Материал: Методические указания к выполнению лабораторно-практических работ по курсу Резание материалов. Чечета И.А., Болдырев А.И

В процессе токарной обработки механизмы станка сообщают закрепленным на нем инструменту и заготовке прямолинейное и вращательное движение, соответственно. Суммируясь, эти движения придают лезвиям инструмента результирующие движение резания относительно заготовки. То есть, результирующее движение резания является следствием, по крайней мере, двух одновременно осуществляемых движений: главного движения резания (со скоростью резания υ) и движения подачи (со скоростью подачи). Так как контур режущих кромок инструмента является криволинейным (сочетание прямых линий и радиусов скруглений), то на обработанной поверхности остается след инструмента в виде закономерного геометрического рельефа, получившего в практике обобщенное название - "шероховатость поверхности". При этом различают продольную шероховатость (в направлении скорости резания υ) и поперечную (в направлении подачи). Обычно (при отсутствии вибраций ) поперечная шероховатость больше продольной.

5

Целью изучения условий, в которых возникает шероховатость, является стремление выяснить количественную сторону взаимосвязей параметров и условий резания, чтобы заблаговременно определять величину ожидаемой шероховатости или, наоборот, зная заданную шероховатость, определять условия, необходимые для ее получения.

Наиболее заметно влияют на шероховатость режим резания, геометрия инструмента, механические свойства материала обрабатывающего инструмента, смазочно-охлаждающая жидкость. Практика показала, что на снижение шероховатости благоприятно влияет снижение подачи, увеличение скорости резания, применение смазки и охлаждения, устранение вибрации. Однако в количественном отношении расчетные зависимости давали неудовлетворительные результаты. Так, аналитические уравнения типа уравнения выведенные из чисто геометрических соображений (копирование формы лезвия инструмента на обработанную поверхность детали), дают грубо ошибочные результаты (в 5 раз и более).

, (1)

где R_z – высота неровностей профиля, мкм;

S_o – подача, мм/об;

R – радиус закругления вершины резца, мм.

Такое расхождение объясняется тем, что в этих формулах не учитываются пластические и упругие деформации поверхности, выравнивание частиц обрабатываемого материала, а также явления, связанные с образованием нароста на режущих кромках инструмента.

6

Рис.3. Обработка вала в центрах

Рис.4. Обработка вала в патроне

15

, (3)

где L_n – длина вала при обработке в патроне, мм;

L_у – длина при обработке в центрах, мм;

Таким образом, формула (1) будет иметь вид:

(мм), (4)

2.2. Расчет режимов резания

2.2.1. Определение глубины резания и подачи. Ориентируясь на получистовую обработку, глубину резания t назначают равной 0,05 мм, а подачу выбирают равной 0,3 мм/об.

2.2.2. Определение фактической скорости резания. Скорость резания для наружного продольного точения рассчитывают по следующей формуле:

υ (м/мин),

где: С_υ – постоянная для данных табличных условий резания

/ 1,табл. 17, с. 269/;

Т – cтойкость инструмента, мин/1, с. 268/;

t – глубина резания, мм;

S₀ – подача, мм/об;

К_υ – поправочный коэффициент, учитывающий влияние кон-

кретных условий обработки на скорость резания;

m, X_υ,Y_υ – показатели степени / 2, табл. 17, с.269/.

Поправочный коэффициент К_υ на скорость резания представляет собой произведение ряда отдельных коэффициентов:

К_{υ =} К_м ·К_n·K_u·K_Tм·K_Tc·K_y·K_r

14

Достоинство таких уравнений в том, что подтверждается взаимосвязь между основными параметрами: уменьшение подачи и увеличение радиуса R ведут к снижению шероховатости.

Попытки уточнить аналитические уравнения поправоч-

ными коэффициентами

Рис.1 Образование поперечной шероховато- делает уравнения на-

сти при токарной обработке. столько, громоздкими

что теряется смысл их

практических расчетов.

По государственному стандарту ГОСТ 2789-73 в качестве основных параметров, характеризующих шероховатость поверхности приняты:

R_Z – высота неровностей профиля по десяти точкам;

R_A – среднее арифметическое отклонение профиля;

R_MAX – наибольшая высота неровностей профиля;

S_M – средний шаг неровностей профиля;

S – средний шаг неровностей профиля по вершинам;

t_P – относительная опорная длина профиля.

Классы шероховатости поверхности определяются числовыми значениями параметров R_A и R_Z при нормированных базовых данных (табл.1).

7

Таблица 1

Классы шероховатости поверхностей (по гост 2789-73)

8

шпинделя токарного станка (с высотой центров 200 мм) при нагрузке 2000 Н допускается не более 0,02 мм, пиноли задней бабки – не более 0,04 мм, суппорта – не более 0,03 мм.

Вследствие прогиба вала, установленного в центрах, основная деформация f_Ц наблюдается в средней его части, поэтому здесь увеличение диаметра оставляет примерно две величины прогиба 2f_Ц, то есть пруток после точения получает бочкообразную форму (вместо цилиндрической формы).

(мм), (1)

где: f_Ц – максимальный прогиб вала, мм;

P_У – радиальная составляющая силы резания, Н;

L – длина вала, мм;

Е – модуль упругости, Н/мм² (для стали Е = 200000 Н/мм²);

J – момент инерции, мм⁴. Для круглого сплошного сечения J = 0,05·d⁴, где d – диаметр вала, мм.

В производстве величину прогиба вала ограничивают до нуля при помощи специального приспособления, представляющего собой промежуточную опору (люнет) для вала.

При обтачивании вала в патроне без опоры на заднюю бабку станка (рис.4) теоретически максимальный прогиб вала под воздействием радиальной составляющей силы резания Р_У равен

(мм), (2)

при условии, что значение радиальной составляющей силы резания, диаметр и длина вала соответственно равны для двух методов закрепления вала, сравнение формул (4) и (2) показывают, что при обработке вала в патроне величина деформации прогиба в 16 раз больше, чем при обработке этого же вала в центрах. При условии несоблюдения однозначности одной из указанных величин необходимо ввести поправочный коэффициент. Так, при разности значений длины в формулу (1) необходимо ввести поправочный коэффициент:

13

Работа №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ ПОД ВЛИЯНИЕМ СИЛ РЕЗАНИЯ ПРИ ОБТОЧКЕ В ПАТРОНЕ И ЦЕНТРАХ

Цель работы: Освоение методики теоретического расчета деформаций обрабатываемых деталей, возникающих при обработке на токарном станке с последующей экспериментальной проверкой результатов расчета.

Оборудование, приборы, инструменты

1. Токарно-винторезный станок.

2. Центра передней и задней бабок.

3. Проходной резец с углом в плане φ = 45⁰, материал режущей ста

ли – Т15К6.

4. Микрометр.

5. Линейка масштабная.

6. Стальные прутики.

7. Микрокалькулятор.

2.1. В процессе резания из-за силового взаимодействия инструмента с заготовкой возникают упругие деформации в системе "станок-прспособление-инструмент-деталь"(СПИД). Наличие этих деформаций предопределяет величину возникающей погрешности изготовления деталей.

Мерой этой совокупной упругой деформации является понятие "жесткость". Соответственно, в практике используются понятия: жесткость инструмента, жесткость детали, жесткость станка, жесткость конструкции и т.д. В частности, чем жестче система СПИД, тем точнее будет изготовленная деталь. При обточке вала, закрепленного консольно в патроне токарного станка, радиальная составляющая силы резания P_Y вызывает упругий отжим шпинделя токарного станка (в пределах зазора в подшипниках), изгиб вала в пределах жесткости его конструкции. Максимальная величина этого отжима на конце консоли, противоположной месту крепления. В начале обработки вала, закрепленного в центрах, к величине максимального прогиба вала в центре добавляется боковое смещение задней бабки и радиальное смещение суппорта, несущего на себе режущий инструмент. Для станка средней группы точности отжим

12

Продолжение табл.1

Среднее арифметическое отклонение профиля R_A есть среднее значение расстояния ( Y₁,Y₂,…,Y ) точек измеренного профиля до его средней линии (рис.2):

,

где Y_{L –} абсолютные (без учета алгебраического знака) рассто-

яния до средней линии;

n – число измеренных отклонений.

Средняя линия делит профиль таким образом, чтобы в пределах базовой длины L площади F по обеим сторонам от этой линии до линии профиля были равны между собой.

F₁ + F₃ +…+ F_n-1 = F₂ + F₄ +…+ F_n

Высота неровностей R_Z характеризует среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадины, измеренное от линии, параллельной средней линии (рис.2).

,

где h₁, h₃,…, h₉ – расстояние от высших точек выступов до ли-

нии, параллельной средней линии;

h₂, h₄,…, h₁₀ – расстояние от низших точек впадин до ли-

нии, параллельной средней линии.

Практически шероховатость обработанной поверхности определяется с помощью эталонов шероховатости или с помощью приборов, позволяющих измерить высоту неровностей, а также получить профиль обработанной поверхности.

9

Рис.2. Схематичное изображение микронеровностей

1.2. Порядок выполнения работы.

1.2.1. Измерить диаметр валика.

1.2.2. Установить заготовку в центрах, а в резцедержателе суппорта – резец. Положение резца при установке проверить по главному углу в плане φ шаблоном.

1.2.3.Установить необходимый режим резания:S₀=0,1мм/об;

t = 0,2 – 0,5 мм.

Скорость резания выбирается по частоте вращения шпинделя, различной для каждого участка валика: n₁ = 50 об/мин; n₂ = 100 об/мин; n₃ = 200 об/мин; n₄ = 400 об/мин; n₅ = 800об/мин; n₆ = 1600 об/мин; n₇ = 2000 об/мин.

1.2.4. Проточить первый участок (до выхода резца в канавку).

1.2.5. Установить следующую частоту вращения шпинделя и проточить второй участок валика.

1.2.6. Повторить пункт 1.2.5. для всех частот вращения шпинделя.

1.2.7. Снять заготовку со станка и определить класс шероховатости по эталону. Данные занести в таблицу журнала.

10