ка совершает вынужденный поворот с угловой скоростью шй, что вызовет гироскопический момент М гк — Ашшк.
Шпиндель при врезании круга в обрабатываемую деталь под действием гироскопических моментов и сил реакции начинает колебаться. Амплитуда колебаний шпинделя снижается по экс поненциальной кривой, коэффициент затухания амплитуды ко лебаний увеличивается с увеличением жесткости шпинделя и стабилизирующего действия гироскопических моментов. При ма лом коэффициенте затухания колебания будут иметь вид зату хающей синусоиды, при большом коэффициенте затухания дви жение шпинделя будет апериодичным. Рассматривая систему шпиндель — оправка — шлифовальный круг как гироскоп, имею щий три степени свободы (рис. 58), находим, что составляющие
силы резания |
Ру и Р2 создают моменты Мру \СМрг> стремя |
|
щиеся провернуть шпиндель вокруг осей z и у. |
Под влиянием |
|
момента М ру |
шпиндель начнет прецессировать |
с угловой ско |
ростью toij, вокруг оси у, возникающий при этом гироскопиче ский момент
М г = Аши)1у |
(247) |
стремится уравновесить внешний |
возмущающий момент M P v- |
102
Рис. 6 8 . Схема стабилизирующего действия гироскопических моментов при
прецессионном движении шпинделя, вызванном силой резания при внутреннем круглом шлифовании
Аналогично, гироскопический момент |
|
М грг = Ао)о)1г |
(248) |
стремится уравновесить внешний возмущающий момент Мрг
Одновременно с возникновением стабилизирующих гироскопиче
ских моментов появляются моменты упругих сил реакции |
М 'R |
И М 'Нг. |
v |
Уравнения равновесия составляющих моментов примут вид: |
|
М р у = М тру + М р у ; |
(249) |
М р = М Грг ~р Мрг. |
(250) |
Для равнодействующих моментов |
|
Alp, = AlrP, —(— • |
|
Как видно из уравнений (249), (250), для увеличения стаби лизирующего действия гироскопических моментов необходимо увеличить угловую скорость шпинделя, момент инерции шпинде ля и шлифовального круга. Для уменьшения вредного влияния на шлифуемую поверхность, возникающего под действием не уравновешенности прецессионного движения шпинделя, необ ходимо уменьшить статический и динамический дисбаланс шпин деля с оправкой и кругом, уменьшить вылет оправки, увеличить жесткость шпинделя-оправки, увеличить гироскопический момент от прецессионного движения шпинделя-оправки за счет увели чения угловой скорости и вращения шпинделя-оправки с кругом, увеличения массы и среднего радиуса шпинделя-оправки и шли фовального круга.
Для устранения гироскопических колебаний шпинделя, воз никающих под действием моментов сил резания, упругих сил реакции, реакции от гироскопических моментов, необходимо уве личить жесткость системы шпиндель — оправка — шлифоваль-
к алмазу, значительно превосходит его по термостойкости. Од нако наряду с положительными физическими и механическими свойствами алмазы и кубический нитрид бора характеризуются повышенной хрупкостью, которая делает их очень чувствитель ными к вибрациям, что требует специальной подготовки обору дования, инструмента, выбора режимов резания для максималь ного уменьшения вредных последствий вибраций при шлифова нии кругами из алмаза и кубического нитрида бора. При виб рации упругой системы СПИД в паре деталь — шлифуемый круг увеличивается высота микронеровностей шлифуемой поверхно сти, растет удельный расход синтетических сверхтвердых мате риалов.
Устранение вибраций станка является решающим фактором, обеспечивающим успех внедрения шлифования тугоплавких ме таллов инструментами из синтетических сверхтвердых материа лов. Главный источник колебания шпинделя — прецессионное вращение системы шпиндель — шлифовальный круг, являющее ся одной из форм гироскопического эффекта системы.
В процессе шлифования при наличии вращающихся элемен тов технологической системы имеют место гироскопические яв ления, которые достаточно подробно освещены ранее. Прове денные опыты показали, что гироскопические явления влияют не только на форму траектории точки контакта шлифовального круга с обрабатываемой деталью, но и на величину микроне ровностей поверхности шлифуемых образцов и удельный расход синтетических сверхтвердых материалов.
|
При постоянной |
амплитуде |
прецессионных колебаний шпин |
|
деля r\ = const |
и |
переменных |
продольной скорости стола vnv |
|
и |
базы циклоиды |
|
Б с увеличением соотношения скоростей q |
|
и |
уменьшением базы циклоиды Б микронеровности уменьшают |
ся. Увеличить соотношение q при r\ = const можно уменьшени
ем продольной скорости стола станка, что экономически нецеле сообразно ввиду уменьшения производительности шлифования, и увеличением угловой скорости шлифовального круга (рис. 59).
Работа на повышенных угловых скоростях при неизменных амплитудах прецессионных колебаний шпинделя и продольной скорости стола иПр уменьшает базу циклоиды £, что, в свою очередь, приводит к уменьшению микронеровностей шлифуемой поверхности. При шлифовании с постоянными продольной ско ростью стола шлифовального станка vnp = const и базой цик лоиды Б с увеличением амплитуды прецессионных колебаний шпинделя Г\ ухудшается шероховатость обрабатываемой поверх
ности, повышаются удельный расход алмазов и удельная сила
резания.
По мере увеличения дисбаланса шлифовального круга про порционально растет амплитуда прецессионных колебаний шпинделя. На рис. 60, где изменение прецессионных колебаний шпинделя дано в относительных единицах г0, представлены за-
гем |
7X1 |
О |
0,2 0,4 0,6 О ^д^п/Гг |
Рис. 50. Зависимость шероховатости по верхности ог соотношения скоростей q x—
^окрГ1
=----------; обрабатываемый материал —
х/окрг’
молибден г- jnon = 5-10“ 'Б |
м/мин на два |
||||||||
хода |
стола, |
/ = |
0 ,0 0 1 |
мм, |
зернистость |
||||
алмазного |
круга |
АСО 25/100, концентра |
|||||||
ция 100%, |
связка |
Б1: |
|
|
|
|
|
||
1 — £'пр = 0,4 |
м/с; |
2 — ^ |
|
= |
234 |
1/с; |
3 — |
||
о)^ = |
330 1/с; |
4 - v n[)= |
I |
м/с; |
5 - |
х/пр = |
|||
= 2 м/с |
|
|
|
|
|
|
|
|
6,0 6,0
СсгТ?
4.0 \4,0
2.0 2,0
О О |
10 |
20 г0. % |
Рис. 60. Влияние относительного увели чения амплитуды прецессионного вра щения (колебания) шпинделя на шерохо ватость обрабатываемой поверхности ту гоплавких металлов:
1 — ренин; |
2 — вольфрам; |
3 — молибден; |
|||||||
4 _ |
титан; 5 — цирконий; 6 |
— ниобий; зави |
|||||||
симость относительного |
увеличения |
ампли |
|||||||
туды (7) от |
массы |
т дисбаланса шпинделя |
|||||||
и’ круга; .гпоп = |
5 |
мм |
на два |
хода |
стола, |
||||
v |
= |
2 м/мин, |
/ = |
0,1 |
мм, |
п = |
350 об/мин, |
||
алмазный круг |
АПП 150 х |
32 х 10, |
зерни |
||||||
стость |
2С0/160, |
концентрация |
100%, |
связ |
|||||
ка |
Б1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
висимости, характеризующие влияние относительного увеличе ния амплитуды прецессионного колебания на шероховатость об рабатываемой поверхности тугоплавких металлов и влияние массы дисбаланса на относительное изменение амплитуды прецессионого колебания шпинделя:
пг
Го = — г 1 100%,
где г1 — первоначальная амплитуда прецессионного колеба
ния шпинделя; Г\ — амплитуда прецессионного колебания
шпинделя при измененном дисбалансе массы.
С относительным увеличением амплитуды прецессионных ко лебаний шпинделя на 30% шероховатость поверхности увеличи вается от 0,3 до 1,3 мкм для рения и от 5,0 до 7,9 мкм для нио бия, т. е. относительное увеличение амплитуды прецессионных колебаний шпинделя увеличивает высоту микронеровностей в большей степени у более пластичных и менее теплопроводных ниобия, циркония, титана и в меньшей степени у менее пласти чных и более теплопроводных вольфрама, рения, молибдена. Схема шлифования влияет на форму траектории точки контакта прецессирующего шлифовального круга с обрабатываемой дета лью и высоту микронеровностей поверхности на участке вреза ния. На амплитуду прецессионных колебаний шпинделя оказы-
106
личить ее массу, радиус шпинделя и шлифовального круга. Чем больше угловая скорость прецессионного движения шпинделя соь возникающего под воздействием собственного вращения и вынужденного поворота системы, тем больше момент гироско пической стабилизации. Гироскопическая стабилизация увеличи вает жесткость вращающейся системы шпиндель — шлифоваль ный круг, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний си стемы в дорезонансной и послерезонансной областях, уменьшая микронеровности на обрабатываемой поверхности, сокращает удельный расход синтетических сверхтвердых материалов.
При шлифовании деталей, к эксплуатации которых предъяв ляют высокие требования, и особенно в тяжелых условиях шли фования тугоплавких металлов повышение гироскопической ста билизации системы шпиндель — шлифовальный круг значитель но повысит эффективность шлифования тугоплавких металлов инструментами из синтетических сверхтвердых материалов. Все методы снижения микронеровностей шлифуемой поверхности, де формации поверхностного слоя и сокращения удельного расхода синтетических сверхтвердых материалов при шлифовании туго плавких металлов можно разделить на две основные группы: 1) изменение параметров шлифования (резания); 2) изменение параметров упругой системы СПИД.
Шероховатость обработанной поверхности, величина дефект ного слоя и удельный расход синтетических сверхтвердых мате риалов при шлифовании тугоплавких металлов зависят от ре жимов резания, характеристик инструмента, физико-механиче ских свойств инструмента и материала шлифуемой заготовки.
При шлифовании тугоплавких металлов большое влияние на формирование поверхностного слоя оказывает их теплопровод ность и высокая вязкость (цирконий, титан, ниобий). Тепло из зопы резания отводится медленно, происходит размазывание металла по поверхности. У металлов с большей теплопроводно стью и меньшей вязкостью (молибден, вольфрам, рений) тепло вой эффект сказывается в меньшей степени. С увеличением глу бины шлифования тугоплавких металлов, продольной и попе речной подач, зернистости круга возрастает количество выделяе мого тепла и, как следствие, увеличивается высота микронеров ностей и дефектный слой в большей степени у циркония, титана, ниобия, чем у молибдена, вольфрама, рения. Влияние глубины шлифования на высоту микронеровностей незначительно. При увеличении скорости вращения круга на формирование поверх ностного слоя одновременно оказывают влияние уменьшение тол щины стружки и усиление теплового воздействия.
Степень упрочнения и структурные превращения поверхност ного слоя тугоплавких металлов проявляются в большей степе ни у более пластичных и менее теплопроводных металлов (цир кония, титана, ниобия), чем у менее пластичных и более тепло проводных (молибдена, вольфрама, рения).
ПО