Правила безопасной работы на токарно-винторезном станке особо высокой точности 16К20

Токарный станок является высокооборотной машиной и поэтому при работе на нем необходимо строго выполнять следующие указания.

1. Изучить станок прежде, чем начинать работу на нем.

2. Перед началом работы необходимо убедиться в прочности закрепления патрона на шпинделе. Патрон крепится на шпинделе разжимным кольцом с помощью винта. Несоблюдение этого указания может привести к свертыванию патрона со шпинделя при реверсе и нанести тяжелую травму.

3. Надежно закрепить деталь.

4. Не касаться вращающихся частей станка до полной его остановки.

5. Не приближаться к зоне резания во избежание травм от отлетающей стружки.

6. Запрещается пользоваться рукояткой реверса для торможения шпинделя. Это может привести к резким толчкам и ослаблению крепления патрона.

7. Запрещается начинать работу с включения высоких чисел оборотов шпинделя (2000, 1340). Предварительно необходимо прогреть подшипники на средних оборотах.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.2

 

Лаборатория №2

Отчет по лабораторной работе №1

«Исследование процесса обработки на токарном станке»

 

Работа принята__________________________________ Студент_____________

Руководитель___________________________________ Группа_____________

«___»____________г.

 

1.Задание

 

 

2. Схема обработки

 

3. Исходные данные

№ п/п	Наименование исходных данных	Размерность	Числовое значение
1	Наименование марка материала заготовки		Сталь 20
2	Прочностные характеристики материала заготовки:
	модуль упругости, Е	МПа	2^.10^4
	твердость, НВ	МПа	1630
	предел прочности,σ	МПа	412
3	Вид резца		Проходной отогнутый правый прямоугольного сечения державки
4	Материал режущей части резца
5	Величина главного угла в плане φ резца	град	45
6	Величина главного угла при вершине резца ε	град	90
7	Диаметр заготовки	мм
8	Диаметр детали	мм
9	Схема закрепления заготовки		Консольное закрепление в патроне

 

4. Эскиз заготовки, операционный эскиз и эскиз токарного резца

 

5. Последовательность выполнения расчетов

1. Определение глубины резанья

2. Определение по нормативам расчетного S ₀ и паспортного S _стзначений подачи.

3. Выбор по нормативам скорости резанья V _p и определение числа оборотов шпинделя n _p.

4. Расчет оперативного времени Т _о +Т _в.

5. Расчет длины пути инструмента

 

Лабораторная работа № 2

Влияние жесткости технологической системы на точность обработки

 

Цель работы: практическое изучение процесса точения и возможностей токарного станка, а также исследование влияния таких технологических факторов, как жесткость обрабатываемой заготовки, способ ее закрепления, режимы резания на точность обработка.

 

Сила резания

Под действием сил резания звенья технологической системы станок- приспособление-инструмент-деталь упруго деформируются, то есть изменяется их начальное положение относительно друг друга. Вследствие этого режущие кромки, образующие обрабатываемую поверхность, отклоняются от заданного настройкой положения, и фактический размер детали будет отличаться от настроечного.

Величина упругих перемещений отдельных элементов системы зависит от их жесткости и действующей силы резания:

Жесткость какого-либо элемента технологической системы определяется отношением составляющей силы резания   P_y, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности, к смещению лезвия инструмента. У относительно заготовки, отсчитываемому в том же направлении.

При определении жесткости задается направление смещения, но рассматривается влияние не только одной составляющей силы резания P_y, но и других.

При точении сила резания, являющаяся результирующей сил деформирования металла и сил трения по передней и задней поверхностям резца, может быть представлена равнодействующей трех составляющих (рис 2.1):

,

Рис. 2.1. Составляющие сил резания

 

где Р_х - осевая составляющая силы резания, параллельная оси главного вращательного движения резания; Р _y - радиальная составляющая силы резания, направленная по радиусу главного вращательного движения резания в вершине резца; Р _z - главная (касательная) составляющая силы резания, совпадающая по направлению со скоростью главного движения резания.

Сила Р_х противодействует продвижению резца вдоль оси заготовки и изгибает его в горизонтальной плоскости, а ее реакция сдвигает деталь вдоль оси.

Сила Р _y стремится оттолкнуть резец от детали в направлении, перпендикулярном к ее оси, а реакция силы изгибает деталь в горизонтальной плоскости.

Сила Р _z действуя на резец, изгибает его в вертикальной плоскости, а ее реакция также в вертикальном направлении изгибает деталь.

Смещение лезвия инструмента под действием составляющей силы резания Р _y в направлении по нормали к обрабатываемой поверхности оказывает решающее влиянии на формирование погрешности обработки. При этом смещение лезвия под действием по касательной к обрабатываемой поверхности практически не влияет на точность обработки.

До начала обработки при настройке устанавливают заданную глубину резания t _зад (рис. 2.2). В процессе обработки под действием радиальной составляющей силы резания Р _y заготовка упруго отжимается на величину y ₁, а резец − на величину y ₂.

Рис. 2.2. Схема упругих перемещений элементов технологической системы при обработке

 

В результате этого заданная глубина резания уменьшается до значения t _факт :

Величины отжатий определяются по формулам:

где j ₃ – жесткость заготовки, кгс/мм, j _u – жесткость системы инструмент-приспособление, кгс/мм.

Таким образом, величина отклонения t _факт от t _зад, определяющая точность обработки, при данном значении Р _y будет полностью определяться жесткостью отдельных элементов технологической системы. Чем выше жесткость, тем меньше величина отжатая, тем выше точность обработки.

Полагая, что жесткость системы инструмент-приспособление (резец - суппорт) j _u значительно выше жесткости заготовки j₃ то есть, принимая y ₂существенно меньше y ₁, t _факт можно записать в виде . Тогда размер детали после обтачивания заготовки

где d - диаметр детали; d ₃- диаметр заготовки.

Жесткость отдельных элементов технологической системы при неизменном значении Р _y зависит от условия нагружения. Например, при обтачивании валика его жесткость меняется при изменении положения резца по длине заготовки. Поэтому для оценки точности обработки определяют максимальное значение y ₁, что соответствует минимальной жесткости заготовки. Величину отжатая при изгибе детали в горизонтальной плоскости можно определить как прогиб балки, на которую действует сосредоточенная сила Р _y:

где l – длина участка заготовки, к которому приложена сила (расстояние от шпинделя до резца), мм; E – модуль упругости заготовки ГПа; j – момент инерции поперечного сечения заготовки, мм⁴;    k – коэффициент, зависящий от способа закрепления детали (при консольном закреплении k =3).

С целью увеличения жесткости детали, то есть уменьшения погрешности формы как результата деформации при обработке ее поджимают задним центром. В этом случае деталь может быть представлена в виде балки, закрепленной с двух сторон, на которую действует сосредоточенная сила. Деформация такой балки определяется:

где х – расстояние от шпинделя до точки приложения Р _y, мм

Анализ выражения показывает, что максимальный прогиб (деформация) балки (детали) произойдет при . При этом

.

Тогда .

При и деформация детали будет равна 0, то есть в этих сечениях . Таким образом, при данном способе закрепления деталь после обработки будет иметь бочкообразную погрешность формы.

При уменьшении фактической глубины резания относительно заданной уменьшается сила резания Р _y, что, в свою очередь приводит к уменьшению деформации, поэтому при практических решениях принимают k =110.

Величина Р _y определяется по формуле:

,

где k_p – обобщенный поправочный коэффициент, равный произведению поправочных коэффициентов, каждый из которых определяет влияние конкретных условий резания на величину Р _y:

Поправочные коэффициенты учитывают: k_m – прочность или твердость обрабатываемого материала; k _φ – величина главного угла в плане резца; k_y – величина переднего угла; k _ω – применения СОЖ; k_r – величина радиуса вершины резца; k _δ– степень изношенности задней поверхности резца.

Постоянная С _ру учитывает влияние Р _yнекоторых постоянных условий резания, и, в частности, тех, для которых поправочные коэффициенты равны единице.

При наружном продольном точении конструкционных сталей твердосплавным резцом с главным углом в плане φ=45⁰, оптимальным передним углом, с радиусом при вершине r =0.5 нормальный степени износа, без применения СОЖ можно принять значение поправочных коэффициентов k _φ, k_y, k _ω, k_r, k _δ равными единице.

Тогда k_p=k_m,

где σ_B – предел прочности материала заготовки, МПа; m_p – показатель, учитывающий материал режущей части резца и механические свойства материала заготовки (при обработке конструкционных сталей инструментом из твердого сплава m_p = 1.35).

При перечисленных условиях обработки (условия лабораторной работы)

С _ру = 243, x _р = 0.9, y_r= 0.6, n _р =-0.3

Допустимая величина прогиба (отжатая) определяется заданной точностью. Чтобы погрешность обработки не превышала допуска на заданный размер, необходимо обеспечить выполнение следующего условия: y _max ≤y _доп.

Принимая допустимую величину отжатая y _доп=0.5 Т, можно задать условие обеспечения заданной точности y _1max≤0.5 Т, где Т – допуск на диаметр детали, мкм.

Изменение жесткости заготовки в процессе обработки и, как следствие, непрерывное изменение y₁ является причиной изменения фактической глубины резания, что ведет к появлению погрешности формы, вид которой определятся условиями обработки.

 

Определение режимов резания

Глубина резания t

Припуск на обработку (в мм) определяется по формуле:

где D ₃– диаметр заготовки по обработанной поверхности, мм; D – диаметр детали по обработанной поверхности, мм.

Если припуск удаляется за один проход, то глубина резания:

Если обработка разделена на черновую и чистовую, то

Подача S _o

Подача S _o назначается в зависимости от глубины резания, геометрии резца, заданной шероховатости и точности, материала заготовки и режущей части резца. Рекомендуемые значения подач приведены в справочной литературе.

При выполнении работы для определения S _o (в мм/об) рекомендуется воспользоваться выражением:

где φ – главный угол в плане; ε – угол при вершине резца; r – радиус вершины резца, мм; С _M– коэффициенты, характеризующие вид обрабатываемого материала; С _ra – коэффициент, учитывающий стадию обработки (черновая, получистовая, чистовая отделочная); k_sm – коэффициент, учитывающий твердость обрабатываемого материала.

При чистовом точении конструкционных сталей значения показателей степени и коэффициентов следующие:

y =1.4,

x =0.3,

z =0.35,

u =0.7,

C _M=0.008,

С _ra =131 − для чистовой обработки,

С _ra =256 − для получистовой обработки,

k_sm =С _sm (HB) ^{ym ,.}

Для конструкционной стали:

С _sm =349.9,

y_m =-0.7737.

Расчетная величина подачи S _o корректируется по паспорту станка, принимается ближайшее значение подачи S _{o .}

Скорость резания

Допустимая скорость резания V (м/мин) рассчитывается с учетом назначенной глубины резания, подачи, стойкости инструмента Т, обрабатываемого материала режущей части резца, его геометрии и определяется по формуле:

где С _v – коэффициент, учитывающий условия обработки (t и S) и вид материала;  – коэффициент, учитывающий стойкость инструмента;  – коэффициент, учитывающий твердость обрабатываемого материала.

Для продольного точения конструкционных сталей при t ≤12мм и S <0.4 мм/об при работе твердосплавным инструментом значения показателей степени и коэффициентов следующие:

По величине V _p (м/мин) определяется соответствующее значение оборотов шпинделя:

.

Расчетное число оборотов в минуту n _p следует корректировать по паспорту станка, приведя в соответствие с ближайшим меньшим значением.

Фактическую скорость резания V _ф можно рассчитать исходя из выбранного числа оборотов в минуту шпинделя по паспорту n _p

.

Поскольку, как правило, фактическая скорость резания V _ф меньше расчетной V _p, фактическая стойкость инструмента возрастает; если же расчетное число оборотов в минуту шпинделя лишь на 5-10% меньше ближайшей ступени числа оборотов в минуту по паспорту станка, можно воспользоваться этой ступенью, причем фактическая стойкость инструмента снизится незначительно.