6. Погрешности от температурных деформаций

Тепло, возникающее в зоне резания и трения в соединениях станка, вызывает тем­пературные деформации элементов технологической системы: инструмента ∆_ти, заготов­ки ∆_тз, станка ∆_тсг.

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

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

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:

где ∆_lр - общее удлинение резца при тепловом равновесии; Т_маш - машинное время обра­ботки детали; Т_пер - продолжительность перерыва.

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.

Рис. 2.14. Графики температурных деформаций резца по данным А.А. Маталина:

1 - при охлаждении; 2 - при нагреве; 3 - при работе с перерывами

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

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

где С-удельная теплоемкость материала инструмента (заготовки), кКал/кг*град; γ - плот­ность материала инструмента (заготовки), кг/м³; V - объем инструмента (заготовки), м³;

Q- тепло, полученное заготовкой или инструментом, кКал.

ГдеN - мощность на шпинделе; Т_маш - 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.