Основы технологии машиностроения. Учебное пособие для вузов

-чистовые базы следует выбирать так, чтобы обеспечить наименьшие деформации детали от усилий резания и зажима;

-при выборе чистовых баз должны учитываться условия воз- можно большей простоты и дешевизны изготовления приспо- соблений, удобства установки и закрепления детали;

-при обработке точных деталей, в особенности деталей сложной конфигурации, имеет значение соблюдение условия единства баз, когда все операции по обработке точных поверх-

ностей должны производиться при установке на одни и те же базирующие поверхности.

3.5. Жесткость системы СПИД

При обработке детали на станке суммарная упругая деформа- ция или суммарный прогиб деталей геометрически слагается из упругой деформации детали, упругих деформаций опор детали на станке и режущего инструмента.

Усилия резания, как показывает практика, вообще никогда не бывают постоянными, так как имеются различия в толщине припуска, в твердости и структуре снимаемого слоя материала, изменении геометрии инструмента вследствие затупления. По- этому и меняются указанные выше деформации, что приводит к возникновению погрешности формы обрабатываемой поверхно- сти. Таким образом, точность обработки зависит от жесткости технологической системы станок - приспособление - инструмент - деталь. Жесткость, как известно, определяется отношением действующей силы к величине деформации, вызываемой этой силой. С точки зрения точности обработки наиболее существен- ное значение имеют колебания величины составляющей усилия резания, направленной по нормали к обрабатываемой поверхно- сти.

Под жесткостью системы СПИД понимают отношение со- ставляющей усилия резания ( Py ), направленной по нормали к

41

обрабатываемой поверхности, к смещению режущей кромки инструмента в том же направлении (y) (рис. 3.2).

Рис.3.2 Схема сжатия детали под действием усилия Py

Жесткость системы СПИД выражена также отношением при-

Упругие свойства системы СПИД можно характеризовать и величиной податливости системы ( ω), которая является величи- ной, обратной жесткости, то есть

Влияние жесткости опор на точность обработки может быть определено по зависимости (рис. 3.3):

42

где jcm , ωст - жесткость и податливость станка соответственно;

jсуп , ωсуп - жесткость и податливость суппорта станка соответ- ственно; jз.б. и jп.б. - то же что и для (3.6); ωпб , ωзб - податли-

вость передней и задней бабки станка соответственно.

Как правило, величины податливости элементов для новых станков указываются в паспортах.

3.6. Методы определения жесткости станков

Подробное рассмотрение зависимостей (3.6 - 3.9) позволяет заключить, что расчет по ним жесткости элементов системы СПИД достаточно сложный. Поэтому для решения этой задачи широко применяются на практике опытно - статические и экс- периментальные методы.

Статический метод. Для определения жесткости элемента станка производят его нагружение, возрастающее ступенчато от нуля до некоторой величины, в зависимости от размеров станка. Для каждой ступени нагружения измеряется отжатие исполь- зуемого элемента в направлении нормали к обрабатываемой по- верхности. Затем производят разгружение элемента, фиксируя

остаточные отжатия при нагружении и разгружении; строятся зависимости y = f (Py) (рис. 3.6).

Нагрузочные и разгрузочные ветви характеристики жестко- сти обычно не совпадают, так как в результате рассеивания энергии за один цикл нагружения и разгружения имеет место гистерезис. При повторных многократных нагружениях и раз- гружениях петля гистерезиса становится мало заметной. Зави- симость y = f (Py) редко выражается наклоном прямой. Истин-

45

значение продольной подачи.

Формула (3.11) для последующих обработок трансформиру- ется и будет иметь вид

при обработке за два прохода

В формулах (3.12) и (3.13) S1 ,S2 , и S3 - фактические значе-

ния продольных подач для первого, второго и третьего прохо- дов.

3.7. Погрешности обработки от износа режущего инструмента

В процессе обработки наблюдается прогрессирующий износ режущего инструмента в результате трения его контактных по- верхностей о стружку и обрабатываемую поверхность. При чис- товой обработке имеет место износ по задней поверхности, следствием чего является как бы отдаление режущей кромки от обрабатываемой поверхности. Одновременный износ по задней и передней поверхности инструмента наблюдается при толщи- нах срезаемого слоя больше 0,1 мм. Износ только по передней поверхности наблюдается у инструментов, снимающих слой бо- лее 0,5 мм и работающих без охлаждения при относительно вы- соких скоростях резания. Влияние износа на точность обработки осложняется явлением нароста на передней поверхности режу-

48

щего инструмента. Граница отложения нароста может выходить за пределы режущей кромки, что в некоторой степени компен- сирует износ по задней поверхности. По сравнению с износом по задней поверхности влияние нароста на точность обработки невелико.

Изучение размерного износа при чистовой обработке показа- ло, что его процесс не подчиняется строго линейному закону. Первый период работы режущего инструмента сопровождается повышенным размерным износом (участок I на рис. 3.9).

Рис.3.9 Кривая размерного износа резца

Время работы на этом участке непродолжительно (несколько минут), а путь резания обычно не превышает 1000 м. Второй пе- риод - нормальный износ инструмента (участок II). Путь резания на этом участке ~30000 м. Участок II прямолинеен и проходит под небольшим углом наклона к оси абсцисс. Третий период (участок III) связан с быстрым износом инструмента за короткий промежуток времени, происходит разрушение его режущей кромки.

Кривая характерна для токарной обработки. Однако подоб- ные кривые экспериментально получены и для других видов об- работки (обработка отверстий, фрезерование, протягивание). В справочных материалах такие кривые даются для сочетания раз-

49

ных пар материала обрабатываемой детали и материала режу- щего инструмента (например, Ст45 - Т15К6, СЧ18 - ВК6 и т. п.). По таким справочным данным возможно оценить износ на дан- ный период выполнения обработки.

3.8. Погрешности обработки от температурных деформаций элементов системы СПИД

Температурные деформации технологической системы ока- зывают большое влияние на точность выполнения обработки.

Эти деформации оказывают влияние на точность обработки особенно в начальный период работы станка после длительного перерыва. В дальнейшем наступает тепловое равновесие, и тем- пературные деформации сохраняют более или менее устойчивое состояние.

Температурные деформации станка. Нагрев станины, кор-

пусных деталей (шпиндельных бабок, столов и др.) станков происходит в результате потерь на трение в механизмах, гидро- приводах и электроустройствах. Большое количество тепла со- общается охлаждающей жидкости, отводящей тепло из зоны ре- зания, а также от встроенных электродвигателей. Нагрев станка происходит неравномерно, что обусловлено нерациональным расположением электродвигателей, электронасосов, резервуаров для масла и охлаждающей жидкости и других источников теп- ловыделения. Разность температур отдельных элементов стани- ны может достигать 10 0С. Температура валов и шпинделей на 30-40% выше средней температуры корпусных деталей, в кото- рых они смонтированы. Если фиксация шпинделя от осевого пе- ремещения осуществлена у заднего подшипника, то при длине вала L и разности температур между корпусом и шпинделем t перемещение патрона в осевом направлении составит

гдеα - термический коэффициент линейного расширения.

50