Tomasz SZOT, Antoni ŚWIĆ

Tomasz SZOT, Antoni ŚWIĆ
Instytut Technologicznych Systemów Informacyjnych, Politechnika Lubelska
E-mail: [email protected]
Kształtowanie otworów głębokich
narzędziem o zmiennej sztywności
1. Wstęp
Obróbka otworów głębokich zaliczana jest do najbardziej pracochłonnych procesów
technologicznych i zajmuje szczególne miejsce wśród procesów kształtowania otworów. Mała sztywność narzędzia, niestabilność procesu z powodu niejednorodnej jakości
materiału obrabianego, trudności w doprowadzaniu cieczy smarująco-chłodzącej do
strefy skrawania, złoŜone warunki odprowadzania wiórów i wzrost temperatury w strefie skrawania, wraz ze zwiększaniem się głębokości obróbki, powodują liczne defekty
obróbki, złamanie narzędzia, wzrost liczby braków, zmniejszenie wydajności i niezawodności operacji.
W celu zwiększenia efektywności obróbki mechanicznej otworów (podwyŜszenie wydajności, dokładności i jakości powierzchni) opracowano i zaaprobowano wiele sposobów i środków technologicznego oddziaływania na półfabrykat.
Jedną z moŜliwości obróbki wibracyjnej jest wykorzystanie drgań narzędzia. Drgania te
nakładane są na narzędzie pochodzą ze źródeł zewnętrznych. Inny sposób obróbki wibracyjnej polega na wykorzystaniu energii procesu do powstania drgań wzdłuŜnoskrętnych narzędzia za pośrednictwem specjalnego przetwornika falowego.
2. Klasyfikacja metod kształtowania głębokich otworów
W literaturze moŜna znaleźć róŜne wyjaśnienia pojęcia „wiercenie głębokie”. W większości przypadków określenie wiercenia głębokiego opiera się na stosunku długości
otworu do jego średnicy. Przy czym, przy podziale otworów na głębokie i zwykłe ten
stosunek waha się od trzech do dziesięciu. W większości prac poświęconych problematyce obróbki otworów głębokich jako graniczny przyjmowany jest stosunek = 5 [4].
UwaŜa się, Ŝe do głębokich moŜna zaliczyć otwory, do wykonania, których naleŜy zastosować specjalne narzędzia, urządzenia i metody obróbki i nie moŜna ich dobrze wykonać za pomocą narzędzi i sposobów obróbki stosowanych do wykonania otworów
o normalnej długości [8].
Z technologicznego punktu widzenia uzyskanie pewnych charakterystyk dokładności
otworu, takich jak odchyłka średnicy nie nastręcza trudności przy wykonywaniu otworu
narzędziami do obróbki zgrubnej, kształtującej, wykańczającej, ściernej, docierakami
itp. KaŜda następna operacja obróbkowa w istotny sposób podnosi koszty całego procesu technologicznego, w niektórych sytuacjach wprowadzenie dodatkowych operacji
technicznie jest nie do zrealizowania. Błąd połoŜenia osi otworu obrobionego ukształtowany w trakcie wiercenia moŜna poprawić w wyniku rozwiercania zgrubnego tylko
w zakresie od 20 do 35%, a rozwiercania wykańczającego od 10 do 15%.
Jak pokazuje doświadczenie technologiczne przy obróbce kształtującej i wykańczającej
ma miejsce zjawisko kopiowania błędów kształtu obrobionej powierzchni ukształtowanej w poprzedniej operacji o mniejszych wartościach odchyłek – dziedziczność techno209
logiczna. Zgodnie z teorią dziedziczności technologicznej kaŜda następna operacja charakteryzuje się współczynnikiem zwiększenia dokładności kształtu w stosunku do poprzedniej operacji. Operacja wiercenia, poniewaŜ nie poprzedza ją Ŝadna operacja, jest
źródłem większości błędów kształtu i połoŜenia otworów. W trakcie operacji wiercenia
otworu w pełnym materiale powstają błędy kształtu i połoŜenia otworu, które przechodzą ostatecznie, przy pewnym zmniejszeniu ich wartości w trakcie operacji kształtującej
i wykańczającej, na gotową część.
W związku z tym, jednym z perspektywicznych kierunków jest zwiększenie dokładności obróbki właśnie na operacjach zgrubnych. Szczególnie jest to aktualne przy obróbce
otworów w częściach osiowosymetrycznych o małej sztywności typu tuleje cienkościenne, których otwory charakteryzują się małymi tolerancjami prostoliniowości osi,
odchylenia osi względem osi powierzchni zewnętrznej, współosiowości z zewnętrzną
powierzchnią części.
Szczególne trudno spełnić te warunki przy obróbce otworów głębokich w częściach
o małej sztywności.
MoŜna odnotować, Ŝe w przypadku otworów dokładnych najbardziej trudnym do spełnienia jest warunek prostoliniowości osi oraz jej połoŜenia względem innych powierzchni
części, szczególnie podczas obróbki otworów głębokich w częściach przy obniŜonej
sztywności układu technologicznego. W trakcie wykonywania takich otworów najmniejszą sztywność w kierunku poprzecznym, określającą dokładność obróbki, posiada narzędzie. Sytuacja komplikuje się przy obróbce osiowosymetrycznych obracających się części
o małej sztywności typu tuleje cienkościenne, poniewaŜ półfabrykat w tym przypadku
podlega znaczącemu odkształceniu spręŜystemu w wyniku działania siły skrawania, porównywalnemu z odkształceniem narzędzia. W tym przypadku względne sumaryczne
przemieszczenie poprzeczne półfabrykatu i narzędzia jest maksymalne.
Znane są pewne doświadczenia w zakresie stosowania wibracji skrętno-wzdłuŜnych generowanych przez element spręŜysty – przetwornik falowy przy roztaczaniu otworów głębokich w częściach osiowosymetrycznych. Źródłem ich jest energia procesu skrawania [5].
Metody zwiększenia dokładności, jakości i niezawodności kształtowania otworów głębokich przedstawione są na rys. 1. Wprowadzono podział metod na konstrukcyjne
i technologiczne. Metody konstrukcyjne polegają na zastosowaniu róŜnorodnych konstrukcji wierteł: lufowych, działowych i kombinowanych z wewnętrznym kanałkiem do
doprowadzania cieczy. Spośród odnotowanych rozwiązań konstrukcyjnych najszersze
zastosowanie znalazły wiertła kręte, wyróŜniające się prostą konstrukcją, niskim kosztem wykonania i eksploatacji. Pozostałe z wymienionych rozwiązań konstrukcyjnych
stosowane są w złoŜonych procesach technologicznych (ich zastosowanie ograniczone
jest wysokimi kosztami wykonania i eksploatacji).
Metody technologiczne zawierają sposoby obróbki i sterowania procesami technologicznymi kształtowania otworów głębokich.
Metody te z kolei podzielone są na dwie grupy. Grupa pierwsza zawiera sposoby obróbki wiertłami krętymi ze sterowaniem parametrami procesu technologicznego kształtowania. Wśród parametrów procesu technologicznego wyodrębnione są sterowane
(moment skręcający, siła osiowa) i sterujące (prędkość skrawania, prędkość posuwu
osiowego) [2]. Grupa druga zawiera metody obróbki wibracyjnej wiertłami krętymi,
które z kolei dzielą się na wiercenie przy wibracjach o niskiej, średniej i wysokiej częstotliwości oraz drganiach samowzbudnych.
Przedstawiona klasyfikacja metod zwiększenia dokładności, jakości i niezawodności
technologicznej obróbki otworów głębokich moŜe znaleźć zastosowanie do sprawdzania
prawidłowości wykonania procesów technologicznych.
210
Rys. 1. Metody zwiększenia dokładności i niezawodności kształtowania otworów głębokich
Fig. 1. Method of increasing the exactitude and reliability of deep holes machining
Opracowana klasyfikacja jest środkiem metodycznym do opracowania nowych metod
konstrukcyjnych i technologicznych zwiększenia efektywności procesów obróbki otworów głębokich; nie jest zamknięta i moŜe być uzupełniana o nowe sposoby oraz środki
techniczne kształtowania otworów głębokich.
3. Zagadnienia teorii dokładności kształtu i wymiarów przy
obróbce mechanicznej
Do analizy zachowania układu technologicznego w procesie obróbki mechanicznej,
w celu optymalizacji struktury i parametrów układu technologicznego, naleŜy dysponować opisem matematycznym układu OUPN. Wszystkie rodzaje modeli moŜna podzielić na dwie podstawowe grupy: jednomasowe i wielomasowe.
W pracy [4] rozpatrywany jest model opisywany równaniem
m&x& + [β + f (v )]x& + kx = 0 ,
(1)
gdzie: m, β, k - stałe, v-prędkość tarcia.
Ruch względny między narzędziem i wyrobem rozpatrywany jest w trzech kierunkach
X, Y, Z -szczególnie analizowany jest ruch w kierunku Y
&y& − ω 2 y = −(B1 + 2n ) y& + B 2 y& 2 − B 3 y& 3 ,
(2)
gdzie (B1 + 2n ) , B2 , B3 - stałe dodatnie bez pokazywania konkretnych danych.
W pracy [6] układ OUPN opisywany jest równieŜ równaniem nieliniowym
(
)
(
)
2
3
2
3
M 2 &y&& + (k 2 + k12 ) y − (dB v − h ) y& − bB y& v + cb y& v = 0 ,
gdzie: a, b, c – stałe zaleŜne od materiału obrabianego i geometrii narzędzia.
211
(3)
Ruch narzędzia i części w kierunku osi y moŜna opisać układem równań z dwoma stopniami swobody
2
&y&1 + α 1 y1 − ρ 1 y2 = 0 ,
2
&y&2 + α 2 y2 − ρ 2 y1 = 0 ,
gdzie α 1 = (k 1 + k 2 ) m1 ; α 2 = (k1 + k 2 ) m2 ; ρ 1 = k12 m1 ; ρ 2 = k12 m2 .
(4)
Do analizy charakterystyki dynamicznej w [2] zastosowano układ równań drugiego
stopnia o normalnych współrzędnych
m1 g&&1 + β 1 g&1 − k1 g1 = n1 Q ,
m2 g&&2 + β 2 g& 2 − k 2 g 2 = n2 Q ,
(5)
…………………………..
mn g&&n + β n g& n − k n g n = nn Q ,
gdzie
Q - zewnętrzna siła uogólniona działająca na układ spręŜysty;
ni - współczynnik sprowadzenia siły zewnętrznej do współrzędnej normalnej.
UmoŜliwia to opis kaŜdego elementu układu OUPN transmitancją operatorową otrzymaną w wyniku przekształcenia jednego z pokazanych równań
2
(6)
G y β i (s ) = g i (s ) Θi (s ) = K ius t i1 s + T 12 s + 1 .
(
)
Najprostsza postać przedstawienia charakterystyki dynamicznej procesu skrawania
uwzględnia tylko człony spręŜyste w równaniu układu odkształcającego F = ky (charakterystyka
statyczna).
Uwzględniany
moŜe
być
opór
lepkościowy
((TS+1) Fp (S) = kp y(s)) lub dwa opory lepkościowe (T12 s2 + T 22 s2 + 1)F p (s) = k p y(s) );
gdzie y – współrzędna grubości wióra. Przy analizie teoretycznej zachowania części
w czasie obróbki model układu technologicznego [1] nie uwzględnia rozkładu charakterystyk masowych i sztywnościowych części o małej sztywności. Dlatego naleŜy w celu
bardziej adekwatnego opisu obiektu – część o małej sztywności przy tworzeniu ulepszonego modelu je uwzględniać.
Modele jednomasowe w niewystarczający sposób odzwierciedlają istotę procesów zachodzących w trakcie skrawania a dwumasowe komplikują otrzymanie rozwiązania.
NapręŜenia szczątkowe w półfabrykatach i gotowych częściach przy braku obciąŜeń
zewnętrznych wzajemnie się równowaŜą a ich działanie na część nie przejawia się. Przy
naruszeniu tej równowagi w przypadku redystrybucji napręŜeń szczątkowych powstają
odkształcenia, powodujące paczenie części. Szczególnie czułe są w tym względzie części o małej sztywności. W tym przypadku stabilność wymiarów i kształtów uzyskuje się
w wyniku obniŜenia poziomu napręŜeń szczątkowych i ich równomiernego rozkładu
wzdłuŜ części i w przekroju poprzecznym części o małej sztywności. Na etapie projektowania operacji napręŜenia szczątkowe moŜna określić według metodyk przedstawionych w pracy [4]. Jednak obliczenia odkształceń części spowodowanych napręŜeniami
szczątkowymi w związku ze złoŜonością procesu są utrudnione.
Stopień i charakter wpływu napręŜeń szczątkowych na stabilność wymiarów i kształtów
części wynikają z postaci konstrukcyjnej części i materiału. Przy obróbce otworów głębokich w tulejach cienkościennych niewspółosiowość otworu i powierzchni zewnętrznej prowadzi do nierównomiernej sztywności w róŜnych przekrojach wzdłuŜnych. Nawet przy zagwarantowaniu równomiernych napręŜeń szczątkowych część moŜe ulegać
paczeniu. NapręŜenia szczątkowe powstające w materiale półfabrykatu, następnie ule212
gają zmianie i są odpowiedni sposób kształtowane w trakcie operacji technologicznych
obróbki cieplnej, obróbki mechanicznej, specjalnej obróbki wibracyjnej itd. Przy obróbce mechanicznej części o małej sztywności równomierność napręŜeń szczątkowych
określana jest stabilnością sił skrawania w funkcji zdejmowanego naddatku (przy warunku równomiernego rozkładu napręŜeń szczątkowych w materiale półfabrykatu), to
znaczy stałością sił skrawania, kształtujących warstwę napręŜoną w obrabianej części.
W przypadku nierównomiernego naddatku pojawia się znacząca zmienna składowa siły
skrawania. Powoduje to paczenie części, które jest uwarunkowane nierównomiernymi
napręŜeniami szczątkowymi, przy czym przejawia się ono takŜe w czasie eksploatacji
części. W zastosowaniach technicznych napręŜenia szczątkowe ściskające wykorzystywane są do zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej poprzez wytworzenie zgniotu
powierzchniowego (rolowaniem, rozwalcowywaniem, śrutowaniem). Przy tym znacząco zmniejsza się zuŜycie trących par ślizgowych.
Rozwiązanie problemu uzyskania prostoliniowych części o małej sztywności nierozerwalnie związane jest z obniŜeniem i stabilizacją poziomu napręŜeń szczątkowych
w procesie wykonania wzdłuŜ części i w przekroju średnicowym. Przy tym struktura
procesu technologicznego określa zachowanie dokładności w czasie eksploatacji w wyniku zapamiętywania historii oddziaływania technologicznego przy niestabilnej strukturze i występowaniu mikrokronapręŜeń.
4. Badania analityczne zachowania się układów technologicznych w procesie skrawania
W celu zbudowania modelu matematycznego wyodrębnimy podstawowe zespoły, maksymalnie wpływające na poziom amplitudy drgań względnych (ADW). W zasadzie rozpatrywane są dwa podukłady obrabiarki: podukład „część - podpora” i podukład „narzędzie - suport” w jednym lub w dwóch układach współrzędnych. ChociaŜ układ
spręŜysty obrabiarki jest układem o wielu powiązaniach i wielu masach, zmiana kształtu
przy obróbce części określana jest głównie tymi dwoma zespołami kształtującymi. Siła
skrawania zastępowana jest siłą zewnętrzną zmieniającą się sinusoidalnie lub jest opisywana funkcją liniową. Według takich modeli oceniane są częstotliwości własne układu OUPN lub całego układu.
W zastosowaniu do roztaczania maksymalny wpływ na dokładność okazują drgania
i przemieszczenia statyczne.
Przeprowadzone badania charakterystyki dynamicznej spręŜystego układu obrabiarki
przedstawione w pracy [7] (przy zamocowaniu części w uchwycie trójszczękowym
z ruchomym tylnym kłem), pokazują, Ŝe zmiana punktu przyłoŜenia podstawowego
oddziaływania zakłócającego nie zmienia jakościowo charakteru krzywych amplitudowej charakterystyki fazowo- częstotliwościowej (AChFC), w zakresie działających zakłóceń dopuszczalne jest opisanie układu OUPN w postaci liniowej. Układ spręŜysty
moŜe być przedstawiony jako suma ogniw dynamicznych, zachowanie, których moŜna
opisać równaniem drugiego stopnia.
Oddziaływania siłowe na układ technologiczny podzielone są na zewnętrzne zakłócenia
kinematyczne, które powodują drgania wymuszone i wewnętrzne zakłócenia uwarunkowane procesem skrawania, zaleŜne od parametrów skrawania oraz geometrii materiału półfabrykatu.
Podstawowym zewnętrznym oddziaływaniem siłowym jest zmieniająca się sinusoidalnie siła okresowa od niewywaŜenia obracającej się części.
Druga grupa sił powoduje drgania samowzbudne. W przypadku ich braku uwaŜa się, Ŝe
proces skrawania jest ustabilizowany i moŜna go opisać charakterystyką quasistatyczną,
213
określaną stosunkiem stałych czasu skrawania i stałych czasowych układu spręŜystego.
Taka charakterystyka stosowana jest przy analizie drgań wymuszonych, kiedy układ
spręŜysty i proces skrawania są stabilne. Rozwiązanie zaleŜności analitycznych opisujących ich zachowanie umoŜliwia określenie stref rezonansowych.
Układ OUPN jest układem zamkniętym, poniewaŜ amplituda drgań części jest funkcją
drgań narzędzia i zmienia się w zaleŜności od warunków przebiegu procesu skrawania.
Wady wymienionych wyŜej modeli dwumasowych to:
1. Brak analizy wpływu działających w układzie sił na poszczególne zespoły i wzajemne oddziaływania poszczególnych węzłów.
2. Nie jest określony wpływ parametrów poszczególnych węzłów na zachowanie całościowe układu.
5. Urządzenie do obróbki otworów głębokich
Znane rozwiązania do obróbki otworów głębokich [5, 8, 9] posiadają szereg istotnych
usterek, które ograniczają ich wykorzystanie: niemoŜliwość zapewnienia wysokiej dokładności i niskiej chropowatości przy obróbce z powodu zuŜycia krawędzi skrawających, co powoduje powstawanie stoŜkowatości i zmiany nacisku elementów prowadzących w obrobionym otworze. Pozwala to skompensować tylko statyczne odkształcenia,
natomiast nie podlegają takiej kompensacji składowe dynamiczne zaleŜne od zmiennej
siły skrawania.
Urządzenie do obróbki głębokich otworów przedstawiono na rys. 2.
Urządzenie zawiera wytaczadło 1, włączające rezonator 2, o dwóch rowkach gwintowych 3 ze skokiem zmniejszającym się w stronę mocowania płytki tnącej 4. Wytaczadło 1 zamocowane jest na suporcie 5 obrabiarki. Na wytaczadle 1 umieszczone są elementy prowadzące 6 w postaci indentorów z twardych stopów, tworzących z płytką
tnącą 4 zrównowaŜony trójkąt siłowy. W rowkach (o przekroju stoŜkowym) rezonatora
2, rozmieszczone są kliny rozporowe 7, zamocowane śrubami dociskowymi 8.
Długość wytaczadła 1 określana jest z warunku zapewnienia stabilności wzbudzenia wysokoczęstotliwościowych drgań kompleksowych ostrza skrawającego i wielokrotności długości półfali drgań wzdłuŜnych. Wykonanie rowków gwintowych 3 na długości równej półfali
drgań wzdłuŜnych z promieniem równym półfali drgań skrętnych, umoŜliwia uzyskanie,
przy takiej samej częstotliwości wzbudzenia, ich dopasowania i wzmocnienia.
Rowki gwintowe 3 o promieniu, równym długości półfali drgań skrętnych, określono
według zaleŜności:
R = Lsk / 2 = Csw (2 f ) ,
(7)
gdzie: Lsk – długość fali drgań skrętnych, Csw – prędkość rozprzestrzeniania się drgań
poślizgowych w stali, f – częstotliwość drgań własnych rezonatora.
Częstotliwość wymuszeń powstających w strefie powstawania wióra na skutek wysokoczęstotliwościowych drgań poślizgowych w obrabianym materiale, powinna być równa
częstotliwości własnej rezonatora 2 lub pokrywać się z jedną ze składowych harmonicznych częstotliwości drgań własnych narzędzia.
Kliny rozporowe 7 w rowku 3, umoŜliwiające dopasowanie drgań wzdłuŜnych i skrętnych w zakresie roboczej częstotliwości rezonansowej, wykonywane są ze stopów
miękkich. W drugim rowku 3 stosowane są kliny rozporowe ze stali hartowanej. Wyklucza to rozbieŜność parametrów drgań, spowodowanych rowkami, nastawionych na
nieroboczą częstotliwość rezonansową.
Rowki mają róŜne promienie, a oś symetrii początku jednego jest obrócona o 900
względem osi symetrii drugiego w celu uzyskania maksymalnej sztywności na zginanie.
214
Rezonator 2 wstępnie nastrajany jest na warunki rezonansowe układu przy uwzględnieniu materiału obrabianego i warunków technologicznych odpowiedniej liczby klinów
rozporowych 7 z miękkich stopów w przypadku pierwszego rowka 3 oraz klinów rozporowych ze stali hartowanej w drugim rowku 3. Zakręcanie gwintów 8 mocuje kliny rozporowe 7. Wytaczadło 1 zamocowane w punktach węzłowych przemieszczeń drgań
wzdłuŜnych otrzymuje ruch posuwu roboczego a obrabiana części ruch roboczy.
Rys. 2. Urządzenie do obróbki głębokich otworów
Fig. 2. Device for machining deep holes
Przy wcinaniu się ostrza 4 w półfabrykat, z powodu spręŜystości rezonatora 2 z rowkami gwintowanymi 3, ma miejsce skręcanie wytaczadła 1 pod działaniem sił skrawania.
W wyniku skurczu rezonatora spręŜystego 2 występuje przemieszczenie wzdłuŜne krawędzi płytki skrawającej 4. W wyniku impulsowych procesów relaksacyjnych w strefie
powstawania wióra skręcenie wytaczadła cofa się, krawędzie skrawające 4 przemieszczają się w kierunku wzdłuŜnym – w połoŜenie pierwotne. Przy zbieŜności częstotliwości własnej narzędzia i częstotliwości procesów falowych w strefie powstawania wióra,
amplituda drgań kompleksowych wysokoczęstotliwościowych przemieszczeń wytaczadła 1 ulega wzmocnieniu. Elementy prowadzące 6 umoŜliwiają uzyskanie stabilności
zginania narzędzia w obrabianym otworze.
Częstotliwość drgań własnych wytaczadła W0 jest wprost proporcjonalna do jego
sztywności i zaleŜy od materiału panewek rozporowych i parametrów geometrycznych
przekroju poprzecznego. Częstotliwości wymuszenia W0 w strefie powstawania wiórów są funkcją parametrów skrawania i są wprost proporcjonalne do prędkości skrawania i posuwu. Dlatego częstotliwości wymuszenia na operacjach zgrubnych są znacznie
mniejsze niŜ na operacjach obróbki kształtującej. Odpowiednio, w operacjach obróbki
zgrubnej stosowany jest rowek z większym promieniem przy mniejszej częstotliwości
wzmocnienia, a w operacjach obróbki kształtującej rowek z mniejszym promieniem
przy większej częstotliwości wzmocnienia. Amplituda drgań wymuszonych częstotliwości roboczej rezonatora określana jest według wzoru:
[
A = F0 / m (1 − W / W0 ) 2 + (bW / c) 2
]
1
2
,
(8)
gdzie: F0 – siła wymuszająca, b – współczynnik oporu ruchu, m – masa części roboczej
narzędzia. Częstotliwość własna narzędzia określana jest według zaleŜności:
215
1
f = 1 /( 2π )[c / J m ]2 ,
(9)
gdzie Jm – moment bezwładności części roboczej narzędzia, c – sztywność skrętna rezonatora, która jest równa
c = GJ 1p ,
(10)
gdzie: G – moduł wytrzymałości postaciowej (Kirchhoffa) (dla materiału rezonatora –
G = 0,83.105 MPa; dla materiałów rozporowych tulei mosięŜnej G = 0,38.105 MPa lub
dla miedzi G = 0,5.105 MPa; Jp – biegunowy moment bezwładności przekroju.
Przekrój poprzeczny rezonatora rozpatrywany jest jako całość z biegunowym momentem bezwładności Jp1. Sztywność przekroju rowka z wpustami ze stopów kolorowych
zmniejsza się podobnie jak biegunowy moment bezwładności przekroju Jp2 w danej
części narzędzia poniŜej Jp1 z powodu osłabienia przekroju poprzecznego rowkami
i mniejszego modułu spręŜystości stopów kolorowych. Sztywność odpowiedniej części
narzędzia zmniejsza się i określa własną częstotliwość rezonansową narzędzia i amplitudę drgań wymuszonych.
Rowek o większym promieniu stosowany jest na operacjach zgrubnych przy duŜo niŜszej częstotliwości rezonansowej drgań i większej amplitudzie. Rowek o mniejszym
promieniu zaokrąglenia znajduje zastosowanie na operacjach kształtujących przy
znacznie wyŜszej częstotliwości i mniejszej amplitudzie.
6. Podsumowanie
Zaproponowane urządzenie zwiększa efektywność i wydajność obróbki głębokich otworów
oraz rozszerza moŜliwości technologiczne, umoŜliwia obróbkę zgrubną i kształtującą stopów trudnoobrabialnych o złoŜonej strukturze, podwyŜszenie niezawodności pracy narzędzia i jakości obróbki poprzez obniŜenie chropowatości oraz minimalizację stopnia i głębokości umocnienia przez stworzenie warunków obróbki, podobnych do skrawania
wibracyjnego a takŜe obniŜenie energochłonności procesu skrawania.
Urządzenie zawiera wytaczadło na części roboczej, którego zamocowana jest głowica
roztaczająca z płytkami skrawającymi oraz elementy prowadzące. Na części nieroboczej
znajduje się rezonator drgań kompleksowych, wykonany w postaci klinów rozporowych, zamocowanych śrubami ściągającymi, umieszczonych w dwuzwojowych rowkach gwintowych o róŜnych promieniach stoŜkowego przekroju poprzecznego.
WyposaŜenie wytaczadła w rezonator umoŜliwia uzyskanie warunków skrawania podobnych do skrawania wibracyjnego, w wyniku zastosowania w charakterze źródła
drgań ultradźwiękowych strefy styku narzędzia i obrabianej części oraz przekazanie
drgań kompleksowych narzędziu przez strefę kształtowania wióra.
Wykonanie dwuzwojowych rowków gwintowych umoŜliwia przeprowadzenie obróbki
zgrubnej i kształtującej jednym narzędziem przy optymalnej amplitudzie i częstotliwości drgań narzędzia w przypadku kaŜdego rodzaju obróbki, Wykonanie rowków gwintowych o róŜnych promieniach pozwala dopasować drgania wzdłuŜne i skrętne dwóch
róŜnych częstotliwości rezonansowych.
Zastosowanie klinów rozporowych z regulacją poprzez śruby ściągające daje moŜliwość
dokładnego nastawienia częstotliwości rezonansowych w wyniku zmiany liczby klinów
rozporowych, ich materiału i stopnia skręcenia. Wykonanie rowków o przekroju stoŜkowym podnosi niezawodność pracy narzędzia.
216
Literatura
1. Bagimow I., Taranenko W., Świć A., Taranenko G.: Sterowanie wytwarzaniem precyzyjnych części o małej sztywności. Przegląd Mechaniczny 5/2007/s, s. 19-20.
2. Draczov O., Taranenko G., Taranenko W., Świć А.: PowyŜszenie effiektyvnosti vibracionnoj obrabotki głubokich otvierstii. IZVIESTIA NACIONALNOJ
AKADEMII NAUK ARMENII I GIUA, Erewan, 2008, s. 12 – 21.
3. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение,1967.- 399 с.
4. Тараненко В. А., Левченко А. И.: Управление процессом сверления глубоких
отверстий малого диаметра. Studia i monografie, z. 144, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Opolskiej, Opole, 2003, 128 s.
5. Троицкий Н. Д.: Глубокое сверление . – Л.: Машиностроение, 1971.- 176 с.
6. Холмогорцев Ю. П.: Оптимизация процессов обработки отверстий. М.:
Машиностроение, 1984. – 184 с.
7. Świć A., Hałas W.: Wpływ napręŜeń na dokładność wytwarzania części maszyn.
Scientific bulletin of Chełm. Section of technical sciences, s. 209-213.
8. Taranenko W., Świć A. Urządzenia sterujące dokładnością obróbki części maszyn o
małej sztywności. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2006, 186 s.
9. Zubrzycki J., Taranenko W., Świć A., Lewczenko A. Sterowanie automatyczne procesem wiercenia głębokich otworów. Pomiary automatyka robotyka PAR 2/2007, 13 s.
Streszczenie
W referencie przedstawiono analizę i klasyfikację metod kształtowania otworów głębokich. Szczególną uwagę zwrócono na metodę obróbki wibracyjnej z wykorzystaniem
drgań skrętnych oraz wzdłuŜnych. Powstawanie drgań moŜliwe jest dzięki zastosowaniu
przetwornika falowego o odpowiednio niskiej sztywności w kierunkach stycznym
i wzdłuŜnym. Zastosowanie metody kształtowania wibracyjnego otworów głębokich
umoŜliwia zwiększenie wydajności obróbki, jakości, dokładności, niezawodności pracy
narzędzi oraz stabilności kształtu i wymiarów części.
Deep holes drilling using variable ridigity tool
Summary
The paper presents the analysis and classification of methods of deep holes drilling. It
focuses on the vibratory machining using torsional and longitudinal vibrations. They are
excited by low rigid in both tangent and longitudinal directions wave converter. Using
such a method of forming deep holes allows increasing the productivity, quality, exactitude, reliability of tools work, and stability of shape and dimensions of a part.
217