Методическое руководство к лабораторной работе ''Определение погрешности формы обработанной поверхности детали под влиянием сил резания'' по курсу ''Основы технологии производства и ремонт автомобилей''

Министерство образования Российской Федерации ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технической эксплуатации и ремонта автомобилей

Ж.А.Шахаев

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО к лабораторной работе “Определение жесткости металлорежущего станка при обработке заготовки” по курсу “Основы технологии производства и ремонт автомобилей” для специальностей 150200, 230100

Оренбург 1999

ББК 34.63.5 Ш-31 УДК 621.9.06.08 1 Цель лабораторной работы Изучение определения жесткости токарного станка при обработке заготовки.

2 Общие положения Определение жесткости металлорежущего станка при обработке заготовки с неравномерным припуском. Неравномерный припуск получается за счет ступенчатости обрабатываемой поверхности. Система « станок-приспособление-инструмент-деталь» (СПИД) под воздействием усилий резания упруго деформируется, что приводит к погрешности обработки детали / 1/. Под жесткостью системы СПИД подразумевается способность ее обеспечить постоянство перемещений режущих кромок инструментов относительно установочной поверхности в процессе выполнения операции,т.е. способность этой системы оказывать сопротивление действию сил резания, стремящихся деформировать ее. Жесткость упругой системы СПИД выражается отношением силы резания, направленной нормально к обрабатываемой поверхности к смещению режущей кромки инструмента в направлении действия этой силы. Величина упругого перемещения, возникающая на замыкающем звене размерной цепи системы СПИД, представляет собой алгебраическую сумму упругих перемещений, порождаемых станком, обрабатываемой деталью и собственными деформациями режущего инструмента. Так как жесткость в радиальном направлении несоизмеримо велика по сравнению с жесткостью станка и обрабатываемой детали, то его деформацию можно не учитывать при расчетах. Если для проведения испытания использовать заготовку, жесткость которой тоже значительно превышает жесткость станка, то упругие перемещения заготовки тоже можно исключить из расчета (Приложение А). В этом случае величина упругого перемещения системы СПИД будет равна упругим перемещениям станка. Жесткость станка jст следует измерять / 2/ отношением приращения ∆Ру составляющей Ру силы резания к приращению перемещения ∆у, измеряемого в направлении ее действия: (1)

При обработке заготовки (Рисунок 2.1) радиальная составляющая Ру силы резания может быть выражена через главную (тангенциальную) составляющую силу резания: 2

(2)

где Ку – коэффициент характеризующий отношение Ру/Рz;

Рисунок 2.1 Сила Рz определяется по формуле (3)

где Срz – коэффициент, зависящий от механических свойств обрабатываемого материала, материала, режущей части инструмента и вида обработки; t - глубина резания, мм; S - подача , мм/об; 3

V – скорость резания, м/мин; Кр – обобщенный поправочный коэффициент; ХРz,УРz, ZРz, - показатели степени при глубине, подаче и скорости резания; Тогда (4)

При обработке участка поверхности заготовки изменение глубины резания от t1 до t2 при обработке участка ступенчатой поверхности заготовки вызывает соответственно изменение отжатий узлов станка от у1 до у2 (Место 1 рисунок 2.1) После подстановки и некоторых преобразований, формула жесткости станка примет вид: (5)

При обработке заготовки из стали 45 проходным резцом, оснащенным пластинкой твердого сплава Т15К6 с углами φ= 450; γ = 150; λ= 00 и радиусом закругления Z= 1 мм значение коэффициентов и показателей степеней будут равны: Ку = 0,5 ; СРz = 3000; уРz = 0,75; ХРz = 1; Zpz = -0,11 ; Кр = 1; Тогда (6)

где t1 – t2 = ∆3 – величина ступеньки (погрешность заготовки), мм; у2 – у1=∆у – погрешность обрабатываемой детали (величина ступеньки поверхности после обработки), мм. Отношение формуле

для каждого обрабатываемого участка можной найти по (7)

Учитывая это, окончательно получим (8)

4

Таким образом, для определения жесткости металлорежущего станка при обработке заготоквки со ступенчатой поверхностью, практически необходимо измерить размеры поверхностей заготовки до и после обработки. 3 Описание лабораторной установки 3.1 Состав лабораторной установки; 3.1.1 Токарно-винторезный станок мод.1К62, оснащенный трехкулачковым патроном и задним вращающемся центром; 3.1.2 Резец 2100-0031 Т15К6 ГОСТ 18878-73 3.1.3 Заготовка в виде вала с тремя кольцевыми выступами (рисунок 2.1) 3.1.4 Средства измерения. 3.2. Общие сведения о конструкции и режимах работы лабораторной установки 3.2.1 Станок должен обеспечить следующие режимы работы: V=50-60 м/мин; t = 0,5-5,5 мм; S= 0,1-0,3 мм/об. 3.2.2 Резец токарный проходной, прямой, правый исполнение сечением НхВ=25х20 с углам и φ =450 , λ= 150, r = 1 мм, с углом врезания пластины в стержень 100 с пластинкой из твердого сплава Т15К6. 3.2.3 Обрабатываемая поверхность заготовки выполнена из углеродистой конструкционной стали 45, шириной от 40 до 60 мм. Разница диаметров ступенек на каждой обрабатываемой поверхности должна быть D2 – D1 = 6 мм . Обрабатываемые поверхности фланцы располагаются на заготовке согласно размеров ( рисунок 2.1), передняя и крайняя приближены к концам заготовки, а средняя посредине. Жесткость металлорежущего станка определяем при положении суппорта у передней и задней бабки и в середине заготовки. 3.3 Состав и средства измерения Микрометры гладкие с пределами измерения от 175 до 200; от 150 до 175; от 125 до 150; от 100 до 125; от 75 до 100; предназначены для измерения диаметров поверхностей заготовки до и после их обработки. 4 Порядок выполнения лабораторной работы 4 1 Порядок подготовки к лабораторной работе 4.1.1 Ознакомиться со всеми разделами руководства. Непосредственно ознакомтесь с устройством, принципом действия, режимами работы, органами управления токарно-винторезного станка мод. 1К62 и его составных частей, необходимых для выполнения лабораторной работы. 4.1.2 Ознакомится с графами журнала отчета по лабораторной работе и порядком их выполнения. 5

4.1.3 Измерьте диаметры на трех обрабатываемых участках заготовки и запишите их: D1К= ……. D1С= …… D1n =………. D2К =……… D2С =…….. D2n = …… 4.2 Порядок непосредственного выполнения лабораторной работы. 4.2.1 Установить и закрепить резец в резцедержателе. Вылет резца от 30 до 40 мм. 4.2.2 Установите на станке режимы резания : частота вращения шпинделя n= 125 мин-1; подача S= 0,11 мм/об. 4.2.3 Включите вращение шпинделя и настройте станок нониусу на глубину резания t= 0,5 мм на крайней обрабатываемой поверхности у задней бабки на размере D1К. 4.2.4 Включимте продольную подачу и проточите поверхность. 4.2.5 Повторите действия, указанные в пунктах 2 и 3 для остальных поверхностей (средней и передней). 4.2.6 Измерьте диаметры трех обрабатываемых поверхностей и запишите их: d1К= ……. d 2К =………

d 1С= …… d 2С =……..

d 1n =………. d 2n = ……

4.3 Порядок окончания лабораторной работы 4.3.1 Вычертите эскиз обрабатываемой заготовки до и после обработки. Полученные погрешности после обработки изобразите на эскизе в увеличенном виде. Теоретическая схема базирования заготовки. 4.3.2 Рассчитайте жесткость станка в трех положениях суппорта у задней и передней бабок и в середине, по формуле 8. 4.3.3 Представьте преподавателю черновые записи по результатам выполнения лабораторной работы 4.3.4 Сделайте выводы по выполненной лабораторной работе. В выводах отразите, при каком положении суппорта жесткость станка наибольшая. 4.3.5 Приведите в исходное состояние лабораторную установку. 5 5.1 5.2 5.3 5.4

Содержание отчета по выполненной работе

Наименование лабораторной работы Наименование станка, модель. Тип резца Эскиз заготовки до и после обработки. Марка материала. Теоретическую схему базирования заготовки. 5.5 Данные о средствах измерения (наименование, цена деления) 5.6 Режимы резания 5.7 Таблица результатов экспериментов. 6

5.8 Расчеты жесткости станка в трех положениях суппорта. 5.9 Выводы по выполнению лабораторной работы.

6

Контрольные вопросы

6.1 В чем сущность производственного метода определения жесткости станков 6.2 От чего зависит величина упругих перемещений системы СПИД ? 6.3 По каким соображениям в данной лабораторной работе жесткость системы принимается равной жесткости станка. 6.4 Что такое жесткость, податливость 6.5 Почему образовалась ступенька на обработанной поверхности после обработки при одной настройке станка 6.6 Какими основными путями можно увеличить жесткость системы СПИД?

7

Список использованных источников 1. Гурин Ф.В., Клепиков В.Д. и Рейн В.В. Технология автотракторостроения. М.: Машиностроение 1971, 344 с 2. Балакшин В.С. Основы технологии машинорстроения. М.: Машиностроение, 1969, - 559с. 3. Корсаков В.С. Основы технологии машиностроения . М.: Машиностроение, 1977 – 416с.

8

Приложение А (обязательное)

Жесткость технологической системы Рассматривая металлообрабатывающий станок, приспособление и инструмент, следует учитывать, что детали, образующие кинематическую схему обработки, имеют ряд посадок с гарантированными зазорами; и воздействие усилий резания на систему этих деталей может вызвать отжатие деталей за счет одностороннего выбора зазоров. Действующее усилие резания могут вызвать упругие дефформации отдельных элементов системы или отдельных деталей станка, а также контактные деформации сопряженных поверхностей /1/. При механической обработке станок, приспособление, обрабатываемая заготовка, режущий инструмент и несущие его элементы (державка, оправка, расточные скалки и т.п.) представляют собой упругую систему, которая называется «технологической системой» «станок-приспособление-инструментдеталь» (СПИД). Под жесткостью тела или системы тел подразумевается способность их сопротивления упругим перемещением под действием приложенной к ним нагрузки. Чем меньше величина перемещенийЮ при прочих равных условиях, тем выше жесткость. На систему СПИД действует усилие резания Р, которое может быть представлено в виде трех составляющих Рх, Ру, Рz, направленных соответственно по осям Х,У,Z с началом координат О, расположенным в вершине режущей кромки резца. Из трех составляющих основное влияние на точность обработки оказывает составляющая Ру, так как она направлена по нормам к обрабатываемой поверхности. Влияние Рz на деформацию системы СПИД незначительно, а Рх, направленная параллельно оси обрабатываемой детали, почти не вызывает деформации. Поэтому жесткость системы можно определить по формуле

j=

∆Py

∆y где ∆Ру – приращение радиальной составляющей силы, Н; ∆у - приращение перемещения системы в направлении действия силы ∆Ру,, мм; В процессе обработки сила резания изменяется в результате колебания размеров заготовки механических свой ств обрабатываемого материала и притупления инструмента, вследствие износа режущих кромок. Нестабильность сил резания, а также различие жесткости технологисческой системы в ее разных сечениях, вызывают неравномерность деформации и отжатий элементов системы, в результате чего возникают погрешности формы обработанной поверхности и колебания размеров деталей в партии /3/. 9

Жесткость технологической системы также существенно влияет на вибвиброустойчивость, и следовательно, на чистоту и интенсивность вибрации при обработке. Частота и амплитуда, в свою очередь влияют на стойкость режущего инструмента, качество обработанной поверхности, на производительность процесса. Упругие свойства технологической системы можно также характеризовать ее податливостью ω (мм/н) т.е. величиной обратной жесткости: 1 ω= j Для обеспечения более точной обработки детали следует уменьшить приращение перемещения системы в направлении действия силы Ру до нуля, тогда жесткость системы СПИД будет стремиться к бесконечности. Жесткость большей части элементов технологической системы определяется экспириментально, жесткость заготовки простой конфигурации (гладкие валы, планки) и некоторых типов инструментов можно найти расчетным путем. Жесткость узлов новых станков достигается 20000…40000 н/мм. В отдельных случаях жесткость узлов изношенных и разрегулированных станков бывает ниже 10000 н/мм. Жесткость узлов бывает неодинакова в различных направлениях.Сеществует несколько методов определения жесткости металлорежущих станков или их отдельных узлов. Основными являются следующие: а) статистический (испытание на неработающем станке); б) производственный ( испытание при обработке заготовки); в) динамический ( испытание в процессе колебаний); С увеличением жесткости повышается точность и производительность обработки. Увеличение жесткости достигается следующими основными путями: а) уменьшение количества станков в конструкции станков и приспособлений; б) предварительной затяжки станков постоянно контактируемых деталей посредством резьбовых соединений; в) улучшение качества сборки узлов, тщательной пригонкой сопряженных поверхностей и регулировкой зазоров; г) повышением жесткости деталей технологической системы вследствии уменьшения их высоты или вылета и увеличения размеров опорной поверхности; д) использованием дополнительных опор, люнетов и других опорных элементов для заготовок и инструментов. Характерные примеры отклонения от заданной формы при токарной обработке за счет недостаточной жесткости отдельных элементов металлорежущего станка; а) конусность обработанной цилиндрической поверхности детали в сторону передней бабки, при недостаточной жесткости задней бабки; 10

б) конусность обработанной цилиндрической поверхности детали в сторону задней бабки; в) вогнутость обработанной цилиндрической поверхности детали из-за недостаточной жесткости передней и задней бабок.

11