Методические указания к лабораторным работам «Технология машиностроения» и «Управление качеством изделий» (120

Контрольные вопросы

1.Какой из рассмотренных методов настройки следует применять при многорезцовом обтачивании?

2.Назовите область применения настройки методом пробных ходов и измерений.

3.Какие погрешности следует дополнительно учитывать при настройке инструментальных блоков вне станка?

4.Какой метод настройки наименее трудоемок?

21

Работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗМЕРНОГО ИЗНОСА ИНСТРУМЕНТА

Цель работы студент формулирует самостоятельно.

Содержание работы

1.Изучить характер и закономерность процесса размерного износа резца в зависимости от пути резания и продолжительности работы.

2.Определить величину относительного износа резца.

Порядок выполнения работы

Для выполнения работы студенту выдают заготовку и стандартный проходной резец с известными значениями геометрических параметров режущей части: переднего угла , главного угла в

плане , вспомогательного угла в плане 1; указывают станок, на котором он будет проводить исследования. Материал заготовки – сталь углеродистая, НВ = 1764…2156 МПа. Материал резца – быстрорежущая сталь (твердый сплав). Обработку ведем с подачей S0 = 0,1…0,2 мм/об и глубиной резания t = 0,8…1,0 мм без охлаждения. Скорость резания задаем в пределах v = 40…60 м/мин, стойкость резца принимаем равной 20 мин. Выбранные режимы обработки должны быть скорректированы в соответствии с паспортными данными станка.

Проверяем качество заточки резца. При правильной заточке главное и вспомогательное лезвия прямолинейные, т. е. не имеют заусенцев и изломов. В противном случае следует заменить резец или произвести доводку режущей части. Настраиваем станок на заданный режим обработки. Устанавливаем на станок заготовку 1 и резец 2 (рис. 8). Проводим обтачивание заготовки в течение 2…3 мин машинного времени. Снимаем резец, замеряем величину износа резца на проекторе.

22

Рис. 8. Эскиз механической обработки заготовки:

d – диаметр обрабатываемой заготовки; l – длина обрабатываемой заготовки; DS – движение подачи; Dr – главное движение подачи; 1 – заготовка; 2 – резец

Размерный износ характеризуется величиной износа инструмента, измеренной в плоскости передней поверхности пи или в

плоскости опорной поверхности резца ги по нормали к главному режущему лезвию (рис. 9).

Рис. 9. Расчетная схема износа инструмента:

И – участок износа; ∆и	– размерный износ;	иг – износ в плоскости опорной по-
верхности резца; ип –	износ в плоскости передней поверхности резца; ,		1 –
	углы в плане; – передний угол

23

Измеряем величину размерного износа в плоскости передней поверхности резца по нормали к глав-

	ному режущему лезвию	ип. Для
	этого устанавливаем резец в при-
	способление так, что главное ре-
	жущее лезвие 2 располагается вер-
	тикально (рис. 10), а плоскость
	передней поверхности резца – пер-
	пендикулярно оптической оси про-
Рис. 10. Схема измерения раз-	ектора мод. ПН-02Г. Настраиваем
мерного износа:	резкость изображения	проекций
1 – оси экрана проектора; 2 – главное	главного и вспомогательного ре-
режущее лезвие; 3 – вспомогатель-	жущих лезвий на экране проектора.
ное режущее лезвие	Перемещением измерительной го-

ловки проектора совмещаем главное режущее лезвие с вертикальной осью экрана. Сбрасываем показания цифрового индикатора. Совмещаем вертикальную ось экрана с точкой 1 (см. рис. 10). Снимаем показания с индикатора проектора и результат заносим в бланк отчета (Приложение 4).

Полную величину размерного износа и (см. рис.10) определяем по формуле

	и ип соsγ	sin 1	.
		sin ( 1)

Обтачивание заготовки и последующие измерения величины износа выполняем 5–7 раз. Время резания фиксируем по секундо-

меру. Путь резания L1, м, резца в металле вычисляем по формуле

L1 π1000dср nτ,

где n – частота вращения заготовки, об/мин; dср – средний диаметр обрабатываемой заготовки, мм (dср dзаг t); dзаг – диаметр заго-

товки до обработки, мм; t – глубина резания, мм; – время обработки, мин.

24

По полученным данным строим график, характеризующий величину размерного износа в зависимости от времени или пути резания. Рассчитываем средний относительный износ ио, мкм/км, по формуле

иo	и 1000 ,
	L1

где ∆и ― полный размерный износ резца на пути L1, мкм.

По работе делаем выводы и заполняем бланк отчета (см. приложение 4).

Контрольные вопросы

1.Как влияет размерный износ режущего инструмента на точность обработки большой партии заготовок мелких деталей на настроенном станке?

2.Как влияет размерный износ инструмента на точность обработки поверхности большой площади одной заготовки?

3.Назовите методы компенсации размерного износа инструмента в неавтоматизированном и в автоматизированном производстве.

4.Приведите несколько примеров слабого и сильного влияния размерного износа на точность обработки.

25

Работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОБРАБОТКИ, ВЫЗЫВАEМЫХ ДЕФОРМАЦИЯМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ СИЛ РЕЗАНИЯ

Цель работы студент формулирует самостоятельно.

Содержание работы

На примере токарной обработки наружной цилиндрической поверхности:

1)проанализировать образование погрешности обработки (размера и формы) в результате деформаций технологической системы под действием сил резания;

2)сравнить результаты расчета ожидаемой погрешности обработки по предлагаемой модели с фактически полученной погрешностью при однократном эксперименте.

Методические указания

При обработке заготовка и инструмент упруго отжимаются суммарно на величину tост, представляющую собой погрешность обработки. Величину tост, равную расстоянию между заданной и фактически получаемой границами обработки, определяем по формуле

		1		1
	tост Рy					,	(1)
		Jзаг		Jинс

где Рy – радиальная составляющая силы резания, Н; Jзаг – жесткость системы заготовка – приспособление – станок, Н/мм; Jинс – жесткость системы инструмент – вспомогательный инструмент –

станок – суппорт, Н/мм.

Согласно формуле (1) величина tост изменяется ввиду непостоянства сил резания вследствие изменения твердости заготовки и

26

изменения жесткости технологической системы (при вращательном и поступательном движениях заготовки и инструмента).

В лабораторной работе предусмотрены два варианта исследований, в каждом из которых в целях упрощения рассматриваем раздельное влияние перечисленных факторов:

1-й вариант – влияние переменной жесткости технологической системы вдоль оси заготовки на точность обработки (Pу = const,

Jт.с = var);

2-й вариант – влияние изменения силы резания на точность об-

работки (Pу = var, Jт.с = const).

ставляетЗдесь Jт.с – жесткость технологической системы, которая со-

Jт.с	JзагJинс	.
	Jзаг Jинс

Силу резания Рy определяем по формуле

Рy СP	хP	у	Py V	n	(2)
	tзадy S			Py KP .
y				y

При обтачивании заготовки из стали 45 проходным резцом, оснащенным пластинкой из твердого сплава Т15К6 и имеющим гео-

метрические параметры = 45°; = 10°; = 12°; = 0°, принимаем следующие значения показателей в формуле (2): CPy = 2430;

xPy = 0,9; yPy = 0,6; KPy = 1; nPy = –0,3.

Жесткость технологической системы Jт.с определяется жесткостью ее отдельных узлов (задней бабки Jз.б, передней бабки Jп.б, суппорта Jcуп), значения которых устанавливаем экспериментально. Силовое нагружение узлов станка (рис. 11) создаем через обрабатываемую заготовку 2 гидравлической месдозой 1, закрепленной в суппорте станка. Упругие перемещения измеряем с точностью до 0,001 мм индикаторами 3 и 4, установленными на станине станка.

При определении жесткости узлов станка пиноль задней бабки должна быть закреплена. Нагружение каждого узла технологической системы силой Py проводим три раза с одновременным из-

мерением упругих перемещений. Делением величины нагрузки на среднюю величину упругого перемещения находим значение жесткости соответствующего узла станка (Jп.б, Jз.б, Jсуп).

27

Рис. 11. Схема измерений упругих перемещений:

1 – гидравлическая месдоза; 2 – заготовка; 3, 4 – индикаторы

1. Влияние переменной жесткости технологической системы на точность обработки

Исследование проводим на цилиндрическом образце диаметром d = 15…30 мм и длиной l = 250…400 мм. Заготовку устанавливаем в центрах (см. рис. 8). Пренебрегая влиянием упругих от-

жатий на величину силы резания Py , считаем ее при обработке

постоянной. Очевидно, что жесткость Jт.с изменяется по длине обработки и обусловливает, согласно формуле (1), различные значения tост. Для данного вида токарной обработки формула (1) может быть представлена как

х

2

x 2

х 2

х 2

1

1

1

l

tост Ру

l

l

l

,

(3)

Jп.б

Jз.б

3EJ

Jсуп

l3

где l – длина обрабатываемой заготовки, мм; x – расстояние от переднего торца заготовки до рассматриваемого сечения, мм; Jп.б – жесткость передней бабки, Н/мм; Jз.б – жесткость задней бабки, Н/мм; Jсуп – жесткость суппорта, Н/мм; Е – модуль упругости заготовки (Е = 2,2 105 Н/мм2); J – момент инерции поперечного сечения заготовки, J = 0,05d 4; d – диаметр заготовки, мм.

Выражение (3) является уравнением образующей обработанной заготовки. Проанализировав его, видим, что tост по длине обработки изменяется нелинейно. Следовательно, обработанная за-

28

готовка имеет погрешность формы в продольном направлении, в частности отклонение от прямолинейности образующей. Эту погрешность формы можно оценить по формуле

				tост	tост
ф				х 0		х l
	tост						.	(4)
					2
		х l 2

Поверхность образца перед проведением эксперимента должна быть проточена с малой подачей S0 = 0,07…0,10 мм/об и небольшой глубиной резания t = 0,1 мм.

При проведении эксперимента глубину резания задаем в пределах tзад = 1,0…1,5 мм, подачу S0 = 0,2…0,4 мм/об и скорость резания v = 30…50 м/мин.

Порядок выполнения работы

1.Рассчитать по заданным параметрам режима обработки силу резания Py по формуле (2).

2.Экспериментально определить составляющие жесткости технологической системы: Jп.б, Jз.б, Jсуп.

3. Определить значения tост по формуле (3) при x = 0, х = l / 2,

х= l.

4.Определить расчетное значение погрешности формы детали по формуле (4).

5.Провести измерение диаметров d в тех же сечениях заготовки после ее обработки на заданном режиме.

6.Определить фактическую погрешность формы поверхности обработанной заготовки, используя выражение

ф1 d d d . 2 х l / 2 2

7.Расчетные и экспериментальные данные занести в бланк отчета (Приложение 5).

8.Определить относительную погрешность расчетного значе-

ния х 0 х l

	ф	ф	100 %.
	ф

29

9.Выполнить эскиз заготовки после обработки, показав графически и численно полученные отклонения формы поверхности.

10.Сделать выводы по работе.

2. Влияние изменения силы резания Py на точность обра-

ботки

Исследование проводим на двух образцах 1 и 2 разного диаметра, закрепленных на оправке 3 (рис. 12). Оправку устанавливаем в трехкулачковый патрон и поджимаем задним центром. Номинальный диаметр образцов d = 30…60 мм, ширина B = 10…20 мм, материал образцов – сталь 45. При проведении эксперимента задаем параметры режима резания в пределах S0 = 0,2…0,4 мм/об;

v = 30…60 м/мин. Глубину резания tзад для каждого образца i-й серии принимаем согласно данным табл. 6.

Рис. 12. Эскиз механической обработки:

1, 2 – образцы; 3 – оправка

							Таблица 6
	Глубина резания для образцов i-й серии
Номер образца			Значения tзад, мм, для образцов серии
		1-й		2-й	3-й		4-й
1		0,5		0,5	0,2		0,1
2		0,5		2,0	1,0		0,5
заг = 2 ti		0		3,0	1,6		0,8

30