3. Исходные данные

Рис. 5.1. Схема обработки 3-х ступенчатого вала

Таблица 5.1. Данные к задаче 1 для вариантов 1-6

Номер варианта	Размеры, мм						Предел прочности материала детали σв, МПа	Припуск на обработку Zmin, мм	Число заготовок в партии N, шт
	d1	d2	d3	l1	l2	l3
1 2 3 4 5 6	40 100 120 80 60 50	30 85 90 75 50 45	25 75 65 50 45 35	100 100 120 150 80 100	150 150 200 180 180 150	250 300 250 300 250 200	750 1100 750 750 1100 750	0,5 1,0 1,0 0,8 0,6 0,6	28 15 10 20 25 30

4. Порядок выполнения работы

4.1. Изучить основные мероприятия по снижению суммарной погрешности обработки на металлообрабатывающих станках обычной точности и станках с ЧПУ;

4.2. Изучить методику расчета суммарной погрешности обработки деталей (заготовок);

4.3. Составить отчет о работе.

Пример. Ступени d₁, d₂, d₃ вала обрабатываются чистовым точением в центрах гидрокопировального станка 1Н713 с допуском IT10. Определить суммарную погрешность обработки ступени d₂. Заготовки вала из стали 45 (σ_в = 750Мпа) на предшествующей операции обработаны черновым точением по IT13. Условия обработки: резец с пластинкой из твердого сплава Т15К6 имеет φ = 45^о, φ₁ = 10^о; минимальный припуск 0,5мм на сторону, подача S = 0,15 мм /об; скорость резания v = 130 м/мин. Для сплава Т15К6 интенсивность изнашивания u_о = 6мкм/ км. Для станка 1Н713 нормальной точности наибольшее и наименьшее допустимые перемещения продольного суппорта под нагрузкой 16кН, составляют соответственно 450 и 320мкм.

Решение 1. Величину погрешности ∆_и (на радиус), вызванную размерным износом резца определим по формуле:

∆_и = , (5.4)

где u_о – интенсивность изнашивания резца с пластинкой из твердого сплава Т15К6, мкм ∕ км;

L – длина пути резания при обработке партии N деталей определяется по уравнению:

. (5.5)

2. Колебание отжатий системы ∆_у, вследствие изменения силы P_y, из-за непостоянных глубины резания и податливости системы при обработке, определяются из уравнения:

∆_у = W_maxP_Ymax - W_minP_Ymin, (5.6)

где W_max и W_min – наибольшая и наименьшая податливости системы; P_Ymax и P_Ymin – наибольшее и наименьшее значения составляющей силы резания, совпадающей с направлением выдерживаемого размера.

При установке вала в центрах минимальная податливость системы будет при положении резца в конце обработки, т.е. у передней бабки станка. Исходя из этого, можно принять:

W_min = .

Приближенно можно считать, что максимальную податливость система имеет при расположении резца посередине вала, когда его прогиб под действием силы P_y достигает наибольшей величины. Поэтому:

W_max = W _ст.max + W _{заг. max}, (5.7)

где W _ст.max = - наибольшая податливость станка (по данным для станка 1Н713), W_{заг. max} – наибольшая податливость заготовки.

Вал в центрах можно представить как балку на двух опорах, нагруженную сосредоточенной силой, а наибольший прогиб в середине вала:

у_д.max = , (5.8)

где l_д – длина вала; Е – модуль упругости материала; J = 0,05d ⁴_пр - момент инерции поперечного сечения вала; для ступенчатых валов с односторонним уменьшением диаметров ступеней

d_пр = ; (5.9)

Имея в виду, что W = y/P_Y, после соответствующих преобразований получим:

W _{заг. max} = ; (5.10)

Приведенный диаметр обрабатываемой заготовки равен:

d_пр =

а величина ее наибольшей податливости:

W _{заг. max} =

тогда максимальная податливость технологической системы:

W_max = 24 + 30 = 54мкм / кН.

Наибольшая P_{Y max} и наименьшая P_{Y min} нормальные составляющие силы резания исходя из условий задачи. На предшествующей операции (черновом точении) заготовка обработана с допуском по IT13, т.е. возможно колебание припуска на величину IT13, что для диаметра 33мм составит 0,4 / 2 = 0,2мм, а колебание глубины резания t _min = Z _min = 0,5мм; t _max = Z _max = 0,5 + = 0,7мм.

В этом случае:

P_{Y max} = ^-0,3 = 0,144 кН

P_{Y min} = = 0,095 кН.

Изменение обрабатываемого размера вследствие упругих деформаций определим в соответствии с (5.6):

∆_у = ;

3. Погрешность, вызванную геометрическими неточностями станка ∑∆_ст. определяют по формуле:

∑∆_ст. = , (5.11)

где С – допустимое отклонение от параллельности оси шпинделя направляющим станины в плоскости выдерживаемого размера на длине L; l – длина обрабатываемой поверхности.

Для токарных станков нормальной точности при наибольшем диаметре обрабатываемой поверхности до 250мм. С = 20мкм на длине l = 300мм, при длине обработки l = 50мм.

∑∆_ст. =

4. В предположении, что настройка резца на выполняемый размер производится по эталону с контролем положения резца с помощью металлического щупа, определим погрешность настройки по формуле:

∆_н = (5.12)

где ∆_р – погрешность регулирования положения резца; К_р = 1,73 и К_и = 1,0 – коэффициенты, учитывающие отклонения закона распределения величин ∆_р и ∆_изм от нормального закона распределения; ∆_изм – погрешность измерения размера детали.

Для заданных условий обработки ∆_р = 10мкм и ∆_изм = 20мкм (при измерении d₂ = 30h10мм). Тогда погрешность настройки будет равна:

∆_н = 20мкм.

5. Определим температурные деформации технологической системы, приняв их равными 15% от суммы остальных погрешностей:

∑∆_t = 0,15(28 + 6 + 4 + 20) = 9мкм.

6. Определим суммарную погрешность обработки по уравнению (5.1):

∆_∑ = 2 =110мкм.

Она превышает заданную величину допуска (на d = 35 мм), т.к. T_d35 = 100 мкм.

Если чистовое точение является операцией, предшествующей шлифованию поверхности диаметром 35мм, превышением поля рассеяния в сравнении с полем допуска операционного размера чистового точения очевидно можно пренебречь, так как это превышение вызовет только колебания припуска на шлифование в пределах ±0,008мм, т.е. ±2%.

Если же операция чистового точения является окончательной, то необходимо выполнение работы без брака, т.е. обеспечение ∆_∑ ≤ IT _d2.

Анализ элементарных погрешностей показывает, что наиболее действенным мероприятием для уменьшения суммарной погрешности размера d₂ является снижение погрешности от размерного износа резца ∆_и. Этого можно достигнуть:

- применением более износостойкого твердого сплава (например, вместо Т15К6 применить сплав Т30К4, имеющий почти в 2 раза меньший относительный износ) или соответствующим снижением режимов резания при использовании сплава Т15К6;

- уменьшением размера партии деталей, обрабатываемых за межнастроечный период (сокращение длины пути резания);

- использованием автоподналадчиков, позволяющих периодически или непрерывно корректировать положение вершины резца при его износе.