Путь резания при точении одной заготовки
L3=πdl/1000S,
где d и l— диаметр и длина обрабатываемой поверхности, мм;
S — подача на один оборот, мм.
Путь резания за период до подналадки станка составит
ln=l3n,
где N — число обработанных заготовок за период между подналадками станка.
Взяв за основу формулу для определения Δр можно представить видоизмененные формулы для расчета размерного износа и при других методах обработки.
При обработке плоскости первичная погрешность Δи, вызванная размерным износом инструмента, равна значению размерного износа Δр., т. е. Δи=Δр, а при обработке тел вращения Δи= 2Δр.
Значение относительного износа зависит от ряда факторов: твердости и марки обрабатываемого материала, марки режущей части инструмента, режима (в первую очередь скорости) резания, наличия при резании вибраций и др. Обобщенных зависимостей размерного износа от перечисленных выше факторов пока в достаточной степени не имеется. В табл. 3.2. приведены некоторые сведения об износе резцов при чистовом точении.
Таблица 3.2.
Износ резцов при чистовом точении
Материал |
Износ |
||
Заготовки |
инструмента |
начальный, мкм |
относительный мкм/км |
Сталь углеродистая и легированная Серый чугун
Сталь углеродистая и легированная Закаленный чугун HB 400 Сталь углеродистая и серый чугун Цветные сплавы |
Твердые сплавы Т15К6, Т30К4 Твердые сплавы ВК4, ВК8 Минералокерамические пластинки ЦМ332 Минералокерамические Пластинки ЦМ332 Эльбор
Алмаз (при тонком растачивании) |
2 – 8
3 – 10
1 – 3
10
-
- |
2 – 10
3 – 12
0,5 – 1
8
0,003
0,0005 – 0,001 |
При обработке заготовок методом пробных ходов размерный износ влияет только на погрешность формы обрабатываемой поверхности. При обработке заготовок на настроенных станках наблюдается изменение получаемого размера после обработки каждой заготовки. Для уменьшения влияния размерного износа на точность обработки применяется систематическая подналадка станка. Наиболее эффективен автоматический подналадчик, работа которого изображена на рис.3.24,б. По оси абсцисс отложен путь резания, а по оси ординат—получаемый размер. При наружном точении, например, в результате износа резца, размер будет увеличиваться: пунктиром показано возрастание диаметрального размера без применения подналадчика. С помощью автоматической подналадки можно регламентировать получаемый размер значением dпр и тем самым уменьшить влияние размерного износа. Работа подналадчика характеризуется систематическим изменением получаемого размера в виде вертикальных участков С ломаной линии.
4. Геометрические погрешности станка и режущего инструмента. Точность изготовления станка влияет на точность обрабатываемой детали. Показатели точности станков регламентированы ГОСТ и выявляются при их ненагруженном состоянии. Согласно ГОСТ, например, радиальное биение центрирующих поясков шпинделей токарных и фрезерных станков допускается до 0,01—0,015 мм, биение конического отверстия в шпинделях при проверке на оправке длиной 300 мм—0,015 - 0,02 мм. прямолинейность и параллельность направляющих токарных, продольно-строгальных и других станков на длине 1000 мм - 0,02 мм, параллельность осей шпинделей токарных станков направляющим станины на длине 300 мм в горизонтальной плоскости 0,01 - 0,015 мм, а в вертикальной плоскости - 0,02 мм и т.д.
Из-за неточности станка появляются отклонения размеров, форм и пространственного положения обработанных поверхностей от заданных. Так, например, при обточке консольно закрепленной заготовки в результате непараллельности оси шпинделя направляющим станины в горизонтальной плоскости получается конусность
Δф. прод = C l/L,
где Δф. прод — отклонение формы обработанной, поверхности в продольном сечении, мм; С—допускаемое отклонение от параллельности оси шпинделя направляющим станины в горизонтальной плоскости на длине L, мм; 1 — длина обрабатываемой поверхности, мм.
Продольная погрешность формы обточенной поверхности появляется в результате непрямолинейности направляющей станины в горизонтальной плоскости.
Радиальное биение шпинделя приводит к образованию некруглости поверхности.
При работе станка под нагрузкой показатели точности обработки изменяются, так как кроме геометрических неточностей станка появляются смещения узлов станка от действия силы резания.
Станкостроительная промышленность кроме станков нормальной точности выпускает также станки для особо точных работ, называемые прецизионными. Эти станки имеют степень точности изготовления, превышающую в 2 -3 раза точность обычных станков.
При точностных расчетах влияние неточностей станка на погрешность обработки можно определить, используя нормы точности станков. Однако более достоверные данные получают на основе проведения экспериментов путем обработки опытных образцов на чистовых режимах.
На погрешность обработки оказывает влияние также неточность мерного и фасонного режущего инструмента (сверл, зенкеров, разверток, шлицевых протяжек, метчиков и др.). В каждом конкретном случае эти погрешности являются систематическими постоянными.
5. Тепловые деформации технологической системы. В процессе резания происходит нагрев технологической системы. Тепловым деформациям подвергаются режущий инструмент, заготовка, приспособление, станок. На рис.3.25 показана зависимость удлинения резца от времени его работы. В начальный период резания удлинение происходит более интенсивно, затем замедляется и после 10 - 15 мин работы практически прекращается, что объясняется наступлением теплового равновесия. Удлинение резца может достигать 30 - 50 мкм, т. е. выходить за пределы отклонений, соответствующих 6-му квалитету.
Значительные деформации от действия теплового фактора возможны у обрабатываемых заготовок, особенно при изготовлении тонкостенных деталей. Например, после сверления отверстия диаметром 20 мм в чугунной втулке наблюдается после охлаждения детали уменьшение диаметра обработанного отверстия примерно на 0,02 мм, что сопоставимо с отклонениями по 7-му квалитету точности. Следовательно, если после сверления сразу (без предварительного охлаждения обрабатываемой заготовки) выполнить развертывание отверстия, то после остывания размер будет меньше требуемого.
Р и с. 3.25.Тепловая деформация резца.
Для уменьшения погрешности в связи с температурными деформациями заготовок и инструмента целесообразно при обработке применять обильное охлаждение.
При работе на металлорежущих станках часть теплоты трения распределяется в узлах станка, вызывая их деформацию. Например, в результате неравномерного нагрева шпиндельной бабки наблюдается смещение шпинделя станка в горизонтальной и вертикальной плоскостях на 10 - 20 мкм.
В результате разности температур между корпусом и шпинделем наблюдается осевое удлинение шпинделя, доходящее до 0,1 мм. При работе на настроенном станке деформации шпиндельного узла могут вызвать ощутимые погрешности обработки, если не предусмотреть периодическую подналадку станка в первые 2—3 ч его работы, пока не наступит тепловое равновесие.
6. Остаточные напряжения в материале заготовок. Остаточные напряжения возникают при различных технологических методах обработки заготовок: горячей обработке металлов (отливке, ковке, прокатке, термической обработке) в результате неравномерного охлаждения заготовки и .структурных. превращений в материале; холодной обработке металлов методом пластического деформирования (правке, обкатке поверхностей роликами, дробеструйной обработке и др.) в результате появления напряжений от наклепа; обработке металлов резанием в результате снятия неравномерного припуска; сварочных работах в результате неравномерного нагрева и остывания металлов в процессе сварки и т. д. В качестве примера на рис.3.26 показана схема распределения напряжений при холодной правке металла. До правки заготовка имела изогнутость f (см. pиc. 3.26, а). Прикладывая силу Р (см. pиc. 3.26, б), заготовку деформируют в противоположном направлении на размер f1, несколько больший f, так как заготовка после снятия нагрузки частично восстанавливает имевшуюся искривленность. В процессе правки наружные слои заготовки а - б и в - г (см. рис.3.26, в) пластически деформируются, достигая предела текучести σт, в то время как в средней части металла (участок б - в) возникает зона упругих деформаций. Заготовка и эпюра остаточных напряжений после снятия силы Р приведены на рис.З.26, г; действие остаточных напряжений уравновешено. Если заготовку повторно обработать резанием, то снова будет наблюдаться образование остаточных напряжений, но в меньшей степени.
Р и с. 3.26. Схема распределения остаточных напряжений
На погрешность обработки остаточные напряжения особенно ощутимо влияют при изготовлении крупных деталей (рам, станин), а также при изготовлении тонкостенных и нежестких деталей.
Для уменьшения влияния остаточных напряжений применяют различные технологические методы. Так, например, для снятия остаточных напряжений в крупных отливках используют естественное старение, заключающееся в вылеживании заготовок в течение 1 года и больше на воздухе; в мелких и средних отливках остаточные напряжения снимают путем термической обработки: медленный нагрев в печи до 500 - 600 °С с последующей выдержкой при этой температуре в течение 1 - 6 ч и медленным охлаждением в печи. Для снятия остаточных напряжений в поковках применяют отжиг заготовок.
Для уменьшения деформаций при термической обработке деталей осуществляют не сплошную их закалку, а поверхностную токами высокой частоты.
Чтобы уменьшить влияние остаточных напряжений в сварных изделиях, следует в первую очередь обратить внимание на способ сложения сварочных швов и режим сварки, а также на правильный подбор свариваемых материалов.
При механической обработке заготовок путем снятия неравномерных припусков, например при черновой обточке ступенчатого вала, уменьшение влияния остаточных напряжении достигается промежуточной термической обработкой стальных деталей перед чистовой обработкой (нормализация, термическое улучшение).