Определение жесткости токарного станка производственным методом (стр. 1 )

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ ТОКАРНОГО СТАНКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ МЕТОДОМ

Цель работы

1. Ознакомиться с производственным методом определения жесткости.

2. Определить суммарную жесткость передней бабки и суппорта, задней бабки и суппорта, построить диаграмму «нагрузка-перемещение».

Общие указания

Перед выполнением работы необходимо усвоить, что жесткость системы – способность системы противодействию деформирующих ее сил.

Жесткость технологической системы определяется отношением нормальной составляющей силы резания Ру к суммарному смещению лезвия режущего инструмента У относительно нормали к этой поверхности, то есть

j = Pу/У

Жесткость системы оказывает большая влияние на точность и производительность механической обработки. Технологическая система под действием усилия резания деформируется, вследствие чего происходит искажение формы и размеров обрабатываемой заготовки. Высокая жесткость системы обеспечивает устойчивую безвибрационную обработку заготовки на интенсивных режимах резания.

Общая жесткость технологической системы зависит от жесткости составляющих ее звеньев (станка, приспособления, заготовки и инструмента). Наибольшую сложность представляет определение жесткости станка. Из-за отсутствия точной теории расчета жесткость станка определяется опытным путем.

Производственный метод определения жесткости станка основан на обработке заготовки с переменной глубиной резания и на некоторых расчетах. При этом берется весьма жесткая заготовка, деформациями которой можно пренебречь по сравнению с деформациями станка. Деформации режущего инструмента в расчетах не учитываются, так как жесткость резца в радиальном направлении несоизмеримо велика по сравнению с жесткостью станка.

В настоящей работе определение жесткости токарного станка произ­водится методом обтачивания колец, установленных на эксцентричной ци­линдрической поверхности оправки. Величина эксцентриситета оправки е = 2 мм. Местоположение колец по длине валика устанавливается дистанционными втулками, а их крепление на валике осуществляется гайками. При точении кольца удерживаются от поворота шпонками (рис.1.1).

Рис.1.1. Оправка с кольцами

Определение суммарной жесткости передней бабки и суппорта произ­водится по результатам измерения левого кольца. Среднее кольцо служит для определения суммарной жесткости станка в середине обрабатываемой заготовки, а правое кольцо - суппорта и задней бабки. Метод эксцент­ричного обтачивания дает возможность определить не только жесткость отдельных узлов станка, но и проследить изменение упругих деформаций этих узлов в процессе обработки заготовки. Для этого служат диаграммы "нагрузка-перемещение".

Определение жесткости сводится к определению силы и деформации ею вызываемой. Значение нормальной составляющей силы резания может быть определено по формуле:

Ру = 10-4 × l × Ср × S0?75 × t, кН, (1.2)

где l - коэффициент, характеризующий отношение радиальной составля­ющей силы резания к тангенциальной составляющей силы резания, зависящий от геометрии инструмента;

Ср - коэффициент, зависящий от механических свойств обрабатываемого материала и геометрии инструмента, кН (Ср кгс/мм2 » 104 Ср кН/м2);

S – подача, мм/об;

t – глубина резания, мм.

В процессе обтачивания кольца, расположенного эксцентрично по от­ношению к оси вращения глубина резания за один оборот изменяется (рис. 1.2,а), что вызывает изменение силы резания. После обработки коль­цо также будет иметь некоторую величину эксцентриситета, возникающего вследствие разницы в значениях отжатий, обусловленных разными силами резания при разной глубине резания.

Рис.1.2. Схема измерения биения среднего кольца:

а - до обработки; б - после обработки; I - теоретическая тра­ектория движения точки поверхности при обработке; 2 - факти­ческая траектория движения точки поверхности при обработке (форма обработанной заготовки)

Отношение e = Dисх. заг / Dобр. заг., показывающее во сколько раз в результате обработки уменьшилась неточность исходной заготовки, называется уточнением. При неизменных условиях обработки (геометрии инструмента, режиме резания, материале заготовки и т. д.) уточнение полностью характеризует жесткость технологической системы, которая мо­жет быть определена по формуле:

j = l × Cp× S0,75× e, кн/м, (1.3.)

Последовательность выполнения работы

1. Установить собранную оправку в центрах токарного станка согласно рис.1.1.

2. Установить на суппорте токарного станка магнитную стойку с индикатором так, чтобы измерительный наконечник индикатора расположился перпендикулярно к обрабатываемой поверхности.

3. Поворачивая оправку, установить по индикатору положения минимально­го радиуса на каждом кольце и отметить его мелом.

4. Определить величину биения каждого кольца до обработки (исходная заготовка) как разность между наибольшим и наименьшим показаниями индикатора. Результаты измерений занести в табл.1.1.

5. Принять за начало отсчета положение минимального радиуса, разметить среднее кольцо на 8 равных частей.

6. Измерить биение среднего кольца в 8 размеченных точках (рис. 1.2, а), Измерение произвести за один оборот оправки по направлению вращения шпинделя. Результаты измерения занести в табл.1.2.

7. Снять магнитную стойку с индикатором и закрепить в резцедержателе' резец с нормальным вылетом.

8. Обточить последовательно все три кольца, удалив эксцентриситеты при­пуск за один рабочий ход и установив минимальную глубину резания tmin £ 0 ,2 мм (остальные режимы резания задаются преподавателем).

9. Установить магнитную стойку с индикатором так, как указано в п.2.

10.Измерить индикатором максимальное бдение всех трех колец после об­работки Dобр. заг.. Результаты измерений занести в тзбл.1.1.

11.Установить наконечник индикатора на нулевой отметке размеченного кольца и измерить его биение в тех же 8 точках (аналогично п.6). Результаты измерений занести в табл.1.2.

12.Принимал биение кольца равным его погрешности (2е = Dобр. заг.) и пользуясь данными табл. 1.1, определить по формуле (1.3) жесткость станка для трех положений, соответствующих трем кольцам оправки (l = 0,3. Ср = 2,6 × 106 кн/м2), и результаты внести в табл. 1.1.

13. Пользуясь данными тадл. 1.2, определить по формуле (1.2) нормальную составляющую силы резания для каждой из 8 размеченных точек.

14. Построить диаграмму «сила – перемещение» при нагружении и разгрузке системы в координатах «нормальная составляющая силы резания Ру – суммарное смещение лезвия инструмента относительно обрабатываемой поверхности».

15. Составить отчет.

Таблица 1.1.

Исходные данные и результаты определения жесткости узлов станка

Таблица 1.2.

Исходные данные для построения диаграммы «сила перемещение» при нагружении и разгрузке системы

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Схема измерения биения колец.

3. Данные об измерительных приборах (наименование, цена деления, пределы измерения).

4. Режимы резания(V; S; tmin) и геометрия инструмента.

5. Результаты опытов в виде табл. 1.1. и 1.2.

6. Расчет суммарной жесткости передней бабки и суппорта, задней бабки и суппорта по формуле (1.3.)

7. Диаграмма «нагрузка – перемещение» для среднего кольца.

8. Выводы. В выводах отметить: а) влияние жесткости системы на величину передаваемой погрешности; б) возможность и способ уменьшения передаваемой погрешности при неизменной жесткости системы.

9. Титуль6ный лист лабораторной работы оформить согласно приложению.

Оборудование, материалы, режущий инструмент

1. Токарно-винторезный станок.

2. Оправка (рис.1.1) с эксцентрично установленными кольцами из стали 45.

3. Проходной резец. Материал режущей части ВК*. Геометрия резца: g = 10°; a = 15°; j = 45°;

j1 = 15°; l = 0°; r = 0,5 - 0,8 мм.

4. Магнитная стойка с индикатором.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ РАЗМЕРНОГО ИЗНОСА РЕЗЦА ОТ ПУТИ РЕЗАНИЙ

Цель и содержание работы

1. Ознакомить студентов с видами износа и с определением размерного износа резца.

2. Определите влияние изменения пути резания на размерный износ резца.

Общие указания

Перед выполнением работы необходимо ознакомиться с методом изме­рения износа. В технологии машиностроения изучается размерный износ инструмента, который непосредственно влияет на точность механической обработки и приводит к погрешностям формы и размеров обрабатываемой заготовки.

При этом износ измеряется по вершине инструмента в направлении, норма­льном к обрабатываемой поверхности в сечении 1-1 (рис.2.I).Стойкость инструмента, соответствующая определенной величине размерного износа, называется размерной стойкостью.

Рис.2.1. Размерный износ режущего инструмента

В настоящее время существует несколько методов измерения износа инструмента. Наиболее точными являются прямые метода измерения, из ко­торых одним из самых простых является метод измерения уменьшения размера от вершины режущего лезвия инструмента до определенной базовой поверхности или точки на инструменте, например, на оправке резца. Такое измерение можно проводить либо с помощью микроскопов, либо, ис­пользуя точные контактные приборы и специальные приспособления (рис.2.2). Для исключения влияния температурных деформаций резца необходимо выдерживать постоянную температуру резца при его измерениях.

Интенсивность износа определяется величиной относительного изно­са Uo.

Относительным износом называется размерный износ режущего инстру­мента на 1000 м пути резания в зоне нормального износа.

Uo = 1000 × U2 / Lнор, мкм/км, (2.1.)

где U2 - величина размерного износа на участке нормального износа, мкм;

Рис.2.2. Приспособление для измерения размерного износа резца:

I - индикатор; 2 - резец; 3 - упорный винт; 4 – упоры

Величина относительного износа зависит от метода обработки, мате­риалов заготовки и режущего инструмента, режимов резания и параметров режущего инструмента (табл.2.1).

Таблица 2.1

Значения относительного износа резцов при чистовом точении и расстачивании

Величина износа режущего инструмента определяется по формуле:

U2 = Uo × Lнор/1000, мкм, (2.2)

где U2 – размерный износ режущего инструмента, мкм;

Lнор – путь резания в зоне нормального износа, м.

Применительно к точению (расстачиванию) путь резания определяется соотношением

Lнор =( p × d / 1000) × l/S, м, (2.3)

где d – диаметр обрабатываемой заготовки, мм;

l – длина обрабатываемой заготовки (длина обработки), мм;

S – подача, мм/об.

Экспериментально размерный износ можно определить, если последовательно следить за изменением расстояния от вершины резца до выбранной измерительной базы. При этом для исключения влияния температурных деформаций резца необходимо выдерживать постоянство температуры при его измерениях. Для этого перед каждым измерением резец выдерживают в ванне с водой постоянной температуры.

Порядок выполнения работы

1. Установить и закрепить на токарном станке заготовку.

2. Опустить резец в ванну с водой и охлаждать его в течение 3 мин.

3. Установить резец в приспособление так, чтобы базовые плоскости дер­жавки резца плотно прилегали к установленным поверхностям приспосо­бления (рис.2.2).

4. Закрепить на кронштейне приспособления микронный индикатор. Измери­тельная поверхность плоского наконечника индикатора должка касаться вершины резца (натяг индикатора 0,1 мм). При таком положении резца индикатор поставить на нуль и снять резец.

5. Установить и закрепить резец в резцедержателе так, чтобы его продольная ось была перпендикулярна оси станка.

6. Настроить станок на заданный режим резания.

7. Пустить станок. Через I мин после начала работы отвести резец от за­готовки и выключить станок. Снять резец со станка, охладить в ванне, установить в приспособление и измерить величину размерного износа как разность двух показаний индикатора. Перед установкой и снятием резца измерительный наконечник индикатора должен быть отведен от вершины резца.

8. Повторить указанные в п.7 приемы для всех заданных в табл.2.2 ин­тервалов времени. Результаты занести в табл.2.2.

9. Подсчитать путь резания по формуле (2.3) для всех точек.

10. Нанести точки с координатами и построить кривую износа резца.

11. Определить относительный износ по формула (2.1).

12. Составить отчет.

Содержание отчета

1. Сведения о токарном станке (модель, пределы чисел оборотов шпинде­ля, пределы подач, класс точности).

2. Марка обрабатываемого материала.

3. Марка материала инструмента.

4. Режимы резания ( V, S, t ).

5. Данные об измерительных приборах (наименование прибора, индикатор, цена деления).

6. Приспособление для измерения размерного износа.

7. Результаты опытов (табл.2.2).

8. Построить экспериментальную кривую размерного износа, выделяя на ней характерные участки.

9. Определить относительный (удельный) износ. Uо и размерный износ U2.

10.Дать количественную оценку погрешностей обработки, обусловленной

размерным износом (в процентах к величине поля допуска ближайшего

квалитета точности).

11. Выводы (с анализом факторов, влияющих на точность эксперимента).

12.Титульный лист лабораторной работы оформить согласно приложению.

Таблица 2.2

Оборудование, материалы, режущий инструмент

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3