Похибки, викликані температурними деформаціями системи впід

 

Температурні деформації системи ВПІД чинять суттєвий вплив на точність числових операцій. Викликані ними похибки можуть досягати величин, що виходять за межі 2-3-го класів.

В процесі механічної обробки технологічна система нагрівається, а при перервах вона охолоджується. Джерелами тепла є: тепло, утворене в зоні різання і в місцях тертя рухомих частин; тепло від електродвигунів, гідронасосів та деяких інших джерел.

Розглянемо теплові деформації окремих елементів технологічної системи і їх вплив на точність обробки.

Основними джерелами тепла, які нагрівають окремі частини верстата, є теплота тертя, теплота, яка йде від вмонтованих електродвигунів, від охолоджуючих рідин та гідросистеми. При роботі верстата (особливо в період перших 3-5 годин після пуску) окремі вузли нагріваються вкрай нерівномірно. Так, наприклад, коробка швидкостей токарного верстата в різних частина має температуру, яка коливається в межах від 10 до 50⁰С. Найбільша температура відмічається в місцях розміщення підшипників шпинделя. В результаті нерівномірного нагрівання стінок передньої балки вісь шпинделя постійно зміщується як у вертикальній, так і в горизонтальній площинах. Проходить  зміщення робочих поверхонь верстата, змінюється висота центрів і т.д. Це зміщення досягає декількох сотих долей міліметра, в результаті чого деталі, оброблені на початку і в кінці зміни, при решти рівних умов, будуть відрізнятися за своїми розмірами.

Температурні деформації елементів верстата можна зменшити за рахунок наступних заходів:

1. Виносу гідроприводу за межі верстата, що одночасно сприяє зменшенню вібрації;

2. Встановлення спеціальних регуляторів температури масла в гідроприводі. Такі пристрої являють собою електропідігрівачі, вмонтовані в картер гідроприводу. При  включенні верстата електропідігрівачі на протязі 5 хвилин доводять температуру масла до робочої і відключаються. Таким чином настроювання верстата можна виконувати при робочій температурі;

3. Використання теплоізоляції гідроциліндра і гідропанелей від станини;

4. Правильного вибору об’єму резервуара для масла (при малому баці масло недостатньо охолоджується);

5. Більш досконалого мащення підшипників шпинделів,  які б покра-щували відвід тепла, що виділяється при роботі.

На відповідальних операціях, перш ніж приступити до виконання роботи, верстати попередньо прогрівають. Наприклад, нарізання великих зубчастих коліс проводять, як правило, без зупинки верстата навіть тоді, коли робота триває декілька змін. Негативно впливає на точність обробки прецизійних верстатів коливання температури навколишнього повітря. Тому такі верстати як координатно-розточні, різьбошліфувальні,  зубошліфувальні та інші  встановлюють в окремих приміщеннях, де підтримується постійна температура. Прецизійні верстати перед обробкою також прогрівають.

Похибка обробки викликається і температурними деформаціями ріжучого інструменту. Так, видовження прохідних і розточних різців при роботі за рахунок збільшення температури досягає 0,05 мм, що приводить до зменшення або збільшення діаметра оброблюваної поверхні до 0,1 мм.

Температурні зміни робочого діаметра мірних інструментів (свердел, мітчиків, розверток і т.д.) повністю переносяться на розмір оброблюваної поверхні.

Величина видовження різця при встановленому тепловому стані може бути підрахована за наступною формулою:

,

де:   - константа (при  мм;  мм/об;  м/хв; );

 - виліт різця, мм;

 - площа поперечного перерізу різця, мм²;

 - межа міцності оброблюваного матеріалу, кГ/мм²;

 - глибина різання, мм;

 - подача, мм/об;

- швидкість різання, м/хв.

З формул видно, що зменшення вильоту різця при збільшенні площі його поперечного перерізу (параметри, які порівняно легко змінити) дозволяють зменшити температурне видовження різця, а отже, і похибку обробки.

Обробка із застосуванням охолодження різко скорочує температурні деформації інструмента.

Температурні деформації самої деталі в процесі обробки чинять вплив на точність виготовлення на кінцевих операціях. Цей вплив особливо відчутній при виготовленні таких деталей, як тонкостінні втулки, гільзи і т.д. Так, наприклад, при шліфуванні зовнішньої поверхні тонкостінної гільзи у зв’язку із нагрівом проходить “випучування” цієї поверхні. Після охолодження деталь має похибку форми – сідлоподібність. Деформація такої деталі при обробці і поява похибки форми показані на рис.23.

Лінійне видовження деталі можна визначити за формулою:

,

де:      - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу деталі;

 - довжина деталі, мм;

 - різниця температур деталі при обробці і початкової, град.

Величина  при обробці різання може бути визначена розра-хунковим шляхом за формулою:

,

де:      - кількість тепла, яка виникає при різанні, кал;

- густина матеріалу деталі, кГ/м³;

 -  питома теплоємність, кал/кг^.град;

 - об’єм заготовки, м³.

Так, кількість тепла, яке виділяється за одиницю часу при обробці шліфуванням, може бути визначена за формулою:

 кал/сек,

де:     - тангенціальна складова сила різання, кГ;

 - швидкість різання, м/сек.

Знаючи час обробки, можна визначити деформацію і, як наслідок, можливу похибку деталі. Лінійне видовження деталі при цьому може бути визначено за формулою:

,

де      - час обробки, сек.

Температурна деформація деталі може бути зменшена за рахунок наступних заходів:

1. Застосування МОР (мастильно охолоджувальних рідин), обдуванням повітрям;

2. Збільшення швидкості різання, що дозволяє більшу частину тепла, що виділяється, відвести в стружку;

3. Закріплення деталей з можливістю компенсації їх лінійного розширення.

Щоб виключити вплив внаслідок різниці в температурі деталей, які поступають на чистову обробку після чорнової, необхідно забезпечити їх ритмічне надходження, або ж ввести певну витримку з метою повного охолодження.