9. Определение погрешности формы при точении

нежестких заготовок

При обработке деталей на станках большую роль играет жесткость заготовки, которая предопределяет точность и производительность обработки, места и усилия зажима, режимы и другие факторы процесса обработки и его результатов. Жесткость является основным фактором, влияющим на точность, шероховатость и производительность механической обработки [14, 26, 27].

Упругие перемещения в системе определяют экспериментально, а жесткость рассчитывают по установленным зависимостям. Таким образом, размерно-силовые факторы следует считать регуляторами жесткости, изменяя которые, можно управлять точностью процесса обработки, а использование их оптимальных значений – важнейшим резервом повышения качества изготавливаемых деталей.

Для обеспечения высокой точности и производительности при обработке нежестких заготовок в технологических процессах необходимо учитывать размеры и материал, способ установки, режимы резания, геометрические параметры режущих инструментов, жесткость технологической системы. Заданная точность обработки заготовки для принятой установки будет обеспечена в том случае, когда максимальное перемещение заготовки будет меньше части допуска, приходящейся на рассматриваемую погрешность.

Точность формы обуславливается многими технологическими факторами и в том числе неодинаковыми погрешностями заготовки по ее длине, изменением жесткости системы в течение прохода и оборота. В последнем случае возникают погрешности поперечного сечения, а из-за изменения жесткости системы за один проход в продольном сечении детали может появиться и бочкообразность (при жесткости детали меньше жесткости системы СПИЗ) и седлообразность (при жесткости детали больше жесткости системы СПИЗ).

Наибольшее влияние на точность обработки оказывают перемещения технологической системы под влиянием силы Р_у.

При проектировании технологических процессов обработки нежестких деталей необходимо учитывать, что в таких системах погрешность обработки не всегда можно уменьшить увеличением жесткости системы и числа переходов.

Прогнозирование точности обработки, т.е. определение ожидаемой погрешности должно осуществляться расчетно-аналитическими методами в сочетании со статистическими методами исследования точности и управлением процессом обработки. В данном случае рассмотрим влияние подачи на погрешность формы при точении нежестких заготовок.

При обработке консольно закрепленных прутковых деталей на токарных станках, например, с увеличением вылета консоли, увеличивается прогиб заготовки от действия сил резания. Поэтому часто при обработке нежестких заготовок на токарных станках применяются люнеты.

В данной работе изучается нежесткая заготовка, поэтому влиянием упругих отжатий узлов станка, приспособления и инструмента можно пренебречь, так как они во много раз меньше отжатия заготовки.

Лабораторная работа № 9. Определение погрешности формы при точении нежестких заготовок

Цель и задачи работы – определение погрешности формы при точении нежестких заготовок, изучение влияния податливости заготовки на точность формы и размеров детали при обработке на токарных станках, оформление отчета по работе (см. приложение 9).

Применяемые оборудование, инструменты, приборы

Для выполнения работы необходимы:

• токарный станок с трехкулачковым патроном;

• резец проходной;

• пруток из стали 45 Ø 15–25мм, длиной ℓ= 230–300мм;

• микрометр 0–25 с ценой деления 0,01мм;

• штангенциркуль.

Методические указания по выполнению работы

Прутковая заготовка устанавливается в трехкулачковый патрон токарного станка (рис. 9.1). Для заготовки диаметром d₀ = 15 мм устанавливаем длину консольной части ℓ = 180 мм, а при d₀ = 25 мм – ℓ = 200 мм.

После установки заготовку протачивают по наружному диаметру до диаметра d₀ для устранения погрешностей установки и погрешностей формы заготовки, что обеспечивает равномерность припуска при последующей обработке (проведении эксперимента). Эта обработка выполняется при небольшой подаче S и глубине резания t.

После этого замеряется диаметр заготовки d₀ и заносится в отчет (Приложение 9).

Рис. 9.1. Заготовка после обработки. Места замеров диаметров

Затем производится обтачивание заготовки по всей длине (кроме технологически необходимого участка ℓ₁) на следующих режимах резания: n = 200-500 об/мин; S = 0,2 мм/об; t = 0,5 мм.

После обтачивания производится замер диаметров d₁, d₂ и d₃ в сечениях, соответствующих наибольшей длине заготовки ℓ, середине заготовки 0,5ℓ и наименьшей длине ℓ₁ (рис. 9.1).

Измерение диаметров производится с точностью до 0,01 мм.

Производим обтачивание заготовки повторно с уменьшением глубины резания до t = 0,25 мм. Скорость резания и подачу оставляем без изменения.

После протачивания замерить диаметры так же, как и после первого прохода. Результаты занести в таблицу (Приложение 9).

Обработка результатов эксперимента осуществляется в следующей последовательности:

1. Произвести расчет ожидаемой формы заготовки после ее обработки под действием составляющей Р_у усилия резания (влиянием Р_х и Р_z пренебрегаем).

Радиальная составляющая усилия резания определяется по формуле

, Н, (9.1)

где С_р = 125 при обработке конструкционной стали резцами из быстрорежущей стали (σ_b =75 кг/мм²);

С_р = 243 при обработке конструкционной стали резцами из твердого сплава (σ_b=75 кг/мм²);

t – глубина резания, мм. Пренебрегаем уменьшением глубины резания на конус заготовки;

V – скорость резания:

м/мин,

где S – подача, мм/об;

х_р = 0,9; у_р = 0,75 – при обработке стальных деталей резцами из быстрорежущей стали;

х_р = 0,9; у_р = 0,6 – при обработке стальных деталей резцами из твердого сплава;

n_p = 0 – при обработке стальных деталей резцами из быстрорежущей стали;

n_p = –0,3 – при обработке стальных деталей резцами из твердого сплава.

Влияние обрабатываемого материала и геометрии режущего инструмента на величину радиальной составляющей усилия резания учитывается коэффициентом К_р.

К_р = 0,86 при обработке стали марки 45 (σ_в = 55 кг/мм²) резцами из быстрорежущей стали с передним углом γ = 12 – 15, радиусом при вершине мм;

К_р = 0,66 при обработке стали марки 45 (σ_в = 55 кг/мм²) твердосплавными резцами с передним углом γ = 10.

При других условиях резания, отличных от приводимых здесь, значения коэффициента К_р определяются по справочнику [26].

2. Определяем прогибы консольно закрепленной заготовки под действием усилия резания Р_у при различных режимах резания:

, (9.2)

где I – осевой момент инерции сечения. Для тел круглого сечения

I мм;

Е – модуль упругости материала заготовки,