12. Размерная стойкость инструмента и величина его подналадки

Размерная стойкость – это время резания инструментом с момента его установки на станок до его первой подналадки. Иногда вместо времени размерную стойкость указывают в количестве обработанных режущим инструментом деталей. Размерная стойкость может быть больше, равна или меньше периода стойкости РИ по режущей способности, которая чаще всего определяется по величине износа РИ. Как правило, при черновой обработке размерная стойкость РИ больше периода его стойкости по режущей способности (т.е. размер детали при обработке остаётся в пределах допуска на неё, а РИ уже не режет – затупился). А при чистовой обработке, как правило, размерная стойкость РИ меньше периода его стойкости по режущей способности.

Рассмотрим факторы (погрешности), которые влияют на размерную стойкость инструмента. Точность размеров детали при обработке на станке зависит от:

1. систематических погрешностей:

а) постоянных;

б) переменных;

2) случайных погрешностей:

а) кинематических;

б) динамических.

Суммарная систематическая постоянная погрешность:

∆с ∑ =∆ср +∆су +∆ст ,

где ∆ср – погрешность размера длины инструмента;

∆су – погрешность установки инструмента;

∆ст – смещение вершины инструмента из-за тепловой деформации станка при его нагреве от температуры помещения до температуры в установившемся тепловом режиме его работы.

Суммарная систематическая переменная погрешность:

∆v∑ = ∆vи +∆vт+ ∆vд,

где ∆vи - размерный износ вершины инструмента;

∆vт - смещение вершины инструмента из-за тепловых деформаций станка при неустановившемся температурном режиме (как правило, при установившемся температурном режиме работы станка ∆vт = 0).

∆vд - смещение вершины инструмента из-за дополнительных упругих деформаций технологической системы станка за счёт увеличения сил резания при затуплении инструмента:

∆vд = ∆Рz/jzy +∆Рx/jxy +∆Рy/jyy,

где ∆Рz/jzy , ∆Рx/jxy , ∆Рy/jyy – деформация технологической системы станка в направлении оси у от увеличения составляющих сил резания из-за износа РИ по осям z, x, y соответственно; ∆Рz, ∆Рx, ∆Рy – это увеличение составляющих сил резания из-за износа РИ в направлении осей z, x, y; jzy, jxy, jyy – жёсткость технологической системы станка в направлении оси у от действия сил в направлении осей z, x, y соответственно.

Случайная погрешность обработки является следствием большого количества различных случайных факторов.

Случайная кинематическая погрешность возникает при рабочих перемещениях механизмов станка без нагружения их силами резания.

Случайные динамические погрешности возникают в процессе резания, зависят от жесткости технологической системы станка, случайных изменений силы резания и возрастают при износе РИ (поэтому границы поля рассеивания размеров обрабатываемой детали во времени увеличиваются).

Результирующая кинематической и динамической погрешностей - поле рассеивания размеров обрабатываемой детали в момент времени , определяется по формуле:

,

где – среднее квадратическое отклонение кинематических погрешностей;

– среднее квадратическое отклонение динамических погрешностей.

Итак имеем следующие погрешности:

систематические: ∆с ∑ - суммарная систематическая постоянная погрешность,

∆с ∑ =const;

∆v∑ - cуммарная систематическая переменная погрешность (при

∆vт = 0), ∆v∑ = var (рис. 53):

∆v∑ = ∆vи + ∆vд,

где ∆vи - размерный износ вершины инструмента;

∆vд - смещение вершины инструмента из-за дополнительных упругих деформаций технологической системы станка за счёт увеличения сил резания при затуплении инструмента.

На рис. 53:

кривая 1 – текущее значение ∆vи;

кривая 2 – текущее значение ∆v∑.

cлучайные: результирующая кинематической и динамической погрешностей возрастает при износе РИ, т. е. увеличивается во время резания (рис. 54).

Типовая диаграмма точности обработки плоской поверхности строгальным резцом для случая, когда период стойкости инструмента по режущей способности больше его размерной стойкости, отражает изменение размера А детали (или деталей), обработанной резцом в условиях установившегося температурного режима работы станка (рис. 55).

На рис. 55 использованы следующие обозначения:

A_max , A_min – соответственно максимальный и минимальный размер детали по чертежу с верхним ВО и нижним НО предельными отклонениями;

δА – допуск на размер А по чертежу;

кривая 2 – текущее значение ∆v∑;

кривые 3 и 4 – соответственно нижняя и верхняя границы поля рассеивания размера А детали в различные моменты времени процесса резания ( зависит от времени ).

На диаграмме показаны положения вершины резца (т. М) в поле допуска обрабатываемой детали. Положение вершины резца в тт. М1 и М2 неверное, так как в этих случаях будет получен брак по размеру А: для т. М1 – неисправимый, а для т. М2 – исправимый. Для получения максимальной размерной стойкости резца точка М перед началом резания должна быть как можно ближе к нижнему отклонению НО размера А детали, т.е. в положении М(0).

В процессе резания т. М будет перемещаться из первоначального положения (т. М(0)) по отношению к обрабатываемой поверхности по некоторой кривой 2 через промежуточное положение (т. М( i)) в момент времени i до предельно допустимого по критерию размерной стойкости резца положения М(Тр₁), соответствующее момену времени = Tp, при котором произойдёт пересечение верхней границы поля рассеивания размера А с его верхним отклонением – точкой К. Дальнейшая работа на станке должна быть прекращена из-за возможного выхода размера А за его предельное верхнее отклонение ВО. Так как резец свою режущую способность ещё не утратил, то после времени работы резца равного Тр, резец необходимо переустановить в новое положение, т.е сделать его подналадку на величину Ап из положения М(Тр₁) в положение М(Тр₂)_.

т.к. = = .

При обработке деталей тел вращения величина подналадки равна половине величины А_П (А_П/2). При последующих подналадках следует учитывать изменения во времени некоторых погрешностей, а именно: cуммарной систематической переменной погрешности ∆v∑ за счёт изменения размерного износа вершины инструмента ∆vи и смещения вершины инструмента из-за дополнительных упругих деформаций технологической системы станка за счёт увеличения сил резания при затуплении инструмента ∆vд; результирующей кинематической и динамической погрешностей за счёт изменения среднего квадратического отклонения динамических погрешностей .