Погрешность, вызванная температурными деформациями обрабатываемой детали.

Температурные деформации обрабатываемой детали происходят, в основном, за счет выделения тепла в зоне резания, так как часть этого тепла переходит непосредственно в обрабатываемую заготовку. Так например, в обрабатываемую деталь при токарной обработке переходит 3-9% этого тепла. Точный расчет температурных деформаций заготовки носит сложный характер, главным образом потому, что источник тепла перемещается во время обработки. Поэтому часто с достаточной для практики точностью он упрощается. Так, для токарной обработки в центрах или патроне изменения получаемого наружного диаметра за счет температурных деформаций детали определяют по формуле

(2)

где - коэффициент линейного расширения обрабатываемого материала (для стали = ); - разность температуры детали до и после обработки, ; D – диаметр обрабатываемой заготовки, мм; - температурные деформации детали за счет нагрева в направлении D; К – коэффициент зоны обработки.

Всю длину обрабатываемой детали в зависимости от её температурных деформаций можно разбить на три зоны (рис.2).

Первоначальную, характеризующуюся сравнительно небольшим нагревом заготовки, которым можно пренебречь: К=0.

Установившуюся, характеризующуюся тем, что впереди резца бежит опережающая тепловая волна, а сзади, на некотором расстоянии от резца, устанавливается постоянное температурное поле; в связи с этим температурные деформации заготовки возрастают до определённого уровня и остаются постоянными: =0,6-0,7.

Завершающуюся, характеризующуюся повышением температуры заготовки из-за отражения тепловой волны от её левого торца: =2-2,8.

Рисунок 2 - Схема обточенной поверхности деталей из-за температурных деформаций по зонам обработки.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Установить и закрепить заготовку на токарном станке, включить станок и работать 5-8 мин вхолостую до наступления теплового равновесия станка.

2. Установить и закрепить индикатор на суппорте станка с помощью специальной стойки так, что бы при повороте резцедержателя на 180 вершина резца касалась наконечника индикатора. Настроить станок на заданный преподавателем режим.

3. Включить продольную подачу и через 1 мин работы выключить её, отвести резец от заготовки и быстро повернуть резцедержатель на 180 до касания вершины резца с наконечником индикатора, записать показание индикатора. В таком положении дать остыть резцу до температуры окружающей среды, записать конечные показания индикатора. Определить величину укорочения резца .

4. Одновременно после окончания обработки необходимо замерить термометром температуру детали, микрометром – её обточенный диаметр в начале и в конце обработки и определить их разность , исключив погрешность, несвязанную с исследованием.

5. Повторить указанные в п.п. 3, 4 приемы для периодов времени 2, 5, 10 мин. При этом для периодов 2, 5 мин обработку продолжить по длине заготовки, а для периода 10 мин обработку продолжить, начав заново с правого торца. Определить разность диаметров , , , и укорочение резца , , .

6. Определить путь времени L для всех экспериментальных периодов по формуле

L=VT, (3)

где V – скорость резания, м/мин; Т – время работы резца, мин.

7. Построить кривые (рис.3):

удлинение резца от пути резания при нагревании (1);

укорочение резца от времени охлаждения при охлаждении (2);

8. Определить величины коэффициента по формуле (1) и определить среднеарифметическое значение:

Рис. 3. Температурные деформации резца в зависимости от времени работы и охлаждения.

9. Построить график зависимости погрешности размерного износа инструмента и температурных деформаций технологической системы от пути резания и времени обработки (рис. 4).

Рисунок 4

Суммарная погрешность размерного износа инструмента технологической системы и температурных деформаций представляет собой разность диаметров наружной поверхности детали за время работы T=1,2,510 мин и откладывается по оси ординат.

10. Построить график зависимости погрешности, вызванной температурными деформациями технологической системы, от пути резания и времени обработки (рис. 5). Погрешности температурных деформаций технологической системы определяется как разность диаметров детали и погрешности, вызванной размерным износом инструмента за период работы T=1,2,5,10 мин. Значения последних берутся из лабораторной работы 5, то есть

Рисунок 5

10. Построить график зависимости погрешности, вызванной температурными деформациями обрабатываемой детали, от пути резания и времени обработки (рис. 6).

Рисунок 6

Погрешность, вызванная температурными деформациями детали , определяется как разность погрешности температурных деформаций технологической системы и погрешности, вызванной температурными деформациями инструмента, значения которых берутся из пп. 9 и 10; то есть

Обратить внимание на то, что данная разность является алгебраической и значения для детали имеют отрицательные значения. Построить аналогичную теоретическую зависимость, полученную расчетом по формуле (2), в которую необходимо подставить как разность температуры окружающей среды t=20 . Объяснить различие между теоретической и экспериментальными кривыми зависимости

12. Сделать выводы о влиянии температурных деформаций отдельных элементов технологической системы на точность обработки.

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Составить отчет по стандарту (см.с.4).

1. Применяемое оборудование, оснастка, инструмент, заготовка.

2. Схема обработки детали.

3. Схема измерения укорочения резца.

4. График зависимости удлинения резца от пути резания и укорочения резца от времени охлаждения.

5. Результаты исследований.

Время работы резца Т, мин.	Путь резания, м.	Удлине-ние резца при нагреве, мкм	Время охлаждения резца, мин.	Укорочение резца при охлаждении, мкм	Разница температур резца до обработки и после	Разница диаметров до обработки и после
1 2 5 10

6. Определение коэффициентов и С.

7. График зависимости суммарной погрешности размерного износа инструмента и температурных деформаций системы СПИД от пути резания и времени обработки.

8. График зависимости погрешности, вызванной температурными деформациями системы СПИД от пути резания и времени обработки.

9. График зависимости погрешности, вызванной температурными деформациями обрабатываемой детали от пути резания и времени обработки (экспериментально и теоретически).

10. Выводы по работе.

Лабораторная работа №7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВОК ПРИ ИХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

Цель работы – определение влияния выбора схемы базирования и закрепления заготовки на точность положения её при обработке.

Оборудование, инструмент, заготовка: станки – токарный, фрезерный; приспособления: поверочная плита, призма с Г-образным прихватом, жёсткая и разжимная оправки, центры; измерительный инструмент: штангенциркуль с ц.д. 0,01, индикаторы с ц.д.0,01 мм, микрометр с ц.д. 0.01; заготовка – начисто фрезерованные стальные блоки, втулки из алюминиевого сплава, валики с центровыми отверсиями.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

При обработке деталей на настроенных станках неизбежно появляются погрешности в размерах, геометрической форме и взаимном расположении обрабатываемых поверхностей. Одной из причин, вызывающих эти отклонения, является погрешность установки обрабатываемой заготовки E_y, которая слагается из по­грешности базирования E_б, закрепления E_з и погрешности неточности приспособле­ния E_п. Считая, что в некоторых ситуациях погрешности суммируются арифметически:

E_y = E_б + E_з .+ E_п (1)

Погрешность базирования возникает при несовмещении конструкторской и технологической баз. При совмещении этих баз погрешность базирования равна нулю.

Погрешность закрепления возникает при деформации обрабатываемой заго­товки и приспособления. Эта деформация происходит в результате приложения к обрабатываемой заготовке сил закрепления. Однако в тех случаях, когда направле­ние зажимного усилия перпендикулярно направлению выполняемого размера и не вызывает деформации заготовки и отрыва её от установочных элементов приспо­собления, погрешность закрепления равна нулю.

Аналитическое определение погрешности закрепления представляет собой сложную задачу, поэтому определение её в данной работе производится по табли­цам и формулам с учётом конкретных способов закрепления.

В практике технологии машиностроения заготовки устанавливают на плоскость, наружную и внутреннюю цилиндрические поверхности на 2 отверстия с па­раллельными осями и перпендикулярную им плоскость, на центровые гнёзда и т.д.

При выполнении данной работы необходимо определить оптимальную схему установки заготовки.