Full Text

При соотношении диаметра отверстия и его длины десять и более раз отверстие называют глубоким. При обработке отверстий погрешности обработки образуются уже при показателе, равном четырем [1-4]. Характерные погрешности при такой обработке: разбивка отверстия, увод оси и пр. [5-10]. Главной задачей при обработке является обеспечение по всей длине требуемой точности диаметра отверстия, его формы, равностенности, качества поверхности и прямолинейности [11-16]. Чтобы обеспечить заданную прямолинейность, требуется максимально исключить увод оси отверстия от оси вращения детали [17-19]. Для чего применяют следующие решения: - отвод стружки из зоны резания и самого отверстия и подача под давлением смазывающе-охлаждающих жидкостей (СОЖ); - стабилизация инструмента/детали; - снижение вибраций станка и детали; - управление режущим инструментом. Перечисленные методы способны снизить увод оси отверстия в определенном сечении детали, но при увеличении длины сверления избежать увода оси не удастся [20-23]. На сегодняшний день наиболее эффективным и современным способом борьбы с уводом является применение режущего инструмента, способного производить корректировку увода от оси вращения детали, на основе которого построена рассматриваемая установка управляемого сверления глубоких отверстий (установка УГС). Данную установку УГС предполагается применять на операциях обработки отверстий в стальных цилиндрических заготовках для изготовления труб различного назначения. Установка УГС при осевой обработке заготовки позволит обеспечить следующие параметры: - в режиме обеспечения равностенности («равностенность») при кривизне заготовки до 1,5 мм на 1 м длины разностенность детали составит не более 1 мм; - в режиме обеспечения прямолинейности («прямолинейность») увод оси отверстия от оси вращения заготовки составит не более 0,5 мм; - возможность обрабатывать отверстия в деталях длиной до 16 м при односторонней обработке либо 24 м с переворотом детали; - обеспечить на 1 м длины обрабатываемой детали отклонение от оси отверстия не более 1,5 мм. Система управления установкой УГС позволяет производить обработку по заданным режимам, а также в ручном режиме, т.е. с возможностью для оператора непосредственно вмешиваться в процесс обработки. Установка УГС может быть смонтирована на любое оборудование, предназначенное для обработки глубоких отверстий [24, 25]. При этом она не меняет алгоритмы работы станка. Установка УГС позволяет обрабатывать отверстия в различных вариациях вращения инструмента и детали. Глубина обработки отверстия зависит лишь от габаритных размеров применяемого оборудования и борштанги. Описание применяемой конструкции При разработке установки УГС был применен станок вертлюжного типа, схема сверления со встречным вращением инструмента и заготовки (рис. 1). Вращение заготовки обеспечивается шпинделем, инструмент (режущая головка и стебель) - за счет стеблевой «бабки», и за счет нее же осуществляется осевая подача инструмента. Для выполнения центрирования и направления через кондукторную втулку режущей головки маслоприемник перемещается к торцу детали, также через него подается СОЖ между обрабатываемым отверстием и стеблем. При сверлении под давлением СОЖ стружка отводится через полый стебель. Соответственно, стебель должен обеспечивать следующее: 1) внешняя поверхность стебля должна проходить через люнеты, при этом должна быть обеспечена герметичность уплотнений; 2) внутренний диаметр стебля должен быть максимально возможного размера (отвода стружки), но с обязательным соблюдением требований по жесткости и прочности. Рис. 1. Схема станка с применением установки УГС Рис. 2. Сверлильная головка Для построения системы рассматриваемой установки УГС была применена сверлильная головка (СГ), позволяющая выставлять резец от оси вращения, т.е. управляемый режущий инструмент (рис. 2). Данный режущий инструмент для сверления или растачивания отверстий состоит из резцовой головки с направляющими со встроенным устройством (привод), обеспечивающим перемещение резца в радиальном направлении от привода. Привод, в свою очередь, по схеме передачи управляющего сигнала и преобразователь подключены к системе числового программного управления станка (ЧПУ). Датчики контроля биения детали, контроля разностенности детали, угла вращения резцовой головки и угла вращения детали также подключены к системе ЧПУ. Привод выполнен в виде линейного и установлен на резцовой головке. Вся описанная система позволяет обеспечить возможность коррекции обрабатываемых отверстий в процессе сверления или растачивания, а также повысить точность их обработки. Схема работы установки УГС представлена на рис. 3. Установка УГС позволяет определять следующие параметры: - позиционирование СГ - определение начала коррекции оси отверстия и ее окончания; - позиционирование детали - определение радиального перемещения СГ; - глубина обработки отверстия - для обеспечения перемещения датчиков биения детали и измерения толщины стенки. На основании этих параметров контроллер при необходимости корректирует осевое положение СГ в зависимости от режима работы, направляя управляющий сигнал. Контроллер определяет форму сигнала и время начала и завершения цикла Рис. 3. Схема работы установки УГС коррекции. Сигнал идет в преобразователь, а после силовой импульс по проводке в стебле поступает непосредственно в СГ. Выбор режимов работы установки УГС и контроль процесса сверления отображаются на сенсорном мониторе. Система контроля перемещения режущего инструмента установки УГС осуществляет свою работу по следующей схеме: 1. Для выполнения требований по равностенности при обработке отверстия необходимо перемещать датчик (ультразвуковой толщиномер) измерения толщины стенки совместно со СГ. Толщиномер размещен на линейной направляющей. С целью корректной работы толщиномера требуется предварительно подготовить поверхность детали для ультразвукового контакта. 2. Для выполнения требований по прямолинейности датчики биения поверхности и измерения толщины стенки тоже нужно перемещать совместно со СГ. Этот режим позволяет замерять значения соответствующих параметров в соотношении к положению детали при ее вращении. Датчик биения поверхности располагается на каретке направляющей вдоль заготовки. Каретка за счет привода имеет возможность перемещать датчик по направляющей. При работе установки УГС потребуется применение специальной СГ и стебля, который будет передавать электрические сигналы управления отклонением СГ. Общая длина стебля в рассматриваемой установке УГС составляет 12 м (состоит из двух секций), так как длина стебля должна быть больше глубины сверления на 4 м (необходимо учесть зону размещения стеблевых люнетов и маслоприемника) и максимальная длина одной секции стебля должна быть 6 м. Такая конструкция позволит сверлить отверстия длиной 8 м с одной стороны и 16 м с переворотом с двух сторон. Экспериментальные исследования Опытное опробование установки УГС производилось со следующими исходными данными: - схема сверления: заготовка неподвижна, режущий инструмент вращается; - скорость подачи СГ (S): 0,05 мм/об; - скорость вращения СГ (n): 315 об/мин; - инструмент: управляемая сверлильная головка диаметром 90 мм; - оснастка: стебель с проведенными коммуникациями (проводка); - заготовка: предварительно обработанный прокат, сталь 40ХГНМ, диаметр 166 мм, длина 3 м; - выверка заготовки по биению отверстия: не более 0,1 мм; - используемая аппаратура: блок микроконтроллера и преобразователь управления приводом СГ в соотношении к угловому положению инструмента. Измерения, расчеты и опробование проводились по следующей методике: 1. Сверление детали проводилось поэтапно: - на 500 мм без коррекции оси отверстия; - с 500 до 1500 мм сверление проводилось при максимальной коррекции оси отверстия в направлении точки 2 (рис. 4); Результаты указанных измерений и расчетов Ось Точка Глубина сверления 500 мм Глубина сверления 1500 мм Глубина сверления 2000 мм Глубина сверления 2500 мм Глубина сверления 3000 мм Биение Толщина Отклонение Биение Толщина Отклонение Биение Толщина Отклонение Биение Толщина Отклонение Биение Толщина Отклонение X 2 0,19 37,7 -0,445 4,75 41,1 5,55 5,15 41,9 6,455 3,21 41,2 4,73 0,12 40,4 2,45 4 0,38 38,4 0,05 34,7 0,04 34,1 0,05 34,9 0,02 35,6 Y 1 0,54 38,4 0,845 2,65 38 0,535 2,2 37,7 -0,325 1,45 38 0,045 0,01 37,1 -1,005 3 0,05 37,2 1,98 37,6 2,45 38,1 1,56 37,8 0,12 39 - с 1500 до 3000 мм сверление проводилось при максимальной коррекции оси отверстия в направлении точки 4 (рис. 4). 2. После чего во всех точках (см. рис. 4) выполнен ряд замеров толщины стенок полученной детали и биение по наружной поверхности трубы. Рис. 4. Торец детали Отклонения осей отверстия и вращения детали рассчитаны по следующим формулам: где ΔX, ΔY - отклонения; bi - биение; ti - толщина стенки. Результаты указанных измерений и расчетов приведены в таблице. На основании данных таблицы построен график отклонения оси обработанного отверстия от оси вращения (рис. 5). График наглядно отражает, что применение коррекции СГ в направлении точки 2 при сверлении отверстия на длине от 500 до 2000 мм позволяет сместить ось отверстия на величину отклонения в пределах от -0,445 до +6,455 мм, а в направлении точки 4 величина отклонения изменяется до следующих пределов: от +6,455 до +2,45 мм. Рис. 5. График отклонения оси просверленного отверстия от оси вращения по плоскостям: - отклонение по оси X; - отклонение по оси Y Заключение Проведя успешный эксперимент и доказав работоспособность рассматриваемых управляемой сверлильной головки и всей установки управляемого глубокого сверления, в целом можно сделать вывод о том, что данная система позволяет непосредственно в процессе сверления корректировать ось отверстия, а соответственно, позволит сократить описанные проблемы по уводу оси отверстия от оси вращения детали.

About the authors

M. I Myshkin

Perm National Research Polytechnic University

I. S Farkhullina

Perm National Research Polytechnic University

References

Statistics

Views

Abstract - 46

PDF (Russian) - 38

Refbacks

• There are currently no refbacks.