Обробка довгих маложесткіх валів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Тольяттинский Державний Університет

Кафедра «Технологія машинобудування»

Науково-дослідна робота на тему:

«Обробка довгих маложесткіх валів»

Студент: Порошина В.В.

Група: ТМ-502

Керівник: Солдатов А.А.

Викладач: Бобровський А.В.

Тольятті 2006

1. Опис ситуації

Фінішна обробка довгих валів (відношення довжини до діаметра понад 10) є однією з найбільш трудомістких операцій. Це пов'язано з малою жорсткістю заготівлі, вібраціями, складністю досягнення заданої якості, точності і продуктивності, а також з відсутністю необхідного устаткування.

Для підвищення продуктивності та якості обробки довгих циліндричних поверхонь зазвичай застосовують різні підводиться опори (наприклад, люнети), що підвищують жорсткість заготовки. При цьому схема установки люнетів, їх конструкція, характер закріплення, вибір технологічних баз мають вирішальний вплив на продуктивність обробки і точність діаметральні розмірів валу.

2. Аналіз описаної ситуації

Для спрощення фінішної обробки довгих валів потрібна установка люнети.

Аналіз різних схем обробки показує, що найбільшою трудомісткістю, з точки зору вибору конструкції і місць встановлення люнетів, а також їх налаштування, відрізняється обробка валів в центрах. Вибір зовнішньої поверхні вала в якості технологічної бази дозволяє підвищити продуктивність і точність обробки. Аналогом базування валів по зовнішній поверхні є обробка на бесцентрово-шліфувальних верстатах. Але у даного методу існують такі недоліки:

- Швидке засолювання абразивних кіл (особливо при обробці незагартованих сталей);

- Шаржування оброблюваної поверхні;

- Обмежена довжина заготовки, обумовлена ​​биттям її вільних кінців, що виходять за межі зони шліфування;

- Мала глибина різання.

Існує прогресивний і економічний метод фінішної обробки, що поєднує в собі різання і поверхневе пластичне деформування (ППД) роликами. Такий метод дозволяє одержати високу якість поверхневого шару і мінімальну шорсткість обробленої поверхні, яку можна порівняти з досягається при хонинговании і суперфінішуванні.

3. Пошук інформації

Завдання етапу - забезпечити достатню повноту і достовірність дослідження шляхом ретельного відбору і аналізу патентно-технічної інформації.

Таблиця 1

Науково - технічна документація, відібрана для аналізу

Джерело

Назва статті, автор

Зміст

Пат. 2247016 РФ, МПК У 23 Р 23/04

Спосіб комбінованої режуще-деформуючою обробки і пристрій для його здійснення

Метод фінішної обробки, що поєднує в собі різання і поверхневе пластичне деформірованіеролікамі. Такий метод дозволяє одержати високу якість поверхневого шару і мінімальну шорсткість обробленої поверхні, яку можна порівняти з досягається при хонинговании і суперфінішуванні.

Журнал: «Вісник машинобудування»

«Комбінована обробка довгих валів» Я. М. Отен, Н. І. Нікіфоров, А. І. Журавльов.

Для підвищення продуктивності та якості обробки довгих циліндричних поверхонь застосовують підводиться опори, підвищують жорсткість заготовки. Схема установки опор, їх конструкція, характер закріплення, вибір технологічних баз мають вирішальний вплив на продуктивність обробки і точність діаметральні розмірів валу.

Журнал: «Технологія машинобудування»

«Оптимізація режимів різання при точінні нежорстких валів» Гаврилов В. А., Гребінь В. Г.

При точінні нежорстких валів часто виникають коливання технологічної системи. "Слабким" ланкою системи є заготівля. Характеристики жорсткості і демпфування заготовок. Основними видами коливань є вимушені коливання і автоколивання і є змінними.

4. Вибір технічного рішення

Вивчаємо сутність відібраних ТР за відомостями, що містяться в графі 3 табл. 1, а також за текстами патентних описів, статей, приходимо до висновку, що для підвищення продуктивності та якості обробки довгих циліндричних поверхонь застосовуємо прогресивний і економічний метод обробки, що поєднує в собі різання і поверхневе пластичне деформування (ППД) роликами.

5. Опис

Між двома обкатнікамі 1 і 4, встановленими соосно, розташована різцева головка 8. Обкатнікі наводяться в обертання за допомогою зубчастих вінців 7, які зачіпаються з зубчастими колесами 2, установленими на приводному валу 3. Деформуючі ролики 5, розміщені в обкатніках, обертаються в результаті фрикційного взаємодії з опорними конусами 6.

Ролики, навантажені в осьовому напрямку постійним зусиллям Q, обертають оброблювану заготовку 9. Подача останньою в поздовжньому напрямку здійснюється самозатягування завдяки установці роликів під кутом до її осі. Перед початком обробки (при включеному приводі валу 3) заготівля правим кінцем підводиться до роликів обкатніка 1, захоплюється їх конічними фасками і під впливом зусилля самозатягування перемішається вправо. Потім вона входить в контакт з різцями головки 8 (при цьому видаляється припуск), після чого обкатнік 4 остаточно обробляє її методом ППД.

Рис. 1. Схема комбінованої обробки довгого валу

Обкатнік 1 призначений тільки для створення крутного моменту і самозатягування заготовки, а обкатнік 4 - для остаточної зміцнюючої-чистової обробки. При вказаною схемою здійснюється обробка валів напроход, що створює передумови для автоматизації процесу. Для забезпечення надійного суміщеного процесу (різання і ППД) крутний момент, створюваний роликами обкатніков, повинен перевищувати крутний момент, що виникає при різанні.

6. Висновок

Даний метод комбінованої обробки дозволяє підвищити продуктивність і якість обробки довгих циліндричних поверхонь.

7. Комбінована обробка довгих валів

Між двома обкатнікамі 1 і 4, встановленими соосно, розташована різцева головка 8. Обкатнікі наводяться в обертання за допомогою зубчастих вінців 7, які зачіпаються з зубчастими колесами 2, установленими на приводному валу 3. Деформуючі ролики 5, розміщені в обкатніках, обертаються в результаті фрикційного взаємодії з опорними конусами 6.

Ролики, навантажені в осьовому напрямку постійним зусиллям Q, обертають оброблювану заготовку 9. Подача останньою в поздовжньому напрямку здійснюється самозатягування завдяки установці роликів під кутом до її осі. Перед початком обробки (при включеному приводі валу 3) заготівля правим кінцем підводиться до роликів обкатніка 1, захоплюється їх конічними фасками і під впливом зусилля самозатягування перемішається вправо. Потім вона входить в контакт з різцями головки 8 (при цьому видаляється припуск), після чого обкатнік 4 остаточно обробляє її методом ППД.

Обкатнік 1 призначений тільки для створення крутного моменту і самозатягування заготовки, а обкатнік 4 - для остаточної зміцнюючої-чистової обробки. При вказаною схемою здійснюється обробка валів напроход, що створює передумови для автоматизації процесу. Для забезпечення надійного суміщеного процесу (різання і ППД) крутний момент, створюваний роликами обкатніков, повинен перевищувати крутний момент, що виникає при різанні.

Для забезпечення ППД максимальна напруга в області контакту повинно перевищувати межу текучості. Тангенціальне зусилля деформування, що створює обертовий момент, долає тангенціальну складову сили різання,

(1)

де - Радіальна складова зусилля деформування, створювана одним роликом; f - коефіцієнт тертя в контакті роликів із заготівлею; Z - число роликів в обкатніке.

Тангенціальна складова сили різання

(2)

де - Коефіцієнти, обрані за довідником [2]; S - подача заготовки, мм / об; t - глибина різання, мм; v - швидкість різання (обкатування), мм / хв; - В Н.

Вирішуючи спільно рівняння (1) і (2), отримаємо значення максимально можливих глибини різання і подачі для заданих умов обробки:

(3)

(4)

де - Коефіцієнт запасу, що забезпечує стабільність процесу обробки; - Число різців у різцевої голівці.

Графіки, відповідні виразами (3) і (4), наведено на рис. 2.

Рис. 2. Залежності глибини t різання (а) і подачі S (б) від числа Z роликів у обкатніке ( = 2; = 0,8)

Для підвищення продуктивності і приведення до нуля рівнодіючої сил різання в площині, перпендикулярній до осі заготовки, необхідно встановити рівномірно по окружності заготівлі кілька різців. При цьому настройку на розмір можна здійснювати від фіксованого осі обертання або від зовнішньої поверхні заготовки. У першому випадку глибина різання мінлива внаслідок биття і некруглої заготовки, а також похибки налаштування різців на заданий розмір. У другому випадку глибина різання постійна завдяки тому, що різці рухливі в радіальному напрямку і навантажені постійним зусиллям, рівним радіальної складової сили різання, обчисленої для заданих умов обробки.

Заготівлі в стані поставки мають великий допуск на діаметр і некруглого, тому обкатнікі повинні автоматично поднастраіваться на заданий розмір. Це досягається завдяки постійному зусиллю деформування в результаті навантажування роликів в осьовому напрямку заданою силою Q. При зміні дійсного діаметру заготовки в межах допуску ролики під дією зусилля деформування зміщуються в осьовому напрямку (у ту чи іншу сторону в залежності від знаку зміни діаметра), а отже, і в радіальному напрямку внаслідок конусності опорного конуса.

При спільній роботі двох обкатніков необхідно, щоб вони забезпечували однакову частоту обертання заготовки. Однак внаслідок видалення припуску в другій обкатнік надходить частина заготовки меншого діаметру, що створює різницю частот обертання.

При обертанні опорного конуса з частотою частота обертання заготовки

де - Радіуси конуса і заготовки в перерізі, що проходить через точку найбільшого впровадження ролика в заготовку.

При зменшенні радіуса заготовки на величину t ролики в другому обкатніке змішаються в радіальному напрямку відносно конуса на таку ж величину. При цьому частота обертання заготовки, створювана другий обкатніком, змінюється на величину

Якщо прийняти , То рівність (5) виконується тільки при t = 0.

Щоб домогтися рівності частот обертання, створюваних обома обкатнікамі, слід або забезпечити їх окремими приводами, які забезпечували б рівну частоту обертання, (що вимагає застосування адаптивного управління процесом обробки і викликає певні складнощі при його реалізації), або відповідним чином змінити в одному з обкатніков діаметри роликів і опорного конуса.

Оскільки глибина різання і діаметр деталі задані, то в рівнянні (5) з урахуванням вимоги відповідний радіус перерізу опорного конуса другий обкатніка слід змінити на . Тоді рівняння (5) набуває вигляду

,

звідки

(6)

Так як між заготівлею і опорним конусом розташовані деформуючі ролики, то для будь-яких розмірів заготовки і роликів повинна виконуватися умова

(7)

Вирішуючи спільно рівняння (6) і (7), знайдемо нове значення радіуса роликів, встановлених у другому обкатніке, що забезпечує сталість частот обертання (тобто ):

.

Нехай на обробку надійшла чергова заготівля з дійсним радіусом

,

де - Радіус попередньої заготовки; - Приріст радіуса, викликане випадковими чинниками. Тоді в першому обкатніке ролики змістяться в радіальному напрямку на величину . Але оскільки різці головки налаштовують на глибину різання від зовнішньої поверхні заготовки, то ролики в другому обкатніке змістяться в радіальному напрямку на таку ж величину. Отже, при зміні розмірів заготовок в партії в межах допуску обидва обкатніка будуть забезпечувати однакову частоту обертання заготовки.

8. Оптимізація режимів різання при точінні нежорстких валів

При точінні нежорстких валів часто виникають коливання технологічної системи. "Слабким" ланкою системи є заготівля. Характеристики жорсткості і демпфування заготовки є змінними.

Наведені коефіцієнти жорсткості та опору змінюються по довжині заготовки, приймаючи мінімальні значення в середині прольоту. У зв'язку з цим найбільш інтенсивні коливання виникають при обробці середини прольоту валу, тому при вирішенні задачі оптимізації режимів різання необхідно забезпечити в першу чергу стійкість її обробки.

Основними видами коливань при різанні є вимушені коливання і автоколивання. Причина вимушених коливань - наявність обурює, тобто відцентрової сили з-за неврівноваженості заготівлі і обертових ланок приводу верстата. Це низькочастотні коливання з частотою менше 30 Гц. Рівень вимушених коливань можна звести до мінімуму (вібраційного шуму) за рахунок балансування обертових ланок приводу верстата. Таким чином, вимушені коливання при токарній обробці можна вважати другорядними, амплітуда яких мала.

Значно небезпечнішими є резонансні режими, що настають при збігу частоти власних коливань заготовки з частотою коливань інших ланок технологічної системи. Резонансні режими при точінні нежорстких валів можуть спостерігатися при L / D 20 і D ≥ 50 мм (L / D - діаметр і довжина заготовки відповідно) [1]. У цьому випадку можливо збіг частоти власних коливань заготовки з частотою власних коливань різцетримача в напрямку осі Y. Для токарних верстатів середніх розмірів ця частка складає 60-90 Гц. Для виключення резонансних режимів необхідна частотна відбудова.

Автоколивання належать до головних складових коливань технологічної системи, амплітуди яких значні. Автоколивання відбуваються за відсутності вимушених коливань з частотою власних коливань заготовки на падаючому ділянці характеристики сили різання ( <0), якщо результуючий опір <0 ( - Коефіцієнт опору, що забезпечує розсіювання енергії, - Негативний коефіцієнт опору, що сприяє розгойдування системи). Умова ж стійкості стану рівноваги системи може бути записано у вигляді

0 (а)

в лінійній постановці

(Б)

Наведені до середини прольоту валу статичні і динамічні характеристики системи визначали за методикою роботи [2]. Далі розглядається задача умовної оптимізації або оптимізації з обмеженнями при забезпеченні відсутності автоколивань в системі.

Постановку задачі оптимізації режимів різання виробляли в такій послідовності.

Вибір цільової функції (критерію оптимальності). Якщо розглянута операція виявляєте лімітуючої в технологічному процесі, то в якості цільової функції доцільно вибрати продуктивність обробки

(В)

де - Швидкість різання; - Подача. Твір характеризує площу поверхні, обробленої за одиницю часу.

Вибір незалежних змінних. Незалежними змінними будуть і , При цьому глибина різання t - постійна величина.

Розробка математичної моделі. У розглянутій задачі мають місце наступні обмеження.

1. Мінімальна стійкість різця Т, яка повинна бути не менше нормативної стійкості Тн тобто Т ≥ Тн.

Параметри режиму різання пов'язані зі стійкістю різця рівнянням

,

де - Постійні.

Тоді обмеження по стійкості різця буде мати вигляд

2. Максимальна потужність різання не повинна бути більше потужності на шпинделі верстата, тобто .

Потужність різання.

,

де ; - Головна складова сили різання, що дорівнює

Тоді обмеження по потужності

3. Міцність механізму подачі верстата. Сила подачі не повинна перевищувати силу [ ] Визначається міцністю механізму подачі верстата, тобто

[ ]

Тоді обмеження по міцності механізму подачі дачі верстата може бути представлене в такий спосіб:

4. Необхідна точність обробки. Стріла прогину оброблюваного валу під дією радіальної складової сили різання не повинна бути більше допуску на бочкообразность [ ], Віднесеного до радіусу заготовки, тобто ≤ [ ].

Стрілу прогину вала при установці його в центрах токарного верстата можна розрахувати за формулою

Радіальна складова сили різання

,

тоді обмеження по точності обробки запишеться у вигляді

5. Необхідна шорсткість поверхні. Розрахункова висота нерівностей Н не повинна перевищувати заданий параметр шорсткості , Тобто Н ≤ .

Розрахункова висота нерівностей визначається на за формулою Чебишева

r - радіус при вершині різця.

Звідси обмеження по шорсткості обробленої поверхні

6. Область відсутності вібрації. Умова стійкості запишемо наступним чином

де К-приведений коефіцієнт опору.

7. Максимальна та мінімальна швидкості різання

- Нижній і верхній межі частоти обертання шпинделя.

8. Максимальна та мінімальна подача

- Нижній і верхній межі регулювання подачі.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Наукова робота
48.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Проектування підприємства по відновленню шліцьових валів КПП провідних валів головних передач півосей
Обробка сировини виробництво напівфабрикатів обробка овочів і грибів
Розрахунок валів
Проектування валів електродвигуна
Розрахунок довгих трубопроводів
Виготовлення колінчастих валів
Теорія довгих циклів Кондратьєва
Перевірка радіального биття валів індикатором
Історія дослідження Змієвих валів Середнього Подніпров`я
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru