НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

каф. МТ-13 МГТУ им. Н.Э. Баумана

aleks.691@mail.ru

В современном машиностроении характерно значительное повышение требований к обеспечению высокой точности размеров и геометрической формы деталей машин, низкой шероховатости поверхностей и правильного их взаимного расположения. Более двух третей всех деталей машин имеют отверстия, на изготовление которых предъявляются повышенные требования к точности их размеров. Развертывание является наиболее производительным и распространенным способом окончательной чистовой обработки отверстий диаметром до 30 мм.

Этот процесс характеризуется снятием разверткой небольшого припуска в предварительно просверленных, расточенных резцом или обработанных зенкером отверстиях. При развертывании получают отверстия с квалитетом точности IT 6...9 и шероховатостью в пределах R_a = 0,32…1,25 мкм. Рядом исследований установлено, что погрешности базирования заготовок, такие как несоосность и перекрещивание осей снижают точность, ухудшают шероховатость обработанных поверхностей. Для уменьшения вклада указанных погрешностей базирования в точность и шероховатость поверхностей используются специальные способы закрепления инструмента. В практике развертывания применяются специальные патроны, обеспечивающие «плавание», «качание» или «плавание-качание» инструмента одновременно  различных видов и конструктивных исполнений. Использование патронов позволяет снизить влияние погрешности базирования заготовки на точность и шероховатость обработанных отверстий. Однако, технические и эксплуатационные требования к конструкциям патронов определены не полностью. В основном известен диапазон плавания и пределы углового качания. Это не позволяет выполнить сравнительный анализ эксплуатационных свойств существующих и вновь разрабатываемых патронов.

Точность развертывания принято оценивать разбивкой отверстия.  Разбивка отверстия ∆_р оценивается разностью между диаметром обработанного отверстия d_о и исполнительным диаметром развертки d_р.

∆_р = d_о – d_р

Поставлена задача исследовать влияние массы подвижных частей патрона,  обеспечивающего радиальное плавание развертки на разбивку отверстия при различных значениях величин несоосности δ.

При проведении испытаний использован патрон, конструкция которого основана на принципе двойного шарнира, допускающего плавание оси развертки в радиальном направлении в пределах 2 мм. Изменение исходной массы подвижных частей патрона моделировалось присоединением дополнительной массы соосно с базой крепления инструмента. Таким образом, присоединенная масса, подвижные части патрона и инструмент во время развертывания при наличии несоосности совершают планетарное движение относительно оси вращения шпинделя.

Несоосность осей развертки и отверстия в заготовке моделируется на специальном координатном столе, позволяющем выполнить с одной установки сверление и зенкерование отверстия под развертывание с последующим смещением отверстия в радиальном направлении на требуемую величину.

Проведены две серии опытов по развертыванию отверстий в заготовке,  имеющей несоосность от 0 до 0.4 мм с использованием одного и того же режущего инструмента. Несоосность устанавливалась с помощью набора концевых мер.

Опыты выполнялись с использованием машинных разверток из быстрорежущей стали Р6М5, имеющих номинальный диаметр d=16 мм, число зубьев z=8, передний угол γ=0^о, задний угол α=10^о, угол режущей части φ=14^о.

Все развертки подвергались входному контролю по геометрическим и линейным параметрам на соответствие требованиям технических условий, предъявляемым машинным разверткам в соответствии с ГОСТ 1523-81. Развертыванию подвергались предварительно просверленные спиральным сверлом d=15,5 мм и обработанные зенкером d=15,78 мм и длиной 35 мм, отверстия в заготовке, представляющей собой квадрат 200х200 мм. Материал заготовки – сталь 45, твердость НВ = 187…192. Для охлаждения зоны резания использовалась смазочно-охлаждающая жидкость, представлявшая 5% водный раствор эмульсола «Укринол-1» ТУ 38-101-197-76.

Опыты проводились на вертикально-сверлильном станке модели 2Н135. Обработка велась при скорости резания v = 6,3 м/мин и подаче s=0.56 мм/об. Для получения статистических оценок каждый опыт повторялся 7 раз. Измерения отверстий проводилось в двух сечениях: входном, на расстоянии 5мм от верхнего торца и выходном, на расстоянии 5 мм от нижнего торца. Для измерений использовался нутромер модели 105. Настройка прибора проводилась по эталонному кольцу d=15,995 мм. В каждом сечении измерение проводилось в двух взаимноперпендикулярных направлениях. Для каждого отверстия определялись средние значения разбивки и ее среднеквадратические отклонения.

 =   ;         s =

Результаты проведенных экспериментов, зависимости разбивки и ее среднеквадратических отклонений от несоосности и присоединенной массы представлены в таблице 1 и на рис. 1.

Таблица 1.

Отклонения средних и среднеквадратических

значений разбивки отверстия.

δ, мм

Рисунок 1.

Зависимость разбивки отверстия от несоосности

На разбивку отверстия при развертывании оказывает влияние большое количество одновременно действующих независимых факторов. Это погрешность базирования, погрешности изготовления инструмента, параметры режимов резания, наличие и состояние СОЖ, степень износа режущего инструмента, материал заготовки и инструмента и т.д., влияние которых на процесс развертывания носит случайный характер, что определяет рассеивание разбивки. Влияние массы подвижных частей патрона следует отнести к  систематическому фактору.

С учетом действия большого количества случайных, одновременно действующих факторов при развертывании, выполнена статистическая проверка полученных результатов и оценка влияния массы подвижных частей патрона на разбивку отверстия.

Для оценки случайности или закономерности расхождения средних и среднеквадратических значений разбивки применялись критерии Стьюдента и Фишера при принятой доверительной вероятности Р = 0,05.

Оценивалась «случайность» расхождения выборочных средних с использованием критерия Стъюдента t₁, величина которого определяется по формуле:

t₁ =  *  ,

где   и    - объем выборок;

        и  ,  и  средние значения и среднеквадратичные дисперсии выборок.

В части А приведенных ниже таблиц проведено сравнение расхождения выборочных средних и расхождения дисперсий при отсутствии присоединенной массы для различных значений несоосности δ. В части Б таблиц проведен анализ тех же показателей при наличии присоединенной массы 0,5 кг для одинаковых значений несоосности δ.

Как видно из таблицы 2, все значения  t₁ меньше табличного значения t = 2,179. Следовательно, можно говорить о существенном расхождении средних значений разбивки, что подтверждает факт возрастания разбивки при увеличении массы подвижных частей патрона.

Таблица 2.

Оценка расхождения выборочных средних

Для оценки расхождения дисперсий двух выборок применяется критерий Фишера Т.

В приведенной ниже таблице 3. оценивается расхождения дисперсий выборок. Видно, что для всех случаев Т_н < Т при доверительной вероятности Р=0,05. Это позволяет считать случайными полученные расхождения в величинах дисперсий.

Таблица 3.

Оценка расхождения дисперсий

На основании проведенного статистического анализа результатов эксперимента, можно говорить о линейном характере роста разбивки при увеличении погрешности базирования заготовки δ, в том числе и при увеличении массы подвижных частей патрона. При этом увеличение массы подвижных частей патрона приводит к существенному возрастанию разбивки, в то же время не влияя на механику и физическую сущность процесса развертывания. 




 

БИБЛИОГРАФИЯ