РОЗДІЛ 2
ТЕОРІЯ СТВОРЕННЯ ВЕРСТАТНО-ІНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ОСНАЩЕННЯ ДЛЯ БАГАТОЛЕЗОВОЇ
ОБРОБКИ
2.1. Принципи розробки багатолезового оснащення з використанням
міжінструментальних зв’язків
Основним принципом, закладеним в ідею прогресивного багатолезового оснащення є
те, що з метою регулювання перехідних процесів різання в першу чергу слід
забезпечити неузгодження між швидкістю подачі, яку забезпечує привід, і
швидкостями подачі лез різальних інструментів [233, 235, 240]. При цьому існує
можливість створення в структурі верстатно-інструментального оснащення
внутрішніх механізмів адаптації всієї системи до зміни умов різання.
З допомогою зміни подачі в якості параметра керування можна організувати
надзвичайно тонкий і чутливий механізм керування пружніми переміщеннями. Зміна
ж подачі, пов’язана зі зміщеннями вздовж напрямку подачі (осі Х) не впливає
негативно на якість поверхні. В роботах [110, 111] стверджується, що коливання
всіх вузлів системи верстату підпорядковуються принципу найменшої потенціальної
енергії і мають направленість вздовж осей найменших жорсткостей. Тому
пропонується направити коливний рух вздовж осі Х. Експерименти повністю
підверджують це положення. С.С.Кедров [119] на основі дослідних даних інших
дослідників, зокрема М.Е. Ельясберга [331], робить висновок, що вектор сили
різання не змінює напрямку в просторі при коливаннях. До такого ж висновку
схиляються і інші вчені [244].
Тому, керуючи осьовою складовою Рх сили різання шляхом зміни подачі за рахунок
переміщень лез в осьовому напрямку, можна керувати силою різання в цілому, в
тому числі її радіальною складовою.
В цьому плані важливим є дослідження вібростійкості верстатно-інструментальної
системи при впровадженні в неї ланки з пониженною жорсткістю в осьовому
напрямку (напрямку подачі) [205].
Аналіз динаміки супортної групи верстату з такою ланкою наближено може бути
виконаний з використанням розрахункової схеми (рис. 2.1), що представляє собою
одномасову систему під дією зовнішніх навантажень: змін осьової Рх та
радіальної Ру складової сили різання Р. Рівняння, що описують рух супортної
групи, мають вигляд
де mc – приведена маса системи; сх і су – відповідно приведені осьова і
радіальна жорсткості інструменту та супортної групи; hy – коефіцієнт в’язкого
тертя радіальних коливань; mтр – коефіцієнт тертя стружки до передньої поверхні
різця; j - головний кут в плані інструменту.
Характеристичне рівняння такої системи є алгебраїчним рівнянням третього
порядку:
де
Отже, для оцінки стійкості необхідно використати критерій Гурвіца у вигляді
a1a2-a0a3>0. Розв’язок цієї нерівності відносно коефіцієнту різання kp дозволяє
отримати верхню і нижню границі стійкості. При цьому найбільш важливою, з
практичної точки зору, є нижня границя:
Рис. 2.1. Розрахункова динамічна схема супортної групи з різцем –
стабілізатором сили різання Cx і Cy – відповідно приведені осьова жорсткість
інструменту і радіальна жорсткість супортної групи,
hy – коефіцієнт в’язкого тертя радіальних коливань, mc – приведена маса
системи.
Рис. 2.2. Залежність відносного збільшення динамічної стійкості від приведеної
осьової жорсткості при j = 450, Тр = 2.121 10-3 с, hy = 103 кг/с, m = 100кг.
Відносне збільшення динамічної стійкості порівняно із традиційною однорізцевою
обробкою виражається гіперболічною залежністю (рис. 2.2):
Наведені міркування дозволяють висунути передбачення, що при обробці декількома
однаковими лезами, що розміщені симетрично відносно оброблюваної поверхні,
усунення пружних деформацій від радіальних складових зусиль різання можна
досягнути, якщо покласти кожному лезу одну ступінь вільності в напрямку, який
співпадає з напрямком подачі, і зв’язати ці леза між собою в цьому напрямку з
допомогою механізмів чи засобів, які здійснюють адаптивний кінематичний зв’язок
між лезами.
Принципова реалізація такого підходу і можливі ефекти, очікувані при цьому,
представлені схематично на рис. 2.3. Всю множину схем і конструкцій
багатолезового верстатно-інструментального оснащення можна класифікувати на три
великі групи: а) багатолезові системи із жорсткозакріпленими різальними
елементами; б) самовстановлювальні інструментальні блоки; в) складні адаптивні
системи керування процесом обробки. Кожна із цих груп оснащення має свої
переваги, проте і істотні недоліки, що суттєво обмежують використання такого
оснащення в реальних умовах обробки. Зрозумілою є необхідність пошуку шляхів
суміщення переваг простоти звичайної багатолезової обробки з автоматичним її
саморегулюванням за допомогою нескладних механізмів і пристроїв. Власне такими
системами може служити оснащення із кінематичними міжінструментальними
зв’язками. Застосуванням таких зв’язків передбачається досягнути компенсації
пружних деформацій ТОС; зміни подачі, як параметру регулювання; керування
системою навантажень на верстат та інструмент; усунення зайвих в’язей в
системі; гарантування адаптивних зворотних зв’язків; виключення впливу на
деформації власне
Рис. 2.3. Концепція багатолезового оснащення із КМІЗ
тих факторів, що визначають точність і якість обробки.
При цьому в загальній структурі технологічної системи лезової обробки
багатолезове оснащення із кінематичними міжінструментальними зв’язками (КМІЗ)
(зв’язками адаптивного типу) набуває визначального змісту (рис. 2.4).
З врахуванням заданих характеристик А1 (деталь, умови виробництва, обладнання)
та технологічних факторів А ( режими обробки, технологічне середовище) розробка
і застосування багатолезового оснащення із КМІЗ А2 дасть змогу отримати
позитивний ефект.