Влияние технологической системы на точность и производительность механической обработки

Технологическая система (ТС) «станок – приспособление – заготовка – ре-жущий инструмент» представляет собой упругую систему, деформации кото-рой в процессе обработки заготовки обуславливают возникновение система-тических и случайных погрешностей размеров и геометрической формы обра-батываемых поверхностей. ТС является замкнутой динамической системой, способной к возбуждению и вибрации отдельных элементов, порождающих погрешности формы обрабатываемых поверхностей (некруглость, неплоскост-ность, волнистость) и, как правило, увеличивающих их шероховатость.

2.2.1. Влияние жесткости технологической системы на погрешность обработки поверхности заготовки.

Рассмотрим схему упругой деформации (отжатия) элементов ТС при, напри-

мер, токарной обработке заготовки (вала) в центре станка (рис.2.6)

Вначале обработки (у задней бабки) радиальная составляющая Р_у силы реза-ния через заготовку передается на заднюю бабку, сдвигая ее элементы по оси У (максимально). Сдвиг передней бабки при этом» 0, деформация заготовки отсутствует. На режущий инструмент действует радиальная сила резания Р_у, вызывая сдвиг резца на величину У_ин по оси - У (вместе с суппортом). При дальнейшем перемещении резца влево сдвиг задней бабки уменьшается, а сдвиг

элементов передней бабки увеличивается. Возрастает и деформация (прогиб) заготовки. Сдвиг резца по всей длине обработки одинаков. У левого края обра-

ботки сдвиг элементов передней бабки максимален, деформация заготовки и сдвиг задней бабки» 0.

2.2.Значения функции Лапласа

Рис.2.6.Схема упругой деформации (смещения) задней бабки (У_з.б.), передней

бабки (У_п.б), обрабатываемой заготовки (У_заг) и резца (У_ин) при срезании

припуска по всей длине заготовки на токарном станке

Фактический диаметр обработки заготовки будет на длине обработки не одинаков, т.е. переменный по причине неодинакового сдвига передней и задней бабок и изгиба заготовки – максимальный диаметр обработки будет» в середине длины обработки и равен удвоенной величине упругих отжатий (сдвига) всех элементов ТС, т.е.:

ø_факт = ø_настр + 2(У_з.б.i + У_п.б.i + У_ан.i + У _заг.i), (2.19)

где ø_настр - диаметр настройки станка на размер обработки;

У_з.б.i - сдвиг элементов задней бабки в сечении обработки i;

У_п.б.i - сдвиг элементов передней бабки в сечении обработки i;

У_ан.i - сдвиг инструмента в сечении обработки i;

У_ан.i - сдвиг заготовки в сечении обработки i.

Упругие отжатия элементов ТС зависят от действующей в направлении деформаций силы (Р_у) и жесткости элементов ТС.

Под жесткостью ТС понимают способность ТС оказывать сопротивление действию деформирующих ее сил.

В расчетах упругих деформаций ТС часто используется параметр - коэф-фициент жесткости k_ж (н/мм), характеризующий отношение величины дефор-мирующей ТС силы, действующей перпендикулярно деформируемой поверх-

ности, к величине деформации:

k_ж = Ру / у = Ру / у, (2.20)

где Ру и у - приращение смещения сечения деформируемого элемента

пропорционально нормальной силе.

Чем выше жесткость ТС или какого-либо из его элементов (станка, заго-товки, приспособления или инструмента), тем выше точность обработки. Однако высокая жесткость ТС весьма дорогостояща.

Металлорежущие станки изготавливают различной жесткости:

1. Низкой (k_ж < 10000 Н/мм).

2. Средней (k_ж = 10000…25000 Н/мм).

3. Высокой (k_ж = 25000…50000 Н/мм).

Следует отметить, что при средней и высокой жесткости элементов станка определяющей чаще всего является жесткость обрабатываемой заготовки (нап-ример, длинный и тонкий вал или ось) и схема ее установки в приспособление станка.

Так, например, при установке заготовки (вала) в центрах наибольший прогиб вала (в середине между центрами)

У_заг = Р_у· ℓ³ /(48·E·J), (2.21)

где Р_у – радиальная составляющая силы резания, Н;

ℓ = длина заготовки, мм;

Е = 2,1·10⁵ Н/мм² – модуль упругости 2го рода стального вала;

J = π·D⁴ / 64 - момент инерции сечения вала, мм⁴;

Пусть Р_у = 300 Н; ℓ = 200мм; D = 20_-0,02мм; Е = 2,1·10⁵ Н/мм²;

Подставив исходные данные в формулу (3),найдем прогиб вала в середине:

У_заг = 300·200³ / (48 ·2,1·10⁵·3,14 ·20⁴/64)=0,03мм.

Минимальный диаметр в середине длины заготовки при этом составит:

D_c = D +2· У_заг =19,98+2·0,03=20,04 мм >> D_мах = 20мм.

Дата добавления: 2014-11-29