W przemyśle łożyskowym pierścienie zewnętrzne łożysk są zazwyczaj częściami cienkościennymi. Ogólnie rzecz biorąc, tokarki CNC wykorzystują metody mocowania uchwytu samocentrującego lub wieloszczękowego podczas toczenia na twardo pierścieni zewnętrznych łożysk. Ze względu na problem deformacji powodowany przez zwykły hydrauliczny samocentrujący lub wieloszczękowy uchwyt zaciskowy na pierścieniu zewnętrznym łożysk toczących się na twardo, zaproponowano metodę wykorzystania elektrotrwałych uchwytów magnetycznych do mocowania pierścieni zewnętrznych łożysk cienkościennych na twardo. zaproponowane. Jednocześnie mając na uwadze problem polegający na tym, że w otworze wewnętrznym pierścienia zewnętrznego cienkościennego łożyska podczas toczenia na twardo występuje zjawisko dodatniego stożka, co prowadzi do nadmiernej okrągłości otworu wewnętrznego, proponuje się udoskonalenie zjawisko dodatniego stożka w otworze wewnętrznym poprzez zmianę głębokości skrawania i ścieżki skrawania, aby zapewnić twarde toczenie łożysk cienkościennych. Okrągłość wewnętrznego otworu pierścienia zewnętrznego łożyska dowodzi możliwości zastosowania elektrotrwałych uchwytów magnetycznych do mocowania pierścienia zewnętrznego w łożyskach cienkościennych toczonych na twardo.
01
Przedmowa
Jako jedno z najsłabszych ogniw toczenia na twardo, metoda mocowania i pozycjonowania łożyska zawsze stanowiła wąskie gardło ograniczające powszechne zastosowanie technologii toczenia na twardo w przemyśle łożyskowym. Sposób mocowania i dokładność mocowania mają bezpośredni wpływ na dokładność obróbki. Aby osiągnąć dokładność obróbki szlifierskiej w procesie toczenia na twardo, bardzo ważny jest wybór odpowiedniego sposobu mocowania oraz maksymalizacji dokładności mocowania [1].
Uchwyty samocentrujące lub wieloszczękowe stały się preferowanym narzędziem do operacji toczenia ze względu na ich szeroką wszechstronność, niezawodność mocowania i dokładność centrowania. W przypadku metody mocowania uchwytów samocentrujących lub wieloszczękowych, poprzez zmianę konstrukcji szczęk, poprawę dokładności szczęk i poprawę rozmieszczenia szczęk, można ograniczyć ilość twardych odkształceń tocznych łożyska i można poprawić dokładność mocowania. Ren Minjie i in. [2] poprawili konstrukcję pazurów hydraulicznego uchwytu samocentrującego tokarek CNC, co znacznie zmniejszyło odkształcenia trudnoobrotowego pierścienia zewnętrznego łożyska i rozwiązało problem dużych odkształceń pierścienia zewnętrznego utrzymywanego przez trzy łapy. Dr Jeongmin Byun [3] z Purdue University w USA systematycznie analizował sposób mocowania uchwytu samocentrującego. Nie tylko poznał główne czynniki wpływające na błąd mocowania twardych części cylindrycznych, ale także zaproponował metodę eliminacji przechyłu przedmiotu obrabianego i zmniejszenia błędu mocowania. Metody stopniowej poprawy dokładności mocowania obejmują utrzymanie redundancji, poprawę dokładności obróbki szczęk i poprawę dokładności rozmieszczenia szczęk. Wyniki badań pokazują, że poprzez obróbkę pierścieni łożysk walcowych w oparciu o poprawę dokładności mocowania, dokładność obróbki może osiągnąć poziom obróbki szlifierskiej, co dowodzi możliwości „zastąpienia szlifowania tokarkami”. Obecnie istnieje niewiele przypadków stosowania elektropermanentnych uchwytów magnetycznych do mocowania łożysk toczonych na twardo. Ta metoda mocowania ma oczywiste zalety i pozwala uniknąć odkształcenia cienkościennych łożysk spowodowanego mocowaniem kłowym. Jednak wady nie są jeszcze jasne i należy je zweryfikować eksperymentalnie. JM Zhou i in. [4] z Uniwersytetu w Lund w Szwecji stwierdzili, że podczas skrawania łożysk tocznych użycie uchwytu samocentrującego do mocowania może powodować odkształcenia do 20 µm i zalecili stosowanie do mocowania uchwytu sześcioszczękowego lub uchwytu elektromagnetycznego. W wyniku badań eksperymentalnych toczących się na twardo części pierścieniowych ze stali 100Cr6 o twardości od 60 do 62HRC stwierdzono, że przy zastosowaniu do mocowania uchwytu samocentrującego błąd nieokrągłości części pierścieniowych przekraczał 10 μm; przy zastosowaniu do mocowania uchwytu sześciokłowego błąd okrągłości części pierścieniowych przekraczał 10 µm. Błąd nieokrągłości części pierścienia wynosi około 9 μm; przy zastosowaniu elektromagnetycznego mocowania uchwytu błąd nieokrągłości części pierścienia jest mniejszy niż 4 μm.
Chociaż uchwyty samocentrujące lub wieloszczękowe mogą poprawić odkształcenie cienkościennych pierścieni zewnętrznych łożysk podczas toczenia na twardo poprzez optymalizację szczęk, nie mogą one całkowicie rozwiązać problemu odkształceń na twardo cienkościennych pierścieni zewnętrznych łożysk. Dlatego stosowanie elektropermanentnego mocowania magnetycznego stało się najlepszą metodą toczenia na twardo cienkościennych pierścieni zewnętrznych łożysk. W artykule po raz pierwszy przeprowadzono badania eksperymentalne z wykorzystaniem elektropermanentnego uchwytu magnetycznego do mocowania pierścienia zewnętrznego cienkościennego łożyska toczonego na twardo. Sprawdza przydatność elektropermanentnego uchwytu magnetycznego do mocowania pierścienia zewnętrznego cienkościennego łożyska toczonego na twardo. Analizuje również otwór wewnętrzny pierścienia zewnętrznego cienkościennego łożyska toczonego na twardo. Kiedy występuje zjawisko dodatniego stożka, okrągłość otworu wewnętrznego wykracza poza tolerancję. Proponuje się poprawę zjawiska dodatniego stożka otworu wewnętrznego poprzez zmianę głębokości skrawania i ścieżki skrawania.
02
Wprowadzenie do elektropermanentnego uchwytu magnetycznego
Elektrotrwały uchwyt magnetyczny wykonany jest z magnesów trwałych zamiast elektromagnesów, a bloki magnetycznie przepuszczalne są zwykle magnesami trwałymi. Kiedy zaczyna działać, elektropermanentny uchwyt magnetyczny jest zasilany i namagnesowany. Po osiągnięciu ustawionej siły magnetycznej zasilanie zostaje automatycznie odcięte, aby utrzymać siłę magnetyczną. Ponieważ nie ma potrzeby ciągłego zasilania podczas procesu roboczego, nie będzie generował ciepła podczas ciągłej pracy, zapobiegając deformacji przedmiotu obrabianego pod wpływem ciepła.
Uchwyt elektromagnetyczny wykonany jest w oparciu o zasadę magnetycznego działania prądu elektrycznego. Siła magnetyczna zależy od ciągłego prądu elektrycznego. Wadą tego typu przyssawki jest to, że po zatrzymaniu prądu następuje zwolnienie przedmiotu obrabianego. Jeśli zdarzy się to podczas pracy, spowoduje to wyrzucenie części i narazi operatora na ryzyko obrażeń. Jednocześnie, po pewnym czasie pracy uchwytu elektromagnetycznego, ciągły przepływ prądu będzie generował ciepło, powodując nagrzewanie i deformację przedmiotu obrabianego, a dokładność obróbki nie może być zagwarantowana.
W teście tym wykorzystuje się elektryczny uchwyt z magnesem trwałym, model X61-500. Model kontrolera to LMSDVPL2VH301, jak pokazano na rysunku 1.
zdjęcie
a) Elektrotrwały uchwyt magnetyczny b) Kontroler
Rysunek 1 Elektryczny uchwyt i sterownik z magnesem trwałym
Elektrotrwały uchwyt magnetyczny może pochłaniać i zaciskać pierścień zewnętrzny cienkościennych łożysk za pomocą siły magnetycznej. Nie wywiera promieniowej siły mocowania na obrabiany przedmiot i pozwala uniknąć odkształceń mocowania. Ten elektrotrwały uchwyt magnetyczny ma w sumie 16 poziomów siły magnetycznej, a siła magnetyczna jest kontrolowana poprzez regulację jej prądu.
03
Eksperyment na pierścieniu zewnętrznym cienkościennych łożysk mocowanych za pomocą elektropermanentnych uchwytów magnetycznych
3.1 Dobór wyposażenia obrabiarek
Do testu wybrano tokarkę pionową CNC T6-85H opracowaną niezależnie przez General Technology Group Shenyang Machine Tool Co., Ltd. Obrabiany przedmiot mocuje się pionowo tak, aby środek ciężkości przedmiotu obrabianego pokrywał się ze środkiem ciężkości wrzeciona, aby uniknąć błędów okrągłości spowodowanych grawitacją podczas mocowania poziomego i zapewnić okrągłość przedmiotu obrabianego [5]. Jednocześnie ciężar własny przedmiotu obrabianego sprawia, że kontakt z powierzchnią odniesienia mocowania jest dokładny i bliski, uzyskując w ten sposób wysoką dokładność pozycjonowania i stabilną dokładność obróbki.
3.2 Wybór przedmiotu obrabianego
W teście toczenia na twardo jako obiekt badań wybierany jest pierścień zewnętrzny łożyska walcowego. Grubość ścianki wynosi 6,5 mm, co jest łożyskiem cienkościennym [6]. Materiał to GCr15, a twardość po hartowaniu wynosi 60~64HRC. Zarówno powierzchnia czołowa, jak i zewnętrzny okrąg próbki są szorstkimi powierzchniami szlifierskimi, o dobrej spójności wymiarowej i jakości powierzchni. Ponieważ zgrubne szlifowanie otworu wewnętrznego jest nieefektywne i podatne na oparzenia, w tym teście wykonano jedynie twarde toczenie otworu wewnętrznego, stosując toczenie na twardo zamiast szlifowania zgrubnego. Po toczeniu na twardo następuje również proces szlifowania dokładnego i proces dogładzania. Element testowy wymaga, aby rozmiar otworu wewnętrznego po toczeniu na twardo wynosił 136,82 ~ 136,86 mm, okrągłość otworu wewnętrznego wynosiła 0.011 mm, walcowość otworu wewnętrznego wynosiła {{19 }}.011 mm, współosiowość między otworem wewnętrznym a kołem zewnętrznym wynosi 0,02 mm, pionowość między otworem wewnętrznym a powierzchnią czołową wynosi 0,011 mm, a otwór wewnętrzny ma głębokość 0,011 mm. Wartość chropowatości powierzchni otworu Ra=1μm, jak pokazano na rysunku 2.
zdjęcie
wzorzec
zdjęcie
b) Puste
Rysunek 2 Pierścień zewnętrzny łożyska walcowego
3.3 Plan procesu
Plan procesu składa się z dwóch narzędzi do toczenia na twardo wewnętrznego otworu pierścienia zewnętrznego łożyska walcowego. Parametry skrawania to: prędkość obrotowa 250obr/min, posuw 0.1mm/obr, jednostronna głębokość skrawania pierwszego narzędzia 0.08mm , a głębokość skrawania jednostronnego drugiego narzędzia 0,07 mm. Stosowane są płytki CBN, a promień wierzchołka narzędzia wynosi 0,8 mm, jak pokazano na rysunku 3.
zdjęcie
a) Ostrze b) Narzędzie
Rysunek 3 Ostrza CBN i narzędzia skrawające
04
procedura eksperymentalna
Znamionowa siła magnetyczna zastosowanego w teście uchwytu z magnesem elektropermanentnym wynosi 160N/cm2, a osiowa siła adsorpcji na pierścieniu zewnętrznym łożyska walcowego wynosi 2432N. Zgodnie z zasadą powierzchni styku współczynnik tarcia między przedmiotem obrabianym a magnetycznym blokiem pozycjonującym uchwytu z magnesem elektrotrwałym wynosi 0,15, siła tarcia wynosi 364,8 N, a łączna siła głównej siły skrawania i promieniowej siły skrawania przedmiot obrabiany w toczeniu na twardo wynosi około 120N. Dlatego elektrostały uchwyt magnetyczny może w pełni dostosować się do potrzeb mocowania podczas toczenia na twardo.
Ponieważ pierścień zewnętrzny łożyska jest pozycjonowany na powierzchni czołowej za pomocą uchwytu magnetycznego, nie ma konieczności centrowania na obwodzie. Tak naprawdę bardzo trudno jest wycentrować pierścień zewnętrzny za pomocą miernika obwodu. Dlatego na magnetycznym bloku pozycjonującym obraca się stopień łukowy o głębokości 5 mm, aby stopień był okrągły. Szczelina pomiędzy łukiem a pierścieniem zewnętrznym łożyska powinna być jak najmniejsza. Szczelina wynosi około 0,01 mm, jak pokazano na rysunku 4. Jednocześnie podczas samoobracania powierzchni stopnia należy upewnić się, że jakość powierzchni styku pomiędzy blokiem przewodzącym magnetycznie a pierścień zewnętrzny łożyska jest dobry. Po przetworzeniu części demontaż magnetyczny będzie bardzo szybki. Z łatwością załadunek i rozładunek części zajmuje tylko 5 sekund.
zdjęcie
Rysunek 4 Schemat ideowy toczenia na twardo i mocowania pierścienia zewnętrznego łożysk walcowych
Części nr 1 do 5 zostały toczone na twardo zgodnie z powyższą metodą mocowania i parametrami skrawania. Po toczeniu części sprawdzono za pomocą współrzędnych trójwymiarowych, jak pokazano na rysunku 5, a chropowatość powierzchni sprawdzono za pomocą miernika chropowatości, jak pokazano na rysunku 6. Wyniki testów przedstawiono w tabeli 1, a stan części po toczeniu na twardo pokazano na rysunku 7.
zdjęcie
Rysunek 5 Detekcja trzech współrzędnych
zdjęcie
Rysunek 6 Wykrywanie chropowatości powierzchni
Tabela 1 Łożysko walcowe (nr 1~5) Wyniki kontroli otworu wewnętrznego pierścienia zewnętrznego (jednostka: μｍ) zdjęcie
zdjęcie
Rysunek 7: Stan po toczeniu twardym
Z danych zawartych w tabeli 1 wynika, że po zaciśnięciu pierścienia zewnętrznego łożyska walcowego za pomocą elektropermanentnego uchwytu magnetycznego i obróbce otworu wewnętrznego na twardo, okrągłość otworu wewnętrznego, współosiowość pomiędzy otwór i okrąg zewnętrzny, prostopadłość między otworem wewnętrznym a powierzchnią czołową oraz chropowatość powierzchni otworu wewnętrznego. Wszystkie stopnie mogą spełniać wymagania rysunku, a cylindryczność otworu wewnętrznego w większości spełnia wymagania, ale to jest również zbliżona do tolerancji granicznej wymaganej na rysunku. Niewielka kumulacja innych błędów przekroczy tolerancję i spowoduje, że część będzie niekwalifikowana. Powodem jest to, że różnica pomiędzy górnym i dolnym okręgiem otworu wewnętrznego jest duża, co powoduje zjawisko stożka do przodu w otworze wewnętrznym.
W przypadku tego dodatniego zjawiska stożka, jak pokazano na rysunku 4, powodem analizy jest to, że pod osiowym zaciśnięciem elektropermanentnego uchwytu magnetycznego, gdy wysokość stopnia samoobrotowego łuku może stykać się z zewnętrznym okręgiem pierścienia łożyskowego, tokarka pionowa zaczyna się od góry. Podczas toczenia na twardo otworu wewnętrznego cienkościennego pierścienia zewnętrznego łożyska, niewystarczająca sztywność pierścienia zewnętrznego łożyska powoduje promieniowe odkształcenie narzędzia w procesie skrawania. Górna okrągła część wewnętrznego otworu zewnętrznego pierścienia łożyska ulega odkształceniu sprężystemu pod wpływem siły skrawania, a wielkość skrawania staje się mniejsza, w wyniku czego rzeczywista głębokość skrawania jest niezgodna z nominalną głębokością skrawania. Odkształcenie dolnej okrągłej części otworu wewnętrznego jest niewielkie ze względu na dolną powierzchnię bloku magnetycznego, siłę ssania stopni bocznych i nacisk stopni bocznych. Wielkość cięcia jest większa niż w przypadku górnej okrągłej części otworu wewnętrznego. Pierścień zewnętrzny łożyska charakteryzuje się dodatnim zjawiskiem stożka w otworze wewnętrznym.
Teoretycznie zjawisko stożka można zmniejszyć lub wyeliminować dwoma metodami. Pierwszym z nich jest zmiana głębokości skrawania w celu zmniejszenia promieniowej siły skrawania, np. zmniejszenie głębokości skrawania podczas wykańczania wewnętrznego otworu pierścienia zewnętrznego łożyska cienkościennego; drugim jest zmiana ścieżki skrawania, na przykład podczas wykańczania wewnętrznego otworu pierścienia zewnętrznego cienkościennego łożyska, zgodnie z dodatnim rozmiarem stożka, należy użyć pewnego odwrotnego stożka, aby wyciąć otwór wewnętrzny, tak aby wielkość skrawania dolnego koła otworu wewnętrznego Mniejsza lub równa wielkości skrawania górnego koła otworu wewnętrznego, zmniejszająca lub eliminująca zjawisko stożka do przodu otworu wewnętrznego.
05
Weryfikacja eksperymentalna
5.1 Sprawdź wpływ zmiany głębokości skrawania na zjawisko stożka przedniego
Plan procesu składa się z trzech narzędzi do toczenia na twardo wewnętrznego otworu pierścienia zewnętrznego łożyska walcowego. Parametry skrawania to: prędkość obrotowa 250obr/min, posuw 0.1mm/obr, jednostronna głębokość skrawania pierwszego narzędzia 0.08mm , a głębokość cięcia jednostronnego drugiego narzędzia 0,05 mm, głębokość cięcia trzeciego noża z jednej strony wynosi 0,02 mm. Metoda mocowania pozostaje niezmieniona, a części toczone na twardo nr 6 do 10 są po toczeniu sprawdzane za pomocą trójwymiarowej kontroli współrzędnych i pomiaru chropowatości powierzchni. Wyniki testu przedstawiono w tabeli 2.
Tabela 2 Zdjęcia łożyska walcowego (nr 6 do nr 10) z otworem wewnętrznym pierścienia zewnętrznego (jednostka: μｍ)
Z danych w Tabeli 2 wynika, że zmieniając głębokość skrawania, wielkość skrawania wykańczającego zmieniała się z 0.07 mm na 0,02 mm po jednej stronie. Po twardym toczeniu otworu wewnętrznego pierścienia zewnętrznego łożyska walcowego sprawdzono wszystkie tolerancje geometryczne i chropowatość powierzchni zgodnie z rysunkami. Wymagać.
5.2 Sprawdź wpływ zmiany ścieżki skrawania na zjawisko stożka do przodu
Plan procesu składa się z dwóch narzędzi do toczenia na twardo wewnętrznego otworu pierścienia zewnętrznego łożyska walcowego. Parametry skrawania to: prędkość obrotowa 250obr/min, posuw 0,1mm/obr, głębokość skrawania jednostronnego narzędzia pierwszego 0,08mm oraz jednostronna głębokość skrawania drugiego narzędzia 0,07 mm. Zgodnie z danymi w tabeli 1, średnia różnica pomiędzy górnym i dolnym okręgiem wewnętrznego otworu łożyska oraz szerokością łożyska, stosunek stożka wynosi 1:2,6493. Podczas toczenia drugiego narzędzia głębokość skrawania pozostaje niezmieniona, wykonywana jest kompensacja stożka, a torem skrawania jest tor odpowiadający odwróconemu stosunkowi stożka. Metoda mocowania pozostaje niezmieniona, a części toczone na twardo nr 11 do 15 są testowane. Po toczeniu części są testowane za pomocą trójwymiarowej kontroli współrzędnych i miernika chropowatości powierzchni. Wyniki testu przedstawiono w tabeli 3.
Tabela 3 Zdjęcia łożyska walcowego (nr 11-15) pierścienia zewnętrznego z otworem wewnętrznym (jednostka: μｍ)
Z danych zawartych w tabeli 3 wynika, że zmieniając ścieżkę skrawania, współczynnik stożka uzyskuje się w oparciu o znane zjawisko stożka do przodu. Głębokość skrawania pozostaje niezmieniona podczas skrawania, a ścieżka skrawania odpowiada ścieżce o odwróconym współczynniku stożka. Po mocnym obróceniu wewnętrznego otworu pierścienia zewnętrznego łożyska walcowego należy sprawdzić, czy wszystkie tolerancje geometryczne i chropowatość powierzchni odpowiadają wymaganiom rysunku.
06
Wniosek
Mając na celu rozwiązanie problemu, że uchwyty samocentrujące lub wieloszczękowe będą powodować odkształcenie pierścienia zewnętrznego łożysk cienkościennych podczas mocowania łożysk cienkościennych toczonych na twardo, w artykule zaproponowano zastosowanie elektropermanentnych uchwytów magnetycznych do mocowania pierścienia zewnętrznego pierścieni toczonych na twardo łożysk cienkościennych i udowadnia, że elektrostały uchwyt magnetyczny służy do mocowania pierścienia zewnętrznego łożysk cienkościennych toczonych na twardo. Możliwość wykorzystania uchwytu magnetycznego do mocowania pierścienia zewnętrznego cienkościennych łożysk toczonych na twardo -łożyska ściankowe.
Dla problemu zjawiska stożka przedniego w pierścieniu zewnętrznym twardych łożysk cienkościennych zaproponowano dwie metody optymalizacji. Jednym z nich jest zmiana głębokości skrawania, a drugim zmiana ścieżki skrawania. W wyniku weryfikacji eksperymentalnej stwierdzono, że zmiana głębokości skrawania jest lepsza niż zmiana ścieżki skrawania. .
