Упругие перемещения системы станок – приспособление – инструмент – заготовка

Под действием сил резания звенья упругой системы станок – приспособление – инструмент – заготовка перемещаются. Вследствие этого фактический размер детали будет отличаться от настроечного. Значение перемещения зависит от жёсткости системы и сил резания, действующих на неё.

Жёсткостью упругой системы СПИД называют отношение составляющей силы резания, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности, к смещению лезвия инструмента относительно заготовки (у), отсчитываемому в том же направлении:

 

,

где – составляющая сила резания, Н;

– смещение лезвия инструмента относительно детали, мм.

 

 

Рис.83.

Понятие жёсткость учитывает упругие свойства системы и условия её нагружения; при изменении условий нагружения жёсткость изменяется.

Например: при обтачивании вала его жёсткость при положении резца посередине будет отличаться от жёсткости вала при положении резца у конца вала. В соответствии с этим и жёсткость отдельных звеньев системы, отнесённая к вершине резца, будет также различной. Определение погрешностей обработки, связанных с упругими перемещениями звеньев системы, значительно упрощаются, если пользоваться понятием податливости.

Податливостью (м/Н) технологической системы называют величину обратную жёсткости:

Деформация всей системы (), а () – деформации и звеньев системы, то

Тогда общее выражение для податливости будет иметь вид:

Заменив значение податливости значениями жёсткости, найдём зависимость:

Число звеньев технологической системы в различных случаях различно. Например при токарной обработке в центрах обычно учитывают перемещение станка и обрабатываемой заготовки (пренебрегая перемещением резца, считая его малым). То есть система: стан – заготовка.

И, наоборот, при растачивании нельзя пренебрегать перемещениями расточных оправок или борштанг, деформации же самой заготовки в этом случае пренебрежимо малы. В данном случае рассматривается система станок – инструмент.

Жёсткость заготовки режущего инструмента можно с известным приближением определить по формулам теории упругости и сопротивления материалов.

Жёсткость специальных приспособлений определяют экспериментальным путём, они имеют заложенную конструктором постоянную жёсткость.

Для определения жёсткости станков наибольшее распространение получили методы:

- статические;

- динамические.

В первом случае к узлу станка с помощью специальных приспособлений прикладывают нагрузку и наблюдают его деформации. Испытания проводятся на неработающем станке.

 

1 – суппорт;

2 – индикатор;

3 – динамометр.

 

 

Рис.84.

Узел нагружается в том же направлении, что и при резании. В расчёт принимается только радиальная составляющая.

 

Характеристика жёсткости станка.

 

 

Статическая жёсткость используется при контроле качества станков новых и выходящих после ремонта.

Для расчётов точности статическая жёсткость не используется, так как точноость получается завышенной (статистическая жёсткость не учитывает производственные условия: толчки, вибрации, работу соседних станков).

Во втором случае жёсткость определяют в результате обработки заготовки резанием:

- производственный метод (основан на обработке поверхности с переменным припуском и некоторых расчётах). Разновидность производственного метода – метод ступенчатого резания.

Рис.85.

Заключается в том, что обрабатывают 2 участка заготовки: один с глубиной резания , чем другой. Остальные условия резания остаются неизменными (то есть, обточка производится с одного положения инструмента обеих ступеней детали).

Разность называют погрешностью заготовки ().

При обработке участка с большей глубиной резания будут больше силы резания, больше отжатия лезвия инструмента (деформации). Поэтому на обработанной поверхности получается ступень величиной , которая определяется измерением диаметров на участках детали с глубинами резания и .

Отношение называется уточнением – оно показывает во сколько раз уменьшилась точность заготовки (или во сколько раз точность детали выше точности заготовки).

Жёсткость станка определяется по эмпирической зависимости:

,

– коэффициент уточнения,

где ;

– коэффициент, характеризующий материал заготовки и зависящий от геометрических параметров инструмента и степени его затупления (определяется по справочникам).

- подача, мм/об.

Отсюда можно сделать вывод о том, что жёсткость технологической системы является источником в формировании погрешностей обработки. Зная жёсткость технологической системы и силы, можно определить погрешность обработки от упругой деформации этой системы ().

Для односторонней обработки , для двухсторонней обработки .

Необходимо стремиться к максимальному повышению жёсткости звеньев системы СПИД.

=5000 6000 Н/мм – min жёсткость трёхкулачкового патрона;

=50000 60000 Н/мм – жёсткость суппорта;

=50000 70000 Н/мм – жёсткость конуса Морзе.

Жёсткость детали

 

; (мм⁴)

– модуль упругости

– момент инерции

– определяется по нормативам

 

;

Рис.86.

1. Обработка в центрах.

- жёсткие центры, деталь нежёсткая

 

 

I; II; III – положения инструмента

Самый большой прогиб в середине детали – бочкообразность

 

 

–нежёсткие центры, деталь жёсткая

Самый большой прогиб по краям детали (I и III положения инструмента).

Дефект – седлообразность.

 

1. Закрепление в патроне:

Дефект – конусообразность: момент от составляющей силы резания max в I положении. Меняется плечо – меняется момент, прогиб уменьшается.

Кольцо в трёхкулачковом патроне