резание. Основы теории резания металлов
 Скачать 156.32 Kb.
|
|
Характер изменения колебаний во времени называют вибрация м и. Колебания при резании разделяют на вынужденные, когда причиной колебаний являются периодически действующие возмущающие силы, и автоколебания, которые не зависят от действия периодически возмущающих сил. Источниками возмущающих сил вынужденных колебаний являются неуравновешенные части станка (шкивы, зубчатые колеса, валы); дефекты в передаточных звеньях; неуравновешенность обрабатываемой заготовки; неравномерный припуск на обработку и другие факторы. Основными источниками возникновения автоколебаний являются изменение сил резания из-за неоднородности механических свойств обрабатываемого материала; появление переменной силы резания за счет срыва нароста; изменение сил трения на поверхностях инструмента вследствие изменения скорости резания в процессе обработки; следы вибраций от предыдущего рабочего хода, вызывающие изменение сил резания и упругие деформации обрабатываемой детали и резца и др. На интенсивность автоколебаний оказывают влияние физико-механические свойства обрабатываемого материала, параметры режима резания, геометрические параметры инструмента, жесткость отдельных элементов и всей системы станок — приспособление — инструмент — деталь, зазоры в отдельных звеньях этой системы. С увеличением скорости резания вибрации сначала возрастают, а затем уменьшаются. При увеличении глубины резания амплитуда колебаний возрастает, а с увеличением подачи уменьшается. С увеличением главного утла в плане ср амплитуда колебаний уменьшается, а при увеличении радиуса г скругления резца возрастает. Износ резца по задней поверхности усиливает вибрации. Чем больше вылет резца и меньше размеры его державки в поперечном сечении, тем меньше его жесткость и, следовательно, больше возникающие вибрации, причем с повышением скорости резания влияние вылета резца на увеличение вибраций возрастает. Зная причины возникновения вибраций, можно найти способы их уменьшения. Однако эти пути не всегда являются рациональными. Например, увеличение главного угла в плане, хотя и уменьшает вибрации, но вместе с тем увеличивает интенсивность изнашивания режущего инструмента и т. д. Поэтому необходимо применять такие способы уменьшения вибрации, которые не снижали бы производительности и качества обработки. 12.7. Основные факторы, влияющие на силу резания Образование стружки в процессе резания происходит под действием силы резания Р, преодолевающей сопротивление металла. Силу резания Р при обработке точением можно разложить на три составляющие (12.5): тангенциальную Pi, направленную вертикально вниз и определяющую мощность, потребляемую приводом главного движения; радиальную Ру, направленную вдоль поперечной подачи, которая отжимает резец и учитывается при расчете прочности инструмента и механизма поперечной подачи станка; осевую Р.х, направленную вдоль продольной подачи, которая стремится отжать резец в сторону суппорта и учитывается при определении допустимой нагрузки на резец и механизмы станка при продольной подаче. Между тремя составляющими силы резания существует примерно следующее соотношение: Р>- = (0,254-0,5) Pz; Px = (0,1 -f-4-0,25) Pz- Сила резания Р в большинстве случаев примерно на 10 % больше составляющей Pz- Это позволяет многие практические расчеты производить не по силе Р, а по составляющей Pz- В процессе резания на силы Pz, Ру и Рх влияют обрабатываемый металл, глубина резания, подача, передний угол резца, главный угол резца в плане, радиус скругления при вершине резца, смазочно-охлаждающие жидкости, скорость резания и износ резца. Физико-механические свойства обрабатываемого металла оказывают большое влияние на силы резания. Чем больше предел прочности при растяжении ав и твердость обрабатываемого металла, тем больше силы Pz, Ру и Рх. Увеличение глубины резания и подачи приводит к увеличению силы резания, затрачиваемой на образование стружки, причем глубина резания больше влияет на силу резания, чем подача. Чем меньше передний угол у или чем больше угол резания б = 90°— у, тем больше сила резания. При увеличении главного угла в плане ср сила Ру резко уменьшается, а сила Рх увеличивается. Для твердосплавных резцов при увеличении ф от 60 до 90° сила Pz практически остается постоянной. При увеличении радиуса скругления г режущих кромок при вершине резца силы Pz и Ру возрастают, а Рх уменьшается. Смазочно-охлаждающие жидкости уменьшают силу Pz при тонких срезах, при увеличении толщины среза и скорости резания эффект от применения СОЖ уменьшается. Увеличение скорости резания от 50 до 400—500 м/мин приводит к эффективному уменьшению силы Pz, при скорости v> >500 м/мин уменьшение Pz незначительно. Возрастание износа по задней поверхности незначительно увеличивает Pv и P.v. Сила резания зависит от материала режущей части резца. При обработке твердосплавными резцами силы резания несколько меньше, чем резцами из быстрорежущей стали. Шероховатость. На поверхностях деталей после обработки режущим инструментом на металлорежущих станках всегда остаются неровности. Совокупность микронеровностей, образующихся на поверхности детали, называют шероховатостью поверхности. Шероховатость поверхности оказывает непосредственное влияние на качество неподвижных и подвижных соединений в машинах. Например, детали с грубой поверхностью не обеспечивают в неподвижных соединениях требуемой точности и качества сборки, а в подвижных соеди- нениях быстро изнашиваются и не выдерживают первоначальных зазоров. На поверхности, обработанной токарным резцом, образуются микронеровности в виде винтовых выступов и винтовых канавок (12.6, а, б). Микронеровности, расположенные в направлении подачи 5, образуют поперечную шероховатость, а микронеровности, расположенные в направлении скорости резания v,— продольную шероховатость. Высота Н и характер микронеровностей зависят от обрабатываемого материала, режимов резания, геометрии режущих кромок инструмента и др. Микронеровности на поверхности деталей в большинстве случаев являются следами режущих кромок инструмента, расположение которых зависит от подачи (12.7). Изменяя геометрические параметры режущего инструмента и режимы резания, можно существенно менять характеристики шероховатости поверхности при обработке одинаковых по физико-механическим свойствам материалов. Шероховатость обработанной поверхности повышается (до /?а = 6,3-Ь -=-12,5мкм), когда обработку ведут на скоростях резания, способствующих наростообразованию. При обработке на высоких скоростях резания (150— 300 м/мин) шероховатость обработанной поверхности снижается (до Ra=l,&-^--=-0,8 мкм). По мере увеличения скорости резания глубина наклепа возрастает. При высоких скоростях резания (200—600 м/мин) возникает явление разупрочнения, которое уменьшает глубину наклепа. При обработке легированных и высокопрочных сталей, имеющих низкие пластичные свойства, остаточные напряжения сжатия образуются при скоростях резания около 400—600 м/мин. При обработке конструкционных сталей марок 20 и 45 остаточные напряжения сжатия возникают при скоростях резания 500— 800 м/мин. С увеличением скорости резания и уменьшением шероховатости до оптимальной износостойкость и коррозионная стойкость увеличиваются. Усталостная прочность повышается с увеличением степени и глубины наклепа, а также с повышением остаточных напряжений сжатия. При увеличении подачи шероховатость обработанной поверхности повышается, глубина наклепа возрастает. Увеличение подачи способствует также увеличению остаточных напряжений и уменьшению износостойкости и коррозионной стойкости. Усталостная прочность в этом случае повышается. Применение инструментов с отрицательными передними углами у от —15 до — 45° способствует образованию в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия и повышению усталостной прочности. Увеличение зоны соприкосновения инструмента с обработанной поверхностью детали приводит к повышению трения и увеличению шероховатости обработанной поверхности (до /?а»6,3-мкм). При увеличении заднего угла а в пределах 3-г 15° глубина наклепа уменьшается. На износостойкость материала задний угол не оказывает существенного влияния, при углах в пределах от 3 до 15° усталостная прочность может незначительно снижаться. При увеличении главного угла ср в плане от 30 до 60° шероховатость обработанной поверхности возрастает, при черновой обработке значительно, а при отделочной— до Ra= l,6-j-.3,2 мкм. Уменьшение главного угла ф в плане от 90 до 45° вызывает уменьшение глубины наклепа и снижение усталостной прочности. При увеличении вспомогательного угла ЦЦ в плане шероховатость поверхности увеличивается, при черновой обработке до Raw «16 мкм, а при отделочной — до Raw «1,6ч-3,2 мкм. При неблагоприятном угле X наклона режущей кромки могут возникнуть царапины обработанной поверхности сходящей стружкой. Увеличение радиуса г закругления резца в пределах от 0,5 до 4 мм снижает шероховатость обработанной поверхности; износостойкость повышается в пределах оптимальной шероховатости, усталостная прочность увеличивается. Шероховатость обработанной поверхности возрастает (до Ra = Q,3-r-12,5 мкм) по мере затупления инструмента. Применение тщательно доведенного инструмента способствует уменьшению глубины наклепа. Износостойкость и усталостная прочность изменяются до установленных оп- тимальных значений шероховатости и наклепа. Увеличение радиуса г закругления режущей кромки способствует увеличению глубины наклепа и остаточных напряжений. С увеличением глубины наклепа и остаточных напряжений усталостная прочность повышается. Явление слипаемости материала заготовки с передней поверхностью инструмента приводит к увеличению высоты микронеровностей и, наоборот, при использовании твердосплавных и керамических резцов шероховатость снижается. С повышением твердости обрабатываемого материала уменьшается объем металла, подвергаемый пластической деформации, а усталостная прочность повышается. При обработке малоуглеродистой стали мелкозернистой структуры на малых скоростях образуется менее шероховатая поверхность. При обработке на высоких скоростях шероховатость поверхности снижается. В производственных условиях шероховатость обработанных поверхностей оценивают методом сравнения с образцом. Для этого обработанную деталь аттестуют по качеству поверхности в лабораторных условиях, а затем она служит эталоном при контроле качества обработки аналогичных деталей. Погрешности обработки. Размеры и другие параметры детали должны иметь минимальные отклонения от указанных, на чертеже. Их разность определяет погрешность обработки и не должна превышать предельных значений размеров и допусков, указанных в чертеже. Погрешности подразделяют на систематические и случайные. К систематическим относят погрешности, которые определяют точность обрабатываемой детали. Основными причинами систематических погрешностей являются: неточность станка, например непрямолинейность направляющих станины и суппортов, непараллельность или неперпендикулярность направляющих к оси шпинделя, неточности изготовления шпинделя и его опор; деформация узлов и деталей станка под действием сил резания и нагрева в процессе работы; неточность изготовления режущих инструментов и приспособлений и их износ; деформация инструментов и приспособлений под действием сил резания и нагрева в процессе обработки; неточность установки и базирования заготовки на станке; деформация обрабатываемой заготовки под действием сил резания, зажима и нагрева в процессе обработки, а также при возникновении внутренних напряжений; неточность установки и настройки инструмента на размер; неточность измерения деталей, вызванная неточностью измерительных инструментов и приборов, а также ошибками рабочего при оценке показаний измерительных устройств. Причины возникновения систематических погрешностей можно установить и устранить. К с л у ч а й н ы м относят погрешности, возникающие в результате случайных упругих деформаций заготовки, станка, приспособления и режущего инструмента, например, из-за неоднородности обрабатываемого материала. 12.9. Паспорт токарного станка Паспорт является основным техническим документом, в котором содержатся основные технические данные и характеристики станка: наибольшие размеры об-рабатызаемых заготовок деталей, пределы частот вращения шпинделя, пределы подач; наибольшее усилие, допускаемое механизмом подач; мощность электродвигателя главного привода; габаритные размеры и масса станка. В паспорте приводятся основные параметры суппортов, шпинделя, резцовой головки, задней бабки и других основных частей станка, а также сведения по механике главного привода и подач: частота прямого и обратного вращения шпинделя или планшайбы, наибольший допустимый крутящий момент, соответствующий частоте вращения шпинделя или планшайбы; ступени рабочих подач суппортов и скорости установочных перемещений, эскизы важнейших деталей станка с указанием рабочего пространства и крайних положений перемещения узлов и т. п. В паспорте приводятся комплект приспособлений и принадлежностей, поставляемых заказчику со станком, сменные и запасные зубчатые колеса, инструмент для обслуживания станка, ремни для главного привода, патроны, оправки, люнеты, центры упорные и вращающиеся, шкивы, вспомогательный инструмент и др. В паспорте приводятся результаты испытания токарного станка на соответствие его нормам точности и жесткости, которые показывают допускаемые и фактические значения точности перемещений основных частей станка, а также точность, обработки и качество обработанной поверхности образцов деталей. Паспорт станка необходим в процессе ремонта и эксплуатации станка, для выбора типа станка при разработке технологического процесса, назначения режимов обработки, проектирования оснастки и т. д. 12.10. Испытание и проверка станка на геометрическую точность Требуемая точность и долговечность работы станка обеспечиваются правильной его установкой и креплением на фундаменте. Тип фундамента зависит от массы станка и сил инерции, действующих во время его работы. Фундаменты под металлорежущие станки бывают двух типов: первый — является только основанием для станка, второй — жестко связан со станком и придает ему дополнительную устойчивость и жесткость. Токарные станки устанавливают, как правило, на фундаментах второго типа согласно установочному чертежу, который приводится в руководстве по эксплуатации. В чертеже на установку указывают необходимые размеры для изготовления фундамента, а также расположение станка в помещении с учетом свободного пространства для его выступающих и движущихся частей. При установке станка на бетонное основание размечают гнезда по размерам, соответствующим отверстиям крепления станины станка, а затем вырубают гнезда под фундаментные болты. После установки и выверки станка по уровню фундаментные болты заливают цементным раствором. Установку станка в горизонтальной плоскости выверяют по уровню, который устанавливают в средней части суппорта параллельно или перпендикулярно оси центров. Измерения производят в трех положениях рабочего хода суппорта на направляющих станка. Наибольшая алгебраическая разность показаний уровня не должна превышать 0,04 мм на 1000 мм. Если фундаментные болты были предварительно залиты, то выверку производят при незатянутых фундаментных болтах. После установки и выверки станка на фундаменте должен быть произведен его внешний осмотр и испытание на холостом ходу, под нагрузкой в процессе работы на точность и жесткость. После внешнего осмотра приступают к испытанию станка на холостом ходу. Проверку привода главного движения производят последовательно на всех ступенях частот вращения. Проверяют взаимодействие всех механизмов станка, их безотказность и своевременность включения и выключения от различных управляющих устройств, органов управления и др. Проверяют исправность действия систем смазывания, подачи СОЖ, гидро-и пневмооборудования станка. При испытании на холостом ходу станок должен работать на всех режимах устойчиво, без стука и сотрясений, вызывающих вибрацию. Перемещение рабочих органов механическим или гидравлическим приводом должно происходить плавно без скачков и заеданий. При испытании на холостом ходу проверяют и паспортные данные станка (частоту вращения шпинделя, подачу, перемещение кареток суппорта и др.). Фактические данные должны соответствовать значениям, указанным в паспорте. После проверки станка на холостом ходу приступают к испытанию станка под нагрузкой в условиях, близких к производственным. Испытание проводят обработкой образцов на таких режимах, при которых нагрузка не превышает номинальной мощности привода в течение основного времени испытания. При этом допускается кратковременная перегрузка станка по мощности, но не более 25 %. Время испытания станка под нагрузкой должно быть не менее 0,5 ч. Все механизмы и рабочие органы станка должны работать исправно; температура подшипников скольжения и качения не должна превышать 70— 80 °С, механизмов подач — 50°С, масла в резервуаре — 60 °С. Новые станки, а также станки после ремонта проверяют на геометрическую точность в ненагруженном состоянии, на точность обработки и качество обработанной поверхности. Требования к точности станка изложены в руководстве по эксплуатации. При контроле станка на точность проверяют радиальное биение наружной центрирующей и торцовое биение опорной поверхностей шпинделя; совпадение осей отверстий под инструменты в револьверной головке с осью шпинделя в вертикальной и горизонтальной плоскостях; перпендикулярность торцовой поверхности и параллельность перемещения револьверной головки к оси шпинделя и ряд других параметров. Радиальное биение наружной центрирующей поверхности шпинделя проверяют индикатором 1, установленным на неподвижной части станка (12.8, а). Наконечник индикатора должен быть установлен перпендикулярно центрирующей поверхности шпинделя в точке касания. Радиальное биение, измеренное в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, не должно превышать 8 мкм. |