2.5.2. Температурные деформации в технологической системе

В процессе механической обработки происходит нагрев системы станок.—приспособление—инструмент—деталь (СПИД) в результате выделения теплоты в зоне резания, в различных узлах металло­режущих станков вследствие трения, а также поступления теплоты от внешних источников, что вызывает появление переменной систематической погрешности обработки.

Температурные деформации станков общего назначения оказывают незначительное влияние на точность обработки. Для прецизионных станков прини­мают меры, уменьшающие влияние колебания температуры его узлов на по­явление погрешностей: подбор ма­териалов для сопряженных деталей с малым коэффи­циентом расширения, из­менение направления тем­пературного деформиро­вания отдельных узлов станка таким образом, чтобы оно не влияло на точность обработки, и др.

Для уменьшения погрешности обработки, связанной с тепловыми деформациями станка, производят предварительный прогрев станка его обкаткой вхолостую в течение 2—3ч. Последующую обработку заготовок следует проводить без значительных перерывов в работе станка.

Некоторая часть теплоты, выделяющейся в зоне резания, переходит в режущий инструмент, вы­зывая его нагревание и изменение размеров. При токарной обработке наибольшая часть погрешности, связанной с тепловыми деформа­циями технологической системы, обусловлена удлинением резцов при их нагревании. При повышении скорости резания, глубины резания и подачи интенсифицируется нагревание, а следовательно, увеличивается удлинение резца. Большое влияние на удлинение оказывает вылет резца. Например, при уменьшении вылета резца с 40 до 20 мм удли­нение сократилось с 28 до 18 мкм. Удлинение резца приблизительно обратно пропорционально площади поперечного сечения его стержня. С увеличением толщины пластинки твердого сплава удлинение резца уменьшается.

Нагревание режущих инструментов, при фрезеровании, нарезании зуба и других операциях прерывистой механической обработки, выполняемых с охлаждением, оказывает заметно меньшее влияние на точность обработки, чем нагревание резцов.

Погрешности, вызываемые температурным деформированием режущего инструмента, можно практически исключить, если в зону резания подводить большое количество охлаждающей жид­кости.

Нагревание заготовок в процессе обработки про­исходит благодаря теплоте резания. Основное количество теплоты аккумулируется в стружке (при точении, фрезеровании, наруж­ном протягивании). В обрабатываемую заготовку переходит не­значительное количество теплоты: примерно 3—9%. При сверле­нии же большая часть теплоты (более 50%) остается в за­готовке.

Для уменьшения температурных деформаций обрабатываемых заготовок обработку следует вести с обильным охлаждением, чистовая обработка должна выполняться после черновой и полу­чистовой обработки с перерывом, достаточным для охлаждения заготовки.

2.5.3. Погрешности, возникающие в результате деформации от сил резания. Жесткость и податливость технологической системы.

Под действием сил резания звенья упругой системы станок — приспособление — инструмент — деталь (СПИД) перемещаются. Вслед­ствие этого режущие кромки, образующие обрабатываемую поверх­ность, отклоняются от исходного статического положения, а факти­ческий размер детали будет отличаться от настроечного.

Жесткостью J технологической системы называется способность этой системы оказывать сопротивление действию деформирующих ее сил. Значения перемещений упругой системы СПИД зависят от жесткости этой системы и сил резания, действующих на нее.

Жесткостью упругой системы СПИД называют отношение составляющей силы реза­ния, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности, к смещению лезвия инструмента относительно заготовки (у), отсчитываемому в том же направлении:

J= Ру/у

где Ру — сила резания, на­правленная по нормали к обрабатываемой поверхно­сти, Н;

у — смещение лез­вия инструмента относи­тельно детали, м.

Рис. 2.2. Схема определения упругих деформаций системы.

Сила Ру оказывает наибольшее влияние на точность обработки. Смещение лезвия инструмента по нормали к обрабатываемой поверхности оказывает решающее влияние на формирование погрешности обработки.

Расчеты жесткости технологической системы по жесткости отдельных ее звеньев, а также определение погрешностей обра­ботки, связанных с упругими перемещениями этих звеньев, значи­тельно упрощаются, если пользоваться понятием податливости.

Податливостью  (м/Н) технологической системы называют величину, обратную жесткости:

 =1/J или  = у/Ру

Для определения жесткости станков наибольшее распростране­ние получили статические и динамические методы. В первом случае к узлу станка с помощью специальных приспособлений прикладывают нагрузку и наблюдают его деформации. Испытания проводят при неработающем станке. Во втором случае жесткость станков определяют в результате обработки заготовки резанием. К динамическим методам относится производственный метод, кото­рый основан на обработке поверхности с переменным припуском. Разновидностью производственного метода является метод ступенчатого резания. При этом методе берут жесткую заготовку, деформациями которой можно пренебречь по сравнению с деформациями станка и инструмента. Обрабатывают два участка заготовки: один с большей, а второй с меньшей глубиной резания. Остальные условия обработки оста­ются неизменными.

При обработке участка с большей глубиной резания будут большие силы резания, следовательно, будут и большие отжатая лезвия инструмента. Поэтому на обработанной поверхности полу­чается уступ который нетрудно опреде­лить измерением.

Зная жесткость технологической системы и силу, можно определить погрешность обработки от упругих деформаций этой системы (у).

Упругие перемещения технологической системы вызывают также погрешности формы детали как в поперечном, так и в осевом сечениях.

Деформации технологической системы зависят: от жесткости конструкции станка, от его типоразмера и состояния; жесткость приспособления - от конструкции и состояния, жесткость инструмента – от вылетов, жесткость закрепления обрабатываемой заготовки – от увеличения размеров базовых поверхностей, применения дополнительных опор – люнетов; сокращение общего числа звеньев технологической системы; повышение качества механической обработки деталей технологической системы, особенно поверхностей стыков; повышение качества сборки элементов технологической системы (за счет пригонки и уменьшения величины зазоров в сопряжениях); правильные условия эксплуатации станков; систематический надзор за оборудованием, так как в процессе эксплуатации происходит износ элементов системы и разрегулировка.