Основы ТМ пособие ч1
.pdf
Рассмотрим это на некоторых примерах.
1.Ходовой винт токарного станка имеет ошибку в шаге, значит, резьба, нарезанная на этом станке, будет иметь ошибку этого винта.
2.Неперпендикулярность оси шпинделя столу вертикально-фрезерного станка проявляется в виде неплоскостности обработанной поверхности (рис. 89).
Рис 89. Неплоскостность обработанной поверхности при фрезеровании
3. При установке токарного станка на фундамент может появиться извернутость станины (рис 90).
Рис. 90. Извернутость станины при установке токарного станка на фундамент
Величина погрешности обработки будет обусловливаться величиной опрокидывания резца y, последняя может быть определена по формуле
y δ HB , |
(22) |
где у – величина опрокидывания резца, δ – величина извернутости станины.
В положении II суппорт как бы опрокидывается, и в результате резец отойдет от детали, диаметр ее увеличится.
4.Износ направляющих токарного станка является неравномерным. Как показали исследования, передние направляющие изнашиваются в восемь-десять раз больше, чем задние. Эта погрешность приводит к увеличению диаметра и искажает форму обрабатываемой поверхности.
5.Биение переднего центра.
71
Рис. 91. Биение переднего центра
Аксиома №1: ось обточенной поверхности всегда совпадает с осью вращения шпинделя (ООП≡ОВШ).
Аксиома №2: если передний центр не бьет, то ось центров всегда совпадает с осью вращения шпинделя (ОЦ≡ОВШ) (рис. 92).
Рис. 92. Биение переднего центра отсутствует
Аксиома №3: если передний центр бьет, то ось центров не совпадает с осью вращения шпинделя (ОЦ 
ОВШ) (рис. 91).
Так как на практике передний центр всегда имеет биение, то можно сделать вывод, что ось обточенной поверхности не будет совпадать с осью центров, т.е. ООП 
ОЦ.
Если подобные детали поступят на дальнейшую обработку (например, шлифование), то может оказаться так, что на часть поверхности припуска не хватит, а на другой части поверхности будет увеличенный припуск, что приведет к появлению погрешности формы.
6. Если ось схождения кулачков патрона токарного станка не совпадает с осью вращения шпинделя, то при обработке ступеней вала с переустановкой в этом патроне получается неконцентричность диаметральных поверхностей. Причиной появления несоосности ( ε) является биение патрона (рис. 93).
Рис. 93. Несоосность поверхностей детали
7. Если деталь обрабатывается в центрах за две установки, при этом передний центр имеет биение, то обрабатываемая деталь получается двуосной.
72
а) |
б) |
Рис. 94. Влияние биения переднего центра на точность обработки:
а– до обработки; б – после обработки
8.Биение оси конуса отверстия шпинделя вертикально-сверлильного станка по отношению к оси вращения шпинделя вызывает изменение диаметра обрабатываемого отверстия, происходит разбивка отверстия.
3.6.3.Неточность изготовления режущего инструмента и его износ
Инструменты, как и другие детали, не могут быть изготовлены абсолютно точно, их погрешности переносятся на обрабатываемую поверхность, особенно это характерно для мерных инструментов. Такие инструменты, как сверла, зенкеры, развертки, протяжки, метчики переносят на деталь погрешность диаметра и биения режущей части. Фасонные инструменты переносят погрешности формы профиля инструмента и его настройки. Учитывая, что режущие инструменты изготавливаются на специальных заводах или в инструментальных цехах, где точность изготовления высокая, то можно считать, что доля погрешностей, связанных с изготовлением инструментов, практически мало отражается на точности обрабатываемых поверхностей.
Износ инструмента. Самым быстро изнашиваемым звеном металлорежущего станка является режущий инструмент. При обработке износ инструмента, как правило, происходит по задней поверхности. При анализе точности обработки в зависимости от износа режущего инструмента принято использовать величину радиального износа «U» или его еще называют размерным износом (рис. 95).
Рис. 95. Размерный износ инструмента
Данный износ приводит к тому, что меняется положение режущей кромки, формирующей поверхность, вследствие этого меняется и размер обрабатываемой поверхности. Зависимость износа инструмента от пути резания L обычно выражается следующим графиком (рис. 96).
73
Рис. 96. Изменение износа инструмента в зависимости от пути резания:
I – период приработки; II – период нормального изнашивания; III – период повышенного
(катастрофического) износа; Uн – величина начального износа
Период приработки характеризуется интенсивным износом режущей кромки. Величина начального износа зависит от материалов режущей части инструмента и детали, от качества заточки и доводки инструмента и от режимов резания.
Длина пути резания L в этом периоде может колебаться от 500 до 2000 м. Меньшие значения характерны для хорошо доведенных инструментов, большие – для обычно заточенных инструментов.
Период нормального изнашивания – самый длительный период, характеризующийся наименьшей интенсивностью износа.
Период повышенного износа характеризуется появлением выкрашивания на режущих кромках и поломок самого инструмента. Обычно стараются не допускать перехода в этот период работы инструмента.
Расчеты точности обработки, обусловленные износом, обычно производятся применительно к условиям нормального износа. Длина пути резания может достигать, например, при обработке стали резцами, оснащенными твердым сплавом, 50000м.
Величина размерного износа определяется
U |
U L |
, |
(23) |
1000o |
где Uо – относительный износ, мкм/км; Длина пути резания при точении
L πDl
1000So
L – длина пути резания, м.
, |
(24) |
где D – диаметр обрабатываемой поверхности, мм; l – длина обрабатываемой поверхности, мм; Sо – подача, мм/об.
Длина пути резания при фрезеровании
L |
lB |
, |
(25) |
|
1000So |
||||
|
|
|
где В – ширина обрабатываемой поверхности.
С учетом начального износа инструмента размерный износ можно определить по формуле
U U H |
Uo L . |
(26) |
|
1000 |
|
74
Рассмотрим пример: обрабатывается вал D = 200мм, l = 2000мм, V = 150м/мин,
S = 0,3мм/об, t = 1,5мм, Uо = 8мкм/км, Uн = 2мкм.
Решение:
L = 3.14 200 2000 =4200 (м), 100 0.3
U=2+ 420010008 =36 (мкм).
Погрешность обработки от износа режущего инструмента составит
и=2 U=2 36=72 (мкм).
Таким образом, погрешность, вызванная износом инструмента, составит 0,072 мм.
3.6.4. Ошибки измерений
Ошибки измерений в процессе обработки могут происходить вследствие того, что мерительный инструмент имеет погрешности (половина цены деления) и вследствие субъективного человеческого фактора.
При проведении измерений должны быть соблюдены следующие условия:
а) правильный выбор измерительного инструмента, погрешность измерительного инструмента должна быть не более 10 …15% от допуска контролируемого размера;
б) контроль точных деталей должен проходить в помещении при температуре
20 С.
3.6.5. Температурные деформации деталей станка, инструмента и детали
При обработке металлов резанием точность может зависеть от температурных деформаций. Они появляются вследствие:
тепла, выделяющегося при резании;
тепла, образующегося при трении движущихся частей станка;
непостоянства температуры помещения.
Тепловые деформации по своей величине таковы, что проявляются только при обработке деталей, имеющих поверхности с точностью пятого-восьмого квалитетов. При изготовлении деталей с более грубой точностью температурными деформациями можно пренебречь.
1. Погрешности из-за температурных деформаций инструмента (рис. 97).
Рис. 97. Погрешности из-за температурных деформаций инструмента
75
Тепловое равновесие, при котором прекращается удлинение резца, наступает примерно через 20-24 мин работы.
2. Погрешности из-за температурных деформаций станка.
Известно, что во время работы станка за счет трения кинематических пар нагревается масло, что приводит к нагреву корпуса. Нагрев корпуса ведет к изменению положения шпинделя. В среднем величины температурных деформаций шпинделя колеблются в горизонтальном направлении от 8 до 30 мкм, в вертикальной плоскости – до 0,1 мкм.
3. Погрешности из-за температурных деформаций детали.
При равномерном нагреве детали изменяются ее размеры, при неравномерном нагреве – размеры и форма детали. Для того, чтобы избежать влияния температурных деформаций на точность обработки, необходимо обработку по этапам производить раздельно, т. е. приступать к последующей обработке только после охлаждения детали при обработке на предшествующем этапе.
а) |
б) |
Рис. 98. Погрешности из-за температурных деформаций детали при фрезеровании плоскости: а – в момент окончания обработки на предшествующем этапе;
б – после обработки на последующем этапе без охлаждения
Основное свойство температурных деформаций. Температурные деформации, как правило, через определенное время стабилизируются и обусловливаются постоянной погрешностью, которая может быть учтена при настройке. Для того, чтобы стабилизировать температурные деформации станка (особенно для высокоточных), такой станок перед началом работы прогревают на холостом ходу в течении двух-трех часов.
3.6.6. Деформации, возникающие от действия остаточных напряжений
Внутренние остаточные напряжения могут появиться в материале детали в результате:
неравномерного охлаждения отдельных частей заготовки;
фазовых превращений при закалке или резании;
неоднородных деформаций по объему при резании.
Рассмотрим деформации, возникающие от действия остаточных напряжений,
при резании.
76
При обработке некоторых металлов могут произойти фазовые превращения. Как известно, фазовые превращения связаны с объемными изменениями металла. Например, при шлифовании стали с мартенситной структурой, если происходит прижог (засаленный шлифованный круг, неправильно выбран режим обработки, недостаток СОЖ), то в месте образования прижога появляется структура тростита или сорбита, имеющего меньший удельный объем, чем структура мартенсита, в результате появляются остаточные напряжения.
При резании в поверхностном слое происходит пластическая деформация, сопровождаемая упрочнением и изменением некоторых свойств металла: уменьшается плотность, удельный вес, следовательно, имеет место увеличение удельного объема. Увеличение объема происходит только на глубине деформированного слоя и не происходит в слоях, расположенных ниже зоны пластической деформации. Стремлению наружных слоев металла увеличиться в объеме будут препятствовать недеформированные внутренние слои. В результате появляются остаточные внутренние напряжения.
Основное свойство остаточных внутренних напряжений. С течением времени остаточные внутренние напряжения выравниваются, но при этом деталь деформируется. Этот момент всегда учитывают при получении больших отливок и поковок, которые сразу в обработку не поступают, их сначала подвергают операции, позволяющей снять внутренние напряжения, для этого применяют обработку – старение.
Старение бывает естественным и искусственным, применяют вибрационную обработку. При естественном старении деталь вылеживается в течение длительного времени (от нескольких месяцев до нескольких лет).Но этот метод неэкономичен. При искусственном старении деталь подвергается нагреву в специальных печах с выдержкой от 8 до 12 часов и дальнейшему медленному охлаждению со скоростью порядка 20°С/ч вместе с печью до 200°С, а затем деталь охлаждается на воздухе. Недостаток – сложность изготовления печей. При другом способе искусственного старения деталь подвергается вибрации, что также способствует снятию напряжений.
3.6.7. Деформация за счет недостаточной жесткости технологической системы
Под жесткостью понимается способность технологической системы оказывать сопротивление действию сил, стремящихся ее деформировать. В основном жесткость системы оказывает влияние на точность обработки и на возникновение вибраций. Недостаточная жесткость технологической системы вызывает искажение формы детали при ее обработке, а возникающая при этом вибрация ведет к ухудшению шероховатости поверхности и увеличению вероятности разрушения рабочих органов. Для уменьшения этого влияния снижают режимы резания, что ведет к уменьшению производительности обработки.
77
Определение жесткости системы
Жесткость определяется отношением радиальной составляющей силы резания Ру к смещению режущей кромки инструмента, отсчитываемому в направлении действия этой силы
j = Ру/у, |
(27) |
|
где j − жесткость системы, кг/мм, |
|
|
у − смещение режущей кромки инструмента, мм. |
|
|
Величина, обратная жесткости, называется податливостью системы ( ω) |
|
|
ω= 1 |
, (мм/кг). |
(28) |
j |
|
|
Как определить жесткость технологической системы, состоящей из нескольких технологических частей?
Величина деформации системы (у) будет определяться
у=Ру/j=Руω, (мм). |
(29) |
Общая деформация системы (усис) равна сумме деформаций отдельных ее частей (уi)
усис=у1+у2 + уn + …+ уn. |
(30) |
Подставив в формулу (30) значения уi в соответствии с формулой (29), получим
ωсис=ω1+ω2+ω3+…+ ωn. |
(31) |
Учитывая значения i (28), окончательно можно записать
1 |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
.... |
1 |
. |
(32) |
|
|
|
|
|
||||||
jсис |
|
j1 |
j2 |
|
j3 |
|
ji |
|
||
Жесткость детали. Определение жесткости детали сводится к определению радиальной составляющей Ру и величины деформации под действием этой силы; Ру определяют по соответствующим формулам режимов резания, а величину деформации – по формулам, известным из курса «Сопротивление материалов».
Для случая обработки детали в центрах токарного станка и приложением силы по середине детали (рис. 99) величина деформации будет определяться по формуле
|
P l3 |
|
|
y |
y |
, |
(33) |
48EI |
где l – расстояние до точки приложения силы; Е – модуль упругости; I – момент инерции.
78
Рис. 99. Расчетная схема обработки для определения величины деформации детали при установке в центрах
Для случая обработки детали в патроне и приложением силы на периферии детали (рис. 100) величина деформации будет определяться
|
P l3 |
|
y |
3EIy . |
(34) |
Рис. 100. Расчетная схема обработки для определения величины деформации детали при установке в патроне
Жесткость инструмента и приспособления. При определении погрешности обработки в зависимости от нежесткости технологической системы необходимо учитывать не только жесткость детали, но и жесткость инструмента и приспособления.
На токарном станке при обточке деталей радиальная составляющая при точении силы резания колеблется в пределах от 20 до 200 кг. Учитывая, что вылет инструмента очень мал (рис. 101), то собственная деформация резца мала и ее можно не учитывать.
Рис. 101. Схема деталь- |
Рис. 102. Схема деталь-инструмент |
инструмент при точении |
при растачивании |
79
При обработке на расточном станке деформации инструмента под действием силы Ру необходимо учитывать (рис. 102).
Приспособления в зависимости от их конструкций имеют различную жесткость. Например, жесткость трехкулачкового патрона – j = 500-600 кг/мм. Жесткость суппорта – от 5000 до 6000 кг/мм, жесткость конуса Морзе 4 - 6 находится в пределах 5000 – 7000 кг/мм.
Определим, чему равняется жесткость станка, если она будет определяться жесткостью приспособления, деформацию инструмента будем считать достаточно малой и не учитываем. Деталь обрабатывается в центрах и положение инструмента – резца – по середине обрабатываемой детали.
Рис. 103. Расчетная схема обработки для определения величины деформации при закреплении детали в патроне
Жесткость технологической системы в этом случае будет определяться жесткостью суппорта, жесткостью передней и задней бабок.
Общая деформация будет определяться
усис = усуп + убаб;
в свою очередь
усуп = Ру ωсуп; уп.б. = Ру/2 ωп.б; уз.б. = Ру /2 ωз.б.
Определяем деформацию передней и задней бабок
убаб = ½(Ру/2 ωп.б + Ру/2 ωз.б ).
Суммарная деформация определяется
усист = Ру ωсуп + ¼ (Ру ωп.б + Ру ωз.б)= Ру ωсис; ωсис = ωсуп + ¼ (ωп.б + ωз.б);
окончательно имеем
1 |
= 1 |
|
1 |
|
1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
усис |
jп.баб |
|
|
|||
|
|
jз.баб |
||||
80