RU2246380C1

RU2246380C1 - Bodies of revolution working method

Info

Publication number: RU2246380C1
Application number: RU2003113813/02A
Authority: RU
Inventors: Д.А. Расторгуев (RU); Д.А. Расторгуев; О.И. Драчев (RU); О.И. Драчев; А.В. Бобровский (RU); А.В. Бобровский
Original assignee: Тольяттинский государственный университет
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2005-02-20

Abstract

FIELD: working low-rigidity metallic parts such as shafts in universal machine tools.

SUBSTANCE: method comprises steps of applying on working tool two kinds of oscillations and measuring error of worked surface; measuring error of blank at rotating blank rigidly fixed in boundary supports and simultaneously damping blank in its cross sections between said supports; setting parameters of oscillations applied on working movement of tool depending upon error of blank shape and character of distribution of stresses occurred at fixation of blank; extrapolating shape error of worked surface of blank according to data received by measuring in cross sections of blank between its supports. It is possible to straighten blank before working it while clamping blank in rigid supports for straightening it depending upon value and direction of plane of maximum camber of blank. Blank may be fixed in rigid supports such as rests with doubled rollers. Blank may be damped in its cross sections between boundary supports at using self-centering rests.

EFFECT: enhanced accuracy of working.

4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области металлообработки маложестких деталей типа вал и может быть использовано на универсальных станках в механообрабатывающих цехах машиностроительных предприятий.The invention relates to the field of metal processing of non-rigid parts such as a shaft and can be used on universal machines in machining shops of machine-building enterprises.

Известен способ обработки нежестких деталей, предусматривающий обработку в самоцентрирующих опорах с измерением упругой реакции детали в опорах, причем управление подачей ведут в функции стабилизации разницы между силами резания и измеренными в опорах реакциями [1].A known method of processing non-rigid parts, involving processing in self-centering supports with measuring the elastic reaction of the part in the supports, moreover, feed control is carried out in the function of stabilizing the difference between the cutting forces and the reactions measured in the supports [1].

Недостатком данного способа является сложность реализации адаптивного управления в плане быстродействия; создание неравномерных внутренних напряжений в объеме заготовки при ее зажиме за счет деформации заготовки в поперечном направлении.The disadvantage of this method is the difficulty of implementing adaptive control in terms of speed; the creation of uneven internal stresses in the volume of the workpiece when it is clamped due to the deformation of the workpiece in the transverse direction.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению, выбранным в качестве прототипа, является способ обработки деталей, предусматривающий измерение при помощи универсальных средств погрешностей формы и шероховатости обрабатываемой поверхности, после чего инструменту задают колебательное движение двух видов: в соответствии с погрешностью микропрофиля и погрешностью формы [2].The closest method of the same purpose to the claimed invention, selected as a prototype, is a method of machining parts, which involves measuring, using universal means, shape errors and surface roughness, after which the tool is set to oscillate in two ways: in accordance with the microprofile error and the shape error [2].

Недостатком данного способа являются нестабильность точностных параметров обработанной поверхности из-за переменных параметров обрабатываемой поверхности в поперечном и продольном направлениях при постоянных параметрах задаваемых вибраций, сложность и трудоемкость предварительного определения погрешностей обрабатываемой поверхности.The disadvantage of this method is the instability of the precision parameters of the machined surface due to variable parameters of the machined surface in the transverse and longitudinal directions with constant parameters of the given vibrations, the complexity and complexity of the preliminary determination of the errors of the machined surface.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности обработки с сохранением ее после обработки с достижением следующих технических результатов: повышение точности формы детали в поперечном сечении за счет стабилизации силы резания в течение оборота заготовки; повышение стабильности геометрии детали во времени за счет формирования более равномерной картины распределения напряжений в объеме заготовки; снижение требований к системе управления (с точки зрения быстродействия), т.к. обработка ведется по предварительно сформированному образу детали; повышение точности детали в продольном направлении за счет использования люнетов; снижение трудоемкости измерения погрешности за счет использования метода экстраполяции измеряемых сигналов в сечениях под люнетами на участки пролетов между опорами.The problem to which the invention is directed is to increase the accuracy of processing while maintaining it after processing with the achievement of the following technical results: increase the accuracy of the shape of the part in cross section by stabilizing the cutting force during the rotation of the workpiece; increasing the stability of the geometry of the part over time due to the formation of a more uniform picture of the distribution of stresses in the volume of the workpiece; reduced requirements for the control system (in terms of performance), because processing is carried out according to a preformed image of the part; increasing the accuracy of the part in the longitudinal direction through the use of lunettes; reducing the complexity of measuring errors by using the method of extrapolation of the measured signals in the sections under the lunettes to the sections of the spans between the supports.

Эта задача решается тем, что в способе обработки тел вращения, предусматривающем наложение на рабочее перемещение инструмента колебаний двух видов с измерением погрешности обрабатываемой поверхности, измерение погрешности обрабатываемой поверхности заготовки проводят при ее вращении, осуществляемом при жесткой фиксации ее в крайних опорах и одновременно при демпфировании ее в сечениях между этими опорами, при этом параметры колебаний, накладываемых на рабочее перемещение инструмента, задают в зависимости от погрешности формы заготовки и характера распределения напряжений, возникающих при ее фиксации, причем характер погрешности формы обрабатываемой поверхности заготовки экстраполируют по данным, полученным в ее сечениях под опорами.This problem is solved by the fact that in the method of processing bodies of revolution, which involves superimposing two types of oscillations on the working movement of the tool with measuring the error of the surface being machined, measuring the error of the surface of the workpiece being processed is carried out during its rotation, which is carried out by rigidly fixing it in the extreme supports and simultaneously damping it in sections between these supports, while the vibration parameters superimposed on the working movement of the tool are set depending on the error in the shape of the blank application and character of stress distribution arising from its fixation, the nature of the error forms of processed workpiece surface is extrapolated from data obtained in cross sections at its supports.

Перед обработкой заготовку можно править при зажиме ее в крайних опорах, а саму правку производят в функции величины и направления плоскости максимального прогиба заготовки; фиксацию заготовки можно производить в жестких опорах, в качестве которых используют люнеты со сдвоенными роликами; демпфирование заготовки в ее сечениях между крайними опорами можно производить путем использования самоцентрирующихся люнетов.Before processing, the workpiece can be edited by clamping it in the extreme supports, and the dressing itself is performed as a function of the magnitude and direction of the plane of maximum deflection of the workpiece; fixation of the workpiece can be done in rigid supports, which are used as doublets with double rollers; damping of the workpiece in its sections between the extreme supports can be done by using self-centering lunettes.

Измерение погрешности обрабатываемой поверхности заготовки при ее вращении дает возможность определить величину и характер погрешностей во всех сечениях.Measurement of the error of the workpiece surface being processed during its rotation makes it possible to determine the magnitude and nature of the errors in all sections.

Осуществление вращения заготовки при ее жесткой фиксации в крайних опорах позволяет задать траекторию вращения заготовки путем базирования по крайним сечениям.The implementation of the rotation of the workpiece when it is rigidly fixed in the extreme supports allows you to set the path of rotation of the workpiece by basing over the extreme sections.

Одновременное демпфирование заготовки в ее сечениях между опорами повышает точность обработки за счет снижения интенсивности колебаний заготовки.Simultaneous damping of the workpiece in its sections between the supports increases the accuracy of processing by reducing the intensity of vibration of the workpiece.

Наложение вибраций на рабочее перемещение инструмента дает возможность упростить вибрационное устройство за счет использования только одного управляющего канала.The imposition of vibrations on the working movement of the tool makes it possible to simplify the vibrating device by using only one control channel.

Задание параметров колебаний в зависимости от погрешности формы заготовки позволяет стабилизировать силу резания путем обеспечения постоянства площади снимаемого слоя при изменении припуска.Setting oscillation parameters depending on the error in the shape of the workpiece allows you to stabilize the cutting force by ensuring the constancy of the area of the removed layer when changing the allowance.

Задание же параметров вибраций в зависимости от характера распределения напряжений, возникающих при фиксации заготовки, стабилизирует напряженное состояние после обработки путем компенсации неравномерностей исходного напряженного состояния.Setting vibration parameters depending on the nature of the distribution of stresses that occur during fixation of the workpiece stabilizes the stress state after processing by compensating for the unevenness of the initial stress state.

Экстраполяция характера погрешности формы обрабатываемой поверхности заготовки по данным, полученным в ее сечения между опорами, позволяет вести обработку между люнетами с высокой точностью с минимальными затратами времени на измерение погрешности.Extrapolation of the nature of the error in the shape of the workpiece’s surface to be processed according to the data obtained in its cross section between the supports allows processing between lunettes with high accuracy with minimal time spent on measuring the error.

Правка позволяет выровнять внутренние напряжения перед обработкой, что обеспечивает равномерность сил резания.Editing allows you to align internal stresses before processing, which ensures uniform cutting forces.

Зажим в жестких опорах заготовки позволяет повысить производительность обработки путем использования станков для обработки резанием для выполнения правки, повысить точность правки за счет использования различных сочетаний жестких опор по длине заготовки.The clamp in the rigid supports of the workpiece allows you to increase processing productivity by using cutting machines to perform dressing, to improve the accuracy of dressing through the use of various combinations of rigid supports along the length of the workpiece.

Проведение правки в функции величины и направления плоскости максимального прогиба заготовки позволяет повысить точность заготовки перед обработкой и минимизировать величину погрешности.Carrying out corrections as a function of the magnitude and direction of the plane of the maximum deflection of the workpiece allows you to increase the accuracy of the workpiece before processing and to minimize the error.

Фиксация заготовки в жестких опорах, в качестве которых используют люнеты со сдвоенными роликами, позволяет измерить погрешность заготовки с максимальной точностью за счет создания шарнирных опор, которые не препятствуют повороту продольной оси заготовки.Fixing the workpiece in rigid supports, which use doublets with double rollers, allows you to measure the error of the workpiece with maximum accuracy by creating articulated supports that do not interfere with the rotation of the longitudinal axis of the workpiece.

Демпфирование заготовки в ее сечениях между крайними опорами за счет использования самоцентрирующихся люнетов позволяет стабилизировать ось заготовки в процессе резания, т.к. люнеты являются дополнительными опорами, а также позволяет интенсифицировать и упростить измерение погрешности за счет совмещения процесса установки заготовки и измерения, при этом измерение фазы поворота и соответствующей величины прогиба заготовки позволяет определить характер напряженного состояния по сечениям в заготовке при зажиме за счет определяемых величин ее деформаций.The damping of the workpiece in its sections between the extreme supports due to the use of self-centering lunettes allows to stabilize the axis of the workpiece during cutting, because the lunettes are additional supports, and also allows you to intensify and simplify the measurement of the error by combining the installation process of the workpiece and measurement, while measuring the rotation phase and the corresponding deflection of the workpiece allows you to determine the nature of the stress state over the sections in the workpiece during clamping due to the determined values of its deformations.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено: на фиг.1 приведена схема установки вала при измерении погрешностей; на фиг.2 - общий вид люнета с измерительной системой; на фиг.3 - виды погрешностей; на фиг.4 - схема напряжений при зажиме заготовки вала с кинематической схемой процесса обработки; на фиг.5 - вид А на фиг.2; на фиг.6 - вид Б на фиг.2.The present invention is illustrated by drawings, which depict: figure 1 shows a diagram of the installation of the shaft when measuring errors; figure 2 is a General view of the lunette with a measuring system; figure 3 - types of errors; figure 4 - voltage diagram when clamping the workpiece shaft with a kinematic diagram of the processing process; figure 5 is a view a in figure 2; figure 6 is a view of B in figure 2.

Способ обработки маложестких деталей осуществляется следующим образом. Заготовка вала устанавливается (фиг.1) в опорах 1, которые в зависимости от давления рабочей среды в приводе 2 (фиг.2) зажима могут работать в двух режимах: демпфера или жестких опор. Промежуточные опоры работают в режиме демпферов 3. Две крайних опоры работают как жесткие опоры 4. На малой скорости вал прокручивают необходимое число раз. Система датчиков 5, установленных на корпусе 6 опор 1, измеряет смещение рычагов 7 (изменения зазоров S₂, S₃) и штока 8 (изменение зазора S₁) опор 1 под действием погрешностей профиля (биения поверхности заготовки относительно баз - двух крайних люнетов, работающих в режиме жестких опор и отклонение от круглости в поперечном сечении), и соответствующую фазу поворота заготовки. Сигналы с датчиков 5 (фиг.5, 6) обрабатываются в блоке управления 9. Проводится гармонический анализ полученной информации с целью выявления первой и второй гармоник колебаний погрешностей профиля заготовки. В блоке управления 9 формируется общая картина пространственного положения обрабатываемой поверхности относительно базовых шеек под люнетами (работающих в режиме жестких опор) и ее профиля. На участках заготовки между люнетами характер расположения погрешности определяют, экстраполируя данные, полученные в сечениях установки люнетов, т.к. в продольном направлении характер огранки имеет строго регулярный вид (вдоль оси по винтовой линии с определенным шагом). В соответствии с информацией от блока управления 9 при помощи привода подач (не показан) задается изменение подачи Д_S (фиг.4) при точении с целью управления силой резания (для ее стабилизации) в функции прогнозируемого изменения припуска. При обработке опоры 1, для стабилизации оси заготовки, по ее длине последовательно переключаются в режим жестких опор по мере перемещения зоны резания так, чтобы она находилась все время между жесткими опорами 4. Инструменту задаются колебания с двумя составляющими. Одна определяется пространственными отклонениями, другая характером напряженного состояния в объеме заготовки. С учетом пространственных погрешностей (фиг.3) задается первая составляющая колебаний инструмента (формы ΔФ и расположения е). При этом управление подачей проводят в функции стабилизации силы резания (при увеличении припуска подачу снижают и наоборот). При зажиме прогиб оси заготовки приводит к формированию в ее объеме напряжений (фиг.4), причем на стороне, бывшей выпуклой, напряжений сжатия, на вогнутой - растяжения. После раскрепления заготовки эти напряжения приводят к короблению заготовки. Для выравнивания этих напряжений при обработке задают вторую составляющую. Для уравновешивания остаточных напряжений на участке сектора заготовки с остаточными напряжениями растяжения величину подачи уменьшают, а на стороне с напряжениями сжатия увеличивают, что позволяет выровнять напряженное состояние по поперечному сечению заготовки.A method of processing low-rigid parts is as follows. The shaft blank is installed (Fig. 1) in bearings 1, which, depending on the pressure of the working medium in the drive 2 (Fig. 2) of the clamp, can operate in two modes: damper or rigid supports. The intermediate bearings operate in damping mode 3. The two extreme bearings operate as rigid supports 4. At low speed, the shaft is scrolled the required number of times. The system of sensors 5 installed on the housing 6 of the supports 1 measures the displacement of the levers 7 (changes in the gaps S ₂ , S ₃ ) and the rod 8 (changes in the gap S ₁ ) of the supports 1 under the influence of profile errors (runout of the workpiece surface relative to the bases - two extreme lunettes, working in the mode of rigid supports and deviation from roundness in the cross section), and the corresponding phase of rotation of the workpiece. The signals from the sensors 5 (Fig.5, 6) are processed in the control unit 9. A harmonic analysis of the information obtained is carried out in order to identify the first and second harmonics of fluctuations in the errors of the workpiece profile. In the control unit 9, a general picture of the spatial position of the treated surface relative to the base necks under the lunettes (working in the hard support mode) and its profile is formed. In the sections of the workpiece between the lunettes, the character of the location of the error is determined by extrapolating the data obtained in the sections of the installation of the lunettes, because in the longitudinal direction, the nature of the cut is strictly regular (along the axis along a helix with a certain step). In accordance with the information from the control unit 9, using the feed drive (not shown), the feedrate change D _S (Fig. 4) is set during turning to control the cutting force (to stabilize it) as a function of the predicted change in stock. When processing supports 1, to stabilize the axis of the workpiece, along its length, they switch sequentially to the mode of rigid supports as the cutting zone moves so that it is always between the rigid supports 4. The tool is given vibrations with two components. One is determined by spatial deviations, the other by the nature of the stress state in the volume of the workpiece. Taking into account spatial errors (Fig. 3), the first component of the tool vibrations (shape ΔФ and location e) is set. In this case, the feed control is carried out in the function of stabilizing the cutting force (with an increase in the stock, the feed is reduced and vice versa). When clamping, the deflection of the axis of the workpiece leads to the formation of stresses in its volume (Fig. 4), moreover, on the former convex side, compression stresses, on the concave side — tensile stresses. After unfastening the workpiece, these stresses lead to warpage of the workpiece. To equalize these stresses during processing, a second component is specified. To balance residual stresses in the sector of the workpiece sector with residual tensile stresses, the feed rate is reduced, and on the side with compression stresses, this is increased, which makes it possible to equalize the stress state along the cross section of the workpiece.

Уменьшить колебания инструмента можно предварительной правкой заготовки (фиг.5). Перед обработкой правящим роликом, вставленным в суппорт, в середине пролетов проводится правка вала для выравнивания напряженного состояния в объеме заготовки и уменьшения пространственных отклонений путем прогиба вала в направлении, противоположном максимальному прогибу и лежащему в его плоскости. При этом формируют напряжения противоположного знака относительно напряжений, возникающих при зажиме. Для компенсации упругих деформаций при правке заготовка вала деформируется с учетом этих деформаций путем ее перегиба на соответствующую величину.To reduce tool vibrations can be pre-editing the workpiece (figure 5). Before processing the ruling roller inserted into the support, in the middle of the spans, the shaft is straightened to equalize the stress state in the workpiece volume and to reduce spatial deviations by bending the shaft in the opposite direction to the maximum deflection and lying in its plane. In this case, stresses of the opposite sign are formed with respect to the stresses that occur during clamping. To compensate for elastic deformations during dressing, the shaft blank is deformed taking into account these deformations by bending it by an appropriate amount.

Число опор 1 и их расстановку по длине заготовки выбирают в функции ее длины и диаметра с учетом соотношения длины пролета к диаметру заготовки не более 5. Крайние люнеты имеют сдвоенные ролики (не показаны) для повышения реактивного момента при вращении заготовки и стабилизации ее оси.The number of supports 1 and their arrangement along the length of the workpiece is chosen as a function of its length and diameter, taking into account the ratio of the span length to the diameter of the workpiece no more than 5. Extreme lunettes have twin rollers (not shown) to increase the reactive moment when the workpiece rotates and stabilizes its axis.

Источники информацииSources of information

1. Авторское свидетельство СССР №1294482, кл. В 23 В 1/00, 1987.1. USSR Copyright Certificate No. 1294482, cl. 23 V 1/00, 1987.

2. Авторское свидетельство СССР №1514485, кл. В 23 В 1/00, 1987.2. USSR copyright certificate No. 1514485, cl. 23 V 1/00, 1987.

Claims

1. The method of processing bodies of revolution, providing for the imposition of two types of vibrations on the working tool with measuring the error of the workpiece surface, characterized in that the measurement of the error of the workpiece surface being machined is carried out during its rotation, carried out by rigidly fixing it in the extreme supports and simultaneously damping it in sections between these supports, while the vibration parameters superimposed on the working movement of the tool are set depending on the error in the shape of the workpiece and the nature of the distribution edeleniya stresses generated during its fixing, the nature of the error forms of processed workpiece surface is extrapolated from data obtained in cross sections between its supports.

2. The method according to claim 1, characterized in that before processing the workpiece is corrected by clamping it in rigid supports, and the editing itself is performed as a function of the magnitude and direction of the plane of maximum deflection of the workpiece.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the fixation of the workpiece is carried out in rigid supports, which are used doublets with double rollers.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the damping of the workpiece in its sections between the extreme supports is carried out using self-centering lunettes.