Исследовательская работа «Пьезорезец для точной обработки металлов при точении»

Номинация: Лучшее конструкторское решение
Просмотреть картинки списком
1ое, 2ое и 3е место: I место

Наставник: Тишин Владимир Владимирович, преподаватель спец. дисциплин Высшей квалификационной категории

Ученики: Тишин Антон Владимирович, 3 курс (18 лет); Фоменко Сергей Иванович, 4 курс (20 лет)

Город: г. Барнаул, Алтайский край

Название промышленного предприятия: ОАО «Радиозавод», ОАО «Алтайский завод прецизионных изделий»

Название колледжа: ФГОУ СПО «Алтайский государственный колледж»

Название объединения технического творчества: «Молодой новатор»

Название изобретения или изделия: Исследовательская работа «Пьезорезец для точной обработки металлов при точении»

Описание сути и значимости изобретения

В арсенале современного машиностроения имеются разнообразные технологии для создания элементов машин.

Токарная обработка (точение) – наиболее распространённый метод изготовления деталей типа тел вращения (валы, диски, оси, пальцы, кольца, втулки и др.) на токарных станках (Рисунок 1).

На поверхности, обработанной токарным резцом, образуются неровности в виде винтовых выступов и винтовых канавок (Рисунок 2).

Совокупность микронеровностей, образующихся на поверхности детали, называют шероховатостью поверхности. Шероховатость поверхности оказывает непосредственное влияние на качество неподвижных и подвижных соединений в машинах.

Детали с грубой поверхностью не обеспечивают в неподвижных соединениях требуемой точности и качества сборки, а в подвижных соединениях быстро изнашиваются и не выдерживают первоначальных зазоров.

Высота H и характер микронеровностей зависят от обрабатываемого материала, режимов резания, геометрии режущих кромок инструментов (Рисунок 3).

Профиль микронеровностей имеет вершины и впадины. Каждая впадина является концентратором механических напряжений при работе в механизмах машины. Концентратор напряжений может явиться причиной разрушения детали в нагруженном состоянии при работе (Рисунок 4).

Глубина резания t существенно влияет на величину упругих и пластических деформаций, возникающих на обрабатываемой при точении поверхности.

Установка глубины резания на токарных станках осуществляется перемещением суппорта посредством винтовой передачи. Данная передача имеет ограничения наименьшей глубины резания по причине погрешностей в подшипниковых опорах, винтовой паре (Рисунок 5).

Пьезоматериалы обладают уникальными свойствами изменять линейные размеры в условиях подаваемого электрического напряжения (обратный пьезоэффект). Используя данный эффект линейной зависимости Δh от U, в рамках работы исследована возможность применения пьезоэлектрика в качестве привода при токарном точении для тонкой настройки глубины резания (Рисунок 6).

Чёткая градация выхода подвижного резца позволяет устанавливать тонкие величины t (глубина резания), что, безусловно, отражается на показателях шероховатости и точности деталей при обработке.

Техническое описание прибора

Наименование прибора (Модуль А): «Пьезорезец для точной обработки металлов при точении»

Устанавливается: на токарный станок 1К62 или на министанок (Модуль В)

Техническая характеристика прибора (Модуль А)

Выход резца на глубину обработки t (мм) – 0,001 … 0,003

Электрическое напряжение питания (В) – 220; 50 Гц

Напряжение на пьезокристалл при постоянном токе (В) – 50 … 210

Электрическая мощность (Вт) – 2,6

Максимальная сила P (Н) для выхода резца на 0,003 мм – 6

Габариты прибора (мм) – 200х100х70

Дополнительная характеристика станка (Модули А; В)

Обороты шпинделя двигателя станка (мин^-1) – 200 … 5000

Продольный ход суппорта (мм) – 0 … 12

Поперечный ход суппорта (мм) – 0 … 3

Размеры обрабатываемой детали

длина (мм) – 85

диаметр (мм) – 10

Габариты министанка (мм) – 330х200х150

Электрическая мощность (Вт) – ~500

Принцип работы прибора

Для выхода резца на глубину резания (1; 2 или 3 мкм) необходимо: включить электрическое питание для пьезоэлемента и электромагнита (ЛАТР тарирован t = f (U)) (Рисунок 7).

Электромагнитом притягивается планка 6, укреплённая на штанге 8, тем самым меняется положение рычага 5 в условиях растяжения пружины 7.

При изменении положения рычаг 5 прекращает воздействие на замок 3, тем самым освобождает резец для выхода на регулируемую глубину резания. Одновременно пьезоэлемент 2 перемещает резец на тарированную величину глубины резания за счёт обратного пьезоэффекта.

Отключение электрической цепи вводит в работу пружину 7, при этом выход резца фиксируется замком. Электрическая схема представлена на рисунке 8.

Технология с использованием пьезорезца предлагается для внедрения в авиационную промышленность в создании двигателей при обработке титановых, алюминиевых и медных сплавов. Операции:

• Калибровка сопрягаемых в подшипниках деталей;

• Обработка поверхностей перед гальванообработкой;

• Проведение подкалибровки поверхности точением после литейного производства.

В настоящее время предложения с целью внедрения данной технологии поступают на предприятия:

• ОАО «Радиозавод», г.Барнаул;

• ОАО «Алтайский завод прецизионных изделий», г.Барнаул