Показатели, влияющие на точность металлорежущего оборудования

К показателям, влияющим на точность металлорежущего оборудования, относятся следующие три группы факторов:

  • • отклонения звеньев механизмов, входящих в несущую систему металлорежущего оборудования (через несущую систему осуществляется передача сил и крутящих моментов), вызывающие относительное смещение режущего инструмента;
  • • силы, действующие на звенья и узлы станка, вызывающие деформацию несущей системы металлорежущего оборудования;
  • • температурные деформации, воздействующие на деталь и несущую систему станка.

Рассмотрим первую группу факторов.

Неточности станков и приспособлений П. К данному виду погрешностей относятся: биение шпинделя 77ц, непрямолинейность перемещения суппорта Пи, овальность образца-изделия в поперечном сечении Пц и т. п., количественные оценки данных величин приведены в паспорте станка:

где п - количество погрешностей, указанных в паспорте станка.

Например, для токарных станков нормальной точности Н с диаметром обработки 250-Й00 мм овальность образцов-изделий не должна превышать 8 мкм.

Погрешность режущего инструмента и износ П2. Возникает при использовании мерных инструментов различного назначения

где щ - постоянный коэффициент при резании, при чистовом точении углеродистой стали резцом, оснащенным сплавом Т30К4, wo=0,7...4 мкм/1000 м, для сплава Т15К6 щ=5...7 мкм/1000 м; Пг - коэффициент, зависящий от вида технологической операции:

• при токарных операциях

где D - диаметр заготовки; L - длина обрабатываемой заготовки; S - подача;

• при сверлении, зенкеровании, протягивании и фасонных операциях

где h - износ режущего инструмента по задней поверхности; а - задний угол режущего инструмента.

Для уменьшения износа режущего инструмента и повышения точности при механической обработке изделий необходимо выбирать более износостойкий материал режущей части металлорежущего инструмента и применять смазочно-охлаждаюшую жидкость (СОЖ).

Погрешности установки заготовки на станке Я3. Данная погрешность определяется суммой погрешности базирования Аб и погрешностей закрепления Аз детали на станке:

• при обработке плоских поверхностей

• при обработке деталей типа тело вращения

При совмещении установочной и измерительной баз (что достигается при использовании современных станков с ЧПУ) погрешность базирования равна Дб=0, тогда

где dmax и dmi„ - максимальный и минимальный диаметр описанной и вписанной окружности при закреплении заготовки в трехкулачковом патроне.

Погрешность настройки станка /Д. Представляет собой разность между максимальными и минимальными настроечными размерами:

• при настройке по эталону

где к - коэффициент, учитывающий отклонение закона распределения погрешностей измерения и регулирования от нормального закона распределения к= 1 ...1,2; Дэ - погрешность изготовления эталонного образца Дэ= Ю...20мкм; Дусх - погрешность установки инструмента, Дуст=20...60мкм;

• при настройке по пробным заготовкам

Упрощенная формула для расчета данной погрешности имеет вид

[4]

где 5 - допуск на размер по чертежу детали.

Таким образом, суммарная погрешность отклонения звеньев механизмов, входящих в несущую систему металлорежущего оборудования, определится как

Рассмотрим вторую группу факторов.

При механической обработке изделий на металлорежущем оборудовании возникают следующие силы: статические, динамические и упругие деформации системы «станок-приспособление-инструмент- деталь», вызванные радиальной силой резания

где Pi - статическая сила при резании; Р2 - динамическая сила при резании; Р3 - упругие деформации.

Статическая сила резания Р рассчитывается

где Рх, Ру, Pz - составляющие силы резания, осевая, радиальная и главная соответственно, Н; Срх, Сру, Cpz - коэффициенты, зависящие от рода обрабатываемого инструментального материала, геометрии резца, вида обработки, инструментального материала и других общих параметров, то есть данные коэффициенты представляют собой удельную силу резания, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения среза if = t-S, мм2), Н/мм2; х, у, z - показатели степени при параметрах режимов резания; Крх, Кру, Kpz - поправочные коэффициенты, учитывающие конкретные условия резания [5].

При этом статическая сила резания наиболее зависит от радиальной составляющей силы резания Ру и определяется [6] как

Как правило, Р не используется для анализа технологических процессов обработки материалов, так как в реальных условиях на деталь в зоне резания воздействуют возмущающие факторы, а также вибрации, возникающие при механической обработке изделий, изменяют показатели степени при параметрах режимов резания х, у и z.

В реальных технологических системах при механической обработке изделий из различного спектра материалов необходимо учитывать динамические силы, которые возникают вследствие автоколебаний [7]

где h(t) - толщина срезаемого слоя в произвольный момент времени t.

С учетом измерений данной величины с помощью средств активного контроля, когда сила резания в момент времени t пропорциональна толщине срезаемого слоя, измеренного в момент времени t-Tp, величина Pi(t) определится следующим выражением:

где Тр - время запаздывания.

Величина упругих деформаций зависит от способности узлов и деталей оказывать сопротивление действующей силе резания и определяется жесткостью технологической системы:

где Jc - жесткость технологической системы; со - податливость технологической системы.

При этом податливость технологической системы определяется разностью между заданной t и фактической глубиной резания, а также зависит от жесткости элементов технологической системы

где у - деформация суппорта; у>2 - деформация передней бабки; уз - деформация задней бабки; у4 - деформация заготовки; /суп - жесткость суппорта; Jnб, J3q - жесткость передней и задней бабки, соответственно; J3аг - жесткость заготовки; х - расстояние от передней бабки до произвольной точки на заготовке.

Значения жесткостей технологической системы Jcyn, Jn& и JydT определяются [8] следующими выражениями

где Ja -жесткость передней бабки; Jb -жесткость задней бабки (значения Ja, Jb берутся из паспорта станка); D - диаметр заготовки; L - длина заготовки.

Таким образом, величина упругих деформаций

Для получения требуемых размеров деталей необходимо обеспечить точные перемещения рабочих органов станка, а также точно согласовывать положение заготовки и инструмента в выбранной системе координат (принцип единства технологических баз).

Рассмотрим третью группу факторов.

При прохождении режущего инструмента по поверхности детали 85ч-90 % всей работы при резании превращается в теплоту, а 1 Он-15 % вдет на искажение кристаллической решетки обрабатываемого материала. При этом теплота распределяется следующим образом [9, 10]:

  • • в стружку отводится 50ч-86 %;
  • • в режущий инструмент передается 10ч-40 %;
  • • в деталь переходит Зч-9 %;
  • • в окружающую среду - 1 %.

Следовательно, теплота, выделяющаяся в зоне резания, вызывает нагрев несущей системы металлорежущего оборудования, инструмента и заготовки, а температурные деформации вызывают температурные погрешности.

В металлорежущем оборудовании наибольшее количество теплоты выделяется в коробке скоростей, что вызывает удлинение шпинделя и приводит к уменьшению длины обрабатываемых деталей при подрезке торцов. Удлинение резца (30ч-50 мкм без использования СОЖ, при использовании СОЖ - 10ч-15 мкм) в процессе токарной обработки ведет к увеличению глубины резания и, следовательно, к уменьшению диаметра обрабатываемой детали. Температурная деформация Т определяется

где ат - температурный коэффициент линейного расширения, 1/°С; At - изменение температуры в зоне резания при механической обработке изделий; t - температура в начальный момент времени; ti - температура в конечный момент времени.

Например, при изменении температуры в зоне резания на 50°С при обработке стальной заготовки (для стали ат = 0,000012) диаметром 70 мм температурная деформация составит 7^1=0,000012x70x50=0,042 мм, что может вызвать брак при обработке изделий.

При термической обработке происходит процесс уравновешивания внутренних напряжений. Механическая обработка изделий приводит к нарушению уравновешенности напряжений и ведет к деформации заготовки, которая определяется

где Ст - коэффициент, зависящий от квалитета точности обрабатываемой поверхности, при квалитете IT 5+8 Ст = (1/3+1/4)5, при квали- тете IT 9+16 Ст = (1/4+1/6)5.

Например, при обработке стальной заготовки диаметром 70 мм допуск по квалитету IT 7 составляет 30 мкм [11], тогда Ст = 1/3x30= 10

мкм, а Т2 = 1 (Я/70 = 4,12 мкм.

Таким образом, суммарная величина температурных деформаций определится как

Указанные параметры трех групп действуют в станке одновременно, и, следовательно, результат их воздействий суммируется:

/7=3

При этом величина ^ Error вызывает смещение режущего инст-

(=1

румента относительно обрабатываемой детали, что приводит к появлению искажения формы обрабатываемой поверхности детали (боч- кообразность и седлообразность появляется из-за недостаточной жесткости детали; конусность проявляется из-за непараллельности продольных направляющих суппорта, смещения центра задней бабки, износа резца).

На практике для обеспечения высокой точности при механической обработке изделий используются два способа в зависимости от условий производства. При единичном и мелкосерийном производстве - способ пробных проходов и промеров, при среднесерийном и массовом производстве - автоматический способ.

Способ пробных проходов и промеров заключается в следующем: наладчик подводит режущий инструмент к заготовке и производит резание. Далее, измерив обработанный участок детали, сравнивает полученный размер с эталонным значением. В случае рассогласования наладчик изменяет глубину резания.

При автоматическом способе управления точностью на металлорежущем оборудовании используют регулирующие устройства, которые автоматически настраивают систему на обработку детали в заданный размер поля допуска по чертежу.

На рисунке 1.1 приведен анализ факторов, влияющих на точность металлорежущего оборудования.

Анализ факторов, влияющих на точность металлорежущего оборудова-

Рис. 1.1. Анализ факторов, влияющих на точность металлорежущего оборудова-

п=4 п=Ъ п=2

ния: I пф’Трф , Тф - анализ фактических данных, полученных с по-

'=' 1 = 1 7 = 1

мощью средств активного контроля из зоны резания, суммарные величины отклонений звеньев механизмов, силы при резании и температурных деформаций соот-

я=3

ветственно; 'У ElTOFh - суммарная величина фактических отклонений, полу-

1=1

ченных из зоны резания в реальном масштабе времени; Д[ТГО,. - целевая функция, то есть величина погрешности, возникающей в зоне резания, которую необходимо

свести к минимуму

Развитие автоматического способа управления нашло продолжение в использовании адаптивных (самонастраивающихся) систем управления металлорежущим оборудованием. В станках с таким управлением, чтобы обеспечить заданную точность обработанных поверхностей деталей и выдержать заданную производительность, регулируются параметры режима резания, а именно подача и скорость резания. В простейших адаптивных системах стабилизация силы резания осуществляется путем изменения подачи.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >