Способ механической обработки нежесткой детали инженера Лутова Советский патент 1993 года по МПК B23B1/00 

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке нежестких тел вращения.

Известны способы обработки нежестких тел вращения, включающие механическую обработку нежестких деталей с применением растягивающих усилий.пропорциональных деформации. Способ позволяет повысить точность обработки и снижает остаточные напряжения на обработанной поверхности детали.

Недостаток: способ не исключает перераспределения остаточных напряжений в обработанной зоне и связанное с этим коробление оси детали. Это не позволяет гарантированно получать тела вращения с отклонением от прямолинейности оси меньше заранее заданной допустимой.

Известен способ механической обработки нежестких деталей, согласно которому с целью повышения точности обработки и улучшения эксплуатационных характеристик обработанных деталей путем стабилизации остаточных напряжений, исключающей влияние технологической наследственности от предыдущих операций над деталью, базирование детали осуществляют в расположенных по ее длине самоцентрирующихся опорах и устанавливают в них усилие зажима детали на 10% превышающее максимальную величину измеряемых реакций, а изменение величины подачи в процессе обработки осуществляют из условия сохранения постоянной разницы между радиальной составляющей силы резания и величины измеренных.упругих реакций.

Этот способ также не исключает перераспределения остаточных напряжений в обработанной зоне и связанное с ним коробление оси детали, что не позволяет гарантированно получать детали с отклонением от прямолинейности оси, не превышающим заранее заданной допустимой.

Наиболее совершенным способом, позволяющим получать нежесткое тело вращения с отклонением от прямолинейности

ел

С

00 Ю СО

ю

оси вращения, не превышающим,заранее заданную допустимую, является способ, включающий неоднократное чередование механической обработки заготовки, закрепленной в металлорежущем станке в трех и более сечениях с правкой. Этот способ принят за прототип.

Недостаток способа - высокие издержки на получение тела вращения с отклонением от прямолинейности оси, не превышающим заранее заданную допустимую, связанные с неоднократным повторением операции механической обработки и правки.

Целью изобретения является повышение точности обработки и снижение издержек производства при изготовлении нежестких тел вращения.

На фиг. 1 - 7 изображена схема осуществления этого способа,

Заготовку 1 закрепляют по концам и в промежуточных опорах (фиг. 1), причем, в третьем и последующих сечениях заготовку фиксируют в таком положении, в котором равнодействующая внешних сил, действующих на заготовку, равна нулю или меньше величины, под действием которой деформация заготовки не превысит допустимого для детали отклонения от прямолинейности оси.

Заготовку закрепляют с помощью опор 2; 3; 4 с возможностью вращения заготовки относительно общей для всех опор оси вращения. Одна из опор 5 передает заготовке вращательное движение. С целью ограничения влияния коробления обработанного участка на ось тела вращения обработку ведут в направлении от одной из промежуточ- ных опор, ограниченными по длине участками, к одному из закрепленных концов. Обработав участок длиной , отпускают все опоры, закрепляющие обрабатываемый конец заготовки (фиг. 2). В обработанной.зоне длиной , нарушено сложившееся ранее равновесие остаточных напряжений. Восстановление равновесия остаточных напряжений в этой зоне приводит к деформации этого обработанного участка и изменению положен-ия обработанного конца заготовки в пространстве. Длину обрабатываемого участка ALt выбирают исходя из условия: максимально возможное коробление обработанного участка, когда равнодействующая внешних сил, действующих на обрабатываемый конец заготовки, равна нулю, должно быть меньше заранее заданного допустимого для данного участка отклонения от прямолинейности оси. Вновь (фиг. 3) опорами 4 фиксируют обрабатываемый конец заготовки в таком положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна нулю либо меньше величины, поддействием которой деформация детали превысит заданное отклонение от прямолинейности оси, и обрабатывают следующий участок длиной AL2. Вновь отпускают обрабатываемый конец заготовки

(фиг. 4). В этой, вновь обработанной зоне, нарушено равновесие остаточных напряжений, его восстановление приводит к деформации второго обработанного участка длиной Д и изменению положения в пространстве обрабатываемого кошда заготовки. Длина второго обработанного участка выбирается исходя из условия: максимально возможное коробление второго обработанного участка, когда равнодействующая внешних сил, действующих на обрабатываемый конец заготовки, равна нулю, должно быть меньше заранее заданного допустимого для данного участка отклонения от прямолинейности оси.

Описанный процесс повторяется до тех пор, пока полностью не обрабатывают этот конец заготовки. Причем, перед обработкой i-того участка фиксируют обрабатываемый

конец заготовки в таком положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна нулю либо меньше величины, под действием которой деформация детали превысит заданное отклонение от прямолинейности оси и обраба- тывают участок длиной Ди. Длину обрабатываемого участка AU выбирают исходя из условия: максимально возможное коробление i-ro обработанного участка, когда равнодействующая внешних сил, действующих на обрабатываемый конец заготовки, равна нулю, должно быть меньше заранее заданного допустимого для данного участка отклонения от прямолинейности

оси. После обработки i-ro участка, с целью создания условий для перераспределения остаточных напряжений и восстановления равновесия остаточных напряжений в 1-той обработанной зоне, отпускают обработанный конец заготовки и для восстановления равновесия остаточных напряжений в обработанной зоне, его вновь фиксируют в положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна нулю либо меньше величины, под действием которой деформация заготовки превысит допустимое для детали отклонение от прямолинейности оси. Окончательно обработав и зафиксировав указанным образом один

конец заготовки, этим же способом обрабатывают и второй конец заготовки.

Длину обрабатываемого за установ у.ча- стка определяют исходя из следующих соображений. Заготовка установлена так, что равнодействующая внешних сил, действующих на заготовку, равна нулю. Для любого сечения А (см. фиг. 7) существует равновесие

Мд 0,(1) где Мд - суммарный момент, создаваемый внутренними силами в сечении А заготовки.

Сняв припуск на i-том участке заготовки длиной AU и включающим в себя сечение А, нарушают это равновесие. В результате в сечении А в оставшемся после обработки зоне Мдет будет компенсироваться уже за счет реакции опор, именно поэтому после обработки этого участка длиной AU обрабатываемый конец заготовки переустанавливают и фиксируют в таком положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна нулю либо меньше величины, под действием которой деформация детали превысит заданное отклонение от прямолинейности оси. В этом случае, приняв момент внешних сил, равный нулю, находят величину, на которую изменится момент внутренних сил в детали в результате ее переустановки.

Он равен ДМддет Мд пр+Л МдНао.,(2) где Л Мд дет - изменения момента внутренних сил в результате ее переустановки;

Мд Пр - момент, создаваемый внутренними силами в снимаемом припуске до ме- ханообработки;

АМд накл изменение момента внутренних сил на поверхности детали, произошед- шее в результате наклепа при механообработке.

Оцениваются эти величины по предельно возможным значениям. Для этого предполагают:

1. Вся потенциальная энергия, накопленная в снимаемом припуске и слое детали, подвергающемся наклепу, идет на искривление детали, то есть растягивающие и сжимающие напряжения расположены по разные стороны от нейтральной оси, и суммарные статические моменты сжатой и рас- тянутой зоны снимаемого припуска и наклепанного слоя будут равны между собой.

2. Направление нейтральной оси на всей длине A U обработанного участка остается неизменным.

3. Напряжения в снимаемой зоне равны предельно возможным, то есть 7гек- пределу текучести.

4. Внутренние силы направлены вдоль оси заготовки. Исходя из этих, предельно возможных требований АМд дет не может превысить величины

AIVKfleT OVeK(Sk-SA),(3)

где SA - суммарный статический момент растянутой зоны, снимаемого припуска и наклепанного слоя детали в сечении А;

SA - суммарный статический момент сжатой зоны снимаемого припуска и наклепанного слоя детали в сечении А,

Для простоты рассматривают участок длиной с неизменным сечением и припуском. Поэтому индекс А в формуле (3) можно не употреблять. Под действием момента сил А Мд дет обработанную поверхность покоробит, причем радиус кривизны р будет равен

р Е у.дет Е lv

0

5

0

0

у.дет

™Ает ОтекСЗ -З11) или учитывая условие (2) -.- Е 1удет Р

(4)

S ПК

5 где5пк I S IS I - статический момент полукольца снимаемого припуска и наклепанного слоя детали относительно нейтральной оси.

На длине A Li обработанного за установ 0 участка происходит коробление заготовки, при котором отклонение от прямолинейности оси не превышает допустимого Ад0п (см. фиг. 7)

A U определяют из А ОВД 5 Угол ОВД 90°;ОД р;ОВ /0-Адол; ДВ AU; отсюда

A } f - (р- АДоп)2 2р Адоп - Адоп Учитывая,что

(6)

Адоп «р А Ц V2/9 Адоп или учитывая (5) получают

45

A U 1/АдОП Е 1у,дёт Отек SHK

(7)

То есть, обработав заготовку длиной A U получают отклонение от прямолинейности оси, не превышающее Адоп. Максимально возможное отклонение от прямолинейности оси определяют из формулы

д A L Отек SHK

(8)

Е 1у. дет - -- 5 Эти рассуждения действительны для случая, когда погрешность переустановки обрабатываемого конца заготовки равна нулю. Формулой изобретения допускается погрешность установки обрабатываемого конца заготовки, не превышающая допустимого для данной детали отклонения от прямолинейности оси вращения Ддоп, поэтому с учетом погрешности установки обрабатываемого конца заготовки Ј Ддоп Јi ,

где Д. - отклонение от прямолинейности оси, возникающее в результате коробления при обработке i-ro участка, отсюда

Д1 Ддоп - Јi, тогда формула (7) с учетом погрешности установки будет иметь вид

(9)

A LI У(Адоп -Ј;)Ј: у дет Отек SriK

Из формулы (9) следует: при е стремящемся к Адоп, тоА U стремится к О, поэтому Јj выбирают в пределах от 0 до Адоп, исходя из точки и быстродействия переустанавливаемой опоры, выбирая наиболее экономически целесообразный вариант.

Как видно из описания, для достижения поставленной цели - получить нежёсткое тело вращения с отклонением от прямолинейности оси, не превышающим заранее заданного, необходимо постоянно ориентировать относительно станка уже обработанную часть заготовки. Это можно выполнить закрепив заготовку 1 не менее, чем в двух сечениях. Эту функцию выполняют опора 2, закрепляющая необрабатываемый конец заготовки, и промежуточная, расположенная между двумя крайними опорами, опора 3. Эти опоры в процессе обработки обрабатываемого конца заготовки не переустанавливаются и постоянно ориентируют относительно станка необрабатываемый конец и уже обработанную часть обработанного конца заготовки. Кроме того, опорой 4 закрепляется обрабатываемый конец заготовки. Эта опора переустанавливается. Она фиксирует обрабатываемый конец заготовки в таком положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна нулю или не превышает величины, под действием которой деформация детали превысит заданное отклонение от прямолинейности оси. В таком положении обрабатываемый конец заготовки и фиксируется. Оставить обрабатываемый конец заготовки незакрепленным нельзя, так как в этом случае равнодействующая внешних сил, действующих на обрабатываемый конец заготовки, может превысить предельно допустимую. Это приведет к деформации обрабатываемого конца заготовки, превышающей допустимую. Отсюда следует, что заготовку необходимо закреплять не менее, чем в трех сечениях, При обработке заготовки в каждом сечении обрабатываемого участка происходит нарушение ранее сложившегося

равновесия внутренних сил. Восстановление равновесия приводит к короблению этого участка. Основная идея, заложенная в способе обработки, состоит в том, чтобы

5 коробление обработанного за установ участка не приводило бы к изменению положения относительно станка уже обработанной зоны, а вело бы к изменению положения только необработанного еще, но обрабаты10 ваемого конца заготовки. То есть, коробление заготовки, превышающее допустимое, как бы выносится за пределы обрабатываемой поверхности. Именно поэтому каждый последующий обрабатываемый участок дол15 жен быть расположен дальше от промежуточной опоры, чем зафиксированная непереустанавливаемыми опорами 2 и 3 уже обработанная зона. Иная последовательность обработки, например, от непере20 устанавливаемой опоры, закрепляющей обрабатываемый конец заготовки, к промежуточной, непереустанавливаемой опоре, приведет к тому, что при переустановке обрабатываемого конца заготовки изменится

25 положение в пространстве уже обработанной зоны, то есть коробление скажется на положении оси уже обработанной зоны, положительный эффект в этом случае не будет достигнут.

30 Пример. Определить длину обрабатываемого за установ участка ДЦ если диаметр заготовки 207 мм, диаметр детали 200 мм, материал сталь Отек 100 кг/мм2, Адоп, 0,1 мм; Ј| 0,01 мм, Е 2 -104 кг/мм2;

35 глубина дефектного слоя t 0,2 мм.

Длину обрабатываемого за установ участка определяют по формуле (9)

AU i/(Aqon-Јi) Ь У-Дет 40 Отек Зп.к

, яРдет ЛГ-2004 Toq.-tn $ У.дет- -ёд- --§4-- VMM

Q (0Дет 2 )3 - 2073 - 1 -в3 4512 -----12--- -7,66 -104мм3

AU ,/(0,01 -0,01)2 10 -7,85 10

..,. У100 7,66 104

136 мм

Отсюда, при обработке Данного тела вращения, длина обрабатываемого за установ участка, при которой отклонение от прямолинейности оси не превысит 0,1 мм, составляет 136 мм.

Этот способ можно применить при обработке тел вращения на токарных и кругло- шлифовальных станках, например, для изготовления валов, имеющих ограничения по непрямолинейности. В качестве опор, закрепляющих обрабатываемые концы, наиболее рационально использовать вертлюжные люнеты. В качестве опоры, передающей вращательное движение заготовки, используют четырехкулачковый патрон.

Как видно из описания, для получения тела вращения с отклонениями от прямолинейности оси, не превышающими заранее

заданных допустимых, достаточно однократно обработать заготовку по наружной поверхности. Это позволяет снизить суммарный припуск и уменьшить машинное время на механообработку, что позволяет снизить издержки производства при изготовлении нежестких тел вращения, имеющих ограничения по непрямолинейности оси.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при обработке нежестких тел вращения. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе обработки закрепленной по концам и в промежуточных опорных детали, ее периодически переустанавливают, а обработку ведут от одной из промежуточных опор к одному из закрепленных концов. При этом, длину обрабатываемого участка назначают исходя из предложенного математического соотношения. 7 ил.

Формула изобретения Способ механической обработки нежесткой детали, включающий ее закрепление по концам и в промежуточных опорах и последовательное продольное течение сопряженных участков с периодической переустановкой детали, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки, обработку ведут от одной из промежуточных опор к одному из закрепленных концов, а длину обрабатываемого участка назначают из математического соотношения,

|ДАцоп Јl) Ь 1У. дет . Отек Зпк

где Дцогг допускаемое отклонение от прямолинейности оси вращения;

Ј - погрешность установки обрабатываемого конца заготовки;

ФШ

-Н

1

к

Е - модуль упругости обрабатываемого материала;

I у.дет - осевой момент инерции сечения обрабатываемого участка относительно оси ОУ, проходящей через центр оси вращения детали;

Отек- предел текучести обрабатываемого материала;

5пк - статический момент полукольца снимаемого припуска и наклепанного при механической обработке слоя детали относительно нейтральной оси, при этом при переустановке обрабатываемый конец детали фиксируют в положении, при котором действующая на него равнодействующая внешних сил равна 0 либо меньше величины, под действием которой деформация детали превысит заданное отклонение от прямолинейности оси.

R-0

Фи г. 2

1

-- -----j-- -- -p-,

,------. ----------Jv .„..., ™.----. I

.„..-„, -,- ..--.,„.., . ,-. - «V.- ...,.-.,-., - - . jl- - , .-- ., : - « -...- -- . ...-...л fc J

„А„Л.

д Дс

г.

U |; -------- |----|---..1----,.- - .--. -------:-a U

с

5

2Ј

Фиг 6

3$Г#

Фи г Л