eng
DOI: 10.22184/2499-9407.2025.40.3.52.55
Рассмотрены новые требования к конструированию расточных оправок. Для объективности результатов исследования проведена аттестация всех соединений расточных оправок. Получены зависимости жесткости адаптивных расточных оправок в составе технологической системы вертикально-фрезерного станка от переменной нагрузки для различных условий сборки деталей оправок.
Рассмотрены новые требования к конструированию расточных оправок. Для объективности результатов исследования проведена аттестация всех соединений расточных оправок. Получены зависимости жесткости адаптивных расточных оправок в составе технологической системы вертикально-фрезерного станка от переменной нагрузки для различных условий сборки деталей оправок.
Теги: adaptive bar boring connection measurement rigidity system technological адаптивный жесткость измерение оправка расточной система соединение технологический
Исследование адаптивных расточных оправок
С. В. Бушуев, Н. С. Есаков
Рассмотрены новые требования к конструированию расточных оправок. Для объективности результатов исследования проведена аттестация всех соединений расточных оправок. Получены зависимости жесткости адаптивных расточных оправок в составе технологической системы вертикально-фрезерного станка от переменной нагрузки для различных условий сборки деталей оправок.
Введение
Внедрение комплекса международных документов ИСО 13399 через ГОСТ Р 54132-2010 [1] для описания данных о режущем инструменте устанавливает термины, свойства и определения тех его элементов, которые обеспечивают присоединение инструмента к станку.
Эти элементы, предназначенные для передачи крутящего момента на элемент обработки резанием, установленный в отдельном инструменте, названы адаптивными элементами и включают в себя зажимные патроны, оправки и отдельные соединительные (адаптивные) детали (рис. 1) [2].
В значительной степени по такой схеме строятся конструкции сборного (модульного) расточного инструмента [3, 4], некоторые варианты которого подробно исследованы [5, 6]. Однако в этих исследованиях использовались образцы инструмента, которые не были аттестованы по размерным и геометрическим параметрам, что не позволяет считать полученные результаты объективными.
В данной работе задача исследования состояла в исследовании влияния геометрических параметров соединений и размеров адаптивных элементов на суммарную жесткость технологической системы вертикального фрезерного станка, определяющую точность диаметрального размера растачиваемых отверстий.
Методика исследования
Объект исследования
Рассматривали расточную оправку, состоящую из множества соединительных (адаптивных) деталей, модель которой показана на рис. 2.
Для соединения деталей чаще всего используется цилиндрическое соединение [7]. Например, в удлинителе 3 выполняется цилиндрическое отверстие, в которое вставлен цилиндрический хвостовик 1 следующей детали. В хвостовике перпендикулярно его оси выполнено коническое отверстие, взаимодействующее с коническим винтом 2, к которому прикладывается крутящий момент Мзат. для создания осевой составляющей Pc, которая вызывает силовое замыкание соединяемых деталей по торцу Т.
Для исследования влияния геометрических параметров соединений и размеров деталей были изготовлены опытные образцы. Основные размеры изготовленных образцов деталей приведены в табл. 1.
Технические средства и результаты измерений
Перечисленные в таблице присоединительные поверхности были аттестованы по размерным и геометрическим параметрам. Измеряли диаметр поверхности, ее шероховатость и отклонения от круглости и цилиндричности.
Измерения макрогеометрии осуществляли на координатно-измерительной машине Dea Global Perfomance 050505 (погрешность контроля размеров из табл. 1 не превышает 1,1 мкм) и на кругломере Mahr Form MMQ‑400 (погрешность измерения отклонения от круглости не превышает 0,1 мкм). Контроль шероховатости реализовывался на профилографе Hommel Tester T8000. Результаты измерений сведены в табл. 2.
При этом существенная конусность была зафиксирована только на наружной поверхности переходника, и ее размер составил 0,003 мм. Из результатов измерений по отдельным сечениям было рассчитано, что максимальный зазор в сопряжении между наружной поверхностью переходника ∅63×50 мм и внутренним цилиндром ∅36 мм державки составил 0,031 мм, а минимальный – 0,024 мм.
Экспериментальные исследования
Исследовали жесткость технологической системы вертикально-фрезерного станка модели ВМ127М, в шпинделе которого устанавливали подготовленные к испытаниям адаптивные расточные оправки, собранные из деталей 1–2–3 (см. табл. 1) с суммарным вылетом 230 мм.
Крутящий момент Мзат., прикладываемый к коническим винтам для создания осевой составляющей Pc, контролировали динамометрическим ключом.
На вылете 220 мм от торца шпинделя создавали статическую радиальную силу F, величину которой контролировали с помощью динамометрического устройства, описанного в [8]. Возникающие перемещения Δупр измеряли индикатором часового типа.
Результаты исследования
Приведенное к вершине режущей части СМП перемещение Δупр рассматривали как результат суммы упругих объемных деформаций деталей оправки и упругих контактных деформаций в его соединениях, характеризуемых углами поворота Θi [9].
Обобщение табличных зависимостей значений угла поворота Θi от зазоров Δ в различных соединениях из источников [3, 9] приведено на рис. 4.
В соответствии с данными табл. 2 для рассматриваемого цилиндрического соединения диаметром 36 мм угол поворота Θi = 0,024…0,028 · 10−5 (Н · м)−1.
Расчетным путем установили, что для создания рекомендуемого давления 2,1 МПа при диаметре торца Т, равного 63 мм, конический винт следует завинчивать крутящим моментом Мзат = 15 Н · м.
В результате получены следующие зависимости перемещений Δупр от величины статической радиальной силы F (рис. 5).
Существенно важно, что при рассматриваемых зазорах жесткость мало изменяется, несмотря на значительное изменение давления в торцовых стыках. Этот факт объясняет результаты измерений вибраций в упругих системах станков [10].
Выводы
Выполнены исследования адаптивного расточного инструмента, детали которого аттестованы по размерным и геометрическим параметрам, что позволяет считать полученные результаты объективными.
Получены зависимости суммарной жесткости технологической системы вертикального фрезерного станка с учетом геометрических параметров соединений и размеров адаптивных элементов.
Данные выполненных исследований дополняют теорию контактной жесткости машин сведениями о влиянии упругих деформаций в соединениях сборного режущего инструмента.
Литература
Комплекс международных документов ИСО 13399.
ГОСТ Р 54132-2010 / ISO / TS 13399-4:2007 «Представление и обмен данными по режущим инструментам». Часть 4. Справочный словарь по адаптивным элементам.
Маслов А. Р. Приспособления для металлообрабатывающего инструмента. Справочник / 3‑е изд., испр. и доп. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.
Маслов А. Р. Модульные инструментальные наладки // Станкоинструмент, 2021. № 2 (023). С. 86–92.
Копылов В. В., Есаков Н. С., Шуляк Я. И. Исследование модульного расточного инструмента // Станкоинструмент. 2024. № 1 (034). С. 72–74.
Козочкин М. П., Сабиров Ф. С., Есаков Н. С. Диагностика технологических систем «станок – расточной инструмент» // Контроль. Диагностика. 2024. Т. 27, № 11. С. 52–59.
Маслов А. Р., Смолкин Е. М., Тивирев Е. Г. Модульные расточные инструментальные наладки // Станкоинструмент. 2021. № 4 (025). С. 48–57.
Волотов Д. И., Маслов А. Р. Модульное устройство для измерения технических параметров технологической оснастки // Станкоинструмент 2023. № 3 (032). С. 68–73.
Маслов А. Р., Тивирев Е. Г. Проектирование модульных инструментальных наладок с заданными точностью и жесткостью // Станкоинструмент. 2022. № 2 (027). С. 68–73.
Алленов Д. Г. Параметры вибраций при изменении состояния и качества крепления режущих вставок модульного инструмента в условиях автоматизированной обработки резанием (Д. Г. Алленов, Г. Г. Журавлев, М. П. Козочкин, А. Р. Маслов) // Контроль. Диагностика. 2022. № 1 (25). С. 16–25.
Авторы
Бушуев Семен Викторович – заведующий лабораторией линейно-угловых измерений технологического полигона, МГТУ «СТАНКИН», Москва
Есаков Никита Сергеевич – инженер-конструктор, ООО «АЙ-ЭС-ЭС» (Интеллектуальные Системы Безопасности), Москва
С. В. Бушуев, Н. С. Есаков
Рассмотрены новые требования к конструированию расточных оправок. Для объективности результатов исследования проведена аттестация всех соединений расточных оправок. Получены зависимости жесткости адаптивных расточных оправок в составе технологической системы вертикально-фрезерного станка от переменной нагрузки для различных условий сборки деталей оправок.
Введение
Внедрение комплекса международных документов ИСО 13399 через ГОСТ Р 54132-2010 [1] для описания данных о режущем инструменте устанавливает термины, свойства и определения тех его элементов, которые обеспечивают присоединение инструмента к станку.
Эти элементы, предназначенные для передачи крутящего момента на элемент обработки резанием, установленный в отдельном инструменте, названы адаптивными элементами и включают в себя зажимные патроны, оправки и отдельные соединительные (адаптивные) детали (рис. 1) [2].
В значительной степени по такой схеме строятся конструкции сборного (модульного) расточного инструмента [3, 4], некоторые варианты которого подробно исследованы [5, 6]. Однако в этих исследованиях использовались образцы инструмента, которые не были аттестованы по размерным и геометрическим параметрам, что не позволяет считать полученные результаты объективными.
В данной работе задача исследования состояла в исследовании влияния геометрических параметров соединений и размеров адаптивных элементов на суммарную жесткость технологической системы вертикального фрезерного станка, определяющую точность диаметрального размера растачиваемых отверстий.
Методика исследования
Объект исследования
Рассматривали расточную оправку, состоящую из множества соединительных (адаптивных) деталей, модель которой показана на рис. 2.
Для соединения деталей чаще всего используется цилиндрическое соединение [7]. Например, в удлинителе 3 выполняется цилиндрическое отверстие, в которое вставлен цилиндрический хвостовик 1 следующей детали. В хвостовике перпендикулярно его оси выполнено коническое отверстие, взаимодействующее с коническим винтом 2, к которому прикладывается крутящий момент Мзат. для создания осевой составляющей Pc, которая вызывает силовое замыкание соединяемых деталей по торцу Т.
Для исследования влияния геометрических параметров соединений и размеров деталей были изготовлены опытные образцы. Основные размеры изготовленных образцов деталей приведены в табл. 1.
Технические средства и результаты измерений
Перечисленные в таблице присоединительные поверхности были аттестованы по размерным и геометрическим параметрам. Измеряли диаметр поверхности, ее шероховатость и отклонения от круглости и цилиндричности.
Измерения макрогеометрии осуществляли на координатно-измерительной машине Dea Global Perfomance 050505 (погрешность контроля размеров из табл. 1 не превышает 1,1 мкм) и на кругломере Mahr Form MMQ‑400 (погрешность измерения отклонения от круглости не превышает 0,1 мкм). Контроль шероховатости реализовывался на профилографе Hommel Tester T8000. Результаты измерений сведены в табл. 2.
При этом существенная конусность была зафиксирована только на наружной поверхности переходника, и ее размер составил 0,003 мм. Из результатов измерений по отдельным сечениям было рассчитано, что максимальный зазор в сопряжении между наружной поверхностью переходника ∅63×50 мм и внутренним цилиндром ∅36 мм державки составил 0,031 мм, а минимальный – 0,024 мм.
Экспериментальные исследования
Исследовали жесткость технологической системы вертикально-фрезерного станка модели ВМ127М, в шпинделе которого устанавливали подготовленные к испытаниям адаптивные расточные оправки, собранные из деталей 1–2–3 (см. табл. 1) с суммарным вылетом 230 мм.
Крутящий момент Мзат., прикладываемый к коническим винтам для создания осевой составляющей Pc, контролировали динамометрическим ключом.
На вылете 220 мм от торца шпинделя создавали статическую радиальную силу F, величину которой контролировали с помощью динамометрического устройства, описанного в [8]. Возникающие перемещения Δупр измеряли индикатором часового типа.
Результаты исследования
Приведенное к вершине режущей части СМП перемещение Δупр рассматривали как результат суммы упругих объемных деформаций деталей оправки и упругих контактных деформаций в его соединениях, характеризуемых углами поворота Θi [9].
Обобщение табличных зависимостей значений угла поворота Θi от зазоров Δ в различных соединениях из источников [3, 9] приведено на рис. 4.
В соответствии с данными табл. 2 для рассматриваемого цилиндрического соединения диаметром 36 мм угол поворота Θi = 0,024…0,028 · 10−5 (Н · м)−1.
Расчетным путем установили, что для создания рекомендуемого давления 2,1 МПа при диаметре торца Т, равного 63 мм, конический винт следует завинчивать крутящим моментом Мзат = 15 Н · м.
В результате получены следующие зависимости перемещений Δупр от величины статической радиальной силы F (рис. 5).
Существенно важно, что при рассматриваемых зазорах жесткость мало изменяется, несмотря на значительное изменение давления в торцовых стыках. Этот факт объясняет результаты измерений вибраций в упругих системах станков [10].
Выводы
Выполнены исследования адаптивного расточного инструмента, детали которого аттестованы по размерным и геометрическим параметрам, что позволяет считать полученные результаты объективными.
Получены зависимости суммарной жесткости технологической системы вертикального фрезерного станка с учетом геометрических параметров соединений и размеров адаптивных элементов.
Данные выполненных исследований дополняют теорию контактной жесткости машин сведениями о влиянии упругих деформаций в соединениях сборного режущего инструмента.
Литература
Комплекс международных документов ИСО 13399.
ГОСТ Р 54132-2010 / ISO / TS 13399-4:2007 «Представление и обмен данными по режущим инструментам». Часть 4. Справочный словарь по адаптивным элементам.
Маслов А. Р. Приспособления для металлообрабатывающего инструмента. Справочник / 3‑е изд., испр. и доп. М.: Машиностроение, 2008. 320 с.
Маслов А. Р. Модульные инструментальные наладки // Станкоинструмент, 2021. № 2 (023). С. 86–92.
Копылов В. В., Есаков Н. С., Шуляк Я. И. Исследование модульного расточного инструмента // Станкоинструмент. 2024. № 1 (034). С. 72–74.
Козочкин М. П., Сабиров Ф. С., Есаков Н. С. Диагностика технологических систем «станок – расточной инструмент» // Контроль. Диагностика. 2024. Т. 27, № 11. С. 52–59.
Маслов А. Р., Смолкин Е. М., Тивирев Е. Г. Модульные расточные инструментальные наладки // Станкоинструмент. 2021. № 4 (025). С. 48–57.
Волотов Д. И., Маслов А. Р. Модульное устройство для измерения технических параметров технологической оснастки // Станкоинструмент 2023. № 3 (032). С. 68–73.
Маслов А. Р., Тивирев Е. Г. Проектирование модульных инструментальных наладок с заданными точностью и жесткостью // Станкоинструмент. 2022. № 2 (027). С. 68–73.
Алленов Д. Г. Параметры вибраций при изменении состояния и качества крепления режущих вставок модульного инструмента в условиях автоматизированной обработки резанием (Д. Г. Алленов, Г. Г. Журавлев, М. П. Козочкин, А. Р. Маслов) // Контроль. Диагностика. 2022. № 1 (25). С. 16–25.
Авторы
Бушуев Семен Викторович – заведующий лабораторией линейно-угловых измерений технологического полигона, МГТУ «СТАНКИН», Москва
Есаков Никита Сергеевич – инженер-конструктор, ООО «АЙ-ЭС-ЭС» (Интеллектуальные Системы Безопасности), Москва
Отзывы читателей
