Ел. методичні вказівки ДДВіС

Лабораторна робота №1 Визначення області стійкості токарного верстата

Мета роботи.

Визначити область безвібраційної роботи токарного верстата при зовнішньому точінні.

Обладнання, прилади, матеріали.

–Токарно-гвинторізний верстат мод. 16К20.

–Вимірювальний інструмент – штангенциркуль.

–Різальній інструмент – прохідний різець, матеріал ріжучої частини – твердий сплав, довжина консолі різця L = 50…150 мм.

–Заготовка – круг сталевий.

Теоретичні відомості

Стійкість механічної системи, наприклад верстата, виявляється в властивості системи вертатися в вихідний, або близький до нього стан, після виведення з рівноваги будь яким зовнішнім впливом.

Втрата стійкості верстата виявляється в виникненні вібрацій при різанні, періодичному підриванні або підхопленні різального інструмента, в нерівномірному (стрибкоподібному) переміщенні робочих органів (супорта, полозків, пінолі) верстата, або в їхньому заклинюванні.

Найбільш часто порушення стійкості виявляється у виникненні вібрації при різанні. В залежності від частоти і амплітуди коливань вібрації можна визначити за допомогою вимірювальних приладів, на слух чи по характерних слідах (муару) на обробленій поверхні. Для визначення дослідним методом області гарантованої безвібраційної роботи верстата необхідно змінювати параметри експерименту, що підлягають дослідженню, реєструвати і аналізувати амплітуду і частоту коливань системи ВПІД при роботі вимірювальнореєструючими приладами для виявлення початку появи вібрацій. В якості параметра, змінюваного при дослідах, може бути будь-який геометричний або технологічний параметр процесу різання: кути ріжучого інструмента; довжина і переріз ріжучого інструмента; глибина різання; швидкість різання і подача і т.д.

Наприклад, якщо при зовнішньому точінні деталей з різними припусками на обробку використовувати прохідні різці різної довжини, то при сполученні різних значень довжини вильоту різця і

глибини різання процес різання відбувається в одних випадках спокійно, а в деяких випадках – з вібраціями.

Рис. 1. Зони стійкого і нестійкого різання

На рис. 1 зображено зони безвібраційного різання (область нижче кривої mkn) і зона роботи з вібраціями (вище кривої mkn). Точка А відповідає роботі без вібрацій з глибиною різання, що дорівнює tА різцем з вильотом з різцетримача на довжину LА.

Запас стійкості верстата визначає можливість зміни під час роботи якого-небудь параметра без втрати стійкості. Запас стійкості виражається коефіцієнтом стійкості, який завжди більший одиниці і дорівнює частці від поділу граничного значення параметра (при перебільшенні якого виникає втрата стійкості) на поточне значення параметра.

Наприклад, коефіцієнт стійкості Кt по глибині різання в цьому випадку виражається відношенням граничної глибини різання tгр, коли починаються вібрації, до глибини різання в точці А, коли робота відбувається спокійно:

Таким же чином можна визначити запас стійкості верстата по будь якому параметру.

В виробничих умовах найбільш просто реєструвати момент появи вібрацій на слух. При визначенні зони стійкості виробничим

методом фіксують значення всіх параметрів і змінюють якийсь один параметр до тих пір, доки не будуть відчуватися суттєві вібрації. Але так як вухо це досить недосконалий вимірювальний прилад, то виникають суб’єктивні похибки, часто неможливо оцінити рівень вібрацій на фоні шуму вузлів самого верстата. До того ж при дискретній зміні параметрів експерименту неможливо точно визначити початок виникнення вібрацій. Тому визначають при одному фіксованому параметрі експерименту зону стабільної роботи, перехідну зону і зону роботи з вібрацією. При заповненні таблиці експерименту і побудові графіка зону стійкої роботи без вібрацій позначають символом «-», зону роботи з вібрацією символом «+», а зону невизначеності, коли на слух неможливо чітко сказати, виникають чи ні вібрації – символом « ».

Порядок виконання роботи

1. Визначення зони стійкості при точінні в залежності від швидкості різання і вильоту різця.

Постійні параметри: глибина різання (2,5…3,5 мм); поздовжня подача (0,05-0,08 мм/об).

Змінні параметри: виліт різця (початковий виліт 80…90 мм); швидкість різання (початкова частота обертів 100-200 об/хв.).

Для найменшого вильоту різця поступово збільшують частоту обертів шпинделя до такого значення, коли виникають вібрації, і припиняють дослід. Кілька разів (4-6) збільшують виліт різця і для кожного вильоту знову збільшують частоту обертів шпинделя, починаючи від найменшої, до виникнення вібрації. В таблиці дослідів відмічають символами «-» спокійну роботу без вібрацій, символами « » невизначену зону та символами «+» роботу з вібрацією.

За результатами дослідів будують графічне зображення зон роботи без вібрації, перехідної зони і зони роботи з вібрацією.

2. Визначення зони стійкості при точінні в залежності від швидкості різання і подачі.

Постійні параметри: глибина різання (2,5…3,5 мм); виліт різця

(80…90 мм).

Змінні параметри: подача (початкова подача 0,05 мм/об); швидкість різання (початкова частота обертів 200-250 об/хв.).

Для найменшої частоти обертів шпинделя верстата поступово, кожен раз вдвічі (0,05; 0,1; 0,2; 0,4… мм/об), збільшують подачу до такого значення, коли виникають вібрації. Досліди повторюють кілька

разів (4-6) збільшуючи частоту обертів шпинделя і для кожної частоти обертів так само ступінчасте збільшують подачу, починаючи від найменшої, до виникнення вібрації. В таблиці дослідів відмічають символами «-», « » та «+» спокійну роботу без вібрацій, невизначену зону і роботу з вібрацією.

За результатами дослідів будують графічне зображення зон роботи без вібрації, перехідної зони і зони роботи з вібрацією.

Приклад виконання експериментальної частини

1. Визначення зони стійкості при точінні в залежності від швидкості різання і вильоту різця.

Постійні параметри: матеріал заготовки – сталь 45; діаметр заготовки 50 мм; довжина консолі заготовки Lд = 150 мм; матеріал ріжучої частини різця – твердий сплав Т15К6; головний кут в плані різця = 45°; передній кут різця = -10°; глибина різання t = 3,5 мм; подача S = 0,05 мм/об.

Змінні параметри: виліт різця, початковий виліт LР = 70 мм; частота обертів деталі, початкова частота обертів пД = 80 об/хв.

Результати спостережень заносимо в таблицю.

Таблиця 1 Спостереження за роботою верстата при зміні швидкості

різання і вильоту різця.

Примітка: знаком «-» позначена робота без вібрації; знаком « » – робота з підвищеним шумом, який однозначно не можна назвати вібрацією, на поверхні деталі не видно слідів вібрації; знаком «+» позначена робота з всіма ознаками вібрації.

Для діаметра обробки 50 мм знаходимо швидкість різання для кожної частоти обертів заготовки.

Лабораторна робота №2 Визначення жорсткості верстата при різанні

Мета роботи.

Виробничім методом визначити жорсткість токарного верстата при зовнішньому точінні.

Обладнання, прилади, матеріали.

–Токарно-гвинторізний верстат мод. 16К20.

–Вимірювальний інструмент – мікрометр.

–Різальній інструмент – прохідний різець; матеріал ріжучої частини – твердий сплав; головний кут в плані = 30°…60°.

–Заготовка – круг сталевий 15…40 мм, L = 125…200 мм.

Теоретичні відомості

Точність верстата характеризує його здатність забезпечити вимоги креслення деталі, що оброблюється, за формою, розмірами, взаємному розташуванню окремих поверхонь і шорсткості оброблених поверхонь. Точність верстата характеризують його геометричні, кінематичні і динамічні похибки.

Геометричні похибки верстата відбивають правильність форми і взаємного розташування частин верстата, що несуть інструмент і деталь, а також траєкторії їхнього взаємного переміщення. До геометричних похибок відносяться: прямолінійність поздовжнього переміщення рухомого вузла по напрямним; радіальне, осьове і торцеве биття центруючої й опорної поверхонь шпинделя; сталість положення ділильних пристроїв і поздовжньо рухомих вузлів і т.д.

Кінематичні похибки верстата показують непогодженість переміщення вузлів верстата під час роботи або невідповідність величини дійсного переміщення заданій величині. Кінематичні похибки найбільше виявляються в довгих ланцюгах зубчастих передач.

Динамічні похибки верстата виникають при переміщенні вузлів верстата під навантаженням і виявляється в нерівномірності переміщення робочих органів, у виникненні вібрацій, у підвищеному рівні шуму.

Одним з факторів, що найбільш вагомо впливає на точність верстата є його жорсткість.

Жорсткість верстата – це здатність конструкції верстата протидіяти пружній деформації під впливом робочих навантажень. Жорсткість верстата складається з двох складових – жорсткості окремих деталей і жорсткості стиків між деталями. Жорсткість позначається літерою с або j і вимірюється в Н/мкм (або в Н/мм)

де Q – сила, яка прикладається до верстата, що досліджується, Н;

– пружна деформація (переміщення) досліджуваного вузла верстата під впливом сили, мм; мкм.

Величина, що зворотна до жорсткості називається

піддатливістю, позначається літерою е і вимірюється в мкм/Н (мм/Н)

При послідовному з’єднанні елементів системи їхні піддатливості підсумовуються. Тобто, якщо пружна система ВПІД складається із таких складових елементів як верстат, пристосування для закріплення деталі, різального інструмента і деталі, що обробляється, то загальна піддатливість системи буде становити:

де ев – піддатливість всього верстата, мкм/Н; еп – піддатливість пристосування, мкм/Н;

еі – піддатливість ріжучого інструмента, мкм/Н; ед – піддатливість деталі, що обробляється, мкм/Н;– загальна деформація (переміщення), мкм;

Q – сила, що призвела до деформації, Н.

Якщо вважати, що пристосування разом з ріжучим інструментом входять до складу верстата, то рівняння (3) можна записати в вигляді:

Таким чином, якщо знати загальну піддатливість (жорсткість) системи ВПІД і піддатливість (жорсткість) деталі, що обробляється, то можна розрахувати піддатливість (жорсткість) верстата.

На величину деформації деталі впливає тільки жорсткість самої деталі й схема її базування (деталь закріплена консольно в патроні; або закріплена в патроні й підтискається центром; або закріплена в центрах…). Жорсткість деталі нескладної форми при статично визначеній схемі закріплення можна досить просто розрахувати аналітичним методом.

Сумарні переміщення елементів верстата залежать від жорсткості окремих його вузлів і деталей, від ступеня затягнутості рухомих і нерухомих стиків між деталями верстата, від стану підшипників, кількості змащення в рухомих з'єднаннях і інших факторах. Урахувати всі фактори, що впливають на жорсткість верстата в розрахунках практично неможливо. Кілька верстатів однієї моделі мають трохи різну жорсткість. Тому єдиним точним методом визначення жорсткості конкретного верстата є експеримент.

Жорсткість (піддатливість) верстата аналітичним методом точно розрахувати неможливо, тому що верстат сам є дуже складною системою і складається з багатьох підсистем. Тому жорсткість (піддатливість) верстата разом з пристосуванням і різальним інструментом найчастіше визначають експериментально безпосереднім виміром деформацій при навантаженні вузлів верстата визначеними навантаженнями в визначених напрямках. Розрахована таким чином жорсткість буде статичною жорсткістю, якщо вимірювання проводились на непрацюючому верстаті і динамічною жорсткістю, якщо вимірювання проводяться на працюючому.

Для визначення піддатливості (жорсткості) верстата в загальному випадку потрібні точні вимірювальні прилади для реєстрації дуже малих деформацій вузлів верстата під впливом навантажень; точні навантажувальні прилади для здійснення цих навантажень; пристосування для здійснення просторової орієнтації навантажень.

Під час процесу різання верстат зазнає впливу сил різання і деформується під впливом цих сил. Це дає підставу визначати жорсткість верстата за допомогою навантаження не зовнішніми силами, а силами різання.

Жорсткість при різанні на токарному верстаті можна визначати й без спеціальної апаратури, так званими виробничими методами.

Для визначення жорсткості верстата виробничим методом необхідно обробити із однаковою силою різання дві деталі з різною жорсткістю. Взаємні переміщення інструмента й деталі, що обробляється, обумовлюють жорсткістю системи ВПІД при різанні й складаються з пружних переміщень (віджимань) деталі й пружних переміщень елементів металорізального верстата, включаючи переміщення деталей токарного патрона, у якому закріплена деталь. Жорсткість верстата при різанні визначають зняттям з заготовки заданого нерівномірного припуску і безпосереднім виміром змінної сили різання, що виникає при цьому, а відповідні взаємні переміщення інструменту і заготовки находять безпосереднім вимірюванням або виміром відхилення розміру обробленої деталі.

Одним з виробничих методів визначення жорсткості верстата є обробка в центрах циліндричної східчастої заготовки. Заготовка закріплюється на спеціальній оправці з різною у двох взаємно перпендикулярних площинах жорсткістю.

Рис. 2.1. Схема визначення жорсткості верстата за допомогою спеціальної оправки

Заготовки 2 (рис. 2.1), закріплюється за допомогою шпонки 3 і гайки 4 на оправці 1, яка має максимальну cmax та мінімальну cmin жорсткість в двох взаємно перпендикулярних напрямах, значення жорсткостей відомі. Після підведення різця 5, до торкання базової циліндричної поверхні меншого діаметру заготовку проточують з глибиною різання t.

Максимальне max і мінімальне min відхилення обробленої поверхні заготовки від круглої форми вимірюють відносно базової поверхні d0