ПРИКАЗ;pdf

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. Достижение точности изготовления детали
Для обеспечения заданной точности деталь обрабатывается на металлорежущих станках. При обработке деталь включается в размерные цепи технологической системы – станок-приспособление-инструмент-деталь в качестве замыкающего звена. Процесс достижения точности, при этом, состоит из трех этапов:
установка заготовки на станке, статическая и динамическая настройка технологической системы [1]. Соответственно, погрешность обработки детали складывается
из погрешностей установки, статической и динамической настройки:
д   у  сн  дн
Эти погрешности состоят из большого количества составляющих, которые
можно разделить на три группы: случайные, систематические постоянные и систематические переменные. Случайными называются такие погрешности, момент
появления и степень воздействия которых на процесс получения размера предсказать невозможно. Систематические постоянные погрешности остаются постоянными в течение времени обработки всей партии деталей. Систематические переменные погрешности изменяются по мере обработки деталей партии в соответствии с законами, которые могут быть теоретически или экспериментально выявлены. Если при образовании размера доминируют случайные погрешности, то
кривая распределения размеров в партии получается близкой к кривой Гаусса
(нормальный закон распределения). При появлении в процессе обработки партии
деталей постоянных систематических погрешностей кривая нормального распределения искажается и приобретает многовершинный характер. При одновременном действии случайных и систематических переменных погрешностей - искажается и становится либо плосковершинной, либо асимметричной. Наличие таких
связей позволяет по форме кривых распределения анализировать структуру погрешностей, действующих в конкретном исследуемом случае.
Установкой называется процесс базирования и закрепления заготовки. При
этом образуется размер установки Ау,( рис.1) равный расстоянию между технологической базой детали (ТБ) и установочными элементами (УЭ) приспособления. В
1
ряде случаев номинальных размер Ау может быть равным нулю, Отклонение фактически достигнутого положения заготовки от требуемого называется погрешностью установки. Погрешность установки состоит из погрешности базирования и
погрешности закрепления заготовки.
Погрешность базирования складывается из нескольких ниже перечисленных
составляющих:
- погрешности технологических баз деталей, которая образуется в процессе
обработки поверхностей детали, выбранных в качестве ТБ, и носит случайный характер.
- погрешности установочных элементов приспособления, которая образуется
в процессе изготовления приспособления (систематическая постоянная погрешность), а также в результате износа УЭ при эксплуатации (систематическая переменная погрешность).
- погрешности, вызванной неопределенностью базирования, которая заключается в том, что детали партии при неизменной схеме базирования занимают
различное положение относительно УЭ приспособления из-за попадания стружки
на УЭ, а также из-за наличия зазоров между базирующими отверстиями и жесткими пальцами, оправками и т.д.( погрешность случайная).
Погрешность закрепления складывается из следующих составляющих:
- объемных деформаций детали и приспособления под влиянием сил закрепления (на данную погрешность оказывают влияние как систематические факторы,
например, жесткость элементов технологической системы, так и случайные,
например, выборка зазоров в стыках деталей приспособления);
- контактных деформаций ТБ детали и УЭ приспособления (на данную погрешность оказывают влияние как систематические факторы например, упругость
материала детали и УЭ, так и случайные, например, снятие шероховатостей ТБ
детали).
- случайной сменой баз под влиянием сил закрепления (может иметь место
только при существенных ошибках при конструировании приспособления, поэтому на стадии проектирования должны быть приняты меры к недопущению этой
погрешности).
2
Статической настройкой технологической системы станка называется подведение без рабочих нагрузок исполнительных поверхностей (ИП) инструмента в
такое положение относительно УЭ приспособления, которое было установлено
при наладке (первоначальной настройке) технологической системы. Расстояние
между ИП и УЭ является размером статической настройки Асн ( рис.1). Статическая настройка технологической системы повторяется при обработке деталей и в
большинстве случаев производится относительно направляющих станка и описывается размерной цепью «В» (рисунок 1).
Погрешность статической настройки складывается из следующих составляющих:
- погрешности наладки – это погрешность первоначальной настройки, которая выполняется один раз перед началом обработки партии деталей. При применении приспособлений с кондукторными втулками функция наладки выполняется
изготовлением приспособления ( погрешность систематическая постоянная, образуется в сечении I-I и остается постоянной по величине как для всех сечений данной детали, так и для всех деталей партии).
Рис.1. Схема образования размера детали Адн
при обработке на станке
- погрешности процесса статической настройки. Статическая настройка повторяется столько раз, сколько деталей надо обработать, и может выполняться по
лимбу, по упору, по индикатору, по копиру, с помощью автоматических остановов, с помощью кондукторных втулок приспособления. В последнем случае точность статической настройки повышается, так как она выполняется непосредственно относительно УЭ. Погрешность в этом случае образуется в сечении I-I и
3
остается постоянной по величине для всех сечений данной детали, но случайно
изменяется для деталей партии ( имеет наибольший удельный вес в погрешности
статической настройки, так как остальные составляющие являются систематическими и лучше поддаются управлению).
- смещения в направлении получаемого размера ИП инструмента из-за
накопленных погрешностей. Такими погрешностями являются размерный износ
инструмента и температурные деформации технологической системы, накопленные за время предыдущей обработки, то есть к моменту выполнения статической
настройки на данную деталь ( погрешность систематическая переменная, образуется в сечении I-I, остается постоянной для всех сечений данной детали, но закономерно изменяется для деталей партии. Она может быть уменьшена путем своевременного выполнения подналадки).
- смещения в направлении получаемого размера УЭ приспособления (ИП инструмента) при перемещении приспособления (инструмента) в направлении подачи ( погрешность является переменной в пределах обработки одной детали, так
как ее величина различна для каждого I–го сечения. Однако в партии деталей величина этой погрешности и характер изменения остаются неизменными, так как
вызываются такими факторами, как погрешность установки приспособления и
инструмента на станке, деформации и износ направляющих и т.д.)
Динамической настройкой технологической системы называется выполнение
обработки со всеми присущими ей явлениями.
Силы резания, возникающие при этом, вызывают упругое отжатие детали и
инструмента на величину Адн ( рис.1), которую называют размером динамической
настройки. При номинальных значениях твердости материала, величины припуска, нормальной заточке инструмента и т.д. образуется номинальное значение Адн.
Изменения Адн в процессе обработки представляют погрешность динамической
настройки технологической системы.
Погрешность динамической настройки технологической системы складывается из следующих составляющих:
- размерного износа инструмента ( систематическая переменная погрешность,
влияющая на форму, обрабатываемой детали). Особенностью размерного износа
4
является то, что он не исчезает при прерывании процесса резания. Таким образом,
накопленный за время обработки партии из «n» деталей размерный износ превращается в погрешность статической настройки для (n+I) детали, оказывая таким
образом влияние и на размеры деталей в партии.
- изменения температурных деформаций технологической системы ( систематическая переменная погрешность аналогично размерному износу накапливается
в процессе обработки и превращается в погрешность статической настройки для
(n+I) детали).
- изменения упругих деформаций технологической системы (погрешность,
вызываемая как случайными причинами - изменением усилия резания из-за неравномерной твердости материала заготовки и неравномерного припуска, так и
систематическими – неравномерной жесткостью технологической системы и изменением усилия резания из-за затупления инструмента).
- деформации детали в результате перераспределения внутренних напряжений (случайная погрешность, в большой степени зависит от величины снимаемого на черновых операциях припуска).
- погрешности, вызываемой вибрациями технологической системы, (обусловлена большим количеством причин, в комплексе придающим случайный характер
данной погрешности).
5
2. Жесткость технологической системы станка и ее влияние на точность
обработки.
При механической обработке станок, приспособление, обрабатываемая заготовка, режущий инструмент и несущие его элементы (державки, оправки, расточные скалки и т.п.), представляют собой упругую систему, которая называется технологической системой «Станок-приспособление – инструмент-деталь». Сила резания при обработке детали вызывает упругие деформации и смещение элементов
технологической системы из-за зазоров в их сочленениях. Их величина зависит
как от силы резания, так и от жесткости системы.
Под жесткостью тела или системы тел подразумевается способность их сопротивления упругим перемещениям при действии приложенной к ним нагрузки.
Чем меньше величина перемещений, при прочих равных условиях, тем выше
жесткость. С точки зрения точности обработки наиболее существенное значение
имеют колебания величины составляющей силы резания Ру, направленной по
нормали к обрабатываемой поверхности (рис.2). Поэтому жесткостью упругой системы «станок-приспособление-инструмент-деталь» называется отношение нормальной (радиальной) составляющей усилия резания к смещению лезвия инструмента относительно детали, отсчитываемому в направлении действия этой составляющей [2].
j
Ру
у
Н/мм,
(1)
где j – жесткость технологической системы , Н/мм; Ру - нормальная (радиальная) составляющая усилия резания, Н; У – упругое перемещение системы в
направлении действия силы Ру, мм.
Величина нормальной (радиальной) составляющей усилия резания (направленной вдоль державки резца) при точении определяется по формуле:
Py  C p  t x  S y  HB n , Н
(2)
где Ср – коэффициент, величина которого зависит от условий обработки; t –
глубина резания, мм; S - подача, мм/об; НВ – твердость материала обрабатываемой заготовки по Бринелю; х,у,n – показатели степени.
6
а)
б)
Рис.4. Влияние направления действия силы резания на точность обработки
деталей:
а) при действии вертикальной составляющей силы резания Рz
б) при действии нормальной (радиальной) составляющей силы резания Ру
В процессе обработки сила резания изменяется в результате колебаний величин припуска заготовок, механических свойств обрабатываемого материала и
притупления инструмента, вследствие износа его режущей кромки. Нестабильность силы резания, а также нестабильность жесткости технологической системы
в ее различных сечениях вызывает неравномерность деформаций и отжатий элементов системы, в результате чего возникают погрешности формы обработанной
поверхности и колебания размеров деталей в партии. Жесткость технологической
системы также существенно влияет на ее виброустойчивость, и следовательно, на
частоту и интенсивность вибраций при обработке. Частота и интенсивность вибраций, в свою очередь, влияют на стойкость режущих инструментов, качество обрабатываемой поверхности, на производительность процесса обработки. Упругие
свойства технологической системы можно также характеризовать ее податливостью  , т.е. величиной, обратной жесткости. Она определяется отношением перемещения к силе

у
Ру
мм/Н
7
В ряде случаев на жесткость элементов технологической системы оказывают влияние также составляющие усилия резания Pz и Рх.
Поэтому более точные данные получаются при определении жесткости в
процессе резания, когда на результаты измерения величины "У" влияют все три
составляющие силы резания. Так, например, жесткость суппорта токарного станка
при одновременном действии составляющих силы резания Pz и Рx выше, чем при
действии только радиальной составляющей РУ, т.к. моменты этих сил имеют разное направление и, следовательно, взаимно компенсируются.
Жесткость большей части элементов технологической системы определяется
экспериментально; лишь жесткость заготовок простой конфигурации (гладкие валы, планки) и некоторых типов инструментов можно найти расчетным путем.
Жесткость узлов новых станков достигает 20000-40000 Н/мм. В отдельных случаях жесткость узлов изношенных и разрегулированных станков бывает ниже 10000
Н/мм. Жесткость узлов часто бывает неодинакова в различных направлениях.
С увеличением жесткости повышается точность и производительность обработки. Увеличение жесткости достигается следующими основными путями:
1) уменьшением количества стыков в конструкциях станков и приспособлений;
2) предварительной затяжкой стыков постоянно контактируемых деталей посредством болтовых креплений;
3) улучшением качества сборки узлов тщательной пригонкой сопряженных
поверхностей и регулировкой зазоров;
4) повышением жесткости деталей технологической системы вследствие
уменьшения их высоты или вылета и увеличения размеров опорной поверхности;
5) использованием дополнительных опор, люнетов и других элементов для
заготовок и инструментов.
Для определения жесткости металлорежущих станков (то есть жесткости их
технологической системы) применяют два принципиально различных метода: лабораторный и производственный. Первый требует специальных приспособлений,
которые дают возможность прилагать к различным элементам станка нагрузку,
аналогичную усилиям, возникающим при резании. Эти приспособления обеспе8
чивают также измерение получаемых при нагружении деформаций. Лабораторный метод позволяет измерять жесткость металлорежущих станков в статическом состоянии и дает возможность производить приемку станков на станкостроительных заводах или после капитального ремонта.
Производственный метод позволяет определять жесткость технологической
системы, а также отдельных узлов станка в условиях его работы (при резании),
что очень важно для определения общей погрешности обработки. В основе производственного метода определения жесткости металлорежущих станков лежит существующая зависимость между глубиной резания, усилием резания и получаемым размером. Например, пусть до начала обработки инструмент установлен на
заданную глубину резания tзад (рис.3)
Рис.3. Схема перемещений детали, и инструмента при обработке:
а) статическая настройка,
б) динамическая настройка
а
б
В процессе обработки заготовка упруго отжимается на величину У1, а инструмент на величину У2. В результате этого заданная глубина резания уменьшается до значения tост..
Для каждого отдельного сечения можно написать: У1+У2= tзад-tфак
Формулу (1) можно переписать в следующем виде:
Py
j
 tост.
мм,
(3)
где Ру – нормальная (радиальная) составляющая усилия резания, Н; j – жесткость технологической системы, Н/мм; tост.- расстояние между фактическим и
расчетным положением обработанной поверхности.
Если Ру выразить через глубину резания:
Р у  Ct х зад.
Н,
9
То жесткость технологической системы будет равна:
j
Ct x зад
tост
Н/мм,
(4)
где С – коэффициент, величина которого зависит от условий обработки и
определяется по формуле:
С  С р  S у  НВ n
(5)
где х– показатель степени.
Использование в этой формуле tзад вместо tфак упрощает расчеты, обеспечивая
вполне удовлетворительную точность расчета жесткости.
Исходную формулу жесткости можно использовать не только для определения жесткости технологической системы станка, но и для изыскания путей повышения точности обработки. Как следует из рис.3, tост – это погрешность обработки, к снижению которой следует стремиться. Этого можно добиться, как видно из
формулы (3), увеличением жесткости технологической системы. Этот путь требует повышения точности изготовления станка и увеличения жесткости отдельных
его деталей и узлов.
Второй путь заключается в стабилизации силы резания Ру в процессе обработки по величине и направлению. Если при постоянной жесткости добиться постоянства усилия Ру, то tост также будет постоянной величиной и из случайной погрешности превратиться в систематическую. В этом случае не будет необходимости стремиться к достижению tост=0, так как постоянную погрешность можно
легко учесть при расчете настроечного размера.
Из формул также видно, что стабильность силы Ру можно обеспечить несколькими способами. Первый состоит в уменьшении неравномерности глубины
резания t (припуска). Он реализуется за счет изготовления заготовок повышенной
точности, вызывает увеличение расходов в заготовительных цехах и не всегда
экономически оправдывается. Кроме этого может применяться стабилизация физико-механических свойств материала заготовки, геометрии режущей части инструмента. Однако наиболее интересным способом, позволяющим регулировать
Ру в процессе обработки, является изменение подачи S. Такой способ регулирова10
ния Ру дает значительный эффект, так как на протяжении всей обработки детали
размер статической настройки остается постоянным и процесс резания протекает
плавно, без толчков. Дополнительная подналадка технологической системы не
требуется.
Математическую зависимость, по которой должна изменяться подача для
обеспечения постоянства Ру, вывести не трудно, используя формулу (2) усилия
резания Ру. Пусть глубине резания t1при точении соответствовала подача S1, а
глубине t2 – подача S2. Тогда из условия постоянства Ру, к которому мы стремимся, следует:
С рt1x S1у НВ n  С рt2x S2y НВ n
Из этого равенства можно определить величину подачи S2, которая при изменении глубины резания от t1 доt2 обеспечивает постоянство усилия Ру:
x
y
t
S 2  S1  1 
 t2 
(6)
Процесс стабилизации Ру, а, следовательно, и tост может быть автоматизирован.
На рис. 4 приведена блок-схема устройства на токарном станке, позволяющая
автоматически, без вмешательства рабочего, обеспечивать постоянство Ру.
Рис. 4. Блок-схема автоматического поддержания постоянства усилия резания в
процессе обработки вала на
токарном станке
Для этого резец связывают с датчиком, который через перемещение чувствительного элемента датчика определяет величину силы Ру в процессе обработки.
11
Сигнал, снимаемый с датчика, усиливается в усилителе и поступает на исполнительный механизм. Последний связан с ходовым валиком станка.
Как только в процессе обработки происходит отклонение силы Ру от настроенного значения, установленного при первоначальной наладке станка, датчик вырабатывает сигнал прямого или обратного направления. Усиленный сигнал заставляет вращаться исполнительный механизм, который приводится в движение
от обычного двигателя постоянного тока. Механизм осуществляет вращение ходового валика в ту же сторону, только замедляя или ускоряя его вращение, а значит, уменьшая или увеличивая подачу до тех пор, пока величина Ру не станет равна установленному значению. При этом регулирование прекратится. Таким образом, в рассмотренной системе регулирования обратная связь осуществляется
непосредственно через саму технологическую систему.
Как показали исследования, снабжение металлорежущих станков системами
автоматического регулирования позволяет в несколько раз повысить точность
размеров и формы деталей при более высокой производительности процесса. Повышение производительности обработки достигается не только за счет сокращения количества проходов, но и за счет стабилизации оптимального режима резания, когда станок и инструмент работают в наиболее выгодных условиях. На этой
основе строятся адаптивные системы управления технологическим оборудованием так как по сути управляя упругими перемещениями технологической системы
мы управляем размером динамической настройки – Адн ( рис.1)
Известно, что причиной появления размера динамической настройки являются те же упругие отжатия в технологической системе под влиянием усилий резания, т.е.
Адн 
Р
j
Из приведенной формулы совершенно очевидно, что управлять изменением
Адн легче всего путем направленного изменения усилия резания Р, а усилие резания, в свою очередь, рациональнее всего изменять путем изменения режимов резания и в частности подачи S. Поэтому в данной разновидности адаптивных си12
стем имеется индивидуальный привод подачи, который и обеспечивает изменения
усилия резания Ру, и соответственно, необходимые изменения размера динамической настройки Адн. Причем адаптивная система управления может изменять подачу S по заранее заданной программе в случае выхода значений Ру за предельно
допустимые или поддерживать оптимальную ее величину для обеспечения требуемой точности, производительности, себестоимости и т.п. Достоинством таких
систем управления является неизменность размера статической настройки, плавность регулирования. Основной недостаток - неравномерная шероховатость поверхности по длине детали.
Адаптивное управление не только обеспечивает повышение точности обрабатываемых деталей, но и способствует повышению производительности труда, поскольку при этом уменьшается количество переходов, необходимых для достижения заданной точности.
Так как в процессе выполнения лабораторных работ значения Ру определяются расчетным путем приведем некоторые эмпирические коэффициенты для их
вычисления.
Расчет усилия резания при точении
Величину нормальной (радиальной) составляющей усилия резания при точении можно определить по формуле (2). При точении показатель степени х при
глубине резания t обычно равен единице.
Значения коэффициента Срт и показателей степени у и n зависят от обрабатываемого материала и типа инструмента и могут быть определены [3] по таблице 1.
Таблица 1 Значения коэффициента Срт и показателей степени x,y,n
Тип резцов
Обрабатываемый материал
сталь
чугун
Срт
у
n
x
Срт
у
n
x
Проходные
112
0,75
0,35
1
63,5
0,75
0,55
1
Прорезные и отрезные
138
I,00
0,35
1
88,2
I,00
0,55
1
13
Другие конкретные условия резания учитываются умножением табличного
значения Срт на коэффициенты КI и К2. Коэффициент КI учитывает влияние главного угла в плане  ; и определяется по таблица 2.
Таблица 2 Значения коэффициента КI
Угол в плане
Значения КI для обрабатываемых материалов
в град.
сталь
чугун
30
1,08
1,05
45
1,00
1,00
60
0,98
0,96
75
1,03
0,91
90
1,08
0,92
Коэффициент К2 учитывает влияние переднего угла резца и определяется по
табл.3
Таблица 3 Значение коэффициента К2
Передний угол резца  
Обрабатываемый
материал
Сталь
+7
+9
+11
+13
+15
+17
+19
+21
+23
чугун
+4
+6
+8
+10
+12
+14
+16
+18
+20
К2
1,100 1,075 1,050 1,025 1,000 0,975 0,950 0,925 0,90
Расчет усилия резания при фрезеровании
При фрезеровании величина радиальной составляющей усилия резания опре-
деляется по формуле
Р у  С рt x S zу B n D q , H
(7)
где Ср - коэффициент, величина которого зависит от условий обработки; t глубина резания, мм; Sz - подача на зуб фрезы, мм/зуб; Z - число зубьев
фрезы; B - ширина фрезерования, мм; D - диаметр фрезы, мм; х,у,n,q - показатели степени.
Значения коэффициента Ср и показателей степени x,у,n,q в формуле зависят
от обрабатываемого материала, типа материала и геометрических параметров
фрезы и т.п. и могут быть приняты [3] по таблице 4.
14
Таблица 4 Значения степени коэффициента Срт и показателей степени x, y, n,
q
Обрабатываемый металл и Обрабатываемый Коэффициенты и показатели стетип фрезы
материал
пени•
Срт
x
у
n
q
и торцевые при несиммет- чугун
240
0,83
0,65
1,00
-0,83
ричном резании
сталь
340
0,86
0,74
1,00
-0,86
чугун
350
1,14
0,70
0,90
-1,14
резании, дисковые и отрез- сталь
410
1,10
0,80
0,95
-1,10
цилиндрические, концевые
Торцевые при симметричном
ные
Величина коэффициента Ср меняется с изменением величины переднего угла
 и скорости резания V , что учитывается умножением коэффициента Срт на поправочные коэффициенты K1 и K2, определяемые по таблицах 5 и 6.
Таблица 5 Значение коэффициента К1
Таблица 6 Значение коэффициен-
та К2
Передний угол,  
К1
Скорость резания, м/мин
К2
+15
0,9
50
1,00
+10
1,0
75
0,98
+5
1,1
100
0,96
0
1,2
125
0,94
-5
1,3
150
0,92
-10
1,4
175
0,90
-15
1,5
200
0,88
-20
1,6
250
0,85
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Исследование погрешности процесса статической настройки технологической системы станка по лимбу
15
1. Цель работы
Изучение понятий «статическая настройка» и «погрешность статической
настройки технологической системы станка».
Исследование погрешности процесса статической настройки технологической системы станка по лимбу.
2. Задачи работы
Получение на основе эксперимента статистической информации о
погрешности процесса статической настройки по лимбу.
Математическая обработка статистической информации.
Определение для данного станка ожидаемого значения погрешности процесса статической настройки по лимбу.
3. Техника безопасности
Перед проведением работы необходимо изучить правила техники безопасности. Работа выполняется на неработающем станке, поэтому питание электродвигателей должно быть отключено. Все правила техники безопасности подлежат
безусловному выполнению.
4. Подготовка к проведению работы
Изучить общие теоретические сведения, изложенные в начале первого раздела.
В массовом и крупносерийном производстве статическая настройка технологической системы часто обеспечивается элементами приспособления (направляющими и кондукторными втулками и т.п.). В мелкосерийном производстве применение сложных специальных приспособлений экономически не выгодно. В
этом случае производят статическую настройку технологической системы по упорам, по лимбу станка и т.д.. Статическая настройка по лимбу универсальна, так
как лимбы имеются практически на всех станках. Первоначально нужное деление
лимба находят методом пробных проходов или по эталонной детали, а далее при
обработке деталей партии инструмент устанавливается каждый раз в заданное положение по этому делению. Например, (рис.5), при проточке канавки на заданном
расстоянии от торца ступени валика статическая настройка канавочного резца
осуществляется лимбом продольной подачи. В других случаях может использо16
ваться лимб поперечной подачи. Аналогично используются лимбы на станках
других типов.
Погрешность процесса статической настройки по лимбу является случайной
и зависит от многих факторов: контактной жесткости элементов системы, сил
трения в винтовой паре механизма подачи и в направляющих станка, износа винтовой пары, цены деления лимба, ширины штрихов на лимбе, освещенности рабочего места зрения и состояния рабочего и т.д.
Аон
Установка лимба
продольной
подачи на 0
Sраб
Настроечное перемещение по лимбу
Рис.5. Статическая настройка технологической системы токарного станка по
лимбу продольной подачи на размер Аон
Возможность применения данного метода статической настройки в конкретном случае определяется соотношением между погрешностью процесса настройки и допуском, заданным на размер детали. Это соотношение должно быть таким:
пр.СН .  T
где пр.СН . - погрешность процесса статической настройки,
Т - заданный на размер детали допуск.
В противном случае необходимо изменить метод настройки. Однако, вышеуказанное соотношение устанавливает только качественное соотношение между
пр.СН . и Т, так как в процессе обработки детали действует (кроме пр.СН . ) большое количество других погрешностей и окончательное решение о применимости
17
метода статической настройки монет быть принято только после обработки пробной партии деталей.
5. Материальное обеспечение работы
5.1. Токарно-винторезный станок.
5.2. Упор специальный, имитирующий обрабатываемую деталь.
5.3. Державка индикаторная.
5.4. Индикатор с ценой деления 0,01 мм.
5.5. Ограничители перемещения суппортов.
6. Методика проведения исследования
6.1. Установить специальный упор, имитирующий обрабатываемую деталь, в
шпиндель или патрон станка. Далее для краткости этот упор будем называть деталью.
6.2. Получить у преподавателя указание о том, в направлении какой подачи
(продольной или поперечной) будет проводиться исследование.
6.3. Получить у преподавателя численное значение допуска Т на размер детали, при обработке которой предполагается использовать статическую настройку
по лимбу.
6.4. Установить в резцедержателе станка индикаторную державку с индикатором, фиксирующим перемещение суппорта в направлении продольной (поперечной) подачи (рис.6) относительно заданного положения.
Рис.6. Схема измерения
погрешностей
процесса
статической настройки по
лимбу
18
6.5. Подвести суппорт в положение, при котором измерительный наконечник
индикатора касается поверхности детали, При этом должен быть обеспечен натяг,
соответствующий примерно одному обороту стрелки индикатора. Для удобства
снятия замеров индикатор устанавливать на деление 50.
6.6. В этом положении суппорта установить лимб продольной (поперечной)
подачи на выбранное деление.
6.7. С помощью рукоятки винта продольной (поперечной) подачи суппорта
отвести индикатор от детали. Для полной выборки зазоров в соединениях отвод
производить на 1÷2 оборота лимба.
6.8. С помощью рукоятки винта продольной (поперечной) подачи вернуть
суппорт в положение, когда измерительный наконечник индикатора касается поверхности детали. Подвод суппорта производить до момента совпадения выбранного деления лимба с неподвижной отметкой.
6.9. Записать показания индикатора. Для объективности эксперимента перемещение суппорта и снятие показаний с индикатора должны выполняться разными лицами.
6.10. Повторить п.п.6.7-6.9 сто раз
6.11. Определить среднее арифметическое значение X ср и среднее квадратичное отклонение  , построить полигон распределения показаний индикатора.
6.12. Проверить соответствие экспериментального распределения показаний
индикатора закону нормального распределения.
6.13. Если распределение соответствует нормальному, построить кривую
нормального распределения на поле рассеяния симметрично среднему арифметическому значению. Пункты 6.11-6.13 выполнять по методическому руководству
[4].
6.14. Определить ожидаемую погрешность процесса статической настройки
по данным эксперимента по формуле пр.СН  6 и сравнить с заданным допуском
Т.
7. Содержание выводов
19
На основе эксперимента указать, является ли исследованная погрешность
процесса статической настройки по лимбу случайной. Обосновать вывод. Какова
ожидаемая величина погрешности процесса статической настройки по лимбу на
данном станке. Можно ли применить статическую настройку по лимбу продольной (поперечной) подачи при обработке деталей с заданным допуском и почему.
8. Контрольные вопросы
8.1. Что называется статической настройкой технологической системы?
8.2. Из каких составляющих состоит погрешность статической настройка?
8.3. Какие существуют методы и средства выполнения статической настройки технологической системы?
8.4. От каких факторов зависит погрешность процесса статической настройка
по лимбу станка?
1.1.8.5, Какие погрешности называются случайными?
1.1.8.6. Каким образом можно выяснить, что исследованная погрешность является случайной?
20
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Исследование погрешности процесса статической настройки технологической системы станка по индикаторному упору
1. Цель работы
Изучение понятий «Статической настройки» и «погрешность статической
настройки технологической системы».
Исследование погрешности процесса статической настройки технологической системы по индикаторному упору.
2. Задачи работы
Получение на основе эксперимента статической информации о погрешности
процесса статической настройки по индикаторному упору.
Математическая обработка статистической информации.
Определение для данного станка ожидаемого значения погрешности процесса статической настройки по индикаторному упору.
3. Техника безопасности
Перед проведением работы необходимо изучить правила техники безопасности. Работа выполняется на неработающем станке, потому питание электродвигателей должно быть отключено. Все правила техники безопасности полежат безусловному выполнению.
4. Подготовка к проведению работы
Изучить теоретические сведения, изложенные в первом разделе.
В массовом и крупносерийном производстве статическая настройка технологической системы часто обеспечивается элементами приспособления (направляющими и кондукторными втулками и т.д.). В мелкосерийном производстве использование сложных специальных приспособлений экономически невыгодно. В
этом случае производят статическую
настройку технологической системы по
упорам, по лимбу и т.д. Упор ограничивает перемещение cyппортa или силовой
головки, несущей инструмент, в положение, соответствующем заданному размеру
статической настройки. Упоры бывают жесткие и индикаторные. Индикаторные
более сложны по конструкции, чем жесткие, требуют бережного обращения, однако, обеспечивают гораздо большую точность и поэтому находят применение в
21
соответствующих случаях. Первоначально нужное деление индуктора -упора
находят методом пробных проходов или по эталонной детали, а далее при обработке деталей партии инструмент устанавливается каждый раз в заданное положение по этому делению. Настроечное перемещение инструментов обычно совершается с помощью механизма подачи и прекращается в тот момент, когда суппорт (силовая головка), надавливая на ножку индикатора, устанавливают стрелку
на заданное деление.
Погрешность процесса статической настройки по индикаторному упору является случайной и зависит от многих факторов: контактной жесткости элементов
системы, сил трения в винтовой паре механизма подачи и в направляющих станка, жесткости механизма подачи, износа винтовой пары, цены деления индикатора, освещенности рабочего места, зрения и состояния рабочего и т.д.
Возможность применения данного метода статической настройки в конкретном случае определяется соотношением между погрешностью процесса
настройки и допуском, заданным на размер детали. Это соотношение должно
быть таким:
пр.СН  Т
где пр.СН -погрешность процесса статической настройки;
Т - заданный на размер детали допуск.
В противном случае необходимо изменить метод настройки. Однако, вышеуказанное соотношение устанавливает только качественное соотношение между пр.СН
и Т, так как в процессе обработки детали действует (кроме пр.СН )
большое количество других погрешностей и окончательное решение о применимости метода статической настройки может быть принято только после обработки
пробной партии деталей.
5. Материальное обеспечение работы
5.1. Токарно-винторезный станок.
5.2. Валик специальный, имитирующий обрабатываемую деталь.
5.3. Индикатор с ценой деления 0,01 мм.
5.4. Индикатор с ценой деления 0,002 мм.
22
5.5. Державка для индикатора с ценой деления 0,01 мм.
5.6. Державка для индикатора с ценой деления 0,002 мм.
6. Методика проведения исследования
6.1. Установить специальный валик, имитирующий, обрабатываемую деталь, в шпиндель или патрон станка. Далее для краткости этот валик будем называть деталью.
6.2. Получить у преподавателя указание о том, в направлении какой подачи
(продольной или поперечной) будет проводиться исследование.
Рис.7.Схема измерения погрешностей процесса статической настройки по
индикаторному упору.
6.3. Получить у преподавателя численное значение допуска Т на размер детали, при обработке которой предполагается использовать статическую настройку
по индикаторному упору.
6.4. Установить на станине станка индикаторную державку с индикатором
№1 (цена деления 0,01 мм). Этот индикатор будет использоваться в качестве индикаторного упора для фиксации заданного положения суппорта.
6.5. Установить в резцедержателе станка индикаторную державку с индикатором № 2 (цена деления 0,002 мм). Этот индикатор будет использоваться для
23
фиксации перемещения суппорта в направлении продольной (поперечной) подачи
(рис. 7) относительно заданного положения.
6.6. Подвести суппорт в положение, при котором измерительный наконечник индикатора № 2 (0,002 мм) касается поверхности детали. При этом должен
быть обеспечен натяг, соответствующий примерно одному обороту стрелки индикатора. Для удобства снятия замеров индикатор устанавливать на деление 50.
6.7. Отрегулировать положение индикатора № 1 таким образом, чтобы он
касался измерительным наконечником торца суппорта и имел натяг не менее одного оборота стрелки. Запомнить показание счетчика оборотов стрелки индикатора, а шкалу установить на ноль.
6.8. С помощью рукоятки винта продольной (поперечной) подачи отвести
суппорт от детали. Для полной выборки зазоров в соединениях отвод производить
на 1  2 оборота лимба.
6.9. С помощью рукоятки винта продольной (поперечной) подачи вернуть
суппорт в исходное положение, когда стрелка индикатора №1 (0,01 мм) станет на
"0". Счетчик оборотов стрелки индуктора тоже должен вернуться в исходное положение.
6.10. Записать при этом показания индикатора № 2. Для объективности эксперимента перемещение суппорта и снятие показаний с индикатора № 2 должны
выполняться разными лицами.
6.11. Повторить п.п.6.8 - 6.10 сто раз.
6.12. Определить среднее арифметическое значение X ср , среднее квадратическое отклонение  и построить полигон распределения показаний индикатора
№ 2.
6.13. Проверить соответствие экспериментального распределения показаний
индикатора № 2 закону нормального распределения.
6.14. Если распределение соответствует нормальному построить кривую
нормального распределения на поле рассеяния симметрично среднему арифметическому значению.
Пункты 6.12 - 6.14 выполнять по методруководству [4].
24
6.I5. Определить ожидаемую погрешность процесса cтатической настройки
по данным эксперимента по формуле: пр.СН  6 и сравнить с заданным допуском Т.
7. Содержание выводов
На основе эксперимента указать, является ли исследованная погрешность
процесса статической настройки по индукторному упору случайной. Обосновать
вывод.
Какова ожидаемая величина погрешности процесса статической настройки
по индикаторному упору на данном станке.
Можно ли применить статическую настройку по индикаторному упору при
обработке деталей с заданным допуском и почему.
8. Контрольные вопросы.
8.1. Что называется статической настройкой технологической системы?
8.2. Из каких составляющих состоит погрешность статической настройки
технологической системы?
8.3. Какие существуют методы и средства выполнения статической
настройки технологической системы?
8.4. От каких факторов зависит погрешность процесса статической настройки по индикаторному упору?
8.5. Какие погрешности называются случайными?
8.6. Каким образом можно выяснить, что исследованная погрешность является случайной?
25
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Исследование погрешности процесса статической настройки технологической системы станка по жесткому упору
1. Цель работы
Изучение понятий «статическая настройка» и «погрешность статической
настройки технологической системы».
Освоение методики экспериментального исследования погрешностей процесса статической настройки технологической системы.
Исследование погрешности процесса статической настройки технологической системы по жесткому упору.
2. Задачи работы
Получение на основе эксперимента статистической информации о погрешности процесса статической настройки по жесткому упору.
Математическая обработка статистической информации.
Определение для данного станка ожидаемого значения погрешности процесса статической настройки по жесткому упору.
3. Техника безопасности
Перед проведением работы необходимо изучить правила техники безопасности. Работа выполняется на неработающем станке, поэтому питание электродвигателей должно быть отключено. Все правила техники безопасности подлежат
безусловному выполнению.
4. Подготовка к проведению работы
Изучить общие теоретические сведения, изложенные в первом разделе.
В массовом и крупносерийном производстве статическая настройка технологической системы часто обеспечивается элементами приспособления (направляющими и кондукторными втулками и т.п.). В мелкосерийном производстве
применение сложных специальных приспособлений экономически невыгодно, в
этом случае статическую настройку технологической системы производят по упорам, по лимбу и т.д. Упор ограничивает перемещение суппорта или силовой головки, несущей инструмент, в положении, соответствующем заданному размеру
статической настройка. Упоры бывают жесткие и индикаторные. Жесткие упоры
26
обеспечивают меньшую точность, однако, просты по конструкции, надежны,
удобны в обращении. Первоначально нужное положение жесткого упора находят
методом пробных проходов или по эталонной детали, а далее при обработке партии деталей инструмент устанавливается каждый раз по этому жесткому упору.
Настроечное перемещение инструментов обычно совершается с помощью
механизма подачи и прекращается в тот момент, когда суппорт (силовая головка)
упираются в жесткий упор.
Погрешность процесса статической настройки по жесткому упору является
случайной и зависит от многих факторов: контактной жесткости элементов системы, сил трения в винтовой паре механизма подачи в в направляющих станка,
жесткости механизма подачи, износа винтовой паря, жесткости упора, физического состояния и квалификации рабочего и т.д.
Возможность применения данного метода статической настройки в конкретном случае определяется соотношением между погрешностью процесса
настройки и допуском, заданным на размер детали. Это соотношение должно
быть таким: пр.СН .  T
где
пр.СН . - погрешность процесса статической настройки;
Т - заданный на размер детали допуск.
В противном случае необходимо изменить метод настройки. Однако, выше-
указанное соотношение устанавливает только качественное соотношение между
пр.СН . и Т, так как в процессе обработка детали действует (кроме пр.СН . ) большое количество других погрешностей и окончательное решение о применимости
метода статической настройки может быть принято только после обработки пробной партии деталей.
5. Материальное обеспечение работы
5.1. Токарно-винторезный станок.
5.2. Вал специальный, имитирующий обрабатываемую деталь.
5.3. Индикатор с ценой деления 0,01 мм.
5.4. Державка для индикатора.
5.5. Жесткий упор для ограничения перемещений суппорта.
27
6. Методика проведения исследования
6.1.Установить специальный вал, имитирующий обрабатываемую деталь, в
шпиндель или патрон станка. Далее для краткости этот вал будем называть деталью.
6.2. Получить у преподавателя указание о том, в направлении какой подачи
(продольной или поперечной) будет проводиться исследование.
6.3. Получить у преподавателя численное значение допуска Т на размер детали, при обработке которой предполагается использовать статическую настройку
по жесткому упору.
6.4. Установить в резцедержателе станка индикаторную державку с индикатором, фиксирующим перемещение суппорта в направлении продольной (поперечной) подачи (рис. 18) относительно заданного положения.
Рис.18. Схема измерения погрешностей процесса статической настройки по
жесткому упору
6.5. Подвести суппорт в положение, при котором измерительный наконечник индикатора касается поверхности детали. При этом должен быть обеспечен
натяг, соответствующий примерно одному обороту стрелки индикатора. Для
удобства снятия замеров индикатор устанавливать на деление 50.
6.6. В этом положении суппорта так отрегулировать положение жесткого
упора, чтобы он упирался в торец суппорта и ограничивал его дальнейшее пере28
мещение. Закрепить упор.
6.7. С помощью рукоятки винта продольной (поперечной) подачи отвести
суппорт от детали. Для полной выборки зазоров в соединениях отвод производить
на 1…2 оборота лимба.
6.8. С помощью рукоятки винта продольной (поперечной) подачи вернуть
суппорт в исходное положение, когда измерительный наконечник индикатора касается поверхности детали. Подвод суппорта производить до момента касания
суппорта с жестким упором. При этом надо стремиться к тому, чтобы усилие
прижатия суппорта к упору было всегда одинаковым.
6.9. Записать показания индикатора. Для объективности эксперимента перемещение суппорта и снятие показаний с индикатора должны выполняться разными лицами.
6.10. Повторить п.п.6.7 - 6.9 сто раз.
6.11. Определить среднее арифметическое значение X ср , среднее квадратическое отклонение σ и построить полигон распределения показаний индикатора.
6.12. Проверить соответствие экспериментального распределения показаний
индикатора закону нормального распределения.
6.13. Если распределение соответствует нормальному, построить кривую
нормального распределения на поле рассеяния симметрично среднему арифметическому значению.
Пункты 6.11-6.13 выполнять по методическому руководству [4].
6.14. Определить ожидаемую погрешность процесса статической настройки
по данным эксперимента по формуле:
пр.СН .  6
и сравнить с заданным допуском Т.
7. Содержание выводов
На основе эксперимента указать, является ли исследованная погрешность
процесса статической настройки по жесткому упору случайной. Обосновать вывод.
Какова ожидаемая величина погрешности процесса статической настройки
29
по жесткому упору на данном станке.
Можно ли применить статическую настройку по жесткому упору при обработке деталей с заданным допуском и почему.
8. Контрольные вопросы
8.1. Что называется статической настройкой технологической системы?
8.2. Из каких составляющих состоит погрешность статической настройки
технологической системы?
8.3. Какие существуют методы и средства выполнения статической
настройки технологической системы?
8.4. От каких факторов зависит погрешность процесса статической настройки по жесткому упору?
8.5. Какие погрешности называются случайными?
8.6. Каким образом можно выяснить, что исследованная погрешность является случайной?
30
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Исследование влияния погрешности закрепления детали на точность обработки.
1. Цель работы
Изучение причин и характера погрешности закрепления втулки в трехкулачковом патроне.
Исследование влияния погрешности закрепления втулки на точность обработки отверстия.
2.Задачи работы
Экспериментальное исследование влияния погрешности закрепления тонкостенной втулки на точность обработки отверстия.
Сравнение двух вариантов закрепления втулки в патроне с точки зрения
точности обработки.
Ознакомление с трехконтактным методом измерения огранки отверстия.
3. Техника безопасности
Перед проведением работы необходимо изучить правила техники безопасности.
Все правила техники безопасности подлежат безусловному выполнению.
4. Подготовка к проведению работы
Изучить общие теоретические сведения, изложенные в первом разделе.
При обработке тонкостенных втулок в трехкулачковом само-центрирующем
патроне на точность обработки оказывают значительное влияние погрешности закрепления. Недостаточно жесткая втулка деформируется кулачками патрона
(рис.9,а), что приводит к снятию неравномерного припуска при растачивании
(рис.9,б).
После освобождения от усилий закрепления втулка принимает первоначальную форму, а отверстие приобретает треугольную огранку (рис.9.в).
31
а
б
в
Рисунок 9. Изменение формы отверстия: а) при закреплении; б) при расточке; в) после открепления
Величину огранки при обработке нежесткой втулки в трехкулачковом патроне можно определить расчетным путем.
Наибольший прогиб (в сечении а-а ) (см.рис.9.а)
ба  а
PR3
 0,016
EI
(8)
а наибольшее выпучивание (в сечении в-в)
бв  в
PR3
 0,014
EI
(9)
где Р - усилие зажима каждого кулачка;
R - средний радиус втулки; R 
1
Dнар.  Dвн.
4


Е - модуль упругости (для стали Е = 2,1 Па).
Огранка обработанной детали:
б р  ба  а  бв в  0,03
Момент инерции втулки:
I

L Dнар.  Dвн.
96
где L - длина втулки:
32
3

PR3
EI
(11)
Усилие зажима Р рассчитывают, исходя из параметров патрона:
P
2QlZ k




 Z m  D  d   tg Lср  
и
P
2 МZ k
 Z m  D  d   tg Lср  
где Q - усилие на рукоятке ключа;
l - длина рукоятки ключа;Zk - число зубьев конического колеса патрона
(рис.10);
 - коэффициент, учитывающий потери на трение в механизме патрона
( =0,7);
Zm - число зубьев конической шестерни;
D - наружный диаметр конического колеса;
d - внутренний диаметр конического колеса;
lср - средний угол подъема витков спирали;
М - момент, создаваемый ключом;  - угол трения (сталь по стали 543, )
Средний угол подъема витков спирали определяется выражением:
tglср 
2t
П (D  d )
где t - шаг спирали.
Рис.10.Схема трехкулачкового самоцентрирующего патрона.
33
Можно воспользоваться и более упрощенной методикой определения усилия зажима. По данным проф. Д.Н.Решетова для нормализованных трехкулачквых патронов
Р  аQl
где а - коэффициент, выбираемый по табл. 7.
Таблица 7. Определение коэффициента, «а»
Диаметр
Коэффициент «а»
патрона, мм
130
0,183
165
0,166
240
0,153
325
0,138
380
0,130
Фактическое значение огранки может отличаться от расчетного, так как при
расточке деформированной втулки из-за копирования погрешностей отверстие
получается не идеально круглым.
Выявление огранки зачастую оказывается затруднительным, так как получившаяся геометрическая фигура - равноосный треугольник - обладает следующей особенностью: при измерении по двум противоположным точкам (например,
штангенциркулем, штих-масом и т.д.) "диаметр" оказывается почти одинаковым
во всех сечениях.
Выявить огранку возможно только прибором, имеющим три точки контакта
- две опорные и одну измерительную (рис.11).
34
Рис.11.Трехконтактный метод измерениях огранки отверстия.
Трехконтактный метод измерения выявляет наличие огранки но не позволяет измерить её. фактическую величину. Однако, имеется возможность для данного прибора вывести приближенную эмпирическую формулу для расчета величины
фактической огранки по данным трехконтактных измерений. Для этого достаточно допустить, что после открепления втулки её наружный диаметр приобретает
абсолютно круглую форму. В этом случае фактическая огранка б численно равна разностенности втулки, то есть разности толщины стенки в соседних сечениях
после расточки (например, «а-а» и «в-в»). Для большей точности фактическую
огранку можно определить как среднюю разностенность по всем соседним сечениям и после этого выразить её как функцию средней разности показаний трехконтактного прибора.
бср.1  К  А1  А2 ср
(11)
где бср - средняя фактическая огранка отверстия втулки, численно равная
средней разноcтенности по всем соседним сечениям;
 А1  А2 ср - средняя разность показаний трехконтактного прибора по
всем
соседний сечениям;
К - искомый эмпирический коэффициент.
Когда коэффициент К найден, формула (11) может быть использована для
определения средней фактической огранки по результатам измерений трехконтактным методом без дополнительных измерений толщины стенки.
35
Для уменьшения деформации детали зажимными усилиями обработку нежестких втулок можно проводить в разрезных кольцах, цангах, гидропластовых
зажимах и т.д., которые обеспечивают равномерное распределение усилий по
окружности детали.
5. Материальное обеспечение работы
5.1. Токарно-винторезный станок с трехкулачковым са-моцентрирующим
патроном.
5.2. Тарированный ключ для затяжки патрона.
5.3. Индикаторный нутромер с опорной планкой.
5.4. Штангенциркуль.
5.5. Эталонная втулка для настройки нутромера.
5.6. Образец (втулка) для выполнения работы.
5.7. Разрезная втулка для закрепления образца в патроне.
5.8. Расточной резец.
6. Методика проведения исследования
6.1. Установить образец (втулку) в трехкулачковый патрон заподлицо с торцами кулачков. Подтянуть патрон так, чтобы втулка только лишь удерживалась от
выпадения, но не была деформирована кулачками.
6.2. Нанести на образце и патроне мелом риски и обозначения сечений
(см.рис.9.а). Сечение «а-а» обозначить двойной линией.
6.3. Измерить диаметры втулки во всех сечениях нутромером по двухконтактной и трехконтактной схемам (рис.12). Перед измерением по каждой из схем
нутромер установить на 0 по эталонной втулке. Результаты измерений занести в
таблицу протокола в строку «до закрепления».
6.4. Затянуть патрон с заданным усилием с помощью тарированного ключа.
Величину усилия задает преподаватель (50-150 Н).
6.5. Измерить втулку согласно п.6.3. Результаты измеренией занести в строку «после закрепления». Разность показаний в соседних сечениях - погрешность
закрепления.
36
а
б
Рис.12.Схема измерения диаметра отверстия.
а) двухконтактная; б) трехконтактная;
1 - измеряемый образец; 2 - корпус нутромера;
3 - подвижный контакт; 4 - неподвижный контакт;
5 - опорная планка
6.6. Расточить втулку «как чисто» до половины её длины. Скорость резания
V =60  80 м/мин, подача S = 0,016 - 0,032 мм/рад (0,1.  0,2 мм/об).
6.7. Измерять втулку согласно п.6.3. Результаты измерений занести в строку
"после расточки".
6.8. Освободить образец от закрепления до такой степени, чтобы втулка
лишь слегка удерживалась в кулачках от выпадения.
6.9. Измерить втулку согласно п.6.3. Результаты измерений занести в cтроку
"после открепления".
6.10. Рассчитать разность показаний трехконтактного нутромера (A1 – А2) в
соседних сечениях после открепления. Результаты занести в таблицу. Рассчитать
среднюю разность показаний трехконтактного прибора (A1 - A2)cp.
6.11. Вынуть втулку из патрона. Измерить толщину стенок во всех сечениях, занести результаты в таблицу. Определить разностенность в соседних сечениях.
37
6.12. Определить среднюю фактическую огранку отверстия бср . Это можно
сделать, так как ранее (см.формулу (11)) было принято, что бср. равна средней
разностенности втулки.
6.13. Используя формулу (11) и полученные в п.п. 6.10 и 6.12 величины
определить эмпирический переводной коэффициент К.
При известном К формула(11) будет использоваться далее для определения
средней фактической огранки бср. по показаниям трехконтактного нутромера,
без измерения толщины стенок.
6.14. По формулам (8),(9),(10) определить расчетную огранку отверстия бР .
6.15. Выбрать соответствующий масштаб и изобразить графически расчетную и фактическую формы отверстия после расточки и открепления детали
(рис.13). Расчетную огранку бР и фактическую огранку бср. распределять пополам относительно идеального контура отверстия.
6.16. Взять разрезную втулку, вставить в неё образец для обработки со стороны другого торца и затем установить в патрон так, чтобы paзрез находился посредине между двумя любыми кулачками (рис.14).
Рис.13.Условное изображение формы отверстия после расточки и открепления детали.
38
Рис.14.Установка образца в разрезной втулке.
1 - образец; 2 - разрезная втулка; 3 - кулачки патрона
6.17. Повторить п.п.6.1-6.10.
6.18. По формуле (11), используя определенный в п.6.13 коэффициент К,
рассчитать фактическую среднюю огранку бср. .
7. Содержание выводов
Указать, как искажается форма расточенного отверстия при обработке втулки в трехкулачковом патроне.
Сравнить фактическую огранку отверстия с расчетной и указать возможные
причины расхождения значений.
Сравнить фактическую огранку отверстия при закреплении непосредственно в патроне и при использовании разрезной втулки. Указать причины расхождения этих величин.
Указать, какой метод измерения позволяет более надежно выявить огранку
отверстия.
8. Контрольные вопросы
8.1. Что называется погрешностью установки заготовки и из каких составляющих она состоит?
8.2. Что называется погрешностью закрепления заготовки и из каких составляющих она состоит?
39
8.3. Какую погрешность формы приобретает отверстие после расточки нежесткой втулки в трехкулачковом патроне?
8.4. По какой причине искажается форма отверстия?
8.5. Как зависит величина погрешности формы отверстия от усилия закрепления?
8.6. Каким измерительным инструментом можно измерить погрешность
формы отверстия расточенного в трехкулачковом патроне?
8.7. Какие мероприятия снижают погрешности формы отверстия при расточке втулки в трехкулачковом патроне?
40
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
Исследование жесткости фрезерного станка производственным методом
1. Цель работы
Овладение методикой определения жесткости фрезерных станков производственным методом.
Исследование влияния жесткости технологической системы на точность обработки.
2. Задачи работы
Определить жесткость заданной технологической системы. Установить зависимость деформаций технологической системы от усилий обработки.
3. Техника безопасности
Перед проведением работы необходимо изучить правила техники безопасности. Все правила техники безопасности подлежат безусловному выполнению.
4. Подготовка к проведению работы
Изучить общие теоретические сведения, изложенные во втором разделе.
Определение жесткости фрезерных станков производится путем фрезерования цилиндрической фрезой плоской заготовки с неравномерным припуском, что
дает возможность определять жесткость системы при различных нагрузках. Расчет жесткости технологической системы проводится по нижеприведенным формулам, выведенным из зависимостей (1), (3), (7).
ji 
Pуi
уi

Руi
(12)
tост.i
x
Pуi  Ср  S zу    В n  D q  t задi
,H
(13)
где ji - жесткость технологической системы, рассчитанная в i-ой точке по
длине образца, н/мм; Cр - постоянный коэффициент в формуле усилия Ру ; Sz - подача на один зуб, при которой проводилось фрезерование образца, мм/зуб; Z - количество зубьев фрезы; B - ширина фрезерования, мм; D - диаметр фрезы, мм;
tзадi- расчетная (заданная глубина резания в i – ой точке по длине образца, мм; tостi
41
- отклонение обработанной поверхности от расчетной в i-ой точке по длине образца мм.
Величина tзадi и tостi определяются согласно схеме (рис.15). При отсутствии
погрешностей обработки ожидаемая (заданная) поверхность обработки должна
изображаться прямой линией А-С. Фактически поверхность образца за счет упругих перемещений элементов технологической системы в процессе резания займет
положение, определяемое пунктирной линией A-D. То есть в i -ом сечении будет
иметь место погрешность обработки детали tостi. Погрешность будет изменяться
по длине образца, копируя неравномерность припуска заготовки (закон копирования погрешностей). Копирование будет тем большим, чем меньше жесткость технологической системы и, наоборот. Эта зависимость отражена в расчетной формуле (12).
Рис.15. Схема определения жесткости фрезерного станка
5. Материальное обеспечение работы
5.1. Фрезерный станок (вертикальный или горизонтальный).
5.2. Предварительно размеченная заготовка.
5.3. Станочные тиски.
5.4. Фреза (концевая или цилиндрическая).
5.5. Стойка индикаторная.
5.6. Индикаторы часового типа (с ценой деления 0,01 и 0,002 мм).
6. Методика проведения исследования
42
6.1. Проверить установку тисков. Тиски должны быть повернуты на угол 1,53°градуса.Установить заготовку 2 в тисках 3, обеспечив уклон обрабатываемой
поверхности в 1,5-3°градуса .Для этого следует перевернуть ранее обработанную
заготовку нa 180 градусов вокруг оси, параллельной губкам тисков (рис.15).
6.2. Установить индикатор с ценой деления 0,01 мм на стойке, прикрепленной к станине станка.
6.3. Определить глубину резания tзадi в точках, отмеченных рисками на заготовке
t задi  Ri  Ro
мм,
где Ri - показание индикатора в i -ой точке заготовки; Ro - показание индикатора в начальной точке А.
6.4. Установить режимы резания: V=20  30 м/мин;
Sмин=25  50 мм/мин.
6.5. Включить вращение шпинделя и подвести фрезу 1 к начальной точке обработки А, обеспечив попутное фрезерование. Коснуться фрезой заготовки.
6.6. Слегка затянуть винты 4 продольных салазок стола для компенсации осевого люфта ходовой гайки.
6.7. Включить продольную подачу стола, фрезеровать припуск за один проход.
6.8. Закрепить индикатор с ценой деления 0,002 мм на неподвижной стойке
на станине станка.
6.9. Определить погрешность обработанного образца tост в тех же точках, в
каких проводилось измерение tзад.
6.10. Построить диаграмму "нагрузка-перемещение", рассчитав усилие Ру по
формуле (13) с использованием таблиц 4, 5, 6.
6.11. Рассчитать жесткость технологической системы при обработке на горизонтально-фрезерном ставке в принятых .точках по формуле (12).
6.12. Определить величину максимального и минимального уточнения, получаемого при обработке детали на данном станке за один проход, по следующей
формуле:  
7. Содержание выводов
43
t зад.i
tост.i
Указать величину максимального и минимального уточнения обработки детали на данном станке.
Оценить жесткость технологической системы.
Раскрыть характер зависимости деформаций технологической системы от
прилагаемой нагрузки.
8. Контрольные вопросы
8.1. Что называется жесткостью технологической системы?
8.2. Что такое податливость технологической системы?
8.3. Какие известны методы определения жесткости металлорежущих станков?
8.4. При помощи каких приемов определяется жесткость фрезерных станков?
8.5. Что такое диаграмма «нагрузка-деформация»?
44
45