9. Факторы, влияющие на точность обработки: жесткость технологической системы, температурные деформации.
Рассматривая систему СПИД, следует учитывать, что детали образующие кинематическую схему обработки, имеют ряд посадок с гарантированным зазором, и воздействие усилий резания на систему этих деталей может вызвать отжатие деталей за счет одностороннего выбора зазора.
Жесткость технологической системы СПИД. На технологическую систему СПИД действует усилие резания Р, которое можно представить в виде трех составляющих РХ, РУ, РZ. Система СПИД под воздействием усилий резания упруго деформируется, что приводит к погрешности обработки.
Под жесткостью системы СПИД следует понимать способность этой системы оказывать сопротивление действию сил резания, которые стремятся ее деформировать. Она выражается силой, отнесенной к возникшей деформации в направлении действия силы. Наибольшую деформацию при обработке деталей точением вызывает радиальная составляющая силы резания РУ.
,
Н/м
где у – деформация элемента системы в направлении действия силы резания РУ, мм.
Жесткость упругой системы влияет в основном на точность обработки и возникновение вибрации. Большая жесткость системы является одним из основных условий достижения точности при обработке. При отсутствии достаточной жесткости под действием сил резания система деформируется, что приводит к искажению формы детали и получению неправильных ее размеров. Системы, обладающие большой жесткостью могут работать с более высокими режимами резания без появления вибрации, что обеспечивает их большую производительность.
Как правило,
жесткость станка определяется в наиболее
выгодном положении, т.е. в месте наибольшей
податливости. В основу динамического
метода исследования жесткости
металлорежущих станков положена
зависимость Ру
от глубины резания и подачи:
.
При точении заготовку (вал) чаще всего закрепляют в патроне, в центрах, в центрах с использованием люнетов.
При закреплении заготовки в патроне можно определить прогиб вала как балки, закрепленной на одном конце. Максимальный прогиб вала под действием радиальной составляющей силы резания РУ
,
где у – максимальный прогиб вала, мм;
Ру – радиальная составляющая силы резания, Н;
l – длина вала, мм;
Е – модуль упругости, Н/мм2;
J
– момент инерции, для круглого сплошного
сечения
.
В результате при точении в патроне деталь получается конусной, на конце ее размер больше на величину 2у, чем у патрона. Эта конусность образуется вследствие того, что на конце деталь обрабатывается с меньшей глубиной резания, чем около патрона, из-за прогиба детали.
Рис. - Деформации вала при закреплении: а – в патроне; б – в центрах
При обработке вала в центрах, максимальный прогиб вала, мм, определяют как балки на двух опорах:
.
Форма обработанной детали показана на рисунке. Диаметр в центре вала больше диаметра концов на величину 2у.
При обработке вала в патроне и центре
.
Из приведенных формул для определения максимальных деформаций обрабатываемого вала следует, что деформации сильно зависят от его длины.
Для выдерживания требуемой точности обрабатываемых валов рекомендуется консольное точение в патроне при l/d < 4 (где l – длина вала, d – его диаметр), в центрах – при 4 < l/d < 10, в центрах с применением люнетов – при 10 < l/d < 30…40.
Температурные деформации системы СПИД. Теплота, выделяющаяся в зоне резания, вызывает нагрев частей станка, инструмента и заготовки и их температурные деформации, которые служат причинами возникающих погрешностей.
В станке наибольшее количество теплоты выделяется в коробке передач. У токарного станка по мере нагревания коробки скоростей происходит удлинение шпинделя, что при работе на настроенном станке приводит к уменьшению длины обрабатываемых деталей при подрезке торцов.
Нагрев токарного резца в процессе резания приводит к его температурным деформациям. Удлинение резца в процессе точения ведет к увеличению глубины резания и, следовательно, к уменьшению диаметра обрабатываемой детали.
Нагрев также искажает размера обрабатываемой детали. Так, диаметр стальной детали размером 100 мм при нагреве от 20 до 600С увеличивается примерно на 0,05 мм. При охлаждении диаметр детали уменьшается на эту же величину.
Уменьшают тепловые деформации применением смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) с постоянной подачей.