Technological fixtures for machining large-sized thin-walled shells of complex profile

Abstract

The paper analyzes the structure of technological fixtures for the positioning and fixing of large-sized thin-walled pyroceram shells as a factor affecting the dynamic characteristics of the grinding system. The solution to the problem of ensuring the dynamic stability of the «mandrel-workpiece» subsystem is necessary to increase the efficiency of shell machining in present conditions. Studying the vibrations frequency spectrum of the technological system during grinding has made it possible to determine their sources. The magnitude and frequency of vibrations depend on the mandrel structure - the clamping fixture. The study results are the requirements for a new mandrel structure, considering the dynamic stability of the technological system.

Для забезпечення точності обробки та якості поверхні тонкостінних великогабаритних оболонок з ситалу на операціях алмазного шліфування необхідно підвищувати динамічну стійкість технологічної системи. На динамічну стійкість технологічної системи впливають як характеристики процесу різання, так і динамічні характеристики її елементів. Заготовка – тонкостінна оболонка є нетехнологічним елементом. Стінці заготовки не вистачає статичної жорсткості та динамічної стійкості під впливом на неї сил закріплення у пристосуванні та різання. Рівень коливань стінки оболонки під час обробки залежить від геометрії заготовки, режиму різання та конструкції технологічної оснастки – затискної оправки, яка впливає на власні коливання стінки заготовки. Складність забезпечення точності установки заготовки на операціях механічної обробки пов'язана з низькою точністю її базових поверхонь, похибками форми і розташування внутрішньої поверхні заготовки щодо зовнішньої. Дослідження частотного спектра коливань технологічної системи під час шліфування у виробничих умовах дозволило визначити джерела їх виникнення. Було виявлено, що нижча власна частота коливань підсистеми «оправка-заготовка» в діапазоні від 50 до 200 Гц негативно впливає на вимушені коливання в технологічній системі. Власна нижча частота оболонки (до 1000 Гц) впливає на появу та рівень параметричних коливань її стінки. За допомогою методів комп’ютерного моделювання виконано оцінку впливу існуючих та віртуальних, з необхідними ознаками, конструкцій пристосувань - оправок на рівень вібрацій у системі. Всього було оцінено чотири конструкції оправок та сім варіантів їх реалізації на операції зовнішнього шліфування тонкостінної оболонки. Дослідження показали, що в конструкції оправки, яка забезпечить динамічну стійкість технологічної системи і задану точність обробки, необхідно забезпечити: наявність двох опор для фіксації профілю заготовки оболонки по всій контактній поверхні без зазорів; базування по торцевій поверхні; наявність схеми установки заготовки, яка дозволить виконати обробку її повного профілю. Існуючі конструкції оправок повністю не задовольняють переліченим вимогам, тому є необхідність у розробці нової прогресивної конструкції оправки.