Процесс сверления глубоких отверстий малого диаметра характеризуется низкой прочностью и жесткостью инструмента, затруднительным отводом стружки из обрабатываемого отверстия и плохими условиями подвода смазывающе-охлаждающей жидкости в зону резания. Эти особенности приводят к тому, что глубокие отверстия метром менее 2 мм сверлятся в основном на станках с ручной подачей инструмента, при этом требуется определенный навык. Работа, оценивая по косвенным признакам величину действующих в процессе обработки силовых факторов, изменяет величину подачи периодически выводит сверло из отверстия для удаления стружки охлаждения инструмента. Такой способ обработки связан с боль-ми затратами ручного труда, утомителен для рабочего и, кроме о, приводит к частым поломкам сверл и браку деталей. Для автоматизации обработки глубоких отверстий малого диаметра целесообразно применять адаптивные системы управления. Наиболее совершенными являются системы управления, при которых промежуточные выводы сверла производятся при увеличении им крутящего момента или осевой силы до установленных предельных значений. Оценка величин силовых факторов ведется по приведенным показателям, например по величине усилия подачи, силе Pа или мощности, потребляемых электродвигателем привода вращения сверла. Эти системы хорошо зарекомендовали себя при обработке отверстий диаметром более 6 мм. При уменьшении диаметра сверления потери в приводах подачи и вращения сверла становятся соизмеримыми, а иногда и превосходят величину соответствующих силовых параметров резания. Поэтому такие системы не нашли применения при обработке отверстий малого диаметра. Кроме го, существующие устройства контроля крутящего момента на сверле и осевой пилы отличаются недостаточной надежностью. Однако и идеальная система управления, например по макси¬мальной величине крутящего момента, не обеспечит полного использования возможностей инструмента, так как это значение момента будет достигаться лишь после углубления сверла на определенную величину. Возрастание крутящего момента по мере затупления сверла обусловлено увеличением момента сил трения сверла и стружки о стенки отверстия. Интенсивность возрастания момента будет определять степень недоиспользования возможностей сверла и резерв повышения производительности обработки.
Для иллюстрации этого можно воспользоваться данными, поученными при исследовании процесса сверления отверстий четырехленточными спиральными сверлами диаметром 1,65 мм из ста-и Р18. Материал детали—сталь 18Х2Н4ВА, твердость HRC 22—28, глубина сверления 24 мм, скорость резания 14,5 м/мин, охлаждение — эмульсией. Измерение крутящего момента в процессе сверления и математическая обработка результатов эксперимента позволили получить следующую линеаризованную зависимость: М = 0,035 + 0,004 + (3,23 + 0,45)s , (1) де М — момент на сверле, нм; I — заглубление, мм; s — подача, мм/об. Подсчитанные по этой формуле величины совпадают с результатами эксперимента, начиная со значения 0,8 мм, для всех заглублений, кроме первого. Стоимостные испытания, проведенные на станке, оборудование системой предохранения сверла от поломки по крутящему моменту, показали, что лучшие результаты по стойкости и производи тельности обработки получаются при s=0,03 мм/об и М~0 16 нм На рис. 1 показан график изменения момента на сверле в зава симости от глубины сверления при s = 0,03 мм/об (кривая Л И графика видно, что момент на сверле достигает своего заланног значения только на глубине 2 мм. Таким образом, на протяжении заглубления сверло недогружено по моменту. Оптимальный йикл обработки, устраняющий этот недостаток, должен обеспечивать постоянство величины момента М0 во время сверления. Постоянство момента по мере заглубления может быть достигнуто путем автоматического регулирования подачи.
Построенная по уравнению (1) кривая 2 (см. рис. 1) такого изменения подачи при сверлении, которое необходимо для стабилизации момента М0, равного 0,169 нм, показывает, что сверление в данном случае можно начинать на подаче smax=0,04 мм/об При обработке с автоматическим регулированием подачи промежуточные выводы сверла следует производить не по жесткому циклу, а лишь в те моменты, когда подача уменьшится до установленного минимального значения. Если в рассматриваемом случае минимальное значение подачи smin = 0,03 мм/об, то средняя величина заглубления будет равна 2 мм, если smln = 0,02 мм/об, то сред¬няя величина заглубления увеличится вдвое, а следовательно вдвое уменьшится число промежуточных выводов. Однако при этом нее значение подачи остается на уровне 0,03 мм/об. Кроме того, от сверла к детали перед каждым заглублением может пронзаться на подаче, превышающей максимальную расчетную подачу, величину, определяемую быстродействием системы регулирования. Это позволяет получить высокую производительность на станке системой стабилизации момента по сравнению со станком с системой предохранения по моменту.
В лаборатории кафедры «Технология машиностроения» Челябского политехнического института создан агрегатный станок последовательной обработки трех отверстий диаметром 13 мм на глубину 24 мм в одной детали. Станок оборудован пневмо-системой автоматического управления, изменяющей режимы обработки в соответствии с текущими условиями. (На рис. 2 показана упрощенная принципиальная схема станка, сверло 6 закреплено в инструментальном шпинделе 5, который ановлен в пиноли 4 агрегатной головки. Инструментальный шпиндель вращается от асинхронного электродвигателя 1 через ноременную передачу 2 и редуктор 3. Последний представляет собой зубчатый планетарный механизм с двумя центральными кодами наружного зацепления и сцепляющимися сателлитами. В 7 редуктора заторможено с помощью поводка 8 и пружины 9 установлено на подшипниках 28 в корпусе пиноли. Планетарный редуктор в данном случае выполняет роль динамометра для измерения величины крутящего момента на сверле, который оценивается реактивным моментом Му на водиле. Последний для соосных передач такого типа определяется без учета потерь в редукторе по формуле My = MH(i) где Му — реактивный момент на водиле, который назовем моментом управления; Мн — момент на выходном валу редуктора, т. е. момент нагрузки на сверле; i — передаточное число редуктора. Таким образом, момент управления на водиле равен удвоенному моменту нагрузки, что наряду с меньшей инерционностью являет-:i преимуществом данной схемы перед схемой измерения с подвеской статора приводного электродвигателя . Поводок 8 водила через двуплечий рычаг 38 и регулировочный 37 воздействует на плунжер 39 осевого дросселя рабочей подачи, в результате чего при возрастании крутящего момента на сверле рабочая подача автоматически уменьшается. При малой жёсткости пружины 9 и большом передаточном отношении рычага 38 крутящий момент в процессе обработки будет практически постоянным вследствие малости величины статической неравности.
Требуемое значение крутящего момента задается принудительным натяжением пружины 9. При заглублении сверла соответствии с вышеизложенным подача будет уменьшаться и в момент, когда она достигнет установленного минимального сечения (smin), должна подаваться команда на промежуточный подвод сверла. Поскольку в данной схеме величина подачи с достаточной точностью определяется положением рычага 38, то команда промежуточный вывод подается от конечного выключателя 41, который воздействует винт 40, закрепленный в рычаге 38. Если пневматическая связь между поводком 8 и плунжером дросселя 39 разорвана, станок работает в режиме управления по максимальной причине крутящего момента при постоянной подаче, которая будет определяться жестко зафиксированным положением плунжера. На скалке 24, которая через кронштейн23 связана с пинолью 4, вмонтирован механизм путевого управления, позволяющий совместно с описанной выше схемой регулирования осуществить следующий цикл обработки: быстрый подвод сверла; врезание с максимальной рабочей подачей; сверление со стабилизированным моментом на шпинделе за счет автоматического регулирования подачи; промежуточный ускоренный вывод сверла при уменьшении подачи до установленной величины . После обработки первого отверстия производятся автоматическое деление и обработка второго и третьего отверстий, и станок останавливается. Подача пиноли агрегатной головки гидравлическая. Масло от насоса подводится в правую полость силового цилиндра. При включенном электромагните реверсивного золотника 22 масло из левой полости через дроссели 32 и 39 сливается в бак, происходит быстрый подвод сверла к детали. В момент подхода сверла к детали скользящий кулачок 33 через рычаг 31 воздействует на плунжер дросселя 32 быстрых ходов, слив масла через него прекращается, и весь объем масла из левой полости цилиндра сливается через дроссель 39 рабочей подачи, происходит движение пиноли на подаче врезания (smar). Кулачок 33 при этом останавливается жестким упором 25 и скользит относительно скалки 24. Рабочая подача в процессе сверления регулируется за счет изменения площади проходного сечения дросселя 39. При срабатывании конечного выключателя 41 электромагнит золотника 22 обесточивается, и масло от насоса поступает в обе полости цилиндра. За счет разности активных площадей поршня пиноль перемещается вправо до срабатывания конечного выклю¬чателя 34, который подает команду на возврат пиноли. После обработки отверстия на полную глубину срабатывает конечный выключатель 36, электромагнит золотника 22 обесточивается, и головка возвращается в крайнее заднее положении Скользящий кулачок 33 при этом упором 26 смещается относительно скалки в исходное положение. В исходном положении агрегатной головки срабатывает конечный выключатель 35, при этом включается электромагнит золотника 18, управляющего поворотом барабана приспособления, в ко тором закреплена деталь. Масло от насоса через золотник 18 поступает в верхнюю полость гидроцилиндра 14, перемещая зубчатую рейку 15 вправо. При повороте зубчатого колеса 16 закреплена на нем собачка 13 храпового механизма заскакивает за следующий зуб храпового колеса, а кулачок 19 отжимает фиксатор 20, освобождая для поворота делительный диск 10. В конце своего хода рейка 15 нажимает на конечный выключатель 17, который подает команду золотнику 18 на обратный ход. При обратном движении рейки собачкой 13 поворачиваются храповое колесо и связанный с ним делительный диск 10. Освободившийся фиксатор 20 заскакивает в следующий паз делитель¬ного диска, определяя нужное положение детали для сверления второго отверстия. В этот момент кулачок 21, закрепленный на поворотной части приспособления, нажимает на конечный выклю¬чатель 12, который дает команду на движение пиноли вперед для сверления второго отверстия. После обработки третьего отверстия и окончания деления такой команды не подается, так как на пово¬ротной части приспособления закреплено только два кулачка 21. Цикл закончен, пиноль остается в исходном положении, и электро¬двигатель 1 вращения шпинделя отключается.
При неправильной заточке сверла или его критическом затуплении возрастает число промежуточных выводов. В системе станка предусмотрен счетчик 29 числа ходов головки при сверлении каждого отверстия, который настраивается на определенное число заглублений, исходя из условий производительной обработки и предохранения сверла от возможной поломки при потере им режущей способности. Как только число заглублений превысит установленное, сработает конечный выключатель 30 счетного устройства, станок останавливается и подается специальный световой сигнал на смену инструмента. После обработки каждого отверстия счетный механизм кулачком 27 приводится в первоначальное положение, и при сверлении следующего отверстия счет числа заглублений вновь ведется с единицы. Испытания станка проводились в течение двух месяцев в лабораторных условиях. За исходные параметры для испытаний были выбраны условия обработки корпуса распылителя в цехе топливной аппаратуры Челябинского тракторного завода. Материал заготовок — сталь 18Х2Н4ВА, твердость HRC 28—34, сверло четырехленточное из инструментальной стали Р18 с углом 118 вершине 2ф=118±2°. Сверление производилось при скорости резания 18 м/мин на разных подачах врезания (smax), для каждого значения подачи устанавливались различные величины крутящего момента на сверле, сверло охлаждалось эмульсией. Испытания проводились двумя способами управления циклом работки.
При управлении циклом по максимальной величине момента сверле, которая устанавливалась на уровне 0,169 нм, при посто¬йной подаче s=0,03 мм/об были получены следующие результаты: величина машинного времени обработки одной детали составляла 2,44 мин, среднее число промежуточных выводов при обработке одного отверстия 11,5, средняя стойкость сверла 45 деталей (135 отверстий). Применение системы стабилизации момента на сверле, величина которого также устанавливалась на уровне 0,169 нм при ах =0,05 мм/об и s-min — 0,02 мм/об, позволило уменьшить велину машинного времени до 1,94 мин. При этом среднее число промежуточных выводов составляло 8,5, а средняя стойкость сверла детали (126 отверстий). Испытания показали, что станок работает надежно при любом 3 указанных способов управления циклом. Обработка на станке позволяет получить объективный критерий режущей способности сверла, значительно сократить число поломок сверл по сравнению обработкой на настольно-сверлильных станках и обеспечивает возможность многостаночного обслуживания за счет полной автоматизации цикла обработки.