1.4. Определение жесткости токарного станка

Пусть резцедержатель суппорта под действием силы резания перемещается на δ₁, а шпиндель и пиноль задней бабки соответственно на δ₂ и δ₃ (Рисунок 1.2). Тогда относительные перемещения инструмента и заготовки у передней и задней бабки будут соответственно равны

(1.6)

(1.7)

Соответственно определяется и жесткость стакана в этих местах

(1.8)

(1.9)

Рисунок 1.2 - Схема сложения перемещений резцедержателя, шпинделя

и пиноли задней бабки

При испытаниях станков на жесткость производится искусственное статическое нагружение или нагружение в процессе резания. Статическое нагружение (наиболее распространенное) создается нагружающим устройством, конструкция которого соответствует типу и размерам станка и позволяет имитировать силу резания или ее составляющую. Перемещения измеряются индикаторами.

Схема приспособление конструкции ЭНИМС для испытания на жесткость токарного станка изображена на Рисунок 1.3; на Рисунок 1.4 изображено приспособление на токарно-винторезном станке.

Рисунок 1.3 - Схема приспособления для испытания токарного станка

на жесткость:

1 - корпус; 2 – винт; 3 – гайка; 4 – динамометр;

5 - оправка; 6 – индикатор; 7 – индикатор; 8 – стойка; 9 – пружина;

10 – штифт; 11 - индикатор

В корпусе 1 приспособления (Рисунок 1.3), закрепленного в резцедержателе, смонтированы винт 2 и гайка 3 с наружным зубчатым венцом, получающая вращение от червяка 12. При вращении гайки с помощью червячной передачи винт 2 перемешается в осевом направлении и через динамометр 4 действует на оправку 5, установленную в шпинделе станка или пиноли задней бабки. Деформации динамометра, пропорциональные нагружающей силе, измеряются индикатором 7. Вертикальное перемещение оправки 5 измеряется индикатором 6, расположенным на стойке 8, а горизонтальное - индикатором 11, упирающимся в штифт 10, на который действует пружина 9.

Рисунок 1.4 - Приспособление для испытания на жесткость,

установленное на токарно-винторезный станок

Соотношение между составляющими нагружающей силы в вертикальной и горизонтальной плоскости изменяется в зависимости от угла  наклона винта 2. Обычно принимается  = arctg 0,5 = 26°35 30°, что соответствует приближенной зависимости между составляющими силы резания при точении

. (1.10)

Данное приспособление лишь приближенно имитирует нагрузки, действующие на резцедержатель (суппорт) в процессе резания, так как оно не создает крутящего момента и осевой составляющей силы резания.

Нагрузка при определении жесткости станка в статическом состоянии изменяется ступенчато. Также ступенчато производится разгружение.

На графике жесткости суппорта токарного станка (Рисунок 1.5) в координатах «нагрузка Р – деформация δ» пунктиром изображены кривые первичного нагружения I_Н и разгружения I_P, сплошной линией - вторичного нагружения II_Н и разгружения II_P.

При первичном нагружении до выбранного предельного значения силы P_П и последующей разгрузки до Р = 0 узел станка не возвращается в исходное положение вследствие наличия в сопряжениях зазоров, которые при этом односторонне выбираются. При вторичном и последующих нагружениях кривые нагружения и разгружения не совпадают и образуют петлю гистерезиса, площадь которой характеризует работу сил трения в станках.

Кривая жесткости в общем случае не является прямой, т.е. жесткость переменна и характеризуется для каждого участка тангенсом угла наклона касательной в соответствующей точке графика. Например, общая жесткость при прямом нагружении, характеризуется соотношением

. (1.11)

Рисунок 1.5 - График жесткости суппорта токарного станка

При нагружении в обратном направлении получается аналогичная картина, однако обычно j_об < j_n, так как _об < _n из-за наличия податливых клиньев и планок.

Отрезок Z, характеризующий суммарные зазоры в сопряжениях, называется разрывом характеристики и является одним из важных показателей качества сборки и регулировки узла станка.