Влияние жесткости на точность размеров деталей, обрабатываемых на построенных станках.

Влияние жесткости системы СПИД на точность. В процессе обработки положение инструмента относительно деталей и узлов станка меняется, меняется и жесткость системы, создавая сложную картину деформации отдельных элементов системы. Жесткость – отношение силы к величине деформаций j = P/y, кг/мм.

(Привести пример про тонкий валик, обрабатываемый в центрах).

Большое влияние на точность обработки, особенно нежестких деталей оказывает усилие зажатия, а также способ закрепления деталей. Пусть втулка диаметром 80 мм зажимается в трехкулачковом патроне, следовательно наружный диаметр деформируется (обрабатываемый внутренний диаметр 70 мм).

Из-за перераспределения напряжений наружный контур после раскрепления станет цилиндрическим, а внутренний деформируется. Таким образом при длине втулки 20 мм и усилий зажатия 15 кг получается погрешность = 0,08мм. Чтобы уменьшить погрешность необходимо уменьшить удельное давление на поверхность детали, закрепив ее в цанге. Чтобы сделать поверхность = 0, необходимо чтобы данная поверхность не испытывала напряжений от усилий зажатия. Степень жесткости инструмента также оказывает большое влияние на точность обработки, особенно при работе на настроенных станках (автоматы, полуавтоматы, ЧПУ). Токарные резцы для этих станков изготавливаются большего сечения из стали 40 Х и державка обрабатывается до твердости 40…45 HRC в то время как твердость обычной державки из стали 45НВ 180…220.

Температурные деформации сказываются при чистовой и окончательной обработках. В процессе обработки нагревается станок, деталь и вся система СПИД, поэтому при обработке очень точных деталей станок выводят на тепловое равновесие. Особо точные детали контролируются спустя неск-ко часов после их обработки, чтобы деталь полностью остыла.

Основные пути повышения жесткости технологической системы Внутренние напряжения остаются в детали после любого вида обработки. В процессе эксплуатации или вылеживания на складе происходит перераспределение внутренних напряжений и короблений деталей, поэтому для ответственных деталей стараются получить как можно меньше по величине остаточное напряжение, выполняя отделочные виды обработки (полирование, суперфиниш).

Повышение жесткости системы можно получить следующими технологическими методами: созданием предварительного натяга; сокращением числа стыков и звеньев в размерных и кинематических цепях; увеличением контактной жесткости; введением дополнительных опор.

Создание предварительного натяга позволяет выбрать зазоры в стыках, обеспечить большую определенность базирования деталей и тем самым увеличить жесткость технологической системы (рис.

Контактную жесткость стыков увеличивают с помощью специальных устройств в виде клиньев, прижимных планок.

В неподвижных стыках контактная жесткость повышается посредством увеличения точности геометрических форм сопрягаемых поверхностей.

При введении дополнительных опор увеличивается собственная жесткость деталей технологической системы.

При сборке жесткость сборочной единицы можно увеличить, увеличивая жесткость базовой детали (установить ее на фундаменте на три неподвижные опоры и затем подвести необходимое число дополнительных опор в виде регулировочных клиньев, домкратов и т.

74, в) позволяет существенно повысить точность установки и одновременно жесткость.

Повышение виброустойчивости системы достигается вследствие увеличения жесткости конструкций сменных элементов.

Повышение виброустойчивости технологической системы достигается также при правильном расположении главных осей жесткости.

Упругие перемещения являются функцией действующих сил и жесткости технологической системы.

Способы повышения жесткости были рассмотрены выше.

Если деталь, обладающая небольшой жесткостью, значительно деформируется под действием массы монтируемых на нее других деталей, то применяют следующий метод.

К свойствам, характеризующим качество изделия, относят точность, прочность, жесткость, износостойкость, технологичность, надежность, безопасность, бесшумность и другие.

Технологичность изделия применительно к изготовлению деталей характеризуется: числом поверхностей и деталей, подлежащих изготовлению; чем меньше поверхностей, тем меньше трудоемкость; степенью использования высокоэффективных методов обработки поверхностей для данного типа производства; степенью стандартизации и унификации деталей и их элементов; геометрической точностью деталей; чем выше требования к точности деталей, тем выше трудоемкость обработки; качеством поверхностного слоя деталей; степенью совмещения переходов; жесткостью детали; чем выше жесткость, тем легче достичь заданной точности.

Поэтому детали должны обладать контактной жесткостью, сопротивлением усталости, коррозионной стойкостью, износостойкостью и другими свойствами, во многом зависящими от качества поверхностного слоя.

Если конструкция машины обладает достаточной жесткостью базирующей детали и отличается сравнительно небольшой массой, то целесообразно выбрать подвижную сборку с непрерывным перемещением собираемого изделия.

Поточную стационарную сборку экономично использовать в серийном производстве изделий, отличающихся недостаточной жесткостью базирующихся деталей, большими размерами и массой, например, автобусы, тяжелые станки и т.

В паспорт станка необходимо вводить качественные характеристики технологической системы, такие, как ее геометрические точности, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость, и через определенные промежутки времени проводить их аттестацию.

Для автоматизации операции на станке с ЧПУ необходимо ужесточить нормы точности на его изготовление, повышения его жесткости, теплостойкости, износостойкости.

•Схема базирования заготовки на станке с ЧПУ должна обеспечивать достаточную устойчивость и жесткость установки заготовки, а также требуемую точность ориентации заготовки в приспособлении.

Корпусные детали газонефтяного и нефтехимического оборудования в соответствии с их назначением должны обладать следующими свойствами: прочностью, жесткостью, виброустойчивостью, герметичностью, износостойкостью, долговечностью, точностью, качеством поверхностного слоя.

Несовершенные методы получения заготовок, консольный инструмент (расточные оправки), имеющие небольшую жесткость — основные причины высокой трудоемкости обработки отверстий второй группы.

При выдвижении шпинделя изменяется размер консоли, а следовательно, жесткость системы, приведенная к вершине лезвия, и масса консоли.

К недостаткам операции протягивания относятся высокая стоимость, трудность обработки деталей малой жесткости вследствие больших сил, возникающих при протягивании.

кой точности и большой жесткости заготовки допускается совмещение указанных трех видов обработки в одной операции.

Если же точность главных параметров детали достаточно высока (8 и 7-й квалитет), то при обработке в особенности заготовок с низкой жесткостью и значительны

Вследствие высокой жесткости и точности обрабатывающих центров отпадает необходимость в изготовлении

Важнейшим показателем технологичности конструкции вала является его жесткость, определяющая возможность концентрации операции обработки и применения высоких режимов резания.

Жесткость конструкции вала зависит от геометрической формы (отношение его длины к диаметру).

На многорезцовых станках число резцов в наладке лимитируется жесткостью обрабатываемых заготовок, мощностью станка и сложностью конструкций резцедержателей.

Жесткость технологической системы при бесцентровом шлифовании выше жесткости системы при круглом шлифовании, что позволяет применять более высокие режимы резания и проводить обработку нежестких валов.

Станки, предназначенные для тонкого точения в отличие от обычных токарных станков, имеют большую частоту вращения (2000—6000 об/мин), очень малые подачи (0,005-0,1 мм/об), большую жесткость и обеспечивают повышенную точность изготовления.

К большинству деталей типа втулок и дисков, применяемых в газонефтяном и нефтехимическом оборудовании, предъявляются высокие технические требования по точности, прочности, жесткости, износостойкости, коррозионной стойкости и ряду других свойств, определяемых их назначением.

В связи с этим для черновой обработки необходимо использовать качественный инструмент и оборудование большой мощности, обладающее высокой жесткостью.

Для тонкого растачивания применяют специально приспособленные станки - вертикальные и горизонтальные, обладающие высокой жесткостью и виороустойчивостью.

Чем больше это отношение, тем труднее выдержать жесткие допуски на геометрическую форму и размер отверстия вследствие меньшей жесткости втулки.

При выборе материала втулок учитывают также требования к их жесткости и склонность к деформациям при термической или химико-термической обработке.

Вибрации динамической системы.Технологическая система образует замкнутую динамическую систему. Замкнутость динамической системы обуславливается взаимодействием технологической системы с протекающими при обработке процессами. Эти процессы могут быть причиной, вызывающей появление колебаний элементов динамической системы, т.е. вибраций. Вибрации сопровождаются возникновением относительных перемещений режущего инструмента по отношению к обрабатываемой поверхности.

Вибрации при механической обработке вызывают:
1)увеличение шероховатости;
2)образование волнистости поверхности;
3)образование погрешности формы поперечного сечения (например, огранка при точении);
4)уменьшение стойкости режущего инструмента, в некоторых случаях разрушение инструмента и обрабатываемой заготовки;
5)ускорение утомляемости рабочего;
6)снижение производительности.

Различают три вида колебаний:
1)собственные (или свободные);
2)вынужденные;
3)автоколебания.

Собственные колебания вызываются внешними причинами (резкое изменение нагрузки, толчки, удары и т.п.) и являются затухающими гармоническими. Характеризуются частотой, периодом колебаний и амплитудой колебаний.
Наибольшее влияние на процессы резания оказывают вынужденные колебания и автоколебания.
Вынужденное колебания имеют место при действии на систему внешней периодической возбуждающей силы.

Источниками внешней силы могут быть:
а) прерывистое резание (например,фрезерные работы

);
б)дисбаланс вращающихся частей (заготовки, режущего инструмента токарные работы);
в)неравномерность снимаемого припуска;
г)колебания, передаваемые извне, например, от расположенных поблизости вибрирующих машин (пресс, молот) через фундаменты и перекрытия,
д)дефекты передач и привода станка (например, сшивка ремней, погрешности зубчатой передачи и т.п.).

Интенсивность вынужденных колебаний (амплитуда) зависит от соотношения частот собственных и вынужденных колебаний. При их равенстве наступает резонанс, при котором резко возрастает амплитуда вынужденных колебаний.
Автоколебания не связаны с воздействием внешних периодических сил. Они являются незатухающими, их амплитуда и частота определяется свойствами самой технологической системы. В отличие от вынужденных колебаний автоколебания начинаются одновременно с началом процесса резания и прекращаются с его окончанием.
Причиной возникновения автоколебаний является сам процесс резания. Переменная сила, поддерживающая колебания, создается и управляется процессом резания и при его прекращении - исчезает.

Существует несколько гипотез причин автоколебаний.
Автоколебания возникают в связи с непостоянством сил резания вследствие изменения сил трения стружки по передней поверхности режущего инструмента и трения заготовки по задней поверхности инструмента. Данная гипотеза может быть подтверждена моделированием в котором подпружиненный грузик находится на движущейся в одном направлении ленте и совершает при этом колебания.
Согласно работам А.П. Соколовского и И.С. Амосова автоколебания поддерживаются за счет разности работы резания, совершаемой резцом при его врезании и отталкивании. Из экспериментальных исследований установлено,что в условиях колебательного процесса при снятии одинаковой толщины среза силы резания при врезании резца меньше, чем при его отталкивании. Это объясняется тем, что при врезании резец в процессе углубления в металл встречает«свежие», недеформированные и ненаклепанные слои, при движении отталкивания резец снимает слои повышенной твердости, что ведет к повышению усилия резания.
Автоколебания могут поддерживаться внешней возбуждающей силой при обработке поверхностей, имеющий волны, возникшие при предшествующей обработке с вибрациями. Поскольку при этом толщина срезаемого слоя непрерывно изменяется, то в свою очередь соответственно изменяется усилие резания, что поддерживает вибрации.

Пути уменьшения вибрации следующие:
1)Увеличивать жесткость технологической системы (применять люнеты,уменьшать вылет инструмента и т.п.).
2)Избегать прерывистого резания. Применять косозубые фрезы, уменьшать шаг зубьев фрез.
3)Балансировать быстро вращающиеся части технологической системы(шлифовальные круги,шпиндели)
4)Устранять дефекты в передачах и кинематических цепях станка.
5)Изолировать технологическую систему от внешних источников вибрации(виброопоры, изолированные фундаменты и т.п.).
6)Выбирать режимы резания, не вызывающие вибраций.
7)Применять оптимальные СОЖ (уменьшается трение в зоне резания, трение стружки и уменьшается сила резания).
8)Устранять зазоры в подвижных соединениях и обеспечивать плотность стыков в неподвижных соединениях;
10)Использовать рациональную геометрию режущего инструмента: увеличивать углы в плане.