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    Ср  S^0?75  t, кН, (1.2)

где  - 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  = _{исх.заг} / _{обр.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 =   Cp S^0,75 , 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 t_min  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 _{обр.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 = _{обр.заг.}) и пользуясь данными табл. 1.1, определить по формуле (1.3) жесткость станка для трех положений, соответствующих трем кольцам оправки ( = 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

Кольцо у передней бабки станка				Кольцо в середине оправки				Кольцо у задней бабки станка
Биение исходной заготовки оисх.заг.	Биение после обработки,обр.заг, мм	Уточнение 	Жесткость j кН/м	Биение исходной заготовки исх.заг. мм	Биение после обработки,обр.заг, мм	Уточнение 	Жесткость j кН/м	Биение исходной заготовки оисх.заг.	Биение после обработки,обр.заг, мм	Уточнение 	Жесткость j кН/м

Таблица 1.2.