РАЗДЕЛ 2
СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ И определение силовых ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
сверлильной ГОЛОВКИ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ ПОДАЧ
2.1. Согласование тяговых характеристик электромагнитного привода подач с
рациональными режимами резания при сверлении отверстий малого
диаметра
Учитывая требования, предъявляемые к процессу сверления отверстий диаметром до
5мм - наиболее полное использование режущих свойств инструмента, его стойкости,
а также обеспечения технологических требований надо стремиться вести обработку
с максимально допустимой подачей, которая прямо пропорциональна осевой силе Р0,
и соответственно силе тяги Fтяг, развиваемой электромагнитным приводом подач.
Важнейшим фактором, ограничивающим Fтяг, при обработке глубоких отверстий
малого диаметра, является прочность сверла.
Указанные обстоятельства приводят к необходимости управления процессом
сверления путем варьирования величиной Fтяг и путем обеспечения вывода
инструмента из зоны резания при достижении значений силовых параметров, близких
к критическим.
К таким силовым параметрам относятся [52,53,76] критическая осевая сжимающая
сила Ркрит. и критический крутящий момент [Мкр].
В таблице 2.2. представлены стандартные сверла нормальной точности длинной
серии из быстрорежущей стали Р6М5 ГОСТ 886-88 наиболее распространенные при
сверлении глубоких отверстий диаметром 1ч5мм. (см.рис. 2.1).
Таблица 2.1.
Геометрические параметры стандартных спиральных
сверл с цилиндрическим хвостовиком диаметром 1ч5 мм.
Обозначение
d, мм.
L, мм.
l, мм.
2300-5231
56
33
2300-0001
85
56
2300-0015
100
66
2300-0027
119
78
2300-0034
132
87
Произведем расчет упругого равновесия сверл, находящихся под действием осевой
сжимающей силы и крутящего момента в момент врезания. Для расчета примем
следующие исходные условия: номинальный Ш 1…5 мм; инструментальный материал –
быстрорежущая сталь Р6М5; модуль упругости для этой стали Е =2Ч105 Н/мм [41]
рис.2.2.
.
(2.1)
(2.2)
где Вx и Вy – наибольшая и наименьшая жесткость сечения сверла:
где Е – модуль продольной упругости
первого рода; Imax и Imin - наибольшый и наименьшый момент инерции сечения
сверла; ? - длина вылета сверла.
Результаты расчетов, полученные при помощи расчетно-графического пакета
программ ”Math Soft – MathCAD 2001i Professional”, представлены в виде
графических зависимостей рис. 2.3 и рис. 2.4.
Полученные зависимости позволят согласовать электромеханическую характеристику
электромагнита привода подач в начальной стадии врезания сверла в заготовку.
С увеличением глубины врезания крутящий момент Мкр и осевая сила Р0
увеличиваются в результате сопротивления сил трения при перемещении стружки в
канавках сверла. При достижении глубины отверстия более пяти диаметров
возрастает температура, начинает лавинообразно увеличиваться наростообразование
и пакетирование стружки в каналах инструмента, что большинстве случаев приводят
к деформациям инструмента и разрушению режущей кромки. Поэтому, на наш взгляд,
необходимо обеспечивать «нежёсткий» цикл осевой подачи инструмента в
зависимости от изменения Мкр.
Из рекомендаций [109, 110] сверление отверстий без наложения ограничивающих
факторов ведут с максимально допустимой подачей.
Максимально допустимые подачи в этом случае:
(2.3)
где k - коэффициент, учитывающий величину вылета сверла (табл.2.2).
Таблица 2.2.
Коэффициент, учитывающий величину вылета сверла
kв
0.85
0.75
0.7
0.6
0.5
0.45
0.4
0.35
0.30
0.25
0.20
L/d
10
12
15
18
20
25
Рассчитав значения Smax (см. рис.2.5 ), используя расчетные формулы [109, 110]
и расчетно-графический пакет ”MathCAD 2001i Professional”, определим осевую
силу резания Р0 и крутящий момент Мкр при максимально допустимых подачах.
Полученные значения, в виде графических зависимостей рис. 2.6 и рис. 2.7, будут
необходимы при расчете силовых (тяговых) характеристик линейного
электромагнитного двигателя привода подач и выбора двигателя, обеспечивающего
вращение инструмента, а также их тарировки на заданное тяговое усилие и
соответственно на заданную частоту вращения.
При проектировании металлорежущего оборудования и назначении элементов режимов
резания для сверления отверстий, как правило, используют эмпирические
зависимости, приведенные в справочной литературе:
; (2.4)
. (2.5)
Эти формулы получены различными исследователями путем математической обработки
экспериментальных данных и различаются по величине показателей степеней и
постоянных коэффициентов. Различие в экспериментальных данных можно объяснить
различием в условиях проведения экспериментов (режимы резания, геометрия сверл,
обрабатываемый материал, изменение силовой функции в зависимости от глубины
просверленного отверстия), методикой испытаний, а также степенью
чувствительности применявшейся аппаратуры.
В синтезируемой силовой головке подача инструмента в осевом направлении
осуществляется электромагнитным полем без передаточных звеньев с усилием Fтяг,
что делает данную схему подачи, в отличие от существующих
жестких схем - упругой.
Исходя из этого, зависимости (2.4) и (2.5) видоизменятся, так как подача в
нашем случае будет задаваться через тяговое усилие электромагнита.
Для определения сил резания и крутящих моментов при сверлении отверстий
сверлильной головкой с электромагнитным приводом подач возникла задача
спроектировать экспериментальную установку с упругой схемой подачи и пр