Bulletin of Belgorod State Technological University named after. V. G. Shukhov Bulletin of Belgorod State Technological University named after. V. G. Shukhov Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова 2071-7318 42236 10.34031/2071-7318-2021-6-2-100-106 Машиностроение и машиноведение Machine building and mechanical engineering Машиностроение и машиноведение INCREASING THE RIGIDITY OF THE SELF-CENTERING DEVICES OF LATHES ПОВЫШЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ САМОЦЕНТРИРУЮЩИХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ Серегин А. А. Seregin A. A. aasdom@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Никитина И. П. Nikitina I. P. innanikitina@list.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Крылова С. Е. Krylova S. E. krilova27@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Оренбургский государственный университет Оренбург Россия Orenburg State University Orenburg Russian Federation Оренбургский государственный университет Orenburg State University 6 2 100 106 https://naukaru.ru/en/nauka/article/42236/view

Повышение жёсткости универсальных самоцентрирующих приспособлений – одно из актуальных направлений в области проектирования станочной оснастки. Расчёт распределения нагрузки между витками и зубьями спирально-реечного механизма представляет собой сложную инженерную задачу. При работе над статьей выявлено, что смежная пара витков и зубьев, находящихся в зацеплении, не всегда совпадает с геометрической смежной парой вследствие погрешности исполнения витков и зубьев по шагу и профилю. Это основано на экспериментальных данных и положении о том, что ошибки шага и профиля спирали определяют характер рабочих давлений в зацеплении витков и зубьев. В статье рассмотрены технические решения, в которых, без существенных изменений конструкции, повышается жёсткость самоцентрирующих приспособлений за счёт установления соответствия алгоритма изменения упругих свойств деталей спирально-реечного механизма алгоритму изменения нагрузки между несущими элементами. Предложены конструктивные решения, основанные на реализации упругого смещения первого наиболее нагруженного витка, что позволяет уменьшить натяг между зубом рейки кулачка и витком спирали диска. Это обстоятельство способствует перераспределению нагрузки в зацеплении несущих элементов спирально-реечного механизма. Проведены испытания разработанных конструкций, которые дали положительные результаты.

Increasing the rigidity of universal self-centering devices is one of the topical trends in the design of machine tooling. Calculation of the load distribution between the turns and teeth of a spiral rack and pinion mechanism is a complex engineering problem. When working on the article, it was revealed that an adjacent pair of turns and teeth that are in engagement does not always coincide with a geometrical adjacent pair due to the error in the execution of turns and teeth along the pitch and profile. This is based on experimental data and the proposition that errors in the pitch and profile of the spiral determine the nature of the working pressures in the engagement of the turns and teeth. The article discusses technical solutions in which the rigidity of self-centering devices increases without significant structural changes due to the establishment of the correspondence of the algorithm for changing the elastic properties of parts of the spiral-rack mechanism to the algorithm for changing the load between the bearing elements. Constructive solutions based on the implementation of elastic displacement of the first most loaded turn are proposed, which allows to reduce the interference between the tooth of the cam rack and the turn of the disk spiral. This circumstance contributes to the redistribution of the load in the engagement of the bearing elements of the spiral-rack mechanism. The tests of the developed structures were carried out, which gave positive results.

 жёсткость распределение нагрузки спирально-реечный механизм токарные станки rigidity load distribution spiral rack and pinion mechanism lathes

Feng P.F., Yu D.W., Wu Z.J., Uhlmann E. Jaw-chuck stiffness and its influence on dynamic clamping force during high-speed turning // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2008. Vol. 48. Is. 11. Рp. 1268-1275. Feng P.F., Yu D.W., Wu Z.J., Uhlmann E. Jaw-chuck stiffness and its influence on dynamic clamping force during high-speed turning. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2008. Vol. 48. Is. 11. Pp. 1268-1275. Lu K., Wang Y., Gu F., Pang X., Ball A. Dynamic modeling and chatter analysis of a spindle-workpiece-tailstock system for the turning of flexible parts // Int J Adv Manuf Technol. 2019. Vol. 104. Рр. 3007-3015. Lu K., Wang Y., Gu F., Pang X., Ball A. Dynamic modeling and chatter analysis of a spindle-workpiece-tailstock system for the turning of flexible parts. Int J Adv Manuf Technol. 2019. Vol. 104. Pp. 3007-3015. Singh A., Asjad M., Gupta, P. Reconfigurable machine tools: a perspective // Life Cycle Reliab Saf Eng. 2019. Vol. 8. Рр. 365-376. Singh A., Asjad M., Gupta, P. Reconfigurable machine tools: a perspective. Life Cycle Reliab Saf Eng. 2019. Vol. 8. Pp. 365-376. Rahman M., Ito Y. Machining Accuracy of a Cylindrical Workpiece Held by Three-Jaw Chuck // Bul. of the Japan Society of Precision Eng. 1979. Vol. 13. No. 1. Pp. 7-12. Rahman M., Ito Y. Machining Accuracy of a Cylindrical Workpiece Held by Three-Jaw Chuck. Bul. of the Japan Society of Precision Eng. 1979. Vol. 13. No. 1. Pp. 7-12. Thorenz B., Westermann H.-H., Steinhilper R. Evaluation of the influence of different clamping chuck types on energy consumption, tool wear and surface qualities in milling operations // Procedia Manufacturing. 2018. Vol. 21. Pp. 575-582. Thorenz B., Westermann H.-H., Steinhilper R. Evaluation of the influence of different clamping chuck types on energy consumption, tool wear and surface qualities in milling operations. Procedia Manufacturing. 2018. Vol. 21. Pp. 575-582. Lu K., Gu F., Longstaff A., Li G. An investigation into tool dynamics adaptation for chatter stability enhancement in the turning of flexible workpieces // Int J Adv Manuf Technol. 2020. Vol. 111. Pp. 3259-3271. Lu K., Gu F., Longstaff A., Li G. An investigation into tool dynamics adaptation for chatter stability enhancement in the turning of flexible workpieces. Int J Adv Manuf Technol. 2020. Vol. 111. Pp. 3259-3271. Feng P.F., Yu D.W., Wu Z.J., Uhlmann E. An improved computation model for critical bending force of three-jaw chucks // Journal of Materials Processing Technology. 2008. Vol. 208. Is. 1-3. Рp. 124-129. Feng P.F., Yu D.W., Wu Z.J., Uhlmann E. An improved computation model for critical bending force of three-jaw chucks. Journal of Materials Processing Technology. 2008. Vol. 208. Is. 1-3. Pp. 124-129. Rahman M., Tsutsumi M. Effect of spindle speed on clamping force in turning // Journal of Materials Processing Technology. 1993. Vol. 38. Is. 1-2. Рp. 407-415. Rahman M., Tsutsumi M. Effect of spindle speed on clamping force in turning. Journal of Materials Processing Technology. 1993. Vol. 38. Is. 1-2. Pp. 407-415. Nyamekye K., Mudiam S.S. A model for predicting the initial static gripping force in lathe chucks // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 1992. Vol. 7. Рp. 286-291. Nyamekye K., Mudiam S. S. A model for predicting the initial static gripping force in lathe chucks. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 1992. Vol. 7. Pp. 286-291. Tsutsumi M. Chucking force distribution of collet chuck holders for machining centers // Journal of Mechanical Working Technology. 1989. Vol. 20. Pр. 491-501. Tsutsumi M. Chucking force distribution of collet chuck holders for machining centers Journal of Mechanical Working Technology. 1989. Vol. 20. Pp. 491-501. Чернянский П.М. Последействие механической системы станков // Вестник машиностроения. 2013. № 1. С. 57-59. Chernyanskiy P.M. The Residual effect of mechanical systems of machines [Posledeystvie mechnicheskoy sistemy stankov]. Bulletin of machine-building. 2013. No. 1. Pp. 57-59. (rus) Ивасышин Г.С. Влияние упругого последействия и аддитивности упругого последействия упругой системы прецизионного металлорежущего станка на статическую характеристику трения, износостойкость и фреттингостойкость плоских направляющих // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2006. № 9. С. 32-39. Ivasishin G.S. Influence of elastic aftereffect and additivity of elastic aftereffect of an elastic system of a precision metal-cutting machine on the static characteristic of friction wear resistance and fretting resistance of flat guides [Vliyanie uprugogo posledeystviya i additivnosti uprugogo posledeystviya uprugoj sistemy pretsizionnogo metallorezhustchego stanka na staticheskuyu harakteristiku treniya iznosostoykost i frettingostoykost ploskih napravlyaustchih]. Friction and lubrication in machines and mechanisms. 2006. No. 9. Pp. 32-39. (rus) Ивасышин Г.С. Влияние упругого последействия на контактную жёсткость металлорежущих станков и автоматических роторных линий // Известия вузов. Машиностроение. 1988. № 3. С. 126-130. Ivasishin G.S. Effect of elastic aftereffect on the contact stiffness of machine tools and automatic rotary lines [Vliyanie uprugogo posledeystviya na kontaktnuyu zhestkost metallorezhustchih stankov i avtomaticheskih rotornyh liniy]. Bulletin of higher educational. Series «Engineering». 1988. No. 3. Pp. 126-130. (rus) Серёгин А.А., Кравцов А.Г. Мониторинг технологических систем при обработке точных поверхностей сложного контура // Вестник Южно-Уральского Государственного Университета. Серия «Машиностроение». 2018. Том 18. № 4. С. 48-56. Seregin A.A., Kravtsov A.G. Monitoring of technological systems when processing precise surfaces of a complex contour [Monitoring technologicheskih system pri obrabotke tochnih poverhnostej slozhnogo kontura]. Bulletin of the South Ural State University. Series «Mechanical Engineering». 2018. Vol. 18. No. 4. Pp. 48-56. (rus) Блинов Д.С., Морозов М.И. Неравномерность распределения нагрузки между сопрягаемыми витками ролика и винта с гайкой планетарной роликовинтовой передачи // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 9. С. 1-14. Blinov D.S., Morozov M.I. Uneven distribution of the load between the mating turns of the roller and the screw with the nut of the planetary roller screw [Neravnomernost raspredeleniya nagruzki mezhdu sopryagaemimi vitkamirolika i vinta s gaykoj planetarnoj rolikovintovoj peredachi]. Science and Education: scientific publication of the Moscow State Technical University named after N.E. Bauman. 2014. No. 9. Pp. 1-14. (rus) SU 1514502, СССР, МКИ В 23 В 31/02. Самоцентрирующий токарный патрон / А.А. Серёгин. № 4318826/31-08; заявл. 25.08.87; опубл. 07.02.1989, Бюл. № 38. 4 с. Seregin A.A. Self-centering lathe chuck. Certificate of authorship USSR, no. 1514502, 1989. (rus) SU 984704, СССР, МКИ В 23 В 31/16. Трёхкулачковый самоцентрирующий токарный патрон / Г.С. Ивасышин. № 3317394/25-08; заявл. 13.07.1981; опубл. 30.12.1982, Бюл. № 48. 4 с. Ivasishin G.S. Three-jaw self-centering lathe chuck. Certificate of authorship USSR, no. 984704, 1982. (rus) SU 1288028, СССР, МКИ В 24 В 17/12. Спирально-шлифовальный станок / Г.С. Ивасышин, М.И. Парышкура, А.А. Серёгин. № 3949220/25-27; заявл. 09.09.85; опубл. 07.02.1987, Бюл. № 5. 4 с. Ivasishin G. S., Paryshkura M.I., Seregin A.A. Spiral Grinding Machine. Certificate of authorship USSR, no. 1288028, 1987. (rus) Walter M.F., Ståhl J.E. The connection between cutting and clamping forces in turning // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1994. Vol. 34. Is. 7. Pр. 991-1003. Walter M.F., Ståhl J.E. The connection between cutting and clamping forces in turning. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1994. Vol. 34, Is. 7. Pp. 991-1003. Estrems M., Arizmendi M., Cumbicus W.E., López A. Measurement of clamping forces in a 3 jaw chuck through an instrumented aluminium ring // Procedia Engineering. 2015. Vol. 132. Рр. 456-63. Estrems M., Arizmendi M., Cumbicus W.E., López A. Measurement of clamping forces in a 3 jaw chuck through an instrumented aluminium ring. Procedia Engineering. 2015. Vol. 132. Pp. 456-463.