8.6 Погрешности от температурных деформаций

технологической системы

При механической обработке деталей происходит нагрев технологической системы. Источником нагрева являются тепло, в зоне резания и узлах станка из-за потерь на трение , а также тепло от внешних источников.

Тепловое состояние системы может быть стационарным и не стацио-нарным. При стационарном режиме устанавливается тепловое равновесие системы – подвод тепла количественно равен его потерям и температура отдельных звеньев технологической системы стабилизируется. Условиям стационарного теплового режима соответствует процесс обработки небольших заготовок на предварительно прогретых станках.

К не стационарному тепловому режиму относится состояние технологической системы, когда температура нагрева обрабатываемой заготовки постоянно изменяется (увеличивается). Влияние тепловых деформаций на точность обработки следует рассматривать по двум периодам работы станка от пуска станка до получения теплового равновесия и период стационарного теплового состояния.

8.6.1 Тепловые деформации станка

Основными причинами нагрева станков и их отдельных элементов (передней и задней бабки, стола, станины и т. д.) являются потери на трение в подвижных механизмах станков (подшипниках, зубчатых передачах), гидроприводах и электроустройствах, во встроенных электромоторах и других источников выделения тепла.

Существенное влияние на точность обработки оказывает нагревание шпиндельных бабок. Температура нагрева шпиндельных бабок в различных точках колеблется от 10 до 50⁰. Наибольшая температура нагрева наблюдается в местах расположения подшипников шпинделя и подшипников быстроходных валов, температура нагрева которых составляет обычно на 30-40⁰ выше температуры нагрева корпусных деталей. При нагреве шпиндельные бабки смещаются в вертикальном и горизонтальном направлениях, что приводит к появлению погрешностей обработки. При большой длине шпинделя следует считаться с нагревом, в частности с температурной деформацией в осевом направлении, что существенно влияет на точность обработки. Если фиксация шпинделя производится у заднего подшипника, то при длине L и разности температур Δt перемещение патрона в осевом направлении составит

, (8.27)

где α – относительный температурный коэффициент линейного расширения материала шпинделя.

8.6.2. Тепловые деформации обрабатываемых заготовок

В процессе обработки металлов в зоне резания происходит нагрев. Выделяющееся тепло распределяется следующим образом: часть тепла уходит в стружку, переходит в обрабатываемую деталь и в режущий инструмент. Однако, в количественном выражении распределение тепла, образующегося в зоне резания, зависит от вида обработки. Так, при токарной обработке 50-55 % тепла уходит в стружку и удаляется с ней из зоны резания (при высоких скоростях резания уход тепла со стружкой может составлять 90 %), 10-40 %, тепла переходит в резец, От 3 до 9 % тепла остается в заготовке и около 1 % тепла рассеивается в окружающую среду. При сверлении: 28 % тепла уходит в стружку: 14 % тепла переходит в сверло; 55 % тепла остается в детали и 3 % тепла рассеивается в окружающую среду. Величину тепловой деформации обрабатываемой заготовки определяют исходя из условия, что температурное поле в зоне резания постоянно

, (8.28)

где Q – тепло, полученное в зоне резания, ккал; с – удельная теплоемкость материала заготовки, ккал/(кг·⁰С); ρ – плотность материала; V – объем заготовки.

Погрешность от температурных деформаций заготовки определяется по формуле

, (8.29)

где α – температурный коэффициент линейного расширения.

При применении СОЖ (смазывающе-охлаждающей жидкости) тепловые деформации незначительны и их можно не учитывать.