Розробка збірних свердел з міжлезовим гідравлічним зв’язком для оброблення глибоких отворів (стр. 2 из 3)
Дослідження розмірів та форми стружки проводились із застосуванням методики ситового аналізу. Фракційний склад стружки дозволив встановити коливання її розмірів , стабільність подрібнення при різних схемах та режимах різання, а відтак визначити раціональні умови роботи свердла з точки зору стружкоподрібнення.
Порівнюючи стружку, утворену внаслідок свердління інструментом з рухомими лезами та жорстким інструментом, можна зробити висновок про те, що середньостатистичний розмір фракцій у першому випадку на 12% менший, стабільність подрібнення вища в середньому на 22%. Цим зумовлюється можливість роботи свердел з міжлезовим гідравлічним зв'язком на більш інтенсивних режимах оброблення. При цьому уникають явища забивання відвідного каналу та налипання дрібних фракцій на леза інструменту.
Враховуючи багатокритерійність функції мети при виборі оптимальних значень геометричних параметрів свердел інструменту з міжлезовим гідравлічним зв'язком, скористаємося узагальненим адитивним критерієм оптимальності:
, (1)де Ri – значення і – го критерію (
) оптимізації (в даному випадку Т, f, Ra);kмі – масштабний коефіцієнт і-го критерію:
. (2)kві – ваговий коефіцієнт і-го критерію. Цей показник, як правило, носить суб'єктивний характер і може змінюватись в залежності від умов виробництва та конструкторських вимог до виробу в цілому. Для глибокого свердління отворів , після якого передбачається їх чистове оброблення, виходячи з умов теорії технологічної спадковості, приймаємо kвT = 0,25; kвf = 0,6; kвRa =0,15
.Це можна пояснити тим, що точність Т отвору можна підвищити в результаті виконання чистових операцій, шорсткість поверхні Ra зменшується внаслідок виконання чистових, фінішних та суперфінішних операцій, а уведення f свердла практично змінюється на 5-10% при наступних технологічних переходах, і тому саме цей показник має пріоритет перед попередніми.
Встановлено, що оптимальні параметри оброблюваних поверхонь забезпечуються при дотриманні кутів 2j = 134°; a = 14°; g = 5°.
Залежності точності отворів та шорсткості поверхонь від геометричних параметрів різальної частини свердла з рухомими лезовими елементами описуються аналітично регресійними рівняннями. Ці залежності для різних кутів заточування різальної частини свердла становлять:
- для кута при вершині 2j:
(3)- для заднього кута a:
(4)- для переднього кута g:
(5)Аналітичні залежності параметрів точності та шорсткості отворів при різних кутах різальних лез свердел з міжлезовим гідравлічним зв'язком є достатньо адекватні експериментальним значенням. Для перевірки цього твердження використовувалась програма, розроблена автором в системі MathCAD. Коефіцієнти кореляції знаходяться в межах 0,8 - 0,9 , а отже існує суттєвий вплив геометричних параметрів лез свердла з міжлезовим гідравлічним зв'язком на точність та шорсткість отвору.
3 Теоретичні дослідження процесу свердління інструментом з міжлезовим гідравлічним зв'язком
проводилась перевірка функціональної здатності запропонованої конструкції свердла з міжлезовим гідравлічним зв'язком шляхом створення математичної моделі процесу, а також вибір та обґрунтування основних параметрів інструмента на основі її реалізації.
Розрахункова схема процесу свердління свердлом з міжлезовим гідравлічним зв'язком. Вона складається із трьох зосереджених мас m1,m2,m3, (дві з яких – m1,m2 -плунжери з різцями, розташовані в третій – в корпусі з борштангою m3 - і з'єднані з нею за допомогою пружного гідравлічного шарніра), трьох безмасових пружин с1,с2,с3, які власне і враховують жорсткості відповідно різців та корпуса з борштангою, і демпферів k1,k2,k3.
Враховуючи особливості процесу свердління розробленим свердлом, вважається за домінуючий напрямок поздовжня вісь інструменту, тобто розглядаються тільки осьові коливання та процеси, а впливом кутових коливань знехтуємо.
Швидкість зміни тиску у сполучених посудинах:
, (6)де: p1, p2 – значення тиску в порожнинах відповідно першого та другого плунжерів; c0 – об'ємна жорсткість рідини; Q1,Q2 – об'ємні витрати рідини на "входах" у порожнини відповідно першого та другого плунжерів; Q0 - об'ємні витрати рідини в з'єднувальному отворі.
, (8)де: S1=S2=S – площа поперечного перерізу плунжера, V1,V2 – швидкості відповідних плунжерів відносно корпуса.
, (9)де: Dp – перепад тиску на обох краях з'єднувального отвору (Dp=p1-p2); h - динамічна в'язкість рідини; L – довжина з'єднувального отвору; d0- умовний діаметр з'єднувального отвору.
Щодо загальних рівнянь руху механічної системи, то спроектувавши на вісь ОХ усі сили (пружності, інерції та тиску),що діють на певну масу, згідно другого закону Ньютона, одержимо:
, (10) 
, (11) 
, (12)де x1 і x2 - переміщення лез, x3 - переміщення корпусу; y1, y2, – кінематичне збудження свердла з боку деталі; y3 – кінематичне збудження свердла з боку верстата.
Для визначення власних частот складаємо систему диференціальних рівнянь та, прирівнявши нулю визначник матриці, одержаної з цієї системи, отримаємо частотне рівняння. Розв'язуючи це рівняння відносно w2, отримаємо:
(13)Підставляючи значення ср та попередньо визначені жорсткості і приведені маси у формулу (13), одержимо примірні значення власних частот коливань системи w1= 8.146ґ103 рад/с; w2= 2.855ґ105 рад/с.
Розрахувавши узагальнений коефіцієнт опору kза логарифмічним декрементом коливаньодержимо: для борштанги з корпусом (перша форма коливань) k=2723; - для плунжерів із різцями (друга форма коливань) k=636.
Система диференціальних рівнянь (10) – (12) розв'язана в середовищі MATLAB 5.3. Для інтегрування даної системи використовується функція ode15s як багатокроковий обчислювач змінного порядку точності, який базується на формулах прямого диференціювання. При інтегруванні системи рівнянь порядок формул чисельного диференціювання понижено до 2, із метою розширення області стійкості. Проведена верифікація моделі підтвердила її адекватність реальному фізичному процесові.
Проведено теоретичні дослідження впливу зміни твердості матеріалу заготовки на величину бічної сили уведення свердла. Осьові сили на плунжерах свердла мають різні значення і носять пульсуючий характер. Постійні за напрямом пульсації бічної сили з двохкратною до w частотою пульсацій навіть при невеликому значенні (F”200 Н) є основною причиною уведення осі свердла від уявної осі отвору, що оброблюється. Для інструменту з міжлезовим гідравлічним зв'язком бічні сили повністю співпадають, тобто відбувається повна адаптація свердла до зміни умов різання , що є наслідком відсутності бічної сили.
Визначено поріг нечутливості свердла з міжлезовим гідравлічним зв'язком до різниці сил на різцях. Встановлено, що існуюча в реальних конструкціях свердла з міжлезовим гідравлічним зв'язком сила сухого тертя суттєво погіршує процес адаптації свердла до зміни умов різання. Тому, при конструюванні таких інструментів, необхідно, по можливості, зменшувати її значення різними доступними методами.
4Cтворення інтегрованої CAD/CAM системи з елементами оптимізації та імітації технічного інтелекту
"Система автоматизованого конструювання інструменту (CAD) та проектування технологічної операції свердління глибоких отворів (САМ)" приділено увагу комплексному розв'язанню проблеми автоматизованого проектування свердла з міжлезовим гідравлічним зв'язком для оброблення глибоких отворів та встановлення структури та параметрів технологічної операції. Рішенням цієї задачі є створення інтегрованої CAD/CAM системи з елементами оптимізації та імітації технічного інтелекту. Останнє реалізовується через використання семантичних та прагматичних процедур у програмно–апаратних засобах систем SOLID WORK та COSMOS WORK.
Наведено приклад інтерпретації математичної моделі вибору оптимальних режимів різання для умов оброблення деталі з матеріалу 40ХН отвору Ж50 мм на довжину 350 мм свердлом з міжлезовим гідравлічним зв'язком при дотриманні умов шорсткості Ra=10 мкм та точності T=0,3 мм; E = 0,12 мм; f=0,5 мм на верстаті мод. 2650 (Nв=19 Квт; nmin=5хв–1; nmax=1000 хв–1 ; Smin=0,015мм/об; Smax=5мм/об.).
На основі розрахунку зроблено висновок, що оптимум критеріальної функції відповідає режимам різання S=0,08 мм/об; n=365 хв–1; V=57,4 м/хв; t=D/2=25 мм.
САПР створюється як ієрархічна система, що реалізує комплексний підхід до автоматизації на всіх стадіях проектування. Вона включає підсистеми структурного, функціонально–логічного та елементного проектування (розроблення принципової схеми технологічного процесу, розрахунок режимів різання, аналіз напружено–деформованого та термодинамічного стану інструменту, проектування складального креслення свердла з міжлезовим гідравлічним зв'язком та його деталювання). Крім того, САПР являє собою сукупність інформаційно–узгоджених підсистем проектування.