УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ МЕРНЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ И ИХ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

​MANAGEMENT OF PROCESSES OF HOLE MACHINING WITH MEASURING TOOLS AND THEIR COMPUTER SIMULATION

Danila Khorobrov

student, Department of mechanical engineering technology, machine tools and tools, South Ural State University, branch in Zlatoust,

Russia, Zlatoust

Egor Sukhanov

student, Department of mechanical engineering technology, machine tools and tools, South Ural State University, branch in Zlatoust,

Russia, Zlatoust

Kozlov Alexander Vasilievich

scientific supervisor, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of mechanical engineering technology, machine tools and tools, South Ural State University, branch in Zlatoust,

Russia, Zlatoust

АННОТАЦИЯ

При обработке отверстий мерными инструментами одной из главных проблем является их износ. Предлагаются некоторые направления компенсации износа. Для обоснования этих методов компенсации износа выполнено компьютерное моделирование процессов обработки отверстий мерными инструментами.

ABSTRACT

When machining holes with measuring tools, one of the main problems is their wear. Some directions of wear compensation are proposed. To substantiate these methods of wear compensation, computer simulation of the processes of machining holes with measuring tools was performed.

Ключевые слова: мерные инструменты; компьютерные модели.

Keywords: measuring instruments; computer models.

В качестве критерия износа обычно принимают линейный износ по задней поверхности, допустимая величина которого регламентируется в зависимости от технологических ограничений, таких как резкое увеличение шероховатости поверхности, возникновение вибраций технологической системы, чрезмерный нагрев детали, поломка инструмента, потеря инструментом исходного размера. Низкая размерная стойкость инструмента усложняет и делает более трудоёмкой обработку точных поверхностей.  Так, при обработке глубоких отверстий, размерный износ инструмента приводит к образованию конических отверстий, а при обработке отверстий небольшой длины в деталях из высокопрочных материалов – к существенному уменьшению от детали к детали диаметров отверстий.

В случае использования для обработки отверстий регулируемых инструментов, их размерный износ можно компенсировать.  Для компенсации износа используются и адаптивные системы подналадки, применение которых сдерживается из-за их большой сложности и невысокой надёжности. Ещё сложнее компенсировать размерный износ нерегулируемых мерных лезвийных инструментов, которые широко используются при обработке отверстий. Для восстановления рабочего размера таких инструментов чаще всего производят замену режущих пластин, реже осуществляют напыление или наплавку на рабочие поверхности слоя инструментального материала, либо применяют специальные методы термообработки, приводящие к сильным температурным деформациям, вследствие которых размеры инструментов увеличиваются. Все эти методы малоэффективны и повышают срок службы инструментов незначительно.

В качестве метода регулирования размера компенсации размерного износа предлагаются два направления: использование регулируемой расточной оправки и новая конструкция ружейного зенкера и технология его переточки.

Применение регулируемой расточной оправки заключается в том, что у инструмента с неизменным диаметральным размером перемещают один из рабочих элементов – лезвие или кулачок – в осевом направлении, изменяя тем самым радиальное расположение режущих лезвий, а значит размер обрабатываемой поверхности.

Устройство для обработки отверстий в соответствии с рисунком 1 включает корпус 1, установленный на продольном суппорте токарного станка, оправку с размещенным на ней режущим элементом 3. В продольном отверстии оправки размещен с возможностью осевого перемещения опорный элемент 4. Опорный элемент связан с пальцем 5, установленным на корпусе 1 с возможностью поперечных перемещений, Палец 5 входит в наклонный паз 6 в соответствии с рисунком 2, выполненный в корпусе 1. Перемещение пальца по наклонному пазу приводит к выдвижению опорного элемента. Палец, жестко связанный с корпусом, перемещается путем изменения координаты x в системе ЧПУ, то есть поперечным перемещением суппорта станка. В соответствии с рисунком 3 – изображена расточная оправка с резцом, установленная на станке 16К20Ф3. В соответствии с рисунком 4 – изображена расточная оправка с резцом, установленная на станке 16К20Ф3 вид сбоку.

Рисунок 1. Общий вид расточной оправки для обработки отверстий

Рисунок 2. Наклонный паз

Рисунок 3. Расточная оправка с резцом, установленная на станке 16К20Ф3

Рисунок 4. Расточная оправка с резцом, установленная на станке 16К20Ф3 вид сбоку

Для визуализации и оценки возможностей этого метода получили компьютерные модели и разработали видео обработки отверстий в соответствие с рисунком 5.

Рисунок 5. Схема обработки отверстий

В начале резец, согласно управляющей программе, растачивает предварительно обработанное отверстие до диаметра D_ин с продольной подачей.

Затем продольная подача останавливается и выдвигается опорный элемент, сообщающий расточному резцу поперченную подачу, в процессе которой осуществляется обработка отверстия. После этого опорный элемент возвращается в исходное положение и резцу сообщается продольная подача до достижения заданного шага, предусмотренного управляющей программой.

В качестве примера рассматривается возможность получения кольцевых канавок в соответствие с рисунком 6.

Рисунок 6. Образец работы установки

Была рассмотрена возможность переточки мерного инструмента, в частности ружейного зенкера, таким образом, чтобы после его переточки (в процессе которой происходит уменьшение диаметра инструмента) при повторном его использовании сохранялся исходный диаметр отверстия.

Инструмент в процессе обработки подвергается размерному износу, что приводит к уменьшению обрабатываемого отверстия. С увеличением длины обработки величина размерного износа увеличивается практически пропорционально этой длине. Таким образом, по мере увеличения длины обработки диаметр обрабатываемого отверстия уменьшается на величину – δl_i,

D₂ = 2D_ин − d − δl_i  мм,                                                                        (1)

где l_i – текущая длина обработки, мм;                                               

δ – суммарная величина износа острозаточенного лезвия и смятия затупленным лезвием предварительно обработанной поверхности.

Данный факт был рассмотрен на примере ружейного зенкера. Для этого в начале была рассмотрена данная наработка на эскизе, в соответствии с рисунком 7.

Рисунок 7. Схема переточки ружейного зенкера

Для визуализации и оценки возможностей этого метода получили компьютерные модели и разработали видео в соответствие с рисунком 8.

Рисунок 8. Схема способа компенсации размерного износа мерного инструмента

Для подтверждения данной теории были проведены эксперименты с переточкой ружейного зенкера и последующей обработкой отверстий. В соответствии с рисунком 9 показана заготовка, обработанная ружейным зенкером до переточки и в соответствии с рисунком 10 после переточки.

Рисунок 9. Заготовка, обработанная ружейным зенкером до переточки

Рисунок 10. Заготовка, обработанная ружейным зенкером после второй переточки

Список литературы:

1. Дерябин, И.П. Исследование влияния осевых колебаний при сверлении глубоких отверстий / Дерябин И.П., Головачев С.Ю., Гималетдинов А.А. // Вестник машиностроения. – М.: Изд-во «Инновационное машиностроение», 2018. – С. 87-88.
2. Дечко, Э.М. Сверление глубоких отверстий в сталях / Э.М. Дечко; – Минск: Высшая школа, 1979. – 231 с.
3. Козлов, А.В. Прогноз точности обработки отверстий мерными инструментами на станках с ЧПУ / А.В. Козлов и др. // Повышение эффективности и уровня использования станков с ЧПУ, ПР и ГПС: Тез. докл. зональной научно-технической конференции, – Свердловск: УПИ, 1990 – с.51.
4. Лакирев, С.Г. Математическое моделирование точности обработки глубоких отверстий концевыми мерными инструментами / С.Г. Лакирев, Я.М. Хилькевич, А.В. Козлов // Прогрессивная технология обработки глубоких отверстий: Сборник тезисов докладов 7-й Всесоюзной конференции. М.:«Информатика», 1991 – с.21-24.
5. Лакирев, С.Г. Эксплуатация концевого мерного инструмента за пределами его размерной стойкости / С.Г. Лакирев, Я.М. Хилькевич, А.В. Козлов // В кн. Совершенствование машиностроительных материалов, конструкций машин и методов обработки деталей: Тематический сборник научных трудов. – Челябинск: ЧГТУ, 1990 – с. 23-28
6. Левченко, А.И. Повышение эффективности автоматизированного процесса сверления глубоких отверстий: Автореф. дис. на соискание учен, степени канд. техн. наук: спец. 05.13.07 «Автоматизация технологических процессов» / А.И. Левченко; – Севастополь, 2001. – 18 с.
7. Сахаров, Г.Н. Металлорежущие инструменты: Учебник для вузов / Г.Н. Сахаров, О.Б. Арбузов, Ю.Л. Боровой. – М.: Машиностроение, 1989. – 328 с.
8. А.с.1323248 СССР. Способ обработки отверстий / А.В. Козлов и др. – Открытия. Изобретения. – 1987. – №26.
9. А.с.1400794 СССР. Способ обработки глубоких отверстий / А.В. Козлов и др. – Открытия. Изобретения. – 1988. – №21.