Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Конспект лекций

.pdf
Скачиваний:
165
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
5.6 Mб
Скачать

Рис. 6.13. Вплив часу і характеру роботи різця на теплові деформації: 1 – теплові деформації різця при непереривній роботі; 2 – теплові

деформації різця при роботі з переривами.

6.3.4. Вплив на точність обробки пружних деформацій технологічної системи

На технологічну систему, яка складається з верстату, різального інструменту, заготовки та пристрою, діють у процесі обробки сили різання. Ці сили, які по характеру можуть бути як постійними так і змінними, визивають як пружні деформації так і зміщення в результаті наявності зазорів у з’єднаннях окремих елементів технологічної системи визиваючи похибки обробки. Для оцінки цих похибок у машинобудуванні введено поняття жорсткості технологічної системи під якою розуміють її здатність оказувати опір силам, які визивають деформацію. Пружні деформації та зазори у стиках приводять до зміни взаємного розташування заготовки і різального інструменту, яке в окремих випадках може досягати до 80% від величини допуску при обробленні.

171

Найбільші похибки виникають від сили різання Py, яка діє по нормалі до обробленої поверхні. Жорсткість технологічної системи (по А. П. Соколовському) прийнято визначати за формулою

J =

Py

 

kH

,

(6.21)

y

 

 

 

мм

 

де: Py – складова сила різання, яка діє по нормалі до обробленої поверхні,

кН;

y – сумарне взаємне зміщення заготовки і різального інструменту, мм. Сумарне взаємне зміщення заготовки і різального інструменту у результаті

деформації елементів технологічної системи (верстату, пристрою, різального

інструменту, деталі) буде

 

yтс = yвер + yпр + yін + yд.

(6.22)

Залежність y від Py з достатньою точністю можна рахувати як прямо пропорційною і виражається тангенсом кута нахилу прямої. На різних інтервалах навантаження жорсткість може бути різною, тому жорсткість можна

визначити з відношення

 

 

 

 

J =

Py

 

kH

,

(6.23)

y

 

 

 

мм

 

де: Py і y відповідні прирощення сили різання і взаємного відносного зміщення деталі і різального інструменту.

Для зручності розрахунків можна користуватись поняттям податливості технологічної системи, яка визначається здатністю деформуватися під дією сил і виражається як

ω =

1

.

(6.24)

 

 

j

 

Якщо привести деформації елементів технологічної системи до заданого перетину обробленої поверхні, то її податливість буде сумою податливостей верстату, пристрою, інструменту та деталі

ωтс = ωвер + ωпр + ωін + ωд. (6.25) Відповідно жорсткість технологічної системи у заданому перетині буде

172

1

=

1

+

1

+

1

+

1

.

(6.26)

 

 

 

 

 

jтс

jвер

 

jпр

 

jін

 

jд

 

На рис. 6.14 представлена схема пружних відтискань при обробленні циліндричної деталі на токарному верстаті. Для визначення пружності технологічної системи усі відтискання приводяться до заданого перетину (наприклад: І-І, ІІ-ІІ). У даному випадку при дії сили Py на відстані 0,5L від торця деталі у перетині І-І виникають максимальні сумарні зміщення технологічної системи (верстат, пристрій, інструмент, деталь)

 

 

yІ-І = yв(І-І) + yд(І-І) + yін(І-І)

+ yпр(І-І),

(6.27)

 

Сумарне зміщення у перетині І-І від зміщення вузлів верстату можна

визначити як суму зміщень супорту y

передньої бабки y1

і задньої бабки y1

,

 

 

 

с,

пб

зб

 

тобто y

= y

+ y1

+ y1 . Зміщення супорту y під дією сили P для будь якого

в(І-І)

с

пб

зб

с

y

 

перетину буде незмінним. Максимальне зміщення передньої yпб та задньої yзб бабок при розташуванні різального інструменту на відстані 0,5L від торця деталі здійснюється від сили 0,5 Py. У перетині І-І ці зміщення будуть складати:

y1

= 0,5 y ,

y1

= 0,5 y

.

(6.28)

пб

пб

пб

зб

 

 

Рис. 6.14. Пружні відтискання технологічної системи

173

Жорсткість верстату (мінімальну), яка визиває найбільшу похибку, у даному випадку можна визначити за формулою

1

=

1

+ 0,25(

1

+

1

).

(6.29)

 

 

 

 

jв

 

jс

 

jпб

 

jзб

 

Для інших перетинів жорсткість верстату можна визначити за формулою

1

=

1

+ (1

Lx

)2

1

+ (

Lx

)2

1

.

(6.30)

 

 

 

 

 

 

jв

 

jс

 

L

jпб

 

L

jзб

 

Жорсткість деталі залежить від способу установки, розміру та конфігурації. При консольному закріплені циліндричної деталі у трьохкулачковому патроні (рис. 6.15) максимальний прогин yд буде

yд =

Py L3

,

(6.31)

3EJ

 

 

 

де: Py – складова сила різання, яка діє по нормалі до обробленої поверхні,

Н;

L – довжина деталі від закріплення до прикладення сили Py, мм; Е – модуль пружності, Н/мм2;

J – момент інерції, мм4. Відповідно жорсткість буде

j =

3EJ

.

(6.32)

3

 

L

 

Рис. 6.15

При закріпленні деталі у центрах (рис. 6.16) максимальний прогин yд деталі буде на відстані 0,5L від торця деталі, який можна визначити за формулою

174

 

yд =

Py L3

,

(6.33)

16EJ

 

 

 

 

 

Відповідно жорсткість буде

 

 

 

j =

16EJ

.

 

 

(6.34)

3

 

 

 

L

 

 

 

Рис. 6.16.

На рис. 6.16 б та рис. 6.16 б показані види похибок форми поверхонь від пружних деформацій.

Для розглянутого випадку ( рис. 6.14) похибки пристроїв (центра та трьохкулачковий патрон) незначні і ними можна знехтувати. Досліди показують, що зміщення різальної кромки різця від його деформації як від сили Py так від його прогину від сили Pz теж незначні і складають до 10-4 мм.

Похибка обробки заданого діаметру d від пружних деформацій буде складати

 

 

d = 2 (yв + yпр + yін + yд) =2

Py

,

 

 

 

(6.35)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jтс

 

 

 

 

 

 

 

Ураховуючи

значення

емпіричної

 

 

 

залежності

сили

Py

=

C P

t xPy s yPy vny (HB) zy похибку діаметру можна виразити як

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d = 2 C P t xPy s yPy v ny (HB) zy (

1

+

 

1

 

 

+

1

+

1

).

(6.36)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

jвер

jпр

 

 

 

jін

 

jд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сили різання і жорсткість у різних перетинах обробленої деталі у процесі обробки міняються у визначених межах, внаслідок чого виникають похибки форми обробленої поверхні і коливання їх розмірів. Жорсткість окремих елементів технологічної системи визначаються експериментально або

175

відповідними розрахунками. Жорсткість нових верстатів може досягати 20000÷40000 н/мм. Зі збільшенням жорсткості підвищується точність і продуктивність обробки. Жорсткість технологічної системи можна підвищити за рахунок зменшенням зазорів у стиках технологічної системи, зменшення довжини консолі при установки деталі, довжини і вильотів елементів технологічної системи, збільшенням опорних поверхонь, використанням додаткових опор (люнети, напрямні).

6.3.5.Похибки від деформацій при затисканні заготовок

При закріпленні нежорстких заготовок (наприклад, тонкостінних втулок у токарному трьохкулачковому патроні) виникає їх значна деформація (рис. 6.17). При затисканні вихідної заготовки вона приймає форму огранки (рис. 6.17 б). Після обробки та зняття зусиль затискання цю форму приймає оброблена поверхня (рис. 6.17 г). Наприклад, при обробленні втулки 80х70х20 мм при затискному зусиллі 147 Н похибка форми обробленого отвору може досягати 80 мкм.

Рис. 6.17. Схема утворення деформацій при затисканні нежорсткої втулки у трьохкулачковому патроні і обробленні внутрішнього отвору:

а) вихідна заготовка, б) форма заготовки після прикладення сил затискання, в) форма заготовки після оброблення внутрішнього отвору, г) форма заготовки після зняття сил затискання.

176

Зменшення деформацій можна досягти за рахунок раціональної схеми установки і закріплення. Для цього необхідно прикладати затискні зусилля безпосередньо до опорних елементів пристроїв.

Деформації при установки заготовок можуть виникати і від великої їх ваги. Велика вага заготовки може визивати деформацію окремих вузлів верстату, наприклад, відхилення від перпендикулярності осі шпинделя і площі столу вертикально фрезерувального і свердлувального верстатів. Важка деталь також зміщує положення осей шпинделя передньої і пінолі задньої бабок. Все це визиває похибки обробки.

6.3.6. Похибки установки заготовок та налагодження обробки на заданий розмір

Похибки установки. Загальна похибка установки залежить в основному від трьох факторів, які визивають похибки: базування, закріплення та пристрої. Похибки базування ωб приведені у розділі 5.6.

Похибки закріплення ωз залежать від прикладення затискних зусиль, які визивають деформацію заготовки і пристрою і можуть визвати появу зазору між контактними базовими поверхнями заготовки та пристрою. В результаті деформації змінюється положення вимірювальної бази, від якої здійснюється налагодження верстату при обробленні на заданий розмір. Відповідно виникає похибка обробки ωз (рис. 6.18, рис. 6.19). Цю похибку можна віднести до випадкових похибок, так як величина сил затискання та жорсткість установки може випадково змінюватись. Похибка затискання залежить як від конструкції пристрою так і від напрямку дії сил затискання. Найменша похибка затискання виникає при прикладення затискних зусиль по нормалі до поверхонь установочних баз. У даному випадку похибка закріплення залежить від контактних деформацій на поверхнях стику. Ці деформації можна визначити за формулою

177

y = сРn,

(6.37)

де: с – коефіцієнт, який залежить від виду контакту, матеріалу, шорсткості та фізико-механічному стану поверхневого шару;

Р – сила затискання по нормалі до поверхні стику;

n – показник ступеню, який визначається експериментально.

Жорсткість стикових поверхонь визначають з відношення питомого тиску q

на поверхню до деформації y

 

ξ = q/y.

(6.38)

Жорсткість поверхонь стиків визначають як правило експериментально. Третьою складовою похибки установки є похибки з’язані з пристроєм ωпр .

Ці похибки залежать від неточності виготовлення і складання установчих елементів, похибок розташування напрямних елементів, похибок ділильних устроїв пристроїв, похибок від зносу деталей пристрою і неточності установки його на верстаті.

Таким чином похибку установки можна визначити за формулою

ω

= 1,2

ω 2

+ ω 2

+ ω 2

(6.39)

y

 

б

з

пр

 

6.3.7.Похибки від налагодження верстатів при обробленні на заданий розмір

Відповідно стандартам під налагодженням розуміють підготовку технологічного обладнання і технологічного оснащення (різальний інструмент, пристрої) до виконання заданої операції. Частина налагодження, яке відноситься до установки у задане положення частин верстату, різального інструменту та пристроїв, називається розмірним налагодженням. Розмірне налагодження повинно забезпечити стабільне отримання заданого розміру в процесі обробки у межах поля допуску при найдовше можливій довго тривалості обробки.

Розмірне налагодження окремо для кожної заготовки виконується робітником при знятті пробних стружок, вимірювань оброблених поверхонь і

178

установка різального інструмента по результатам вимірювань у задане положення. Похибка розмірного налагодження в цьому випадку буде

ω = 1,2

ω2

+ω2

,

(6.40)

н

вим

рег

 

 

де: ωвим – похибка вимірювання, яка при використанні засобів вимірювання підвищеної точності може складати <(0,1÷0,05)/Т;

ωрег – похибка установки різального інструменту на заданий розмір обробки, яка залежить від робітника і точності лімбів верстатів або інших контрольний устроїв.

Похибки вимірювання та регулювання відносяться до випадкових похибок. Розмірне налагодження при використанні пробних деталей виконується у три етапи: попереднє налагодження, статистична перевірка положення центру групування і регулювання (корекція) положення різального інструменту по результатам перевірки. Попереднє регулювання здійснюється по першій пробній заготовки. По отриманим результатам при незмінному положенню різального інструменту оброблюють обмежену партію заготовок і ретельно вимірюють отримані розміри. Методами математичної статистики, прийнявши що розсіювання розмірів підкоряється нормальному закону розсіювання (закон Гауса), визначають центр групування dср. Приблизно dср можна визначити як

середньоарифметичне значення з отриманих розмірів m пробних заготовок

dср =

d1 + d2 + d3 +....+ dm

.

(6.41)

 

 

m

 

Виникає додаткова похибка від незбігу середнього розміру dср і розміру на який установлений різальний інструмент при обробленні пробних заготовок. Цю додаткову розрахункову похибку можна визначити з відношення

ωзм =

6σ

,

(6.42)

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

де: m – кількість пробних заготовок, по яким визначається додаткова

похибка.

 

 

 

 

 

 

 

В цьому випадку похибка налагодження буде

 

ω = 1,2

 

 

 

 

 

ω 2

+ ω 2

+ ω 2 .

(6.43)

н

 

вим

рег

зм

 

179

Існує метод статичного налагодження при непрацюючому верстаті і при відсутності пружних деформацій. Установка різального інструмента на заданий розмір здійснюється за допомогою еталону, який представляє собою макет обробленої деталі. Положення різального інструменту визначають шляхом доведення різальної кромки до дотику з поверхнею еталонної деталі. У цьому випадку похибка налагодження буде визначатися за формулою

ω

= 1,2

ω2

+ ω2

,

(6.44)

н

 

виг.єт

уст.ін.

 

 

Розмірне налагодження для кожної заготовки в основному застосовується в одиничному і мало серійному виробництвах і є трудомісткім способом налагодження.

Налагодження по пробним деталям забезпечує високу точність але частина пробних деталей іде у брак що недопустимо для дорогих і великогабаритних деталей. Цей спосіб застосовується в основному при виготовленні точних деталей і порівняно незначному розмірному зносі різального інструменту при обробленні на верстатах з відносно простим налагодженням.

Налагодження по еталону найменше трудомістка і потребує найменше часу. Цей спосіб дає достатню точність обробки і особливо корисний при багато інструментальному обробленні. Налагодження може здійснюватись за межами верстату. До недоліків даного способу можна віднести потребу періодичного підналагодження.

6.3.8. Вплив на точність обробки внутрішніх остаточних напружень

Остаточні внутрішні напруження це напруження які існують в деталі без прикладення зовнішніх сил. Вони взаємно урівноважені і зовні ніяк не проявляються.

Розрізняють три виду внутрішніх остаточних напружень. Напруження

першого роду урівноважені у межах макроскопічного

об’єму (розміри

заготовки). Напруження другого роду урівноважені у межах

мікроскопічного

об’єму (розміри зерен і кристалітів). Напруження третього роду урівноважені у

180