4.3. Действие рабочих нагрузок
К рабочим нагрузкам, действующим во время работы станка, относятся в основном силы резания, вес заготовок и усилия, возникающие при их закреплении.
Силы резания. Эти силы достигают настолько больших величин, что вызывают заметные деформации упругой технологической системы СПИД. Деформации системы СПИД складываются из упругих деформаций основных и соединительных деталей системы, а также из деформаций стыков.
Рассмотрим в этой связи, например, обработку вала в центрах токарного станка (рис. 4.5) Под действием сил резания будет изгибаться сама обрабатываемая деталь. Далее будут деформироваться такие основные детали системы СПИД, как передний центр, шпиндель, детали подшипников шпинделя, корпус передней бабки, станина, детали суппорта, резец, корпус задней бабки, ее пиноль, задний центр.
К соединительным деталям, входящим в систему СПИД, в рассматриваемом случае относятся: болты крепления отдельных узлов.
Стыковыми называют поверхности, по которым соприкасаются между собой детали, входящие в систему СПИД. На деформацию стыков оказывает влияние ряд факторов:
контактные деформации стыковых поверхностей;
искажение формы стыковых поверхностей (по сравнению с номинальной);
наличие зазоров.
Стыковые поверхности не являются идеально гладкими. Поэтому они прилегают друг к другу не по всей своей площади, а лишь в отдельных точках. При приложении нагрузки на деталь 1, за счет деформации контактирующих точек, происходит их смещение этой детали на величину (рис.4.6).
Нагрузками являются сила веса обрабатываемой заготовки, инерционные силы, возникающие от неуравновешенности вращающихся частей, и усилия, необходимые для закрепления заготовок. Последние сказываются, например, при обработке в центрах токарного станка, когда усилия поджатия заготовки задним центром могут привести к деформации как самой заготовки (продольному изгибу), так и других звеньев системы СПИД.
Рис. 4.6. Схема
контактной деформации стыковых
соединений,
а
– до нагружения, б – после нагружения
Жесткость технологической системы. Под действием нагрузок, из которых основной является сила резания, система СПИД деформируется. Искаженное в результате этого взаимное расположение узлов некоторых станков показано на рис. 4.7, где показана деформация под действием сил резания сверлильного (рис. 4.7 а), строгального (рис. 4.7 б) и фрезерного (рис. 4.7 в).
Рис. 4.7. Схема искажения взаимного расположения узлов станка
Действие веса заготовок и усилий их зажатия при закреплении. Характер влияния собственного веса заготовки на точность ее обработки очевиден. Значительный вес заготовки вызывает заметные деформации отдельных узлов станка, приспособления и самой заготовки, которые приводят к погрешностям размеров и формы при обработке. Например, использование очень тяжелой заготовки, установленной на столе консольного фрезерного или вертикально-сверлильного станка, приводит к увеличению угла между плоскостью стола и вертикальными направляющими (рис. 4.7 в). При обработке на токарном станке это вызывает значительные деформации узла передней бабки при закреплении детали в патроне, передней и задней бабок – при закреплении детали в центрах. При точении длинных тяжелых заготовок в центрах влияние на точность обработки может оказывать и прогиб заготовки от собственного веса.
К заметному нарушению точности обработки иногда приводит действие усилий зажатия заготовок при закреплении их в приспособлениях и на станках.
Рассмотрим, например, обработку заготовки типа кольца в трехкулачковом патроне (рис. 4.8). Расточенное отверстие до освобождения заготовки из патрона будет иметь правильную цилиндрическую форму (рис. 4.8 в). При освобождении из патрона снимается действие усилий, с которыми кулачки сжимали (и упруго деформировали) заготовку, и она принимает форму, изображенную на рис. 4.8 г.
Рис. 4.8. Схема образования погрешности при обработке отверстия кольца