Белгород, Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
Белгород, Белгородская область, Россия
сотрудник
Россия
ГРНТИ 55.03 Машиноведение и детали машин
ББК 345 Общая технология машиностроения. Обработка металлов
Одной из причин потери работоспособности оборудования являются нарушения технологии сборки и монтажа и недостаточная точность стыковки узлов при установке этого оборудования в условиях эксплуатации. Эти нарушения при монтаже оборудования возни-кают в частности при необходимости использования ручного труда при выполнении раз-личных подгоночных работ. В процессе эксплуатации в результате возможного нарушения технологии изготовления деталей и узлов, неточности монтажа, нарушения инструкций по эксплуатации, климатических условий и т.д., показатели надежности промышленного оборудования, такие как долговечность, безотказность снижаются, Для дальнейшей эксплуатации оборудования необходимо производить своевременное восстановление изношенных деталей и узлов, но для осуществления этой задачи промышленное предприятие должно иметь механизированный парк станков, которые обеспечивали бы ремонт деталей про-мышленного оборудования в условиях эксплуатации без остановки технологического процесса производства продукции.
станок, обработка, монтаж, отверстие, фланец, промышленное оборудование, точность, износ.
Введение. На многих промышленных предприятиях эксплуатируются вращающееся оборудование, имеющее крышки (фланцы). Крышки к корпусу закрепляются при помощи большого количества болтов. К таким агрегатам относятся помольные и сырьевые мельницы, сушильные барабаны, емкости в химической промышленности и т.д. Фланцевые соединения валов, крышек, цапф и т.д. имеют несколько отверстий, выполненных под призонные болты, диаметром до
Во многих случаях, детали фланцевого типа, которые необходимо установить, заменив изношенные, поступают на предприятия без отверстий, и возникает необходимость просверлить отверстия, совпадающие со старыми.
Основная часть. При восстановлении диаметра изношенных отверстий во фланцевых соединениях узлов больших размеров и массы, заменяемый фланец крепится к фланцу, который установлен в узле, этот фланец будет выполнять роль кондуктора при обработке отверстий в новом фланце и который также используется для расположения на нем приставного станка [4, 8].
В связи с тем, что при обработке отверстий во фланце возникают погрешности, вызванные неточностью базирования станка, на которые влияет непараллельность торцов фланцев, неточность изготовления и сборки деталей станка, неточность установки крепежного кронштейна, недостаточная жесткость станка.
Крепежный кронштейн станка сложно установить с высокой точностью относительно фланца. В результате базирования может возникнуть перекос в вертикальной и горизонтальной плоскостях, на величину которого влияет форма фиксатора и отверстия, расположенного на исходном фланце. Такая погрешность установки может привести к уводу сверла, а также к неточности обработки отверстия. Погрешность формы сверла, неравенство углов при его вершине и биение шпинделя при обработке, приводят к образованию погрешности формы отверстия и разбивке диаметра.
Допустим, что левая режущая кромка режущей части инструмента больше правой, (рис. 1) в этом случае сила резания . Известно, если изменение угла достигает 2о, то разница радиальных сил определяется по формуле
, которую можно представить в следующем виде [2]:
(1)
где - величина, которая зависит от отношения сил: осевой и подачи.
Рис. 1. Силы резания, возникающие при сверлении
Изменение диаметра от неуравновешенной радиальной силы можно представить:
, (2)
где – длина инструмента;
– минимальный момент инерции, рассчитанный в поперечном сечении инструмента.
На разбивку диаметра отверстия влияет искажение оси по длине сверла, т.е. отклонение от вертикальной оси, несоосность рабочей части инструмента с хвостовиком (рис. 2).
В том случае, когда при обработке сверла используют в качестве приспособлений кондукторы, а отверстия в них получены неточно, возникают дефекты расположения центров отверстий. Даже при относительно точном расположении центров отверстий в кондукторных втулках встречается разбивка отверстий. Разбивка наблюдается в связи с погрешностью направления инструмента в процессе сверления, в том случае, если втулка имеет недостаточную высоту, нежесткого закрепления, при наличие зазора между втулкой и инструментом и от гироскопического эффекта. При качественном и точном изготовлении станка, его деталей и узлов, и режущих инструментов многие погрешности возможно минимизировать или исключить совсем. Гироскопический момент, который наблюдается при сверлении влияет на смещение оси шпиндельного узла и сверла.
Рис. 2. Схема сил, влияющих на сверло
при обработке
При определении значения действующего гироскопического момента имеется две системы отсчёта: неподвижная ,
, ось
, в которой направлена вдоль оси сверла в положении равновесия [3], и подвижная
с началом координат в центре тяжести.
(3)
Произвольные постоянные интегрирования системы ,
,
,
,
устанавливаются заданными условиями.
Частоты k1 и k2 собственных колебаний системы находят по следующим зависимостям:
(4)
где
(5)
(6)
(7)
Амплитуды вынужденных колебаний и
системы определяются по формулам:
(8)
Исходя из вышеприведенных зависимостей, вытекает, что при повышении значения угловой скорости будет происходить уменьшение
и
, а, значит, колебания шпинделя и сверла. В этом случае будет снижаться погрешность при сверлении.
Конструкция сверло – шпиндельный узел осуществляет вращение вокруг оси инструмента с постоянной угловой скоростью и моментами инерции относительно осей
,
,
-
,
,
, при равенстве моментов инерции
. В вышеприведённых формулах обозначим
как расстояние от поперечной режущей кромки
инструмента до центра тяжести
узла;
- расстояние от центра тяжести
до точки
, расположенной на оси вращения инструмента, полученное на пересечении оси и плоскости, которую провели через нижнюю грань шпинделя, перпендикулярно к ней;
- расстояние от точки
до неподвижной точки
. Введем обозначение
угла поворота оси сверла (вокруг оси
), заданный от оси
в плоскости
; и
- угла поворота оси сверла, определяемый от оси x в плоскости
.
Введем обозначения ( ) и (
) координат точки
относительно подвижной и неподвижной системы отсчёта. Таким образом, с учетом того, что величины углов
и
малы, можно записать:
(9)
где .
На конструкцию инструмент – шпиндельный узел оказывает влияние – сила подачи,
– крутящий момент, обозначим
и
проекции на оси
и
горизонтальных упругих реакций, которые прикладывают к шпиндельному узлу в точке
,
– масса конструкции,
– равнодействующая вертикальной силы,
и
– радиальные составляющие,
и
– тангенциальные составляющие поперечной и главной режущей кромок инструмента. Принимаем, что
и неуравновешенная радиальная сила
приложены к точке
поперечной кромки, лежащей на оси инструмента и
.
Используя теорему об изменении момента количества движения относительно центра масс, приведем систему дифференциальных уравнений колебаний конструкции сверло – шпиндельный узел вокруг осей, параллельных осям и
, которые проходят через центр тяжести конструкции. Тогда система дифференциальных уравнений с точностью до величин первого порядка малости с учётом влияния гироскопического эффекта будет следующей [3]:
, (10)
где
- жесткость шпинделя по направлениям осей y и z.
Тогда получим:
(11)
Величина изменения диаметра увеличивается при увеличении подачи. При увеличении частоты вращения разбивка уменьшается. На точность обработки отверстий влияет также и увеличение глубины сверления.
Фланцы, входящие в конструкцию узлов большой массы и размеров, характеризуются большой жесткостью, поэтому инструмент, применяемый для обработки, может разрушиться под действием продольной силы вызывающей его изгиб. На рис. 1.3. приведены основные схемы положения сверла в процессе работы.
Критическая сила, которая допустима исходя из условий прочности инструмента, определяется по формуле [2]
, (12)
где – коэффициент устойчивости, на который оказывает влияние характер закрепления сверла;
– площадь поперечного сечения инструмента.
При обработке отверстий с применением нестационарных станков (рис. 1.4) их устанавливают по отверстию в ответном фланце. Таким образом, возможно возникновение отклонения соосности отверстий из-за неточности базирования, а в процессе сверления ось инструмента не совпадёт с осью базового отверстия.
Построим измерительную размерную цепь . Если левое отверстие, при сверлении смежных фланцев, используется как базовое, то погрешность может образоваться ь в результате параллельного смещения или перекоса осей.
При применении левого отверстия в качестве базового с координатами , относительно которой имеется смещение и поворот обрабатываемого отверстия с координатами
находимые по векторам
линейного смещения и углового поворота, то отклонение от соосности на длине
определим по формуле:
, (13)
где - отклонения соответствующих параметров смещения и относительного поворота. Наибольшее отклонение от соосности
может быть:
.
Рис. 3. Варианты расположения инструмента при сверлении
Рис. 4. Схема определения погрешности при сверлении
Для решения назначаем: - расстояние средней оси до оси вала;
- расстояние между смежными отверстиями;
- расстояние между торцами фланцев, если известны отклонения
и
то максимальная погрешность (отклонение от соосности) на участке
определяется по формуле:
, (14)
где - расстояние, на котором выполнятся замер перекоса оси правого отверстия.
Таким образом, среднее отклонение оси отверстия от оси вала появляется вследствие неточного монтажа и установки нестационарного станка и увода сверла, его можно рассчитать по формуле:
(15)
Вывод. Отклонение оси отверстия при обработке его на новом фланце с использованием исходного фланца в качестве сопрягаемого копира, зависит от точности исполнения отверстий этого фланца и параллельности торцов фланцев.
1. Решетников Д.Н., Портман В.Т. Точ-ность металлорежущих станков, М.: Машино-строение, 1986. 336 с.
2. Кацев П.Г. Статистические методы ис-следования режущего инструмента. Изд. 2-е, перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1974, 239 с.
3. Кобалаев Ю.Ж., Гукъямухов М.Б. Вли-яние гироскопического момента на точность обработки при сверлении. Труды СКГМИ Ор-джоникидзе.вып. 27. 1970, 30 с.
4. Федоренко М.А., Бондаренко Ю.А., Рыбак Л.А., Бестужева О.В. Разработка станка для сверления и растачивания отверстий в крупногабаритных фланцевых соединениях // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шу-хова. 2016. № 5. С. 106–109.
5. Албагачиев А.Ю., Амбросимов С.К., Бавыкин О.Б., Большаков А.Н., Бондаренко Ю.А., Вячеславова О.Ф., Еременко Ю.И., За-бельян Д.М., Зайцев С.А., Козлова М.А., Кру-пеня Е.Ю., Лебедев В.А., Лобанов И.Е., Моро-зова А.В., Пелипенко Н.А., Пухальский В.А., Рыбак Л.А., Санин С.Н., Санина Т.М., Сереб-ренникова А.Г. Прогрессивные машинострои-тельные технологии, оборудование и инстру-менты. Москва, 2015. Том VI, 59–103 с.
6. Федоренко М.А., Бондаренко Ю.А., Санина Т.М. Энергосберегающие методы вос-становления работоспособности оборудова-ния промышленности строительных материа-лов. Белгород, 2011, 162 с.
7. Федоренко М.А., Санина Т.М., Бонда-ренко Ю.А., Погонин А.А., Схиртладзе А.Г. Бездемонтажное восстановление кpупнога-баpитных агpегатов // Ремонт. Восстановле-ние. Модернизация. 2009. № 11. С. 11–14.
8. Федоренко М.А., Бондаренко Ю.А. Приставной сверлильный станок для сверле-ния и растачивания отверстий в крупногаба-ритных фланцевых соединениях патент на полезную модель RUS 67907 17.05.2007
9. Бондаренко Ю.А. Технологические методы и способы восстановления работо-способности крупногабаритного промышлен-ного оборудования без его демонтажа при-ставными станочными модулями. Белгород, 2005, 231 с.
