Kuinka pitkän ja kapean akselin, jonka pituussuhde on >20, sorvaus voidaan suorittaa tehokkaammin?

Erittely: erittäin kapeat ja pitkät akseliosatkääntäminenMenetelmä: Tärinäteorian perusteella laaditaan mekaaninen malli ja esitetään ohjeellinen tärinänvaimennussuunnitelma. Teorian ohjeiden mukaisesti kehitetään erityinen työstökone halkaisijaltaan vaihtelevien, erittäin ohuiden ja pitkien akselien sorvaukseen. Käytännön testien perusteella on todettu, että tämä erityiskone parantaa tehokkaasti halkaisijaltaan vaihtelevien, erittäin ohuiden ja pitkien akselien osien työstön mittatarkkuutta, pinnanlaatua sekäkäsittelyn tehokkuus, laajamittaisen tuotannon toteuttaminen.

Akseleita, joiden pituus-halkaisijasuhde on yli 20, kutsutaan hoikkiksi akseleiksi, pitkien akselien sorvaus on varsin vaativa työstötekniikka. Perinteisesti pitkiä akseleita työstetään tavallisilla sorveilla, jolloin työstön laatu riippuu suurelta osin työntekijän ammattitaidosta ja tehokkuus on alhainen. Kehittyneemmän automatisoidun CNC-tekniikan käyttö erittäin pitkien akselien valmistuksessa on väistämätön suuntaus, Kirjoittaja esittelee innovatiivisen menetelmän halkaisijaltaan vaihtelevien erittäin pitkän akselin osien työstämiseen, ja menetelmä on todettu käytännössä tuottavan hyviä tuloksia.

1. Pitkien ja kapeiden akseliosien työstämisen haasteiden analyysi

1) Pitkänomaisilla akseliosilla on heikko jäykkyys, ja niiden pituus-halkaisijasuhde on suuri. Tällaisissa osissa syntyy helposti tärinää ja lämpölaajenemisesta johtuvaa muodonmuutosta työstön aikana, minkä vuoksi niissä on oltava tietty kartiomaisuus.

2) Pitkän ja kapean akselin paikallinen lämpötila nousee nopeasti ja jyrkästi suurilla sorvausnopeuksilla, mikä aiheuttaa huomattavaa lineaarista laajenemista. Koska akselin lämmönpoistokyky on heikko, se taipuu ja vääntyy, mikä lopulta vaikuttaa sorvauksen tarkkuuteen.

3) Akseli on pitkä ja kapea, ja sen aksiaalimitat ovat suuret. Sorvattaessa tarvitaan pieni syöttömäärä, minkä vuoksi työkalu kuluu erittäin helposti. Käytännön työstössä työkaluun syntyy helposti vaurioita, kuten murtumia ja syöpyneitä kohtia, mikä puolestaan aiheuttaa bambunvarsimaisia ja kierteisiä virheitä.

2. Pitkän ja kapean akselin värähtelyn perusperiaatteet

Kapean akselin sorvausvärähtely kuuluu jatkuvien järjestelmien värähtelyyn; siinä on ääretön määrä vapausasteita, ja sitä voidaan kuvata osittaisdifferentiaaliyhtälöillä. Laihan akselin sorvauksen voima-mallia laadittaessa takapään voi yksinkertaistaa yksipuolisesti tuetuksi tukipisteeksi; työkappaleen seurantatuki rajoittaa vain X- ja Y-suuntaisia siirtymiä, Z-suunnassa se voi liikkua vapaasti, joten työkappaleen seurantatukea voidaan yksinkertaistaa yksipuolisesti tuetuksi tukipisteeksi; keskittävän istukan kohdalla voidaan yksinkertaistaa kiinteäksi tukipisteeksi. Näin voidaan laatia pitkän ja kapean akselin sorvauksen voima-kaavio, kuten kuvassa 1 on esitetty.

Kuva 1: Pitkänomaisen akselin sorvauksessa vaikuttavien voimien kaaviokuva

1—takapää 2—teränpidin 3—itsekeskittävä istukka

Pääleikkausvoiman, aksiaalisen leikkausvoiman, radiaalisen leikkausvoiman sekä rajoitusten yhteisvaikutuksen alaisena pitkänomainen akseli alkaa pääasiassa värähdellä radiaalisesti ja aksiaalisesti. Oletetaan, että pitkänomaisen akselin materiaali on ihanteellinen elastinen materiaali ja että se täyttää seuraavat kolme ehtoa: ensinnäkin massan tasainen jakautuminen, toiseksi, että se on isotrooppinen, ja kolmanneksi, että se noudattaa Hooken lakia. Vasta näin voidaan suorittaa teoreettinen johtopäätös pitkän ja kapean akselin säteittäisestä ja aksiaalisesta värähtelystä.

3. Erityiskoneen suunnittelu halkaisijanvaihtoa sisältävään erittäin hienorakenteisen pitkän akselin sorvaukseen

Kirjoittaja suunnitteli työstettävän osan ominaisuuksien perusteella erityisen CNC-työstökoneen ja teki CNC-muutoksen mallinumerolla 3 000 varustettuun CNC-sorviin. Perusmekaanisen muutostyön valmistuttua analysoitiin pitkien ja kapeiden akseliosien työstämisen haasteita. Toistuvien kokeiden perusteella päädyttiin lopulta työstöratkaisuun, jossa yhdistyvät hydraulisesti säädettävä työstöteline, vetotyyppinen takapää sekä kaksoisistukarakenne. Konkreettinen muutossuunnitelma on kuvattu seuraavassa.

(1) Hydraulisesti säädettävä työkalunseuranta-tukijalka (ks. kuva 2): Tätä erikoiskoneita varten on suunniteltu hydraulisesti säädettävä työkalunseuranta-tukijalka. Asennuksen yhteydessä on määritettävä kiinnityspyörän ja työkalun välinen etäisyys sekä varmistettava, että hydraulisen tukijalan kolme kynsiä ovat täysin kosketuksissa pitkän ja ohuen akselin kanssa. Hydrauliyksikön lähtöpaine säädetään tarvittavan kiristysvoiman mukaan. Sorvaussyötön aikana hydraulisen keskitystelineen kolme kynsiä sopeutuvat automaattisesti halkaisijaltaan vaihtelevan erittäin pitkän akselin muotoon. Hydraulisen seurantatuen tarkat parametrit ovat seuraavat: käyttöpaine on 0,1–3,0 MPa, suurin paine on 4 MPa, suurin kiristysvoima on 2,4 kN, keskitystarkkuus käyttöalueella on 0,02 mm ja toistotarkkuus on 0,05 mm. Keskitettyä voitelujärjestelmää käyttävässä seurantatukijärjestelmässä on erillinen voiteluöljypumppu, joka syöttää voiteluöljyä kiinnityskynsien kolmeen laakeriin. Päivittäisessä käytössä on huolehdittava siitä, että voiteluöljysäiliöön lisätään ajoissa riittävä määrä voiteluöljyä, jotta työstö sujuu ongelmitta.

Kuva 2: Hydraulisesti säädettävä työkappaleen seurantateline

(2) Vetotyyppinen takapää (ks. kuva 3): Perinteisesti pitkien ja ohuiden akselien työstämiseen käytettävät sorvin takapäät ovat yleensä kärkityyppisiä. Käytännössä on kuitenkin havaittu, että kärkityyppinen takapää ei sovellu halkaisijaltaan vaihtelevien, erittäin pitkien ja ohuiden akselien työstämiseen. Kirjoittaja on suunnitellut joustavan takapään kiristyslaitteen, jonka toimintaperiaate on seuraava: pitkän ja ohuen akselin päälle kohdistetaan tietty vetovoima, mikä muuttaa akselin kuormitustilannetta sorvauskäsittelyn aikana. Koska takapään laitteen on kestettävä samanaikaisesti sekä aksiaalista vetovoimaa että pitkän ja ohuen akselin omapainosta johtuvaa säteittäistä voimaa, tukiosaksi on valittu kartiorullalaakeri. Koska vetolaitteen takapään laakerin sisäistä voitelua on vaikea toteuttaa, voitelumenetelmäksi on valittu rasvavoitelu. On olemassa tällainen pikavaihtolaite, joka on suunniteltu pitkille ja ohuille akseleille, joiden halkaisijat vaihtelevat; laitteen avulla kiinnitys ja vaihto sujuvat helposti.

Kuva 3: Vetotyyppinen takapää

(3) On olemassa kaksipatruunainen rakenne, jonka yksityiskohdat näkyvät kuvassa 4. Sarjan analyysejä ja tutkimuksia suoritettuaan havaittiin, että pääakselikotelon ulkopuolelle ulottuva hoikka akseli aiheuttaa melko voimakasta tärinää, kun työstökone pyörii suurella nopeudella, Tämä tärinä siirtyy työstettävään osaan, mikä puolestaan heikentää pitkän ja ohuen akselin työstopinnan laatua. Kirjoittaja on suunnitellut erityisen kaksoispatruunarakenteen, jossa patruunat on sijoitettu karakotelon molemmille puolille. Sorvausprosessin aikana ulkonevan hoikan akselin aiheuttama tärinä siirtyy ensin ulompaan patruunaan ja sieltä edelleen sisempään patruunaan, kaksoispatruunarakenteen vaimennusvaikutuksen ansiosta työstöalueelle välittyvä tärinä on jo hyvin vähäistä. Tämän kaksoispatruunarakenteen avulla on onnistuttu parantamaan entisestään pitkän ja kapean akselin työstön laatua.

Kuva 4: Kaksipatruunarakenne

4. Esimerkkejä käytännön työstöstä

Seuraavassa esitellään yksityiskohtaisesti kyseisen erikoiskoneen työstöprosessi käytännön työstöesimerkin avulla. Koe-työstettävä kappale on pitkänomainen akseli, jonka materiaali on jousiterästä, työstöpituus on 2 250 mm, halkaisija on 36 mm ja pituus-halkaisijasuhde on noin 1:60. Halkaisijan muutos on suoritettava määritetyn pituusalueen sisällä siten, että halkaisija kasvaa asteittain 24 mm:stä 36 mm:iin, sorvausvaiheet ovat seuraavassa kuvatun mukaiset, ja sorvauksen jälkeen halkaisijaltaan muuttunut pitkänomainen akseli näyttää kuvan 5 mukaiselta.

Kuva 5: Sorvauksen jälkeen halkaisijaltaan muuttunut pitkänomainen akseli

1) Ennen työstöä on suoritettava analyysi työstettävästä kappaleesta, minkä jälkeen on laadittava uritusvaihetta koskeva CNC-ohjelma, karkeatyöstövaihetta koskeva CNC-ohjelma sekä hienotyöstövaihetta koskeva CNC-ohjelma.

2) Kiinnitä työkappale joustavalla hydraulisella työkappaleen kiinnittimellä ja varmista sen asento vetotyyppisellä takapään avulla. Varmista, että kaikki on kunnossa ja virheetön, ennen kuin aloitat työstön.

3) Suoritetaan ohjelman ajotoiminnot, käynnistetään sorvausprosessi ja määritetään karkeasorvauksen parametrit, joissa karan pyörimisnopeus on 400 r/min, syöttönopeus 0,6 mm/s, takasyöttö on välillä 2,0–2,5 mm. Samalla määritetään myös hienosorvauksen parametrit: sorvin pyörimisnopeudeksi asetetaan 450 r/min, syöttönopeudeksi 0,8–1,0 mm/s, ja syvyys 0,3–0,5 mm:n välillä. Kokeiden perusteella voitiin todeta, että pitkän ja kapean akselin pinnanlaatu on hyvä ja että työstötehokkuus on parantunut merkittävästi.

5. Päätelmät

Koska halkaisijaltaan vaihtelevien, erittäin ohuiden ja pitkien akseliosien työstöprosessilla on tiettyjä erityispiirteitä, tässä artikkelissa kuvataan tätä varten toteutettua tutkimus- ja kehityshanketta, jonka tuloksena kehitettiin erityinen CNC-sorvi. . Sorvin suunnittelussa on hyödynnetty ratkaisua, joka koostuu hydraulisesti säädettävästä työkappaleen seuranta-alustasta, vetotyyppisestä takapäästä sekä kaksoisistukarakenteesta. Toistuvien leikkauskokeiden jälkeen työstöparametreja on optimoitu, ja useiden testien ja kokeiden perusteella tämä erikoiskone on osoittanut erittäin korkean tuotantotehokkuuden, ja sen avulla valmistettujen halkaisijaltaan vaihtelevien, ohuiden ja pitkien akseliosien tarkkuus täyttää vaatimukset, minkä ansiosta niiden laajamittainen tuotanto voidaan käynnistää.