Курсовая работа обработка вала. Вал 30ХГСА. Процесс обработки изделия в общем виде

• Название: Процесс обработки изделия в общем виде
• Анкор: Курсовая работа обработка вала
• Дата: 22.01.2020
• Размер: 1.02 Mb.
• Имя файла: Вал 30ХГСА.docx
• Тип: Документы; #105376
• страница: 10 из 12

3.6 Зависимость стойкости резца от режимов резания

Под стойкостью инструмента Т понимают суммарное время (мин) его работы между переточками на определенном режиме резания. Стойкость токарных резцов, режущая часть которых изготовлена из разных инструментальных материалов, составляет 30 – 90 мин. Стойкость инструмента зависит от физико-механических свойств материала инструмента и заготовки, режима резания, геометрии инструмента и условий обработки.

Наибольшее влияние на стойкость оказывает скорость резания.

Между скоростью резания V и стойкостью Т (периодом стойкости) резца существует зависимость:



где  - постоянная, зависящая от свойств обрабатываемого материала, режима резания, материала и геометрии резца (определяется по таблицам);

- время работы резца до затупления (стойкость резца);

- показатель относительной стойкости, характеризующий интенсивность влияния стойкости на скорость резания (для резцов = 0,1…0,3).

Для резцов из быстрорежущей стали и резцов, оснащенных твердыми сплавами и минералокерамикой, этот показатель принимают соответственно равным 0,100—0,125; 0,20—0,30 и 0,30—0,40.

Практически период стойкости резцов из быстрорежущей стали и резцов, оснащенных твердыми сплавами и минералокерамикой, принимают соответственно равным 30 - 60, 45 - 90 и 30 - 40 мин.

Так как величина мала, то стойкость резцов резко падает даже при незначительном повышении скорости резания. Поэтому обработку следует вести на расчетной скорости. Это условие легко выполнимо на станках с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя. На станках со ступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя обработку ведут на ближайшей меньшей к расчетной частоте вращения заготовки. В данном случае при небольшом уменьшении скорости резания стойкость инструмента будет больше принятой. Это уменьшит время на смену затупившегося инструмента, но, как правило, не снизит производительность.

Износ инструмента приводит не только к снижению точности размеров и геометрической формы обработанных поверхностей. Работа .затупившимся инструментом вызывает рост силы резания. Соответственно увеличиваются составляющие силы резания, что вызывает повышенную деформацию заготовки и инструмента и еще более снижает точность и изменяет форму обработанных поверхностей заготовок. Увеличиваются глубина наклепанного поверхностного слоя материала заготовки и силы трения между заготовкой и инструментом, что, в свою очередь, увеличивает теплообразование в процессе резания. При обработке на настроенных станках износ инструмента приводит к рассеянию размеров обработанных поверхностей заготовок, что снижает качество сборки деталей в условиях взаимозаменяемости. Уменьшить влияние износа на точность обработки можно периодической подналадкой станка.

4. Особенности современных металлообрабатывающих станков

4.1 Приводы станков

Приводы металлообрабатывающих станков подразделяются на приводы:

- главного движения;

- подач;

- вспомогательных перемещений.

Привод главного движения резания, имеет наибольшую скорость и мощность, которые в совокупности обеспечивают необходимое усилие резания, а также движение подачи, необходимое для перемещения рабочего органа по пространственной траектории с заданной скоростью. Вспомогательные перемещения способствуют процедурам автоматической работы оборудования (подвод и отвод приборов для осуществления контроля, замену инструмента и т. п.).

В настоящее время приводы преимущественно выполняют на базе надежных электродвигателей переменного тока с частотным управлением, осуществляемым цифровыми регуляторами. 

Электропривод главного движения в большинстве приложений содержит асинхронный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора и редуктор в качестве механической передачи вращения на шпиндель станка. Редуктор часто выполняется в виде коробки скоростей с электромеханическим дистанционным переключением передач. Электропривод главного движения обеспечивает необходимое усилие резания при определенной скорости вращения и поэтому целью регулирования скорости является поддержание постоянной мощности.

В современных автоматизированных станках с ЧПУ привод главного движения выполняет усложненные функции, что приводит к необходимости обеспечения весьма большого диапазона регулирования скорости, а также применения реверсивного привода. В приводах подач также требуются весьма большие диапазоны изменения скорости, поэтому в приводах подач нашли применение синхронные двигатели и бесконтактные двигатели постоянною тока, а также в ряде случаев асинхронные двигатели. К ним предъявляются следующие основные требования:

• 
  широкий диапазон регулирования скорости;
  
• 
  высокая максимальная скорость;
  
• 
  высокая перегрузочная способность;
  
• 
  высокое быстродействие при разгоне и торможении в режиме позиционирования;
  
• 
  большая точность позиционирования.
  

В современных станках приводы подач оснащаются бесконтактными двигателями постоянного тока, что позволиляет улучшить энергетические показатели и повысить надежность станочного оборудования. Однако бесконтактные двигатели отличает сравнительно высокая стоимость вследствие сложности системы управления.

В современных станках полупили распространение совместные электрогидроприводы, в которых поступающие от электронной системы управления дискретные электрические сигналы преобразуются посредством синхронных электродвигателей во вращение вала. Развиваемый под действием сигналов контроллера привода системы управления электродвигателем вращающий момент служит входной величиной для гидроусилителя, связанное механической передачей с исполнительным органом станка. Управляемое вращение ротора электродвигателя посредством входного преобразования и гидрораспределителя приводит к вращению вала гидромотора. С целью стабилизации параметров гидроусилителя обычно используется внутренняя обратная связь.

 Приводы подач большинства современных металлообрабатывающих станков строятся по традиционной схеме. Перемещение рабочего органа (каретки подач) преобразуется от двигателя постоянного тока посредством кинематической пары «ходовой винт - шариковая гайка» в продольное перемещение РО.

 Недостатки данного привода достаточно известны и очевидны:

• 
  большое количество промежуточных элементов от источника энергии до РО;
  
• 
  громадная инерционность этих элементов, особенно в крупногабаритных станках;
  
• 
  наличие зазоров в передающих устройствах;
  
• 
  достаточно большоая сила трения во множестве сопрягаемых деталей (резко изменяющееся при переходе системы из состояния покоя в состояние движения);
  
• 
  температурные и упругие деформации практически всех передающих звеньев;
  
• 
  износ сопрягаемых элементов в процессе эксплуатации и потеря исходной точности;
  
• 
  погрешности в шаге ходового винта и накопленная погрешность по длине.
  

Разработчиками станочного оборудования было предложено использовать в качестве приводов подач станков линейные двигатели (ЛД).

Прототипом ЛД является простейшая электромагнитная система. Такая система состоит из металлического сердечника-магнита и статорной обмотки. При подаче тока определенной полярности в обмотку сердечник сместится в ту или иную сторону, причем практически мгновенно. Изменение полярности сигнала на обмотку приведет к обратному ходу сердечника. Как видим, от источника энергии к РО нет никаких промежуточных элементов, передача энергии осуществляется через воздушный зазор, ничего не надо вращать, сразу возможно осуществление главной задачи - продольного движения РО. 

Точная и равномерная подача РО во всем диапазоне скоростей и нагрузок обеспечивается двумя техническими решениями:

• 
  крепление постоянных магнитов под определенным фиксированным углом, который был открыт в ходе длительных экспериментов;
  
• 
  реализация высокоэффективной 6-ти фазной импульсной системы управления (система SMC).
  

Особенно следует отметить простоту обслуживания ЛД, простоту периодической чистки (при необходимости), профилактики и ремонта. 

4.2 Системы крепления инструмента

К каждому типу крепления предъявляются следующие требования: надежность и жесткость крепления, концентричность соединения, простота, удобство и быстрота постановки и снятия инструмента со станка.

Основные методы крепления делятся на две группы: для насадных и концевых инструментов. Насадные режущие инструменты закрепляются на оправках, а концевые устанавливаются и закрепляются в шпинделе станка при помощи конуса или цилиндрического хвостовика.

У резцов крепежную часть выполняют в виде стержня круглого, квадратного или прямоугольного сечения с размерами Н = 4 - 80 мм и отношением высоты к ширине Н:В = 1,0; 1,2; 1,6; 2,0, круглого 4 - 80 мм.

Крепление режущего инструмента на оправке. Насадные режущие инструменты закрепляются на цилиндрическую или коническую оправку. Соответственно снабжены базовым отверстием цилиндрической или конической формы.

К режущим инструментам с цилиндрическим отверстием относятся насадные фрезы, дисковые шеверы, дисковые зуборезные долбяки, круглые фасонные резцы, зуборезные гребенки.

С коническим отверстием - насадные зенкеры и развертки, резцовые головки для конических колес.

4.3 Обозначение осей координат и направлений перемещений исполнительных органов

Стандартная система координат представляет собой правую прямоугольную декартову систему координат. Особенность системы в том, что ось координат Z принимают всегда параллельной оси главного шпинделя станка, независимо от того, как он расположен — вертикально или горизонтально.

В качестве положительного направления оси Z принимают направление от заготовки к инструменту. Ось X — всегда горизонтальна. Дополнительные движения, параллельные осям X, У, Z обозначают соответственно U, V, W (вторичные) и Р, Q, R (третичные). Вращательные движения вокруг осей X, У, Z обозначают соответственно буквами А, В, С. Положительные направления вращений А, В, С вокруг координатных осей X, У и Z показаны на рисунке 1.2. Для вторичных угловых перемещений вокруг специальных осей используются буквы D и Е.

Начало стандартной системы координат станка обычно совмещается с базовой точкой узла, несущего заготовку и зафиксированного в таком положении, при котором все перемещения рабочих органов станка описываются в стандартной системе положительными координатами.

Рисунок 15 — Правая прямоугольная система координат станка

Системой координат токарного станка служит двухкоординатная система X, Z. Начало этой системы принимается в базовой точке шпиндельного узла. Положительные направления осей системы координат токарного станка определяются расположением основного рабочего диапазона перемещений инструмента (рисунок 1.3, а, б).



Рисунок 16 — Направления стандартной системы координат станка: а — токарного при перемещении инструментов над осью вращения шпинделя; б — то же, под осью шпинделя



Рисунок 17 — Компоновка токарного станка с направлениями его осей и движений

4.4 Показатели точности металлообрабатывающих станков

Точность станка в основном предопределяет точность обработанных на нем изделий. По характеру и источникам возникновения все ошибки станка, влияющие на погрешность обработанной детали, условно разделяют на несколько групп.

Геометрическая точность зависит от ошибки соединений и влияет на точность взаимного расположения узлов станка при отсутствии внешних воздействий. Она зависит главным образом от точности изготовления соединений базовых деталей и от качества сборки станка.

Кинематическая точность необходима для станков, в которых сложные движения требуют согласования скоростей нескольких простых. Нарушение согласованных движений нарушает правильность заданной траектории движения инструмента относительно заготовки и искажает тем самым форму обрабатываемой поверхности.

Жесткость станков характеризует их свойство противостоять появлению упругих перемещений под действием постоянных или медленно изменяющихся во времени силовых воздействий. Жесткость - отношение силы к соответствующей упругой деформации в том же направлении j=F/Δ. Величину обратную жесткости называют податливостью.

Жесткость станков при большом числе упругих деталей и соединений между ними обычно близка к постоянному значению. Жесткость же отдельных соединений, предварительно не затянутых и имеющих зазоры, существенно не линейна и зависит от характера приложения силы.

Для повышения общей жесткости станка целесообразно выявлять элементы с пониженной жесткостью и затем принимать меры к ее повышению до уровня жесткости других последовательно нагруженных упругих звеньев.

Виброустойчивость станка определяет его способность противодействовать возникновению колебаний, снижающих точность и производительность станка. Особую опасность при вынужденных колебаниях представляют резонансные колебания, возникающие при совпадении частоты внешних воздействий с частотой собственных колебаний одного из упругих звеньев станка.

Основные пути повышения виброустойчивости станков: устранение источников периодических возмущений; подбор параметров упругой системы для обеспечения устойчивости; повышение демпфирующих свойств; применение систем автоматизированного управления уровнем колебаний.

Теплостойкость станка характеризует его сопротивляемость возникновению недопустимых температурных деформаций при действии тех или иных источников теплоты. К основным источникам теплоты относятся процесс резания, двигатели, подвижные соединения, особенно при значительных скоростях относительного движения.

Точность позиционирования характеризуется ошибкой вывода узла станка в заданную позицию по одной или нескольким координатам. На точность позиционирования влияет большое число системных и случайных погрешностей.

5. Выбор металлообрабатывающего инструмента

Для черновой обработки по корке с относительно равномерным сечением реза и непрерывном резании наружных цилиндрических поверхностей выбираем проходной упорный резец с главным углом в плане 75°. Режущая часть выполнена в виде пластинки из твердого сплава Т14К8. Резцы должны быть в правом и левом исполнении.

Форма режущей кромки, изображенная на рисунке 18 делается у резцов, предназначенных для обработки стали с б_в = 80 кгс/мм² при необходимости завивания и дробления стружки.



Рис. 18 – Форма режущей части резца для черновой обработки.

Передний угол γ устанавливается в пределах 12…15°. Главный угол в плане φ устанавливается в значении 75° для системы СПИД средней жесткости.

Вспомогательный угол в плане φ₁ при черновой обработке принимается равным 5—20°, а иногда и больше.

Вершину резца закругляют радиусом 0,5—1,5 мм. Ширину фаски f принимают равной 0,15—0,5 мм.

Передний угол рассматриваемых резцов, используемых для обработки стали, принимается равным 20—25°, а задний угол — равным 6°.

При черновом обтачивании наружных поверхностей, когда наиболее легкое отделение стружки важнее всего, резец необходимо устанавливать или на высоте линии центров станка, или несколько выше ее, но не ниже.

Форма передней поверхности чистовых твердосплавных резцов соответствует форме твердосплавных резцов, применяемых для черновой обработки. Установка резца относительно оси детали при чистовой обработке должна исключать возникновение дефектов на обработанной поверхности. Это достигается установкой вершины резца по оси заготовки или несколько ниже ее. Вылет резца (при закреплении) должен быть минимальным.



Рисунок 9. Стержневой резьбовой резец из быстрорежущей стали:

а) профиль резца с плоской вершиной; б) профиль резца со скругленной вершиной

Задние углы бокового профиля α_л и α_п из-за особенности кинематики резания в общем случае должны быть разными по величине. Различие в значениях между α_л и α_п зависит от угла подъема σ нарезаемой резьбы. При σ меньше 4° углы α_л и α_п отличаются несущественно и их принимают равными α_л = α_п = 3...5°. При угле σ больше 4° принимают α_л = 10°, α_п = 3...5°. Для левой резьбы величины α_л и α_п меняются местами. Угол подъема резьбы измеряется по среднему диаметру d₂ и определяется по формуле tgσ = P / (πd₂). Задний угол по вершине α_в равен 10...12°. Передний угол γ для чистовых резцов равен нулю. Для черновых резцов передний угол γ = 5...20° в зависимости от механических свойств материала заготовки. Передний γ и задний α углы призматических и круглых резьбовых резцов образуются в результате их установки в специальных державках.

Габаритные размеры L, B, H державки устанавливаются такими же, как для проходных токарных резцов. Размеры рабочей части l и b устанавливаются в зависимости от величины шага резьбы. С увеличением шага нарезаемой резьбы возрастает нагрузка на инструмент. Следовательно, размеры l и b устанавливаются такими, чтобы обеспечивалась жесткость и виброустойчивость инструмента при нарезании резьбы.