Определение погрешностей, связанных с упругими деформациями системы под влиянием нагрева

 

В процессе обработки заготовок элементы системы – станок, заготовка, инструмент, приспособление – находятся под непрерывным воздействием различных тепловых источников. Нагревание элементов системы ведет к их температурным деформациям и к возникновению погрешностей обработки.. Эти погрешности можно разделить на следующие группы:

а) Погрешности от температурных деформаций станка

  При работе станков в наибольшей степени нагреваются шпиндельные бабки: температура в различных точках бабки повышается от 10 до 50°С. Нагрев узлов станка обусловливает изменение их взаимного расположения. С точки зрения точности обработки необходимо учитывать перемещение передней и задней бабок и суппорта относительно станины в направлении нормали к обрабатываемой поверхности: для токарных станков, например, в горизонтальной плоскости. Температурные деформации узлов станка невелики– 8– 12 мкм (рисунок 14). Для предупреждения появления погрешностей от температурных деформаций станков при точных работах производят их предварительный прогрев обкаткой вхолостую в течение 2-3 ч. Последующие перерывы в работе должны быть не продолжительными с тем, чтобы станок не потерял «рабочую форму».

 

 

Рисунок 14 – Температурные

        деформации станка

б) Погрешности обработки, возникающие в результате температурных деформаций инструмента.

Теплота, выделяющаяся при резании металлов, нагревает инструмент, что приводит к его удлинению. Удлинение происходит в течение 8-16 минут непрерывного резания, а затем наступает тепловое равновесие (рисунок 15). Например, при обработке твердосплавным резцом без охлаждения его деформация достигает 30-50 мкм (с охлаждением в 3-3,5 раза меньше).

Удлинение увеличивается с ростом подачи, глубины и скорости резания.

Рисунок 15 - Температурные деформации резца

 В общем случае удлинение резца может быть определено по следующей формуле:

,

где L _р - вылет резца; s _в - предел прочности резца; F – площадь.

Рисунок 16 - Температурные деформации резца при точении с перерывами

 

Характер влияния температурных деформаций инструмента на точность зависит от соотношения времени резания и времени перерыва, габаритов инструмента и порядкового номера заготовки с начала обработки (рисунок 6). Общая погрешность формы от температуры: w _ф. = 2 у_{т.р. max},

Для уменьшения влияния температурных деформаций инструмента необходимо вести настройку станка на заданный размер и последовательную обработку заготовок в состоянии теплового равновесия- w _ф. = 2 у_{т.р.уст.}

в) Погрешности обработки, возникающие в результате температурных деформаций заготовки

При обработке резанием более 10% выделяемой теплоты переходит в заготовку, вызывая её нагрев и деформацию. Необходимо различать неравномерный и равномерный нагрев. При равномерном нагреве возникает погрешность размеров, а при неравномерном - погрешность формы.

Температурные деформации особенно значительны при обработке тонкостенных, ажурных заготовок.

Температурные деформации увеличиваются с увеличением глубины резания и уменьшаются с увеличением подачи и скорости.