ОБРАЗОВАНИЕ ОГРАНКИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ РАЗВЕРТКАМИ ОДНОСТОРОННЕГО РЕЗАНИЯ.
Малышко И.А., Рожков
А.С. (ДонНТУ, г.Донецк, Украина)
Под огранкой при развертывании понимают разновидность вибрационных следов на обработанной поверхности отверстий, способных изменить макроформу отверстий, превращая их из поверхностей круговых цилиндров в сложные поверхности с чередующимися выступами и впадинами – гранение поверхностей. Как правило, развитие огранки в отверстии происходит постепенно, но по форме и шагу она быстро стабилизируется, возвращаясь в дальнейшем лишь на значение D перепада радиуса по впадинам и выступам, нарастая к выходному торцу обрабатываемой заготовки. Винтовые поверхности в большинстве случаев оказываются многозаходными. Замечено, наивысшая огранка очень редко пропадает. Обычно она имеет тенденцию к усилению и наиболее отчетливо проявляется в конце обработки. Это может быть объяснено не только резким снижением жесткости стебля, но и некоторым копированием следа огранки направляющими инструментами или его калибрующими кромками. Огранка развивается до тех пор, пока не образуется форма, наиболее устойчивая в конкретных условиях обработки. В большинстве случаев грани располагаются по винтовой линии, но могут быть расположены и параллельно от отверстия. В зависимости от условий обработки число граней может быть как четным, так и нечетным, и колебаться в разных пределах. При обработке с небольшими скоростями резания зафиксировано несколько случаев, когда изменялся не только шаг, но и направление винтовой линии огранки. Огранка появляется не всегда. Замечено, что наиболее часто появляется при обработке инструментами, не имеющими определенности базирования.
Образование огранки происходит в две стадии. На 1 – ой
стадии образуется первичная огранка (под первичной огранкой понимается огранка,
впервые образовавшаяся на поверхности отверстия на любом его участке по длине),
а на 2 – ой – огранка, вызываемая взаимодействием направляющих развертки с
поверхностью отверстия, имеющей первичную огранку.
Образование первичной огранки является следствие поперечных колебаний инструмента,при которых происходят колебания оси развертки – переменные по направлению повороты ее оси и связанные с этим радиальные перемещения калибрующей вершины лезвия относительно оси вращения заготовки (инструмента). Установлено, что для образования первичной огранки необходимо, чтобы частота указанных колебаний развертки была по крайней мере в 2,5 раза больше частоты вращения заготовки или инструмента либо суммарной частоты их вращения. Рассмотрим условия образования первичной огранки.
При
развертывании отверстий инструментом одностороннего резания с двумя жесткими
направляющими без зазора развертка базируется на поверхность отверстия их
передними участками, что обусловлено изгибом стебля силой резания, имеющей
плечо приложения относительно передних концов направляющих. При таком
базировании вследствие малой площади контакта направляющих с поверхностью
отверстия опора развертки на его поверхность является шарнирно – подвижной и не
препятствует угловым колебаниям оси развертки, обусловленным переменностью силы
резания, что приводит к радиальным перемещениям силы резания, что приводит к
радиальным перемещениям калибрующей вершины относительно оси вращения
заготовки. Составляющая амплитуды этих колебаний в основной плоскости
инструмента мала. По этой причине, а так же из – за малости расстояния от
калибрующей вершины до переднего конца направляющих малы и ее радиальные
перемещения, а следовательно, и первичная огранка.
Если механизм
образования огранки представляется достаточно определенным, то причина
поперечных колебаний стебля пока выяснена недостаточно. Хорошо известен факт
неравномерности подач (особенно медленных подач), применяемых на металлорежущих
станках. Это положение должно быть принято во внимание и при установлении
причины поперечных колебаний стебля при развертывании отверстий.
Развертывание
происходит с работой стеблей на сжатие, т.е. на продольный изгиб. При этом
стебель испытывает неравномерную нагрузку, которая может быть вызвана
первоначально не только различными условиями сопротивления сил трения
продвижению стеблей бобин при осуществлении подач, но и продольной
разнообрабатываемостью материала заготовки.
Следует выделить некоторую совокупность условий
образования огранки: базирование развертки на поверхность отверстия с
возможностью поворота ее оси, вызывающего радиальные перемещения калибрующей
вершины относительно оси вращения заготовки; возникновение поперечных (угловых)
колебаний развертки, сопровождающихся поворотом оси развертки и происходящих с
частотой, превышающей не менее, чем в 2,5 раза, частоту вращения заготовки
(инструмента); погрешности диаметра и формы обрабатываемого отверстия;
взаимодействие направляющих с участком отверстия, имеющего погрешность формы, и
перенос этой погрешности с обработанной поверхности на обрабатываемую.
Наряду с
диаметром и глубиной отверстия, кинетической схемой и режимом резания на
параметры огранки (значение D перепада радиуса по
впадинам и выступам, число граней и угол их наклона) существенно влияют угловое
расположение и размеры направляющих, а также размеры калибрующей ленточки
лезвия и вылет вершины относительно передних концов направляющих. Огранка на
поверхности отверстия вызывает преждевременный выход из строя инструмента вследствие
выкрашивания твердосплавных направляющих элементов, а в ряде случаев и поломки
режущего элемента. В связи с этим огранка нежелательна, а часто и вообще
недопустима не только как дефект поверхности отверстия, но и как фактор,
существенно снижающий стойкость инструмента.
Образование
огранки при поперечных автоколебаниях развертки. Полагая, что при поперечных
автоколебаниях инструмента вершины 
совершает перемещения
по эллипсу, траекторию ее движения можно представить уравнениями:
где 
- координаты вершины 
лезвия; 
- амплитуды
поперечных колебаний вершины 
; 
- частота и сдвиг фаз колебаний.
При принятом законе движения вершины 
уравнение поверхности
обрабатываемого отверстия получены в виде:
где 
- текущий и средний
радиусы обработанной поверхности; 
- отношение частоты поперечных колебаний развертки и частоте
вращения заготовки; 
- перемещение вершины
по направлению
подачи; 
- подач, 
- угол поворота
заготовки.
На процесс образования первичной огранки в основном влияют
параметры 
поперечных колебаний
развертки, интенсивность которых зависит от глубины развертывания, базирования
и жесткости стебля. Механизм образования первичной огранки непосредственно не
зависит от углового расположения на развертке режущих и направляющих элементов.
Влияние конструкции развертки проявляется косвенно через виброустойчивость
развертки и направления поворота оси развертки при поперечных колебаниях
стебля.
Отношение частоты поперечных колебаний развертки и
суммарной частоте вращения заготовки и стебля:
где m - частота от деления частот собственных основных изгибных
колебаний развертки w (в периодах/сек) на
суммарную угловую скорость вращения заготовки и инструмента 
(в об/сек).
Величина m для
однозубой развертки физически представляет число врезаний и выходов инструмента
за один оборот заготовки, в результате которых круговая цилиндрическая
поверхность обработанного отверстия превращается в граненую (с впадинами и
выступами).
Число врезаний m
может быть не целым числом, т.е.
где m0 – целое число врезаний инструмента в материал
заготовки за один ее оборот относительно инструмента;
- врезание, выходящее за один оборот заготовки (
<1).
Причем при 
=0 – канавки от врезаний инструмента располагаются
параллельно образующим обработанного отверстия, при 
< 0,5 и 
> 0,5 – канавки
образуют соответственно левые и правые винтовые линии при существовании огранки и при 
= 0,5 – канавки
располагаются по правым и левым винтовым линиям, образуя сетку.
Величина врезания выходящего за один оборот заготовки,
является величиной сдвига фаз колебаний:
а величина огранки есть
разность текущего и среднего радиуса обработанной поверхности:
.
Исходя из этого получим:
На рис.1 приведен график
зависимости величины огранки от отношения частоты поперечных колебаний
развертки и частоты вращения заготовки для случая 
=40мм.; 
=30°;
=30рад/сек; 
= 0.010мм; 
=0,024мм; 
=0 об/мин.
Переменной величиной
является частота вращения заготовки.
Таким образом установлено, что
определение и управление
величиной огранки отверстий
возможно за счет
изменения частоты поперечных
колебаний развертки, тогда
изменяя частоту вращения
заготовки или инструмента
можно уменьшать величину
огранки.
Однако увеличение
частоты вращения инструмента
вызывает рост вибрации, что
увеличит шероховатость поверхности, поэтому
частота вращения развертки
должна обеспечивать как
минимум огранки, так
и требуемую шероховатость поверхности.
Список литератупы: 1.Уткин
Н.Ф. Обработка глубоких отверстий.–Л.:Машиностроение,1988.-298с. 2.Троицкий Н.Д.
Глубокое сверление.-Л.:Машиностроение,1971.-176с.