5. Погрешности от температурных деформаций

Тепло, возникающее в зоне резания и трения в соединениях станка, вызывает тем­пературные деформации элементов технологической системы: инструмента Д™, заготов­ки Ап, станка Д_{1С г}.

Часть тепла (10-40 %), выделяющался в зоне резания, переходит в режущий инст­румент, вызывая его нагревание и изменение размера. Так, при токарной обработке наи­большая часть погрешности, связаннал с температурными деформациями технологиче­ской системы, обуславливается удлинением резцов при их нагревании. При обычных

условиях работы без охлаждения удлинение резца может достигать 30 ... 50 мкм. При обильном охлаждении удлинение резцов уменьшается в 3 раза.

Величина удлинения резца в условиях теплового равновесия может быть определе­на по формуле:

(2.32)

где С - экспериментальный коэффициент (при v = 100 ... 200 м/мин, t < 1,0 мм, S < 0,2 мм - С = 4,5); /_р - вылет резца из резцедержателя, мм; F— поперечное сечение резца, мм². Удлинение резца, соответствующее моменту времени Т, при непрерывной работе

(2.33)

Д_т/_р=Д/_р 1-е⁴ ,

V - , . /

где е - основание натурального логарифма.

Учитывая, что работа резца происходит с перерывами, картина температурных де­формаций резца по данным А.А. Маталина будет следующая (рис. 2.14).

Общее удлинение резца при ритмичной работе с перерывами определяется по формуле:

(2.34)

где Д/_р - общее удлинение резца при тепловом равновесии; Т_илш - машинное время обра­ботки детали; 7^ - продолжительность перерыва.

мкм

2 4 6 (Г 10 12 14 16 18 20 22 24 7) мин

т ^

7мац] 7пер

Рис. 2.14. Г рафики температурных деформаций резца по данным А.А. Маталина: / — при охлаждении; 2 - при нагреве; 3 - при работе с перерывами

т

Часть тепла переходит в заготовку. Причем температура распределена неравномер­но по длине и непрерывно изменяется. Все это значительно усложняет проведение рас­четов погрешностей обработки от температурных деформаций. Но эти погрешности обя­зательно надо учитывать. Особенно это относится к тонкостенным заготовкам и при применении мерного инструмента.

Так, изменение размера отверстия, обусловленное температурной деформацией за­готовки и инструмента, в направлении интересующего нас размера В или d определяется по формуле:

Ad = Ad„ |,_c-Arf_w, {2.35)

^^инфаг) “ ^инфаг)^|^|^ s (2.36)

где а - коэффициент линейного расширения материала инструмента (заготовки); t - сред­няя температура нагрева инструмента (заготовки).

' = ТП7’ <^2J7)

CyV

где С-удельная теплоемкость материала инструмента (заготовки), кКал/кг*град; у - плот­ность материала инструмента (заготовки), кг/м ; V - объем инструмента (заготовки), м^э; Q - тепло, полученное заготовкой или инструментом, кКал.

1SNT ' ’

<2 = К ^мгиц 60, (2.38)

427

где мощность на шпинделе; 7_Ц,„. - основное время; К - количество тепла, уходящего в заготовку или инструмент; К= 0,5 - означает, что в заготовку уходит 50 % тепла (при сверлении, при токарной обработке - 10 %).

Основными причинами нагрева станков и их отдельных элементов является трение, нагрев от внешних источников и от встроенных электромоторов.

Важное влияние на точность обработки оказывает нагрев шпиндельных бабок. При работе станка происходит постепенный нагрев шпиндельных бабок и их смещение в вертикальном и горизонтальном направлениях. При этом температура в различных точ­ках корпуса бабки изменяется от 10 до 50 °С. На рис. 2.15 показано горизонтальное смещение оси передней бабки токарного станка от изменения температуры. Это смеще­ние может достигать 17 мкм и зависит от частоты вращения шпинделя.