Малышко И.А., Коваленко В.И. Влияние биения сверла на силы резания при сверлении.

рогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2003, Вып. 25. С. 234 - 239.

ВЛИЯНИЕ БИЕНИЯ СВЕРЛА НА СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ СВЕРЛЕНИИ

Влиянию погрешности изготовления осевого инструмента на возникающие силы резания и, как следствие, на точность обработанных поверхностей, посвящены работы многих современных исследователей, в частности, в работе [1] рассмотрено определение действующих при сверлении сил при одностороннем резании; в этом случае нагруженной является только одна режущая кромка сверла, удаляющая удвоенную толщину среза (по сравнению с симметричным резанием).

Целью работы является рассмотрение асимметричного двухстороннего резания при сверлении и установление влияния биения сверла на силы резания при сверлении.

Асимметричное двухстороннее резание возникает при несимметричной заточке инструмента, когда осевое биение сверла В_о меньше подачи на зуб: В_о < s_z. В этом случае нагруженными являются обе режущие кромки сверла, но они работают в неодинаковых условиях: толщины среза для каждой кромки различны, возникающие радиальные силы резания также различны, что приводит к возникновению неуравновешенной радиальной составляющей силы резания

Р_у. Рассмотрим определение толщин среза для указанного вида резания (рис. 1).

Исходное положение режущих кромок сверла (рис. 1а) - A'_oA'_o и C'_oC'_o (Q'_o и O_o – воображаемая вершина сверла соответственно при асимметричной и симметричной заточке). При повороте сверла (без рабочей подачи) на 180⁰ соответствующие режущие кромки займут положение A"_oA"_o и С"_oС"_o; новое положение вершины сверла – Q"_o. При сравнении положения режущих кромок сверла до и после поворота на 180⁰ определится погрешность заточки сверла в осевом направлении: В_o = C'_oА"_o.

Рис. 1 Определение толщины среза при асимметричной заточке сверла

На рис. 1б (сплошными линиями) показано три положения режущих кромок сверла при его перемещении с рабочей подачей: A_oA_o и С_oС_o – исходное положение; A₁A₁ и С₁С₁ – положение после поворота на 180⁰; A₂A₂ и С₂С₂ – соответственно после поворота на 360⁰. Здесь: s_z = О₀О₁ = О₁О₂ – подача на зуб; s = О₀О₂ – подача сверла на оборот.

Если бы заточка сверла была строго симметричной, каждая из режущих кромок снимала бы толщину среза, равную а_о. Вследствие асимметричности заточки толщина среза для одной режущей кромки (СС) будет меньше значения а_о: а_СС = а_min = а_о – а_к, а для второй кромки (АА) – соответственно больше величины а_о: а_АА = а_max = а_о + а_к, где а_к – изменение толщины стружки, вызванное асимметричностью заточки сверла. Величина а_к может быть определена из треугольника KLM: а_к = B_osin

. С учетом этого выражения минимальная и максимальная толщины среза, снимаемые режущими кромками, равны:

а_min = а_о – B_osin . (1)

а_max = а_о + B_osin . (2)

Разность между найденными значениями толщин среза на каждой режущей кромке определит предельное колебание толщины среза для сверла в целом:

а = а_max - а_min = 2а_к, или:

а = 2B_osin . (3)

Наличие положительного предельного колебания толщины среза

а > 0 обуславливает возникновение неуравновешенной радиальной составляющей силы резания

Р_у.

Для определения качественных и количественных соотношений между значениями геометрических параметров сверла и возникающими силами резания рассмотрен числовой пример. С целью возможности сопоставления получаемых результатов приняты те же исходные данные, что и в работе [1].

Согласно источнику [2] рекомендуемая подача равна: s = 0.28 мм/об; следовательно, подача на зуб s_z = 0.5s = 0.14 мм/зуб. В то же время, для принятых условий резания допуск осевого биения составляет В_o = 0.08 мм [3]. Так как {В_o = 0.08 мм} < {s_z = 0.14 мм/зуб}, то имеет место рассмотренный выше случай асимметричного двухстороннего резания.

В настоящей работе принята та же методика определения сил резания при сверлении, что и в работе [1]. При асимметричном двухстороннем резании в работе участвуют обе режущие кромки, причем одна из них будет снимать минимальную толщину среза а_min,i, а вторая – максимальную а_max,i; разность толщин резания

а_i = а_max,i -а_min,i. Наличие

а_i > 0 приводит к тому, что возникают неуравновешенные составляющие силы резания:

P_zi - сила, действующая в направлении главного движения;

P_Ni - составляющая силы резания, направленная по нормали к режущей кромке инструмента;

P_уi - радиальная сила резания.

Для получения общих закономерностей по асимметричной обработке одновременно как по двухстороннему, так и по одностороннему резанию, по методике, приведенной в работе [1], определены значения анализируемых параметров для сверл с винтовой передней поверхностью также и для случая одностороннего резания. Представляет интерес наглядное изображение некоторых основных параметров, полученных в настоящем исследовании и в работе [1]. На рис. 2 показано изменение вдоль режущей кромки сверла толщин среза.

Рис. 2 Изменение толщины среза вдоль режущей кромки сверла

На рис. 2 каждому из 4-х анализируемых интервалов соответствует определенная расчетная точка A_x = r_x / r, которая представляет собой безразмерный коэффициент, характеризующий положение произвольной точки режущей кромки сверла, где r_x - текущий радиус произвольной точки режущей кромки, r - радиус сверла).

Кривая 1 иллюстрирует изменение толщин среза при симметричной заточке сверла. При асимметричной двухсторонней заточке режущие кромки нагружены неравномерно: кривые 2а и 2б показывают соответственно минимальные и максимальные величины толщин резания. При значительной величине осевого биения осуществляется одностороннее резание; при этом толщина среза является максимальной (кривая 3).

Изменение неуравновешенных радиальных сил резания вдоль режущей кромки инструмента представлено на рис. 3. Кривые 1а и 1б показывают изменение сил

P_у при двухстороннем резании, соответственно для сверл с плоской и винтовой передними поверхностями. Аналогично, кривые 2а и 2б показывают изменение сил

P_у при одностороннем резании, соответственно также для сверл с плоской и винтовой передними поверхностями.

Рис. 3 Изменение радиальной составляющей силы резания вдоль режущей кромки сверла

Из анализа графиков следует, что максимальные колебания неуравновешенной радиальной составляющей силы резания имеет место при применении относительно неточных (но в пределах допустимых значений) сверл с плоскими передними поверхностями, а минимальные – для относительно точных сверл с винтовыми передними поверхностями.

Анализ полученных в работе результатов (а также табл. 4 работы [1]) показывает, что при асимметричном резании (одно- и двухстороннем) наблюдаются общие закономерности, указанные ниже.

1) При перемещении расчетной точки от сердцевины сверла к периферии составляющие сил резания уменьшаются как для сверл с плоской, так и с винтовой передней поверхностями. Это объясняется возрастанием переднего угла в нормальной секущей плоскости

_N и, соответственно, увеличением угла скалывания

2) Применение сверл с винтовой передней поверхностью (по сравнению с плоской поверхностью) значительно (до трех раз) уменьшает возникающие вследствие асимметричной заточки сверла радиальные составляющие силы резания. Это объясняется резким увеличением значений переднего угла в нормальной секущей плоскости

_N для сверл с винтовой передней поверхностью по сравнению с плоской поверхностью.

Сравнение результатов расчетов, проведенных для случаев двух- и одностороннего резания, убедительно показывает, что повышение точности изготовления инструмента по параметру величины осевого биения существенно (до 50 - 60 %) снижает возникающие неуравновешенные радиальные силы резания. Таким является основной качественный вывод исследования.

С точки зрения количественных результатов следует иметь в виду следующие обстоятельства. При определении сил резания не учитывались силы, действующие на задние поверхности сверла, а также силы, дополнительно возникающие из-за смещения (эксцентриситета) оси сверла по отношению к оси шпинделя станка. Таким образом, можно предположить, что реальные значения сил резания, в том числе и неуравновешенных радиальных составляющих, будут выше определенных расчетом, что свидетельствует о значимости исследуемого вопроса.

Полученные результаты могут рассматриваться как исходный материал для последующих расчетов, связанных с точностью обрабатываемых отверстий - например, для определения увода оси отверстия, погрешностей формы обработанной поверхности в продольном сечении.

Список литературы:

1. . Малышко И.А., Коваленко В.И. Особенности одностороннего резания при сверлении // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2003, Вып. 24. С. 82 - 88.
2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2. Под ред. А.М. Дальского. - М.: Машиностроение -1, 2001. - 944 с.
3. Справочник инструментальщика/ И.А. Ординарцев, С.Г. Филиппов, А.Н. Шевченко и др.; Под общ. ред. И.А. Ординарцева. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. – 846 с.