Лабораторная работа № 3 определение деформаций обрабатываемых деталей под влиянием сил резания

Цель работы: изучить методику расчета величины деформации обрабатываемых деталей с последующей экспериментальной проверкой.

При обработке заготовок на МРС силы резания воздействуют на детали станка, приспособлений, обрабатываемую деталь, вследствие чего происходит деформация всей технологической системы. Положение режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности меняется (происходит отжим инструмента), появляются отклонения от требуемой формы детали - погрешности обработки.

Как правило, в системе «станок – приспособление - инструмент – заготовка» деформация обрабатываемой детали существенно больше деформации остальных ее составляющих. Она и влияет в основном на точность обработки.

Величину деформации вала при его точении можно приблизительно определить как для случая изгиба балки. При этом расчетные схемы и формулы для вычисления прогибов вала под действием сил резания зависят от способов его установки и закрепления на станке.

Рассмотрим несколько случаев.

1. Обтачивание вала, установленного в патроне станка (рис. 2).

В качестве расчетной схемы для определения деформации изгиба принимают консольную балку с жесткой заделкой, нагруженную сосредоточенной силой. Вылет балки l меньше длины вала. Прогиб вала в точке контакта с резцом определяется по формуле

, мм

где Е - модуль упругости первого рода (для стали Е = 2000 кг/мм);

J - осевой момент инерции поперечного сечения вала.

Для вала с круглым сечением

, мм⁴

где d - диаметр прутка, мм

Максимальный прогиб под резцом (отжим) будет при крайнем правом положении инструмента (X = L)

, мм

К онусообразная форма обточенной части вала показана на рис. 2.

Рис. 2

2. Обтачивание вала, установленного в патроне и поджатого задним центром (рис. 3).

Расчетной схемой будет являться статически неопределимая двухопорная балка, жестко заделанная одним концом и шарнирно опертая другим. Длина балки меньше длины вала.

Прогиб под резцом:

.

Максимальным прогиб становится, когда резец находится в сечении

,

Б очкообразная форма обточенного участка показана на рис. 3.

Рис. 3

3. Расчет режимов резания и радиальной составляющей силы резания.

Составляющие силы резания, вызывающие изгиб заготовки, показаны на рис. 4. Радиальная составляющая Р_y направлена по радиусу к оси вращения заготовки. Она вызывает изгиб вала в плоскости Х_0y, при этом глубина резания уменьшается на величину прогиба заготовки под резцом в этой плоскости. Тангенциальная составляющая Р_z направлена по касательной к вращающейся заготовке. Она изгибает заготовку в плоскости Х_oz и глубина резания практически не меняется. Осевая составляющая силы резания Р_x направлена вдоль оси вращения заготовки. Влиянием тангенциальной и осевой составляющей сил резания на точность обработки можно пренебречь.

Рис. 4

Сила Р_y определяется по обычной методике:

а) глубину резания t определяют по формуле

t = 0,5 мм.

б) подача при черновой обработке и заданной выше глубине резания

мм/об

в) скорость резания (м/мин)

,

где Т - стойкость инструмента в мин

C_v, m, X_v, Y_v - табличные постоянные

K_v - поправочый коэффициент на скорость резания. Находят как произведение ряда коэффициентов

,

где К_m - учитывает качество обрабатываемого материала.

K_n - учитывает состояние поверхности заготовки.

К_и – учитывает марку материала режущей части инструмента.

г) число оборотов:

, об/мин

Число оборотов необходимо скорректировать по паспорту станка и затем определить фактическую скорость резания.

Радиальная составляющая силы резания при наружном продольном точении:

,

Значения С_р, Х_р, Y_p, n_p находятся из таблиц а поправочный коэффициент

,

где К_м - поправка на качество материала заготовки

- коэффициенты, учитывающие геометрические параметры резца.

Последовательность выполнения работы

1. Установить предварительно обработанную до постоянного диаметра заготовку двумя любыми способами. Длина обтачиваемой части заготовки должна быть L = (8 - 10)d.

2. Установить и закрепить проходной резец.

3. Замерить диаметр заготовки и длину обтачиваемой части L.

4. Определить режимы резания, ориентируясь на режим чернового обтачивания.

5. При выбранных режимах резания произвести обтачивание вала.

6. Измерить диаметр обработанной заготовки в характерных сечениях (рис. 2, 3)

7. Определить по экспериментальным данным максимальную погрешность обработки:

8. Определить аналитически силу резания.

9. Рассчитать аналитически f_max, .

10. Сделать сравнение опытных и теоретических результатов определения погрешности.

Содержание отчета по лабораторной работе.

1. Эскизы двух способов установки заготовки.

2. Расчет режимов обработки и радиальной составляющей силы резания.

3. Определение расчетных величин прогибов и погрешностей обработки.

4. Результаты измерения и сопоставление опытных и расчетных данных.

5. Выводы.