ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет:Механический
Кафедра:Технология машиностроения

ДонНТУ
МЕХФ
ПОРТАЛ МАГИСТРОВ
Магистр ДонНТУ 2007
Домнина Василина Витальевна
Группа ТМ-06ф
написать письмо
Тема магистерской работы: “Технологическое обеспечение повышения качества отверстий
при обработке осевым инструментом”

Руководитель: доцент, к.т.н. Коваленко Валерий Ильич.
Библиотека

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

Малышко И.А., Коваленко В.И.

(каф.ТМ, ДонНТУ, г. Донецк, Украина)

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 Во меньше подачи на зуб: Во < sz. 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 Ру. 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 Oo – 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: Вo = 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: AoAo и СoСo – исходное положение; A1A1 и С1С1 – положение после поворота на 1800; A2A2 и С2С2 – соответственно после поворота на 3600. Здесь: sz = 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 ао. Вследствие асимметричности заточки толщина среза для одной режущей кромки (СС) будет меньше значения ао: аСС = аmin = аоак, а для второй кромки (АА) – соответственно больше величины ао: аАА = аmax = ао + ак, где ак – изменение толщины стружки, вызванное асимметричностью заточки сверла. Величина ак может быть определена из треугольника KLM: ак = Bosin. С учетом этого выражения минимальная и максимальная толщины среза, снимаемые режущими кромками, равны:

аmin = аоBosin . (1)

аmax = ао + Bosin . (2)

Разность между найденными значениями толщин среза на каждой режущей кромке определит предельное колебание толщины среза для сверла в целом: а = аmax - аmin = 2ак, или:

а = 2Bosin . (3)

Наличие положительного предельного колебания толщины среза а > 0 обуславливает возникновение неуравновешенной радиальной составляющей силы резания Ру.
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 sz = 0.5s = 0.14 мм/зуб. В то же время, для принятых условий резания допуск осевого биения составляет Вo = 0.08 мм [3]. Так как {Вo = 0.08 мм} < {sz = 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 аmin,i, а вторая – максимальную аmax,i; разность толщин резания аi = аmax,i -аmin,i. Наличие аi > 0 приводит к тому, что возникают неуравновешенные составляющие силы резания: Pzi - сила, действующая в направлении главного движения; PNi - составляющая силы резания, направленная по нормали к режущей кромке инструмента; Pуi - 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 Ax = rx / r, которая представляет собой безразмерный коэффициент, характеризующий положение произвольной точки режущей кромки сверла, где rx - 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 Pу при двухстороннем резании, соответственно для сверл с плоской и винтовой передними поверхностями. Аналогично, кривые 2а и 2б показывают изменение сил Pу 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.
На главную Вверх Магистры
Designed by Domnina Vassilina © 2006 ДонНТУ
©2006 Домнина В.В.