ОТМ. ОТМ_ЛР_4. Лабораторная работа Определение погрешности обработки, вызванной упругими перемещениями в технологической системе
 Скачать 250.05 Kb.
|
|
48 4 Лабораторная работа «Определение погрешности обработки, вызванной упругими перемещениями в технологической системе» 4.1 Цель работы Целью работы является освоение методики определения жесткости токарного станка производственным методом, а также определение погрешности обработки, вызванной упругими перемещениями в технологической системе. 4.2 Оборудование и инструмент 1) Токарный станок. 2) Трехкулачковый самоцентрирующий патрон. 3) Две ступенчатые заготовки из стали 45 (первая с l/d = 1…2, l - длина вы- лета заготовки от торцов кулачков патрона, d – диаметр заготовки, вторая с l/d = 8 ...12 и изготовлена из прутка диаметром 22 мм). 4) Резец проходной с пластинкой из твердого сплава с геометрическими па- раметрами режущей части: ϕ = 45 о , γ = 15 о , λ = 0. 5) Микрометр. 6) Штангенциркуль. 4.3 Теоретическая часть 4.3.1 Жесткость и податливость технологической системы Погрешность, возникающая в результате упругих деформаций технологиче- ской системы, является составляющей мгновенного поля рассеивания и, следова- тельно, суммарной погрешности обработки. Колебания припуска и связанные с ним колебания глубины резания при обработке, неравномерная твердость обраба- тываемого материала приводят к изменению силы резания и вызывают непосто- янство деформации элементов технологической системы. В результате возникают погрешности размера и формы в продольном и поперечном сечениях. Величина деформаций зависит от жесткости технологической системы. Под жесткостью j технологической системы понимается способность этой системы оказывать сопротивление действию деформирующих ее сил. Жесткость техноло- гической системы выражается отношением силы к смещению лезвия режущего инструмента в направлении действия этой силы. Жесткость технологической сис- темы в разных направлениях неодинакова. Наибольшее влияние на точность обработки оказывают деформации в на- правлении действия радиальной составляющей силы резания P y . Жесткость сис- темы в направлении силы P y определяется по формуле 49 y P j y = , (4.1) где y - перемещение лезвия резца в направлении радиальной составляющей силы резания. Обычно жесткость выражают в кН/мкм или кН/мм. Таким образом жесткость количественно равна силе, вызывающей единичное перемещение. Если известна жесткость отдельных элементов системы ( j k ), то жесткость системы в целом находят из соотношения ∑ = k k j j 1 1 (4.2) Величина, обратная жесткости, выражает податливость W технологической системы: j W 1 = (4.3) Податливость выражают в мкм/кН или мм/кН. Податливость отражает вос- приимчивость системы к деформациям, и она численно равна перемещению под действием единичной силы. Податливость системы определяется суммой подат- ливостей ее элементов. Понятием «податливость» пользуются при расчетах по- грешностей обработки, связанных с упругими перемещениями элементов техно- логической системы. 4.3.2 Производственный метод определения жесткости токарного станка Производственный метод определения жесткости токарного станка основан на обтачивании ступенчатой или эксцентричной заготовки. При точении ступенчатой заготовки (рисунок 4.1) вследствие разности глу- бин резания t 1 и t 2 на участках А и Б составляющая P y силы резания также будет различной. Непостоянство силы резания приводит к неравномерным отжатиям на указанных участках и в конечном итоге – к ступенчатой форме обработанной по- верхности детали. Такое явление носит название копирования исходной погрешно- сти заготовки . Однако величина ступени на обработанной детали ( ∆ дет ) сущест- венно меньше, чем на заготовке ( ∆ заг ). Отношение исходной погрешности заго- товки к погрешности обработанной детали называется уточнением ε : дет заг ∆ ∆ = ε (4.4) 50 Величина уточнения может служить качественной характеристикой жесткости оборудования: чем больше уточнение, тем выше жесткость. 3 Б А y 1 t 1 y 2 t 2 ∆ заг ∆ дет Рисунок 4.1 – Схема обработки детали при производственном методе определения жесткости станка Если известна жесткость технологической системы, то возникающие при то- чении упругие перемещения y 1 и y 2 могут быть определены по формуле (4.1). Из- за малости длины участков А и Б при значительном диаметре заготовки можно с достаточной точностью считать, что жесткость технологической системы на этих участках одинакова. Поэтому j P y y1 1 = , j P y y2 2 = (4.5) Возникающая погрешность обработки ∆ дет определяется как разность упру- гих перемещений, определенных по формуле (4.5): ) ( 1 1 2 1 2 y y дет P P j y y − = − = ∆ (4.6) Составляющая P y (в килоньютонах) при точении определяется по эмпириче- ской формуле и м n y x i py yi K K v s t C P = , (4.7) 51 где C py - постоянная, характеризующая условия обработки; t i - глубина резания, мм; s - подача, мм/об; v - скорость резания, м/мин; K м и K и – поправочные коэффициенты на обрабатываемый материал и геометрию режущей части инструмента. Подставляя в формулу (4.6) выражение (4.7), учитывая, что при коэффициенте x ≈ 1 заг x x t t ∆ ≈ − 1 2 , (4.8) принимая во внимание выражение (4.4), получают формулу для определения жесткости станка ε и м n y py ст K K v s C j = (4.9) При обтачивании эксцентричной заготовки жесткость станка определяют аналогично. 4.3.3 Расчет жесткости заготовки Жесткость заготовок для сечений с наименьшей жесткостью может быть оп- ределена с учетом значения максимального прогиба. Экспериментально установ- лено, что максимальный прогиб гладкого вала определяется как EI A l P y y ⋅ = 3 max , (4.10) поэтому минимальную жесткость такого вала (в Н/мм) можно определить, подставив это выражение в формулу (4.1): 3 max min l EI A y P j y ⋅ = = , (4.11) где A – коэффициент, зависящий от способа установки вала при обработке (см. таблицу 4.1); E – модуль упругости (для стали E =200000 МПа); I – осевой момент инерции круглого сечения при изгибе ( I= 0,05d 4 ), мм 4 ; l – длина вала, мм. 52 Таким образом, жесткость консольно закрепленной заготовки с вылетом l определится как 3 3 l EI j заг = (4.12) Таблица 4.1 – Значения коэффициента A в формулах (4.10) и (4.11) Способ установки вала при обработке в патроне в центрах с поводком в патроне с поджимом задним центром Коэффициент A 3 48…70 100…140 Жесткость ступенчатых валов определяют как жесткость условного гладкого вала эквивалентного диаметра d экв . Последний рассчитывают в зависимости от конструкции вала: - для валов с односторонним уменьшением диаметра ∑ ∑ = i i i экв l l d d ; (4.13) - для валов с двусторонним уменьшением диаметра ∑ ∑ = i i i l l d d экв 2 , (4.14) где d i и l i –соответственно диаметр и длина i –й ступени. 4.3.4 Расчет податливости технологической системы Податливость технологической системы W сист для рассматриваемого случая определяется по формуле заг ст сист W W W + = , (4.15) при этом податливости станка W ст и заготовки W заг определяются по формуле (4.3). 4.3.5 Расчет погрешности обработки, вызванной упругими перемещениями в технологической системе При обработке заготовки малой жесткости погрешность обработанной детали выражается формулой 53 сист y y j P P y y дет 1 2 2 1 − = − = ∆ . (4.16) После подстановки в выражение (4.16) значения сил из формулы (4.7) и выполнения соответствующих преобразований, получается заг сист W K K v s C и м n y py дет ∆ = ∆ (4.17) Выполненные расчеты учитывают погрешность обработки на радиус детали. Поэтому величина погрешности в диаметральном измерении будет в два раза больше. 4.4 Порядок выполнения работы 4.4.1 Определение жесткости станка 1) Установить в патроне заготовку, жесткость которой значительно пре- вышает жесткость станка. 2) Подготовить ступенчатую заготовку в соответствии с рисунком 4.1. Вы- сота ступени заготовки должна составлять 2…3 мм. Длина участков А = Б = 10 мм. 3) Измерить высоту уступа (ступени) ∆ заг на заготовке. Для повышения точности эксперимента следует выполнить пятикратное измерение и в качестве результата принять среднее арифметическое значение этих измерений. Результаты измерений занести в таблицу 4.2. 4) Проточить ступенчатую поверхность на длину А+Б за один проход с по- дачей s=0,2 мм/об так, чтобы не осталось следов от предшествующей обработки (глубина резания на участке А должна быть в пределах 0,2…0,4 мм). 5) Измерить высоту уступа на обработанной детали ∆ дет . Для повышения точности эксперимента следует выполнить пятикратное измерение, и в качестве результата принять среднее арифметическое значение этих измерений. Результаты измерений записать в таблицу 4.2. 6) Определить уточнение ε 7) Определить жесткость станка. Для стали 45 с переделом прочности σ в = 600 МПа принять следующие значения коэффициентов и показателей степеней: C py = 2,43; x = 0,9; y = 0,6; n = -0,3; K м = 0,85; K и = 1,0 (для твердосплавного рез- ца с геометрическими параметрами режущей части ϕ = 45 о , γ = 10 о , λ = 0). 54 Таблица 4.2 Результаты измерений заготовка деталь d Азаг d Бзаг погреш- ность ∆ заг d Адет d Бдет погреш- ность ∆ дет Уточ- нение ε Расчетная по- грешность об- работанной де- тали, ∆ дет расч 4.4.2 Определение погрешности обработки, вызванной упругими перемещениями в технологической системе 1) Установить и закрепить в патроне нежесткую заготовку и измерить вы- лет заготовки l от торца кулачков патрона. 2) Поджать заготовку центром задней бабки и проточить ступенчатую по- верхность А и Б. Высота ступени (погрешность заготовки) ∆ заг при этом должна составлять 1,5…2,0 мм, длина участков А = Б = 10 мм. 3) Измерить фактическую высоту уступа ∆ заг . Результаты измерений зане- сти в таблицу 4.2. 4) Рассчитать жесткость заготовки j заг и податливость технологической системы W сист 5) Определить ожидаемую погрешность обработки ∆ дет по формуле (4.17) при подаче s ≈ 0,2 мм/об (значение подачи уточнить по станку). 6) Отвести задний центр и проточить ступенчатую поверхность на длину А+Б за один проход при подаче s ≈ 0,2 мм/об и глубине резания на участке А t ≈ 0,3…0,5 мм. 7) Измерить высоту уступа на обработанной детали ∆ дет . Указанная высо- та уступа является погрешностью обработки, вызванной упругими перемещения- ми в технологической системе. Результаты занести в таблицу 4.2. 8) Результаты расчета погрешности обработки и экспериментально полу- ченный результат занести в таблицу 4.2. Сравнить полученные результаты. 9) Для варианта задания, указанного преподавателем (таблица 4.3), вычис- лить ожидаемую погрешность ∆ дет для конкретных условий обработки. Расчетом показать, как будет изменяться погрешность обработки ∆ дет при изменении вели- чины подачи s в интервале от 0,02 до 0,20 мм/об (через 0,03 мм/об). Колебание припуска принять в указанном интервале с шагом 0,5 мм. 10) На основании результатов расчета построить зависимости ∆ дет = f(s) для различных значений погрешности заготовки ∆ заг 11) Проанализировать полученные зависимости и дать предложения по обеспечению требуемой точности обработки. 55 12) Дать предложения по повышению жесткости технологической системы при обработке деталей типа валов. 13) Сделать выводы по работе. 14) Оформить отчет. Таблица 4.3 Номер варианта 1 2 3 4 5 6 Допуск на обработку Td , мм 0,04 0,07 0,06 0,0,5 0,05 0,12 Диаметр заготовки d , мм 60 40 40 50 50 40 Длина заготовки l , мм 200 300 250 200 300 200 Погрешность заготовки ∆ заг , мм 4 3 3 4 4 3 4.5 Содержание отчета В отчете следует привести: 1) цель работы; 2) модель станка; 3) средства измерения; 4) эскиз заготовки для определения жесткости станка; 5) таблицы результатов измерения исходных погрешностей заготовок и по- грешностей обработанных деталей (в соответствии с таблицей 4.2); 6) таблицу результатов расчета жесткости и податливости станка, заготовки и технологической системы в целом (в соответствии с рисунком 4.4); 7) результат расчета ожидаемой погрешности обработки при очен и неже- сткой заготовки сравнить с фактической погрешностью обработки; т и Таблица 4.4 - Результаты расчета жесткости и податливости Станок Заготовка Технологическая система жесткость j ст , Н/мм податли- вость W ст , мкм/кН жесткость j заг , Н/мм податли- вость W заг , мкм/кН жесткость j сист , Н/мм податли- вость W сист , мкм/кН 8) результаты расчета ожидаемой погрешности обработки партии заготовок заготовки (в соответствии с вариантом, предложенным преподавателем) в зависи- мости от подачи и погрешности (в соответствии с таблицей 4.5); 56 Таблица 4.5 - Результаты расчета ожидаемой погрешности обработки для партии заготовок Погрешность обработки ∆ дет , мм, при подаче S, мм/об Погрешность заготов- ки ∆ заг , мм 0,05 0,08 0,12 0,15 0,18 0,21 0,24 0,5 1,0 … 4,0 9) зависимости погрешности детали от подачи при различных значениях ис- ходной погрешности заготовки; 10) предложения по обеспечению требуемой точности обработки; 11) предложения по повышению жесткости технологической системы при обработке деталей типа валов; 12) общие выводы по работе. Вопросы для самопроверки 1) Назовите основные составляющие суммарной погрешности обработки. 2) Дайте понятие жесткости технологической системы. Что называется по- датливостью? 3) В чем сущность производственного метода определения жесткости обо- рудования? 4) Назовите причины копирования исходной погрешности заготовки. 5) Какие цели преследует выполнение многопроходной обработки? 6) Что называется уточнением? Что характеризует уточнение? 7) Как рассчитать жесткость гладкой заготовки при консольном закрепле- нии в патроне? 8) Как рассчитать жесткость гладкой заготовки установке на центрах? в па- троне с поджатием задним центром? при установке на центрах? 9) Как определяется податливость системы? 10) Как определяется погрешность обработки, вызванная упругими переме- щениями в технологической системе? 11) Как повысить жесткость технологической системы при обработке дета- лей типа валов? 12) Какие факторы влияют на погрешности, вызванные упругими переме- щениями в технологической системе? 13) Предложите мероприятия по снижению упругих перемещений в техно- логической системе при обработке. |