Изучение влияния температурных де­формаций технологической системы СПИД на точность механообработки

ЦЕЛЬ РАБОТЫ : Приобретение  знаний  по  влиянию  температурных де­формаций  технологической  системы  СПИД  на точность  механообработки , а также выработка некоторых умений и навыков по оценке величины погреш­ности обработки, вызываемой температурными деформациями технологической системы в процессе обработки заготовок.

Общие сведения

В   процессе   работы   температурный   режим   технологической   системы СПИД меняется Происходит нагревание станка , детали , резца При этом нагрев в зависимости от условия выполнения операции на станке существенно может изменяться. (Нагревание станка вызывается в основном действием  трения в подшипниках и направляющих, а также теплотой , идущей от встроенных  электродвигателей , от  охлаждающей   жидкости   и гидросистемы Нагрев детали и резца вызывается перераспределением теплоты , возникающей в зоне резания. Следует также не забывать о  влиянии температурных колебаний на точность измерений.

Проведенные исследования показали , что разность температур отдельных элементов станины может быть до  10º С, в различных точках корпуса передней бабки - от 10 до 50°  С, температура валов и шпинделей на 30 - 40 %  выше средней температуры  корпусных деталей , в которых они смонтированы.

В результате неравномерного нагрева стенок передней бабки ось шпинделя смещается как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, достигая нескольких сотых долей миллиметра. В результате чего детали , обработанные в начале и конце смены , будут при прочих равных условиях отли­чаться по своим размерам. Обычно на токарно - винторезных станках ось шпинделя из-за изменений температурного режима станка смещается на рабочего " в горизонтальной  плоскости , и " вверх " - в  вертикальной  плоскости. Причем  с увеличением частоты вращения шпинделя горизонтальное смещение положения оси  шпинделя увеличивается. Исследованиями также установлено , что жесткость, узлов станка при стационарном ( в нагретом состоянии ) режиме работы повышается , что дает меньший разброс получаемых размеров.

При средних скоростях резания в инструмент переходят около 10-20 % , а при высоких - около 2 % тепла. Но и при этих условиях он подвергается существенным температурным деформациям ( например , удлинение токарного резца).  В  начале работы  наблюдается  быстрый  рост температуры резца, затем  он замедляется и через 10-30 мин. устанавливается тепловое равновесие , в период которого влияние деформации режущего инструмента можно свести к мини­муму соответствующей подналадкой станка. Тепловое изменение длины резца может достигать 30-50 мкм.

Величина удлинения резца при установившемся тепловом состоянии может быть подсчитана по следующей формуле:

где   С - постоянная, равная 4.5 при   t<=1.5 мм ; S<= 0,2мм./об. υ=100-200 м/мин.;

Lр- вылет резца ( наиболее часто 50-70 мм );

F - площадь  поперечного   сечения  резца , мм (можно  принять  25x25 мм);

σ_в- предел прочности обрабатываемого материала, кг/мм² (50 кг/мм²) ;

t - глубина резания , мм ;

S - подача, мм/об.

V- скорость резания , м/мин.

Температурное расширение (деформация) в направлении какого - то линейного (диаметрального) размера определяется по формуле:

где Δt - отклонение температуры от нормальной ( комнатной),°С

α - коэффициент линейного расширения материала заготовки (для материалов, исследуемых при выполнении лабораторных работ , можно принять α = ( 1,1-1,2 )*10^-5 , ºС , а также σ_т= кг/мм² и НВ=180).

Оборудование и оснастка

1. Токарно - винторезный станок

2.  Оправка ступенчатая спец.

3. Индикатор часового типа ( 2 шт. )

4. Штатив с магнитным основанием ( 2 шт. )

5. Микрокалькулятор

Практическая часть.

1.  Установить и закрепить в трехкулачковом патроне токарно -винторезного станка спец. ступенчатую оправку, а на суппорте станка два штатива с индикаторами так , чтобы наконечники индикаторов с натягом 1-2 мм касались цилиндрической по­верхности оправки в горизонтальной и вертикальной плоскостях, установив показания индикаторов на нуль.

2.  Отвести суппорт и включить  вращение шпинделя на заданной   преподавателем частоте вращения его.

3.  В течение одного часа " непрерывной " работы станка ( проис­ходит разогрев его) производить через каждые 10 мин. замеры отклонения от исходного положения оси шпинделя станка, в го­ризонтальной и вертикальной плоскостях . Для этого вращение шпинделя останавливается на время выполнения замеров и пе­ремещением суппорта измерительные наконечники индикаторов подводятся , желательно , в первоначальное положение к ступен­чатой оправке.

Таблица 1 - смещение оси шпинделя станка

Рисунок 1 – График смещения оси шпинделя станка  во                                        времени в горизонтальной и вертикальной плоскостях

Определяем величину удлинения резца при тепловом установившемся состоянии

Температурное расширение (деформация) ΔLp в направлении кокого-то линейного (диаметрального) размера Lp определяется:

Величина погрешности обработки, вызываемая измененением положения шпинделя в процессе разогрева станка в вертикальной плоскости – 18 мкм в горизонтальной плоскости – 2 мкм.