способ обработки некруглых отверстий в виде эквидистанты "треугольника рело"

Формула изобретения

Способ обработки некруглых отверстий в виде эквидистанты “треугольника Рело” при отношении среднего диаметра сечения некруглого отверстия D к эксцентриситету некруглого отверстия е>17, характеризующийся тем, что на первом проходе обрабатывают круглое отверстие, а на последующем проходе для обработки некруглого отверстия с тремя осями симметрии используют плавающий инструмент с главным углом в плане 90° и сечением калибрующей части, соответствующим сечению внутренней огибающей готовой детали, направляемый по направляющей втулке, форма и размер отверстия которой соответствуют форме и размеру обрабатываемого отверстия, при этом на первом проходе диаметр d круглого отверстия выбирают равным

где D - средний диаметр сечения некруглого отверстия;

r - малый радиус спряжения эквидистанты “треугольника Рело”,

а на втором проходе мгновенную ось поворота инструмента смещают на край предварительно обработанного отверстия для обеспечения минимизации моментов на инструменте от тангенциальных сил резания, причем ось поворота инструмента мгновенно смещают на величину D-2r через каждые 60° поворота инструмента при достижении заданных глубин резания на противолежащих режущих кромках инструмента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности для формообразования внутренних некруглых цилиндрических поверхностей в деталях машин на универсальных станках сверлильной группы.

Операции обработки точных некруглых цилиндрических поверхностей являются одним из наиболее трудоемких процессов в машиностроении. Такие поверхности могут быть использованы в деталях профильных моментопередающих соединений, которые имеют несомненные эксплуатационные преимущества перед шлицевыми соединениями. Наибольшие трудности при обработке некруглых поверхностей представляют внутренние поверхности.

Известен новый вид профильного моментопередающего соединения в виде эквидистанты “треугольника Рело” (см. С.Г. Лакирев, С.Г. Чиненов. Математическое моделирование и новые принципы формообразования некруглых поверхностей. - Челябинск: ЧГТУ, 1994. - Ч.1. - 156 с. стр.68-71, 126-127). Контурная кривая в виде эквидистанты “треугольника Рело” имеет простые огибающие, что выгодно отличает ее от других профилирующих кривых и что может быть использовано при проектировании технологической оснастки для обработки деталей профильных соединений.

Известен способ сверления сквозных и глухих некруглых отверстий с N осями симметрии на обычных сверлильных, токарных или револьверных станках (см. Справочник металлиста / Под ред. А.Н. Малова. - М.: Машгиз, 1961, Т5. - 1184 с., стр.299-302). Способ заключающийся в том, что для сверления сквозных и глухих многогранных отверстий с N осями симметрии на первом проходе выполняют обработку круглого отверстия, на последующем проходе - некруглого цилиндрического отверстия с N осями симметрии плавающим инструментом, имеющим главный угол в плане, равным 90° , для исключения влияния радиальных сил, а сечение калибрующей части, соответствующее сечению внутренней огибающей готовой детали, направляемым по направляющим втулкам, форма и размеры отверстий которых соответствуют форме и размерам просверливаемого отверстия. Число зубьев инструмента всегда на единицу меньше числа осей симметрии просверливаемых отверстий.

Недостатком данного способа является невозможность обработки некруглых отверстий в виде эквидистанты “треугольника Рело”, используемых в деталях моментопередающих соединений. Кроме того, большая неравномерность припуска на режущих лезвиях приводит к колебаниям радиальной составляющей силы резания, вызывающей значительные периодические отжимы элементов приспособлений, что ведет к быстрому износу втулок направляющего элемента.

Технической задачей является устранение указанных недостатков, а именно расширение технологических возможностей посредством получения кривых, составленных из сопряженных дуг окружностей, в виде эквидистанты “треугольника Рело” и уменьшение нагрузок от сил резания на направляющие втулки во время обработки.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе обработки некруглых отверстий в виде эквидистанты “треугольника Рело” при отношении среднего диаметра сечения некруглого отверстия D к эксцентриситету некруглого отверстия е>17, на первом проходе обрабатывают круглое отверстие, а на последующем проходе для обработки некруглого отверстия с тремя осями симметрии используют плавающий инструмент с главным углом в плане 90° и сечением калибрующей части, соответствующим сечению внутренней огибающей готовой детали, направляемый по направляющей втулке, форма и размер отверстия которой соответствуют форме и размеру обрабатываемого отверстия, при этом на первом проходе диаметр d круглого отверстия выбирают равным

где D - средний диаметр сечения некруглого отверстия;

r - малый радиус сопряжения эквидистанты “треугольника Рело”,

а на втором проходе мгновенную ось поворота инструмента смещают на край предварительного обработанного отверстия для обеспечения минимизации моментов на инструменте от тангенциальных сил резания, причем ось поворота инструмента мгновенно смещают на величину D-2r через каждые 60° поворота инструмента при достижении заданных глубин резания на противолежащих режущих кромках инструмента.

Заявленный способ обработки некруглых отверстий в виде эквидистанты “треугольника Рело” позволяет вести обработку некруглых отверстий заданных параметров за счет подбора диаметра предварительно обработанного отверстия по соотношению

где D - средний диаметр сечения некруглого отверстия;

r - малый радиус сопряжения эквидистанты “треугольника Рело”,

при плавающем закреплении инструмента и уменьшении радиальных сил, воздействующих на направляющие элементы при обработке. В результате увеличиваются технологические возможности оборудования и долговечность направляющих элементов.

Сущность способа поясняется чертежами, где

на фиг.1 показана схема осуществления способа обработки (а - схема осуществления способа, б - расположение инструмента в отверстии при обработке);

на фиг.2 показана профилирующая кривая в виде эквидистанты “треугольника Рело”, ограничивающая сечение некруглого отверстия;

на фиг.3 показана внутренняя огибающая эквидистанты “треугольника Рело” и траектория ее движения;

на фиг.4 показана форма траектории движения центра инструмента и ее параметры;

на фиг.5 показана расчетная схема моментов от сил резания, действующих на инструмент при обработке.

Для обеспечения способа обработки необходимо выполнение следующего условия. Радиус предварительно обработанного отверстия не должен превышать минимальный радиус-вектор получаемой некруглой поверхности. Это достигается при соотношении D/e>17. Так как в настоящее время для профильных моментопередающих соединений деталей машин применяются некруглые поверхности с соотношением D/e от 25 до 34, то и предлагаемый способ может быть использован для изготовления деталей таких соединений.

Способ обработки некруглых отверстий в виде эквидистанты “треугольника Рело” при отношении среднего диаметра сечения некруглого отверстия D к эксцентриситету некруглого отверстия е>17 заключается в том, что на первом проходе в заготовке 1 (фиг.1) обрабатывают круглое цилиндрическое отверстие диаметром d, на последующем проходе обрабатывают некруглое цилиндрическое отверстие средним диаметром D, равным диаметру инструмента D_инстр. Обработку на втором проходе ведут инструментом 2, имеющим главный угол в плане =90° . Инструмент 2 в поперечном сечении выполнен по форме и размерам, равным внутренней огибающей получаемого некруглого отверстия. Главные режущие кромки инструмента расположены в плоскости симметрии огибающей, соответствующей большей оси сечения. Инструмент закрепляют в плавающем патроне 3 с возможностью свободного перемещения в плоскости, параллельной основной плоскости режущих кромок. Плавающему патрону придают угловую скорость от шпинделя станка, а инструмент 2 при обработке направляют по направляющей втулке 4.

По данному способу некруглое отверстие профилируют в виде эквидистанты “треугольника Рело” (фиг.2), имеющей три оси симметрии, центр симметрии которой совпадает с осью отверстия О. Эквидистанта “треугольника Рело” состоит из сопряженных дуг окружностей радиусов r и R, центры которых располагаются в вершинах правильного треугольника O₁ , O₂, O₃. Получаемое некруглое отверстие характеризуется средним диаметром D и эксцентриситетом е.

Внутренней огибающей эквидистанты “треугольника Рело” может быть фигура, имеющая две оси симметрии и ограниченная четырьмя дугами окружностей, две из которых, оппозитно расположенные, радиусов г, а две другие, сопряженные с ними, радиусов R (фиг.3). Центры малых радиусов г внутренней огибающей расположены друг от друга на расстоянии R-r, а центры радиусов R - на .

Центр симметрии инструмента движется по фигуре АВС (фиг.3), имеющей три оси симметрии и состоящей из трех сопряженных дуг окружностей радиусов (фиг.4).

При срезании слоя металла на инструменте появляется момент от сил резания М_кр, который при любом радиальном смещении оси инструмента у относительно предварительно обработанного отверстия в заготовке определяется соотношением (фиг.5) (инструмент показан условно в виде хорды АБ)

M_кp=P_z1 · L₁+P_z2· L₂,

где Р_z1, Р_z2 - тангенциальные силы резания приложенные соответственно к первой и второй режущей кромки, где

где с_p - поправочный коэффициент от сил резания;

t - глубина резания;

L₁, L₂ - плечи соответственно сил Р_z1 и Р_z2.

При этом

где у - любое радиальное смещение оси инструмента относительно оси предварительно обработанного отверстия.

С учетов всех подстановок получим

При использовании плавающего патрона ось поворота инструмента может располагаться в любой точке. Однако на процесс резания накладываются следующие ограничения:

- активная часть режущей кромки должна двигаться только в одном направлении, а именно в направлении расположения режущего клина. Движение в обратном направлении невозможно, так как клин будет мять материал заготовки, что повлечет резкое увеличение сил действующих на инструмент;

- обе режущие кромки должны находится постоянно в процессе резания, так как при плавающем закреплении инструмента при выходе одной из режущих кромок из процесса резания радиальные силы, действующие на вспомогательных режущих кромках, будут смещать инструмент в радиальном направлении до осуществления процесса резания обеими режущими кромками.

Соотношение (1) показывает, что минимальный момент от сил резания М_крmin. достигает при расположении точки поворота на общей плоскости резания, соединяющей вершины режущих кромок и лежащей на краю предварительно обработанного круглого отверстия, примыкающей к наиболее нагруженной режущей кромке. Это следует из того, что первая производная М' _кр=2с_р· у-с_р· d, а экстремум данного выражения при М'_кр =0 равен .

Фигура в виде эквидистанты “треугольника Рело” имеет наименьшую площадь сечения (см. стр.519 Кривые постоянной ширины, рис.1, 2 в кн. Математическая энциклопедия / Гл. Ред. И.М. Виноградов. - М.: Советская Энциклопедия. Т.4 Ок-Сло, 1984, 1216), поэтому суммарная площадь снимаемого припуска будет минимальна, а значит будет минимальна и работа от сил резания. Уменьшение работы происходит из-за снижения момента от сил резания М_кр при смещении центра поворота инструмента, которое было описано ранее.

При обработке некруглого отверстия без направляющей втулки смещение носит случайный характер, а применение направляющей втулки определит однозначно расположение получаемого отверстия относительно элементов заготовки.

Для изготовления по данному способу некруглых отверстий в виде эквидистанты “треугольника Рело” при отношении среднего диаметра сечения некруглого отверстия D к эксцентриситету некруглого отверстия е>17 необходимо на первом проходе обработать круглое отверстие диаметром (контур сечения предварительно обработанного отверстия проходит через центры радиусов окончательно обработанной некруглой поверхности в виде эквидистанты “треугольника Рело”). На втором проходе мгновенную ось поворота инструмента смещают на край предварительно обработанного отверстия. Оси поворота инструмента соответствуют точкам О ₁, О₂, О₃ (фиг.5). При повороте инструмента относительно этих точек момент от сил резания М_кр на инструменте от тангенциальных сил резания минимален. Оси поворота мгновенно смещают через каждые 60° на величину D-2r при достижении равных глубин резания на противолежащих режущих кромках инструмента t_1к=t_2к=r. Для обеспечения способа обработки необходимо, чтобы диаметр предварительно обработанного отверстия лежал на осях O₁, O₂, O₃ .

При определенных соотношениях D/e контур предварительно обработанного отверстия может выходить за пределы контура обработанной поверхности. Поэтому данный способ может быть применен только при D/e>16,928203.

Кроме того, инструмент должен лежать в пределах огибающей; его размер по вершинам режущих кромок равен D=R+r. Для исключения влияния радиальных сил на процесс резания необходимо, чтобы главный угол в плане инструмента =90° (в этом случае радиальные силы равны нулю). Для исключения влияния жесткости технологической системы на процесс формообразования инструмент устанавливается в плавающий патрон.

По заявленному способу обработки некруглых отверстий в виде эквидистанты “треугольника Рело” была изготовлена технологическая оснастка и проведены эксперименты, которые показали, что процесс формообразования некруглых поверхностей возможен даже без применения направляющих втулок, а применение направляющих втулок существенно увеличивает точность обработки и обеспечивает однозначность расположения некруглых отверстий относительно элементов заготовки.

Для передачи крутящего момента электромагнитной муфты было использовано профильное соединение со следующими параметрами D/e=32, D=56 мм, тогда и 2 (2УЗ-3) мм. При выполнении способа обработки размеры инструмента R=39,312 мм и r=16,688 мм, профилируемого с двумя осями симметрии, соответствуют параметрам выбранной эквидистанты “треугольника Рело”. Для исключения влияния радиальных сил главный угол в плане инструмента =90° . Диаметр предварительно обработанного отверстия выбирался из предложенного в заявке соотношения и равнялся мм.

Использование предлагаемого способа обработки некруглых отверстий в виде эквидистанты “треугольника Рело” позволит резко снизить нагрузки на направляющие втулки, за счет чего увеличится их долговечность и повысится точность получаемых отверстий.

Предлагаемый способ может быть использован для обработки внутренних, как глухих, так и сквозных некруглых поверхностей в виде эквидистанты “треугольника Рело”, используемых, например, при формообразовании деталей профильных моментопередающих соединений.