Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> Использование проволочных инструментов на станках с ЧПУ

Использование проволочных инструментов на станках с ЧПУ

Предлагается один из возможных путей автоматизации слесарно-зачистных операций. Рекомендуемые конструкции регулируемых проволочных инструментов являются оригинальной разработкой авторов. Онимогут быть изготовлены из единичных проволочных пакетов.

На вновь спроектированных участках из дорогостоящего оборудования с ЧПУ длительность цикла обработки деталей зачастую оказывается намного больше запланированного. Это связано с тем, что после каждой операции механической обработки появляются ликвиды (автор имеет в виду заусенцы, скосы, острые кромки) [1]. Часто их появление наблюдается после транспортирования, хранения и эксплуатации деталей, узлов и машин. Для удаления ликвидов приходится разрывать цепочку станочных операций и проводить ряд слесарно-зачистных операций или их отдельных приемов.

Специфика проведения слесарно-зачистных операций требует применения инструментов, несовместимых с механической обработкой на станках. Слесарь использует напильники, шаберы, пневматические механизированные инструменты с насадками в виде абразивного круга, шкурки, проволочные инструменты и другие. При этом рабочему необходимо тщательно отслеживать перепады высот поверхностей детали, размеры ликвидов, разброс их физико-механических свойств.

Для проведения подобной зачистной обработки детали без ее снятия со станка требуются инструменты, способные компенсировать нестабильность параметров процесса зачистки. Так,регулируемые проволочные инструменты (РПИ) специальных конструкций [2, 3, 4, 5] способны изменять интенсивность режущего и ударного действия в процессе обработки в зависимости от состояния обрабатываемой поверхности благодаря изменению их конструктивно-технологических параметров: натяга - i, свободного вылета проволочек - l, плотности укладки проволочек (рис. 1, в).

Плотность укладки проволочек оценивается коэффициентом заполнения пространства проволочными элементами с диаметром d, представляющего собой отношение суммарной площади поперечных сечений проволочных элементов к площади F, занимаемой ими на соответствующей поверхности. Для таких инструментов нужны надежные и долговечные проволочные пакеты. Решение этого вопроса возможно при использовании конструкций проволочных пакетов с механическим креплением проволочек, исключающих пайку и сварку.

Рис. 1. Конструкции проволочных пакетов:

а-дискового в сборе; б-дискового единичного; в -концевого

Одна из таких конструкций дискового пакета (рис. 1,а) представляет собой набор единичных проволочных дисков 2 с кольцами 3, установленными на втулке 1.

Закрепление производят развальцовкой втулки 1. В свою очередь единичный проволочный пакет (рис. 1, б) состоит из кольца 1 с установленной в нем V-образной проволочкой 2 и закрепленной посредством развальцовки втулки 3.

Аналогично устроен и торцовый проволочный пакет. Концевой проволочный пакет (рис. 1, в) имеет оправку 1 с расположенными вокруг нее проволочками 2, снаружи проволочки обжаты тонкостенной втулкой 3.

Рекомендуемые конструкции проволочных пакетов могут быть использованы как для изготовления обычных и регулируемых, так и комбинированных проволочных инструментов (ПИ). Необходимо отметить, что изготовление проволочных пакетов рабочих элементов составляет большую долю трудоемкости изготовления ПИ.

Применение традиционных методов пайки и сварки снижает надежность работы ПИ для автоматизированного производства. Применение пайки вызывает корродирование проволоки, а при сварке из-за высокой температуры в месте соединения происходит отжиг проволоки и последующая ее поломка.

В условиях автоматизированного производства установлено, что на деталях, изготовленных из стали 20, ликвиды представляют собой заусенцы. Наибольшая высота заусенцев составляет 0,8 мм при черновом фрезеровании. При обработке деталей из серого чугуна ликвиды представляют собой не только образующиеся при черновом и чистовом фрезеровании заусенцы, но и сколы величиной до 0,5 мм, появляющиеся главным образом на черновых переходах обработки.

Так как скорость удаления материала vм за один проход является функцией скорости движения ПИ по заданной траектории (подаче) и площадей поперечных сечений фаски и заусенца, эту зависимость можно выразить следующим образом [1]:

где Sф - площадь фаски;Sз-площадь заусенца в том же сечении; S — подача.

Приняв коэффициент тангенциального среза Rт = SзSф,получим отношение

Представим форму заусенца в виде треугольника с известными высотой h и основанием b (рис. 2, а). Тогда величина Rт может изменяться от 0 (для острых углов) до 2,0 в предельном случае.

Следовательно, значение скорости удаления материала vм может изменяться для принятой модели в два раза, что обусловливает значительный разброс величин, составляющих силы резания и нестабильное качество обрабатываемой поверхности. Преодолеть эти недостатки в условиях автоматизированного производства можно, используя регулируемые ПИ.

Авторами для решения данного вопроса разработаны комплекты конструкторской и технологической документации на регулируемые ПИ, а также на приспособления, позволяющие механизировать изготовление дискового, торцового и концевого проволочных пакетов, изготовлены опытные образцы ПИ.

С целью определения характеристик работоспособности единичных проволочных пакетов проведены их опытные испытания на установке, состоящей из фрезерного станка модели КФПЭ-250 Н2-1 с ЧПУ и комплекта контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратуры.

Образцами служили заготовки следующих размеров: длина - 150 мм; ширина - 40 мм; высота - 25 мм. Материал образцов - сталь 20 (ГОСТ 1050-88), серый чугун марки СЧ20 (ГОСТ 1412-85).

Ликвиды удаляли иглофрезами, установленными в шпиндель фрезерного станка. В качестве рабочей части иглофрез использовали проволоку из стали 65Г (ГОСТ 1050-88). Измерение обрабатываемых поверхностей по параметру шероховатости Rа проведено на профилографе завода "Калибр" Н-201; величину фасок по катету определяли на инструментальном микроскопе МПБ-2. Размеры заусенцев варьировали подбором режимов предварительной обработки образцов. При проведении испытаний основными факторами, влияющими на процесс удаления заусенцев проволочными инструментами, выбраны: вылет проволочек l, натяг i, диаметр проволочек d, скорость резания у (табл. 1).

Рис.2. Зависимость величины фаски C при подаче S=2000 мм/мин от:

a-натяга; б-диаметра проволочек; в-вылета проволочек (СЧ-v=6,28м/с;сталь 20-v=4,71м/с)

1. Параметры испытаний
№ испытания Сталь 20 СЧ20 Скорость V, м/с Вылет l, мм Диаметр d, мм
1 0.2 0.2 1.75 7 0.3
2 0.3 0.4 3.14 10 0.4
3 0.4 0.6 4.71 13 0.5
4 0.5 0.8 6.28 16 -

2. Расчетные зависимости
Определяемые параметры Формула Обрабатываемый материалы Значение коэффициента
Величина фаски
C=ain l mdk
Сталь 20

а= 5,81

п = 0,76

т = -0,32

к =0,21

Величина фаски CЧ 20

а = 3,18

п = 0,67

т = -0,24

к = -0,54

Параметр шероховатости
Ra=k+pd
Сталь 20

к =-2,93

р=17

Величина фаски CЧ 20

k = -0,24

к = -0,54

Статистический анализ выходных параметров процесса зачистки после обработки торцовой иглофрезой по кромке показал, что во всем диапазоне выбранных режимов удаления заусенцев на кромках заготовок из СЧ 20 и стали 20 образуются фаски.

Зависимости размера фаски С от натяга i, диаметра проволочек d, вылета проволочеl близки к линейным (табл. 2) и могут быть аппроксимированы функцией вида:

Проведен ряд испытаний при i=0.2мм (минимальном натяге) и угле наклона фаски к наибольшему катету а = 10/45°. Для образцов из стали 20 наилучшие результаты получены при а = 15'.

Надежное удаление заусенцев и образование фаски на образце из СЧ 20 независимо от вылета и диаметра проволочек происходило при а = 45°. Так, при натяге i = 0,2 и 0,4 мм катет фаски С соответственно равнялся 0,4 и 0,6 мм. При тех же значениях натяга для стали 20 катет С фаски соответственно равнялся 0,7 и 1,4 мм (см. рис. 2, а).

Увеличение катета фаски заметно во всех случаях обработки при увеличении диаметра проволочек (рис. 2, б).

Чем больше диаметр проволочек, тем больше жесткость каждой проволочки и, следовательно, всего проволочного пакета. Это приводит к увеличению размера фаски. Например, для образцов из СЧ 20 при а = 45° и изменении диаметра проволочек в пределах 0,3...0,5 мм катет фаски увеличивается на 0,1 мм (с 0,6 до 0,7 мм).

От жесткости проволочек зависит увеличение катета фаски при уменьшении величины вылета проволочек (рис. 2, в). Так, на образцах из стали 20 и l = 36 мм величина С = 0,79 мм, а при l = 7 мм она составляет 1,1 мм.

Рис. 3. Зависимость составляющих силы Р резания Рх (1), Ру (2), Рz {3) (S = 2000 мм/мин и диаметре d = 0,5 мм) от:

а-натяга(--СЧ20;l = 16мм,v == 6,28м/с;----сталь20:l = 7мм,v = 4,71м/с); б-вылета проволочек (--СЧ20:i = 0,6мм,v = 6,28м/с;----сталь20:i = 0,3мм,v = 4,71м/с)

Анализ полученных зависимостей указывает на доминирующее влияние натяга на величину катета фаски по сравнению с другими изменяемыми параметрами

Следовательно, используя ПИ на многоцелевых станках, нужно большое внимание уделять вопросам настройки ПИ на станке для обеспечения величины натяга в строго заданных технологом пределах.

Следует отметить, что шероховатость поверхности фасок на образцах из стали 20 находилась в пределах Ra - 2,7+4,2 мм и была ниже шероховатости предварительно профрезерованной поверхности стальных заготовок с Ra = 12,5* 14,5 мм. Для образцов из СЧ 20 соответственно Ra = 2,2-5,6 мкм и Ra - 13,5+15 мкм (см. табл. 2).

Для обеспечения надежного удаления заусенцев и получения фасок: с размером С = 0,5* 1,0 мм для деталей из СЧ 20 (угол фаски 45°) рекомендуется натяг i = = 0,3*0,8 мм, вылет проволочек l= 10-16 мм, диаметр проволочек d=0,3+0,5 мм; с размером С = 1,1 + 1,5 мм для деталей из стали 20 (угол фаски 15°) натяг i состав¬ляет 0,3-..0,5 мм, вылет проволочек l= 7+12 мм, диаметр проволочек d = 0,4-0,5 мм.

Анализ зависимостей составляющих силы резания Рх, Р и Pz от конструктивных параметров ПИ и режимов обработки показал, что увеличение натяга приводит к увеличению составляющих, так как происходит возрастание глубины внедрения отдельных проволочек в обрабатываемый материал, увеличение числа проволочек, находящихся в контакте с обрабатываемой поверхностью, и рост объема материала, срезаемого в единицу времени (рис. 3, а).

Уменьшение вылета провопроволочек существенно влияет на все параметры, характеризующие процесс обработки. Составляющие силы резания возрастают (рис. Ъ,6), так как происходит увеличение жесткости проволочек, приводящее к увеличению глубины их внедрения в поверхностный слой.

Увеличение диаметра проволочек и скорости резания в испытуемых пределах не оказывает значительного влияния на составляющие силы резания.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие рекомендации по применению ПИ.

1. Зачистку заусенцев регулируемыми проволочными инструментами целесообразно использовать на многоцелевых станках типа ИР 500 ПМ1Ф4, ИР 800ПМ1Ф4, МС 12-250 и им подобных. Обработка обеспечивает высокое качество, производительность и надежность их удаления, силы резания не превышают 160 Н.

2. На многоцелевых станках рекомендуется использовать разработанные дисковый и торцовый регулируемые проволочные инструменты [2-5].

В зависимости от характера удаляемых ликвидов и материала заготовки рациональные условия зачистки определяются варьированием следующих параметров: натяга, диаметра, плотности укладки проволочек. Для надежного и качественного удаления ликвидов на кромках деталей, получения фасок с величиной наибольшего катета следует использовать режимы обработки и параметры, например, для торцового ПИ, приведенные в табл. 3.

3. Полученные силовые характеристики процесса иглолезвийной обработки могут использоваться для ких параметров проволочного инструмента и процесса удаления заусенцев.

3. Параметры ПИ и рекомендуемые режимы обработки

Материал заготовки Вылет проволочек, мм Диаметр проволочек, мм Диаметр инструмента, мм Натяг, мм Скорость, м/с Подача, мм/мин
СЧ20 10...16 0,3.-0,5 30...50 0,2...0,8 4,5...6,28 1200... 2000
Сталь 20 7...12 0,4...0,5 30...50 0,2...0,6 4,0...5,10 1200...2000

4. При отработке технологических режимов зачистки детали в условиях автоматизированного производства следует назначать рациональные пределы выполнения угла фаски с учетом материала детали и обеспечения наивысшей производительности обработки.

Литература

  1. Маликов Н.И., Масин A.M., Ильин Б.В. Радиальные деформации оребренных цилиндров ВТЗ от усилий затяжки шпилек, давления газов и температур // Науч. труды Воронежского СХИ. Т. 109. 1980.
  2. Дронов Н.П. . Расчет оболочки на взрыв // Сб. статей. Вып. 2. Прочность и динамика авиационных двигател ей. М.: Машиностроение,1965.
  3. Власов В.З. . Общая теория оболочек, М.-Л., 1949. 783 с.
  4. Авдокин А.С. Прикладные методы расчета оболочек и тонко стенных труб.
  5. Шестопал Н.М. Об ошибке допущений Кирхгофа - Лява в теории гибких тел. Киев, 1968. 151 с.

СОЛОВЬЁВ А.И., канд. техн. наук, ДЖАФАРОВА Ш.И., канд. техн. наук
Справочник. Инженерный журнал. №11, 2003, с. 44-48

Статьи партнеров