Министерство образования Российской Федерации
«Мати» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского
Кафедра «Технология производства двигателей летательных аппаратов»
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЖЕСТКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
по курсу "Основы технологии производства двигателей летательных аппаратов"
Составители:
Елисеев Ю.С.
Ковалев А.П.
Бойцов А.Г.
Москва 2010
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр
ЗАДАНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
-
ПОЯСНЕНИЯ К РАБОТЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
-
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ . . . . . . . . . . . . . . 9
3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
ПРИЛОЖЕНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
ЗАДАНИЕ
1. Ознакомиться с методами определения жесткости технологической системы и основными зависимостями.
2. Рассчитать режим резания с учетом требуемой шероховатости поверхности, припуска на обработку и механических свойств обрабатываемого материала.
3. Экспериментально определить жесткость технологической системы статическим и динамическим методами.
4. Произвести необходимые расчеты и сделать выводы по работе.
1. Пояснения к работе
Целью работы является ознакомление с методами оценки жесткости технологической системы станок - приспособление - инструмент - деталь (СПИД), определение ее влияния на точность обработки и изучение основных закономерностей.
Под жесткостью технологической системы понимается ее способность оказывать сопротивление действию деформирующих ее сил. Жесткость упругой технологической системы выражается отношением составляющей силы резания, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности Py , к смещению лезвия инструмента относительно заготовки y , отсчитываемому в том же направлении:
Н / мм (1)
Упругие деформации технологической системы возникают под действием всех составляющих сил резания Pz , Py и Px. Но формула жесткости учитывает влияние только составляющей Py. Это объясняется тем, что деформация системы y=Py/j непосредственно влияет на точность размера (например, диаметра), в то время как деформация под действием других составляющих влияет на точность размера косвенно, незначительно.
На практике иногда удобнее пользоваться понятием податливости, численно равной обратной величине жесткости.
мкм / Н , (2)
мкм / Н , (3)
3
Жесткость технологической системы зависит от жесткости её составляющих.
Жесткость станка зависит, в свою очередь, от жесткости его узлов. На рис.1. представлена структура перемещений при закреплении цилиндрической заготовки в центрах на токарном станке. Суммарное перемещение лезвия инструмента относительно заготовки в сечении
А будет равно:
(4)
где перемещения соответственно передней бабки, задней бабки, суппорта и заготовки в сечении A.
С учетом формулы (2) можно записать выражение для податливости технологической системы:
, (5)
из которого следует, что жесткость системы непостоянна по длине обработки.
Жесткость станка и его отдельных узлов определяется экспериментальным путем. Жесткость заготовки в отдельных случаях может быть рассчитана по формулам из курса сопротивление материалов. Так, для схемы на рис.1 деформация заготовки и ее податливость равны соответственно:
; (6)
. (7)
Податливость для цилиндрической заготовки, установленной в патроне и в патроне с поджимом задним центром, определяется выражениями:
; (8)
4
. (9)
Рис. 1
Б А
Б А
; ;
; ;;
; ;
Рис.2
5
Выражения (7)...(9) показывают, что способ установки заготовки значительно влияет на её податливость и, следовательно, на точность обработки.
Из уравнения податливости (5) следует, что закон изменения податливости, в зависимости от соотношения жесткости элементов системы СПИД, может быть различным. Так, при условии малой податливости заготовки по сравнению с податливостью пб и зб получим погрешность в виде корсетности (вогнутая образующая ).
При условии дет > зб , пб - получим бочкообразность.
В реальных условиях могут иметь место различные случаи. При точении детали с равномерным припуском и одинаковыми механическими свойствами по сечению и длине заготовки на токарном станке с податливостью заготовки ( Py = const , = var ), возникнут погрешности обработки, согласно рис.2. Величина отклонения от номинального размера Dо в i-том сечении будет составлять:
. (10)
Погрешность формы - бочкообразность составит
. (11)
При закреплении деталей на станках имеет место, как правило, погрешность их установки. Кроме того, может быть неоднородность механических свойств материала по сечению заготовки, неравномерность припуска и т.п. Это приводит к непостоянству сил резания, в том числе и Py, а следовательно и к погрешностям обработки. Вышесказанное можно проиллюстрировать на рис.3, где деталь закреплена с эксцентриситетом e , т.е. при резании меняется глубина резания от t2 до t1 . При отсутствии деформаций была бы получена окружность с диаметром Dо . В соответствии с изменением t, силы резания будут меняться
; (12)
, (13)
где Cp - учитывает свойства обрабатываемого материала,
S -подача, мм/об.
Деформация системы при этом будет меняться от максимума - y2 до
6
минимума - y1 и при условии x = 1 запишется как:
; (14)
. (15)
Рис. 3
Погрешность формы детали определяется выражением
. (16)
В уравнении (16) .
Тогда получим
. (17)
Это выражение носит название формулы копирования.
7
Рис. 4
Жесткость системы можно определить по следующей зависимости
, (18)
где - уточнение.
На рис.4 показана схема, имитирующая обработку ступенчатого валика, закреплённого в патроне и поджатого задним центром.
Погрешности и неточности обработки будут следствием различной
податливости в сечениях А, Б и В и непостоянством силы Py из-за неравномерного припуска t2 > t1 (Py = var, = var ).
На основании ранее представленных зависимостей можно записать выражения для упругих перемещений в рассматриваемых сечениях при резании различного припуска
;; ;
;;.
Погрешность обработки по сечениям составит
8
;;
.