Теплові деформації технологічної системи і їх вплив на точність оброблення на настроєних верстатах. Визначення температурних деформацій різальних інструментів, верстатів і деталей.

При безупинній роботі верстата відбувається поступове нагрівання всіх елементів технологічної системи, що викликає появу змінної систематичної похибки оброблення заготовок.

Теплові деформації верстатів. Основними причинами нагрівання верстатів і їх окремих частин (шпиндельних бабок, столів, станин і ін.) є втрати на тертя в рухомих механізмах верстатів (підшипниках, зубчастих передачах), гідроприводах і електропристроях, у вмонтованих електродвигунах, а також теплопередача від охолоджувальної рідини, що відводить теплоту з зони різання, і нагрівання від зовнішніх джерел (місцеве нагрівання від близько розташованих батарей, сонячних променів, охолодження через фундамент).

Важливий вплив на точність оброблення здійснює нагрівання шпиндельних бабок. При роботі верстата відбуваються поступове розігрівання шпиндельних бабок і їх зсув у вертикальному і горизонтальному напрямках. При цьому температура в різних точках корпусу бабки змінюється від 10 до 50° С. Найбільша температура нагрівання спостерігається в місцях розташування підшипників шпинделя і підшипників швидкохідних валів, температура котрих звичайно на 30...40 % вище середньої температури корпусних деталей, у яких вони змонтовані.

Для усунення похибки оброблення, пов'язаних з тепловими деформаціями верстата, роблять попередній прогрів верстата його обкатуванням вхолосту протягом 2...3 год. Наступне оброблення заготовок варто проводити без значних перерв у роботі верстата.

Теплові деформації інструменту. Деяка частина теплоти, що виділяється в зоні різання, переходить у різальний інструмент, викликаючи його нагрівання і зміну розмірів. При токарному обробленні найбільша частина похибки, пов'язаної з тепловими деформаціями технологічної системи, обумовлена подовженням різців при їх нагріванні. При точінні легованої сталі з = 1080 МПа різцями, спорядженими пластинами Т15К6, з вильотом 40 мм і перетином 20 х 30 мм теплова рівновага, при якій припиняється подовження різця, наступає приблизно через 20...24 хв. безупинної роботи. У процесі оброблення м'якої сталі теплова рівновага різця встановлюється через 12 хв. безупинної роботи при зберіганні загального характеру закономірностей.

При підвищенні швидкості, різання, глибини різання і подачі інтенсифікується нагрівання, а отже, збільшується подовження різця. Великий вплив на подовження робить виліт різця. Наприклад, при зменшенні вильоту різця з 40 до 20 мм подовження скоротилося з 28 до 18 мкм. Подовження різця приблизно обернено пропорційно площі поперечного перетину його стрижня. З збільшенням товщини пластинки твердого сплаву подовження різця зменшується.

Нагрівання і подовження різців прямо пропорційно твердості оброблюваного матеріалу. У звичайних умовах роботи без охолодження подовження різця може досягати 30-50 мкм. При забезпеченні значного охолодження подовження різців зменшується в 3...35 разів.

Подовження (мкм) різця в умовах теплової рівноваги можна приблизно підрахувати за формулою:

(4)

де С - постійна (при v = 100-200 м/хв, t 1,0 мм, S 0,2 мм - С = 4,5); lр - виліт різця, мм; F - поперечний перетин різця, мм².

У перший період роботи до настання теплової рівноваги подовження різця супроводжується безупинною зміною розмірів оброблюваних заготовок (при невеликих габаритах заготовок) або форми поверхонь (при великих розмірах заготовок).

При обробленні заготовок із перервами машинного часу в момент припинення різання починаються охолодження різця і його укорочення, що продовжуються до початку наступного періоду різання.

При ритмічний роботі теплові деформації заготовок є постійними. При відсутності ритмічності теплові деформації окремих заготовок різні, що призводить до розсіювання розмірів заготовок.

Нагрівання різальних інструментів, при фрезеруванні, зубонарізуванні й інших операціях переривчастого механічного оброблення, які виконуються з охолодженням, здійснює помітно менший вплив на точність оброблення, ніж нагрівання різців.

Теплові деформації заготовки. Деяка частина теплоти, що виділяється в зоні різання, переходить в оброблюваний виріб, викликаючи зміну його розмірів і появу похибки оброблення. При рівномірному нагріванні виробу виникає похибка розмірів, а при місцевих нагріваннях окремих ділянок оброблюваних виробів - жолоблення, що призводить до утворення похибки форми.

Нагрівання оброблюваного виробу залежить від режимів різання. При токарному обробленні зі збільшенням швидкості різання і подача, тобто зі зменшенням тривалості теплового впливу на оброблюваний виріб, його температура знижується.

У випадку збільшення глибини різання температура оброблюваної заготовки зростає. Так, при зміні глибини різання з 0,75 до 4 мм температура заготовки підвищилася з 4 до 11°С, швидкість різання (130 м/мин) і подача (0,2 мм/про) залишалися при цьому постійними.

Нагрівання оброблюваних заготовок має істотне значення при виготовленні тонкостінних деталей. Під час оброблення масивних заготовок вплив їх нагрівання на точність оброблення є порівняно невеликим.

Температура оброблюваного виробу по довжині є нерівномірною і безупинно змінюється. Ця обставина значно ускладнює проведення розрахунків похибок оброблення. Водночас ці похибки можуть досягати помітних розмірів, співрозмірних з допусками на оброблення заготовок. Наприклад при обробленні чавунної станини довжиною 2000 мм і висотою 600 мм нагрівання її з одного боку (з боку оброблення) усього на 2,4°С викликало прогин по всій довжині, рівний 0,02 мм. Відповідно до цього, похибка оброблення станини по її непрямолінійності склала 0,01 мм на 1 м довжини.

Застосування інтенсивного охолодження значно зменшує небезпеку нагрівання заготовок і скорочує похибку їх оброблення.