3. Влияние жесткости технологической системы на производительность обработки

Производительность механической обработки, находится в непосредственной связи с жёсткостью технологической системы. Выше была установлена зависимость между точностью обработки (величиной уточнения ) и жесткостью системы

.

Решим выражение относительно подачи

. (4)

Основное время обработки связано с подачей следующей зависимостью:

,

где L – длина обрабатываемой поверхности, мм; n – частота вращения шпинделя, мин^-1.

Подставляя вместо S её значение, выраженное через требования к точности и жесткости системы, получим:

(5)

Заметим, что величина и всегда положительна (при точении ).

Из Формулы (4) следует, что для получения заданной точности обработки ( = const), величина подачи может быть увеличена пропорционально увеличению жёсткости. Выражение (5) показывает, что для тех же условий время обработки обратно пропорционально жёсткости, т.е. с увеличением жёсткости оно уменьшается.

По данным проф. А.П.Соколовского при токарной обработке заготовок резцами из быстрореза за один рабочий ход с заданной точностью (уточнением) продолжительность обработки единицы поверхности, выраженная основным технологическим временем t₀, обратно пропорииональна корню квадратному из жесткости системы . Другими словами, повысив жёсткость системы в 4 раза, можно вдвое уменьшить машинное время.

Таким образом, одним из основных способов повышения точности и производительности обработки является уменьшение упругих отжатий технологической системы путём повышения её жёсткости. Например, на графике (рис. 58) кривые выражают жёсткости двух систем – J₁ и J₂, причём . При обработке партии одинаковых заготовок, из-за колебаний припуска и твёрдости их поверхностей, составляющая сил резания Р_у непрерывно колеблется в пределах Р_у. Её колебание вызывает изменение упругих отжатий . Величина _У – часть общей погрешности обработки, связанной с упругими отжатиями системы. При переходе к обработке с системы J₂ к более жёсткой J₁ величина У уменьшается (), этому может способствовать также переход на более мягкий (щадящий) режим, например, за счет понижения подачи S. В таком случае точность будет достигнута, но производительность снижена. Заметим, что для обработки без брака должно быть . Из графика следует , т.е. во втором случае может иметь место брак.

4. Методы определения жёсткости технологической системы

Выше отмечалось, что в специальной литературе по технологии машиностроения приводятся выражения связи между значениями погрешностей, связанных с упругими отжатиями, и жёсткостью технологической системы для различных видов и схем обработки: обтачивания при консольном креплении заготовки и с поджимом её задним центром, обтачивания валов с подвижным и неподвижным люнетом, растачивания тонкостенных деталей, обработка отверстий и плоских корпусных деталей и многих других. Чтобы пользоваться этими зависимостями, нужно знать характеристики жёсткости конкретных технологических систем и отдельных их частей (узлов). Между тем, многообразие факторов, влияющих на жёсткость технологической системы, не позволяет при современном уровне знаний установить её расчетным путем. По этой причине все методы определения жесткости станков носят экспериментальный характер. На практике чаще других применяют два способа: статический и производственный.

Сущность статического метода сводится к следующему: с помощью динамометров, месдоз или других приборов нагружают отдельные узлы станка (шпиндель, суппорт, стол, заднюю бабку и т.д.), имитируя силы резания и прочие внешние силы. Одновременно с помощью тензометров, миниметров, индикаторов и прочих измерительных приборов фиксируют перемещения этих узлов (рис. 59). В расчет вводят силы нормальные к обрабатываемой поверхности. Последовательно нагружая систему от нуля до максимума, строят зависимость и рассчитывают жесткость. Этим способом пользуются при составлении нормативов жесткости для станков различного типа. Статический метод применяют при контроле качества новых станков, а также станков и узлов, выпускаемых из ремонта. Все же данные по статической жёсткости недостаточно точны. Определение жёсткости на неработающем станке не учитывает толков и вибраций, которые в действительности увеличивают деформацию системы и снижают её жёсткость.

Более точные значения жёсткости, пригодные для расчетов точности обработки, даёт производственный метод. На испытуемом станке производят обработку ступенчатой заготовки или заготовки, имеющей биение (эксцентриситет) при токарной обработке. Ступени рассматривают как погрешность заготовки _заг (рис. 60). После обработки в один рабочий ход на обработанной поверхности образуются уступы, копирующие в уменьшенном виде погрешность исходной заготовки, и представляемые как погрешность детали _дет.

По величине уточнения , пользуясь формулой проф. А.П.Соколовского, подсчитывают жёсткость станка в динамике, т.е. при его работе:

,

где – отношение составляющих сил резания (принимают по справочникам).

При использовании заготовок и инструмента повышенной жёсткости, исключающие их собственные упругие деформации, жёсткость, определённая производственным способом, получается в 1,2…1,5 раза ниже установленной статическим методом. Простота и высокая точность производственного способа объясняют его широкое распространение на предприятиях машиностроения.