Размерный износ и его зависимость от пути резания
С точки зрения стойкости инструмента (время работы или количество обработанных деталей) обычно представляет интерес лишь его предельный износ (полное затупление), приводящий к необходимости замены инструмента. При получистовых и чистовых операциях обработки лезвийным инструментом задолго до полного затупления следует учитывать его постепенный износ, существенно влияющий на получение действительных размеров в пределах заданных отклонений. Погрешности, возникающие вследствие указанного износа, относят к систематическим. Следовательно, износ инструмента предопределяет точность обработанных поверхностей детали. Данное положение относится не только к лезвийной, но и к абразивной обработке шлифованием. По этой причине важно иметь информацию о закономерности износа режущего инструмента в зависимости от пути резания.
В настоящей лабораторной работе изучается износ режущего инструмента (резца) с точки зрения точности механической обработки, или так называемый размерный износ.
Размерным называется износ инструмента, измеренный в направлении, нормальном к обработанной поверхности (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Размерный износ инструмента, определяемый величинами h3 и U истертой поверхности в двух плоскостях I-I и II-II
При работе на настроенном станке размерный износ инструмента приводит к постепенному изменению размеров обрабатываемых поверхностей деталей. Если же заготовка имеет значительную протяженность (длинный вал), то при ее обработке точением появляется погрешность в виде конусности с возрастанием диаметрального размера к передней бабке.
Для упрощения расчетов точности механической обработки размерный износ резца исследуют в зависимости от пути, пройденного его вершиной в металле – пути резания.
Путь резания L, м при токарной обработке определяют по формуле
,
где d – диаметр обрабатываемой поверхности, мм; l длина обрабатываемой поверхности, мм; S – подача, мм/об.
Измерение износа можно производить микроскопом или точным измерительным приспособлением (рис. 5.6).
В процессе обработки резанием размерный износ резца неравномерный. Изнашивание инструмента в зависимости от пути резания характеризуется кривой, приведенной на рис. 5.7 (см. также рис. 5.3).
Процесс износа можно разделить на 3 периода: первый период (зона 1) – кратковременный и характеризуется активным изнашиванием в связи с приработкой инструмента; второй период (зона 2) – нормальное изнашивание инструмента, когда наблюдается линейная зависимость износа от пути резания; третий период (зона 3) – повышенный (катастрофический) износ.
Рис. 5.6. Схема измерительного приспособления:
1 – индикатор; 2 – контролируемый резец; 3 – упорный винт;
4 – базирующие опоры
Рис. 5.7. Зависимость размерного износа инструмента от пути резания
С целью устранения первого периода перед работой резцы доводят по передней и задней поверхностям. Протяженность периода нормального износа зависит от материала инструмента, обрабатываемого материала, режимов обработки, геометрии режущего инструмента и СОЖ. Износ инструмента по окончании второго периода изнашивания называют предельно допустимым износом Uкр. Катастрофический износ наступает в момент соединения лунки износа передней грани с площадкой износа задней – происходит разрушение режущей кромки инструмента, которое требует его переточки.
В условиях индивидуального и мелкосерийного производства при известной зависимости размерного износа от пути резания можно вручную производить подналадку станка путем перемещения резца на величину износа в направлении детали. Однако в условиях массового и крупносерийного производства этот процесс должен осуществляться автоматически, без участия рабочего, тем более, что в настоящее время в машиностроении все шире применяются «безлюдные» принципы построения технологических процессов. Поэтому расчет технологического процесса в автоматическом цикле (САПР) должен учесть возможность подналадки технологического оборудования для обеспечения заданной размерной точности обработки деталей. Для этого необходимо на основе экспериментальных данных построить аналитическую зависимость износа инструмента U от пути L или скорости резания V, т. е. дать формулу вида U = f(L) или U = f(V), связывающую между собой соответствующие значения переменных. Такие формулы, служащие для аналитического представления экспериментальных данных, называют эмпирическими формулами.
Чаще всего при подборе эмпирических формул пользуются принципом наименьших квадратов. Он основан на том, что из данного множества формул вида y = f(x) наилучшим образом изображающей данные значения считается та, для которой сумма квадратов отклонений наблюдаемых значений от вычисленных является наименьшей.
Подбор параметров функции f(x), основанный на этом принципе, называют способом наименьших квадратов. Однако необходимо помнить, что данный способ применяется для подбора параметров после того, как вид функции y = f(x) определен.
В случае, если задана таблица значений переменных
x1 |
x2 |
… |
xn-1 |
xn |
y1 |
y2 |
… |
yn-1 |
yn |
и известно, что между переменными yi и xi существует линейная зависимость вида
y = ax + b,
то система уравнений для определения параметров a и b имеет вид
Решение системы следующее
,
где
Экспериментально размерный износ можно определить, если последовательно следить за изменением расстояния от вершины резца до выбранной измерительной базы. Для исключения влияния температурных деформаций, перед каждым измерением следует погружать резец в воду с постоянной температурой. В настоящей работе изучается размерный износ резца, оснащенного пластинкой твердого сплава, применяемого для получистовой и чистовой обработки. Режимы резания соответствует режимам чистовой обработки.