4.5 Жорсткість технологічної системи. Динамічна похибка обробки

Жорсткість технологічної системи - її здатність чинити опір дії деформуючих сил. Жорсткість технологічної системи (j) чисельно дорівнює відношенню нормальної складової сили різання P_y до сумарного взаємного переміщення (y) леза інструмента і поверхні заготовки в напрямку нормалі до цієї поверхні (рис.4.23):

. (4.7)

Рисунок 4.23 – Жорсткість технологічної системи

Жорсткість технологічної системи при обробці вала в центрах на токарному верстаті (рис.4.24) знаходиться з рівняння:

,

де j_суп – жорсткість супорта, j_п.б. - жорсткість передньої бабки, j_з.б. - жорсткість задньої бабки, j_дет - жорсткість деталі.

Рисунок 4.24 – Схема визначення жорсткості технологічної системи при обробці вала в центрах на токарному верстаті

При положенні різця в середній частині вала:

,

де E – модуль пружності матеріалу вала, d – діаметр вала.

При недостатній жорсткості деталі або бабок виникають похибки форми (рис.4.25):

Рисунок 4.25 - Похибки форми при обробці на токарному верстаті:

а,в - нежорстка деталь, б - нежорсткі бабки

Податливість технологічної системи (ω) – її властивість пружно деформуватись під дією зовнішніх сил, величина обернена до жорсткості:

. (4.8)

Методи експериментального визначення жорсткості системи ВПІД:

Статичний метод полягає у навантажуванні нерухомого верстата силами, які моделюють сили різання і визначенні при цьому переміщень вузлів верстата. Наприклад, жорсткість технологічної системи для випадку установленого на токарному верстаті вала в центрах визначається за допомогою динамометра, закріпленого в різцетримачі, та індикаторів, установлених біля центральної частини вала, задньої та передньої бабок (рис.4.26). За допомогою рукоятки поперечної подачі верстат поступово навантажують силою, а зміщення вузлів верстата реєструють індикаторами. За допомогою побудованого графіка зміщень (рис.4.27) визначають жорсткість системи (j) і сумарну величину зазорів у технологічній системі (y_з):

жорсткість технологічної системи:,

жорсткість передньої бабки:,

жорсткість задньої бабки: ,

де P_max – максимальне навантаження на динамометрі; y_max, y_збmax, y_збmax – покази індикаторів, установлених відповідно в центрі вала, на передньому і задньому центрах, які відповідають максимальному навантаженню.

Рисунок 4.26 – Визначення жорсткості технологічної системи, передньої бабки і задньої бабки токарного верстата

Рисунок 4.27 – Графік зміщень в технологічній системі (y) під дією навантаження (P)

За даними Маталіна А.А. [1] жорсткість токарних верстатів з висотою центрів 200 мм найчастіше дорівнює 10000-20000 Н/мм.

Динамічний метод полягає у обробці на верстаті ділянок заготовки з різними глибинами різання t₁і t₂ і визначення пружних відтискань інструмента на цих ділянках y₁ і y₂ (рис.4.28).

Рисунок 4.28 – Визначення жорсткості системи ВПІД динамічним методом

Жорсткість системи наближено знаходиться з рівняння (4.9):

,

де,

.

Динамічна похибка обробки (Δ_y) виникає внаслідок непостійності сили різання P_y в технологічній системі з певною жорсткістю j (рис.4.29):

а

б

Рисунок 4.29 - Вплив точності заготовки на точність деталі при точінні: а – в поперечному перетині, б – в повздовжньому перетині

, (4.9)

де Δ_дет – похибка деталі, Δ_заг – похибка заготовки,

- максимальна сила різання:,

- мінімальна сила різання:,

де λ, C_p, x_p, y_p - коефіцієнти що залежать від умов обробки, t – глибина різання, s – подача.

Уточнення (η) показує, у скільки разів точність деталі підвищується у порівнянні з точністю заготовки. Для одного переходу:

. (4.10)

Для кількох переходів:

, (4.11)

де n – кількість переходів, s_i – подача на i-му переході, η_і – уточнення на i-му переході.

Коефіцієнт зменшення похибок k_у=1/η.

Шляхи зменшення динамічної похибки обробки:

1 Підвищення жорсткості системи ВПІД:

1.1 Вибір більш жорсткого верстата, своєчасний профілактичний ремонт верстата.

1.2 Підвищення жорсткості пристроїв та інструмента: зменшення вильоту інструмента, збільшення площі поперечного січення оправок, збільшення кількості кулачків в патронах і т.д.

1.3 Зменшення кількості ланок технологічної системи.

1.4 Підвищення якості виготовлення і складання деталей технологічної системи.

1.5 Правильний режим експлуатації верстатів.

2 Правильний вибір режимів різання, особливо подачі і кількості переходів (рис.4.30):

.

Рисунок 4.30 – Залежність подачі (So) від жорсткості технологічної системи (j) і заданого уточнення ()

3 Підвищення точності заготовки.

4 Зменшення нерівномірності твердості оброблюваного матеріалу.

5 Вибір геометрії інструментів. Наприклад, збільшення головного кута у плані токарного різця призводить до зменшення сили різання P_у.

6 Контроль за спрацюванням інструмента (оскільки спрацьований інструмент переважно збільшує силу різання).

7 Застосування систем керування пружними деформаціями системи.