Технология машиностроения (лабораторный практимум) - часть 8

 

 
Рисунок 3.1 – Механизм  возникновения  погрешностей,  обусловленных 

податливостью ТС 

Для уменьшения погрешностей обработки, связанных с конечной жестко-

стью конкретной ТС, необходимо либо уменьшать колебания сил резания  P

∆ , 

либо увеличивать жесткость j. 

Сила резания Р зависит параметров обработки и определяется: 
 

 

P

z

y

x

P

k

V

S

t

C

P

P

P

P

=

 

(3.3)

 

где 

p

C  - коэффициент,  зависящий  от  механических  свойств  обрабаты-

ваемого материала; 

t – глубина резания (припуск на обработку); 
S – подача; 
V – скорость резания; 
k – поправочный коэффициент; 

y

P

j

∆

∆

=

∑

=

∆

i

A

A

ω

ω

∆

A

ω

p

p

p

z

y

x

,

,

 

-  показатели  степени,  определяющие  влияние  на  силу  резания 

глубины, подачи и скорости соответственно. 

Для уменьшения колебаний сил резания необходимо: 
−  уменьшить  колебания  механических  свойств  обрабатываемого 

материала за счет стабилизирующей термообработки; 

−  уменьшить колебания припуска за счет применения более точных за-

готовок и разделения обработки на стадии – черновую, чистовую, отделочную. 

Для повышения жесткости ТС необходимо: 
−  уменьшать количества звеньев и стыков ТС; 

−  повышать контактную жесткости деталей; 

−  создавать предварительный натяг в ТС; 

−  использовать  для  изготовления  базовых  деталей  станков  материалы 

высокой и сверхвысокой жесткости (например, искусственный гранит); 

Уменьшение  погрешностей  из-за  упругих  деформаций  ТС  производится 

также  путем  управления  процессом  обработки.  При  этом  используются  сле-
дующие мероприятия: 

−  применение систем автоматического регулирования для стабилизации 

упругих отжатий; 

−  статическая настройка станков с учетом упругих отжатий; 

−  выравнивание жесткости технологической системы по длине хода ин-

струмента; 

−  изменение величины подачи на длине рабочего хода; 

−  корректировка  траектории  движения  режущего  инструмента  на  стан-

ках с ЧПУ за счет предыскажения управляющей программы. 

Величина  сил  является  случайной  величиной,  зависящей  от  параметров 

обработки, по случайному закону изменяются и упругие деформации. Поэтому 
погрешность  обработки,  определяемая  действием  упругих  деформаций,  также 
случайная  величина.  Упругие  деформации  технологической  системы  в  ряде 
случаев являются определяющими с точки зрения точности обработки, так как 
погрешности, обусловленные ими, могут достигать 20 - 80 % от суммарной по-
грешности изготовления. Кроме того, жесткость технологической системы ока-
зывает  большое  влияние  на  виброустойчивость  системы  и  на  производитель-
ность механической обработки. 

Существует  несколько  методов  определения  жесткости  технологических 

систем или их отдельных элементов. Основными являются следующие методы: 

1) статический (испытания на неработающем станке); 
2) производственный (испытания при обработке заготовки); 
3) динамический (испытания при действии периодических возмущающих 

воздействий). 

Сущность  статического  метода  определения  жесткости  заключается  в 

том, что узлы станка с помощью специальных приспособлений нагружают си-
лой, воспроизводящей действие силы резания, и при этом измеряют перемеще-
ние отдельных узлов станка. Перемещения узлов станка измеряются в направ-
лении,  нормальном  к  обрабатываемой  поверхности,  так  как  эти  перемещения 

имеют  основное  значение  и  определяют  погрешность  обработки,  обусловлен-
ную упругими деформациями технологической системы. 

Принципиальная схема определения перемещения одной детали узла от-

носительно  другой  под  действием  прикладываемой  силы  (по  К.  В.  Вотинову) 
показана на рисунке 3.2. 

 

 

Рисунок 3.2 – Определение жесткости статическим методом 
По мере увеличения массы груза, подвешенного на тросе, возрастает сила 

Р, приложенная к концу шпинделя коробки скоростей. По показаниям индика-
тора,  расположенного  против  точки  приложения  силы  Р  по  направлению  ее 
действия, судят о перемещении конца шпинделя относительно станины станка. 
Полученные данные в виде точек наносят на график (рисунок 3.3) и получают 
нагрузочную ветвь характеристики жесткости узла. Затем, уменьшая нагрузку, 
строят  разгрузочную  ветвь.  Площадь  образовавшейся  петли  гистерезиса  пред-
ставляет  собой  работу,  затраченную  на  преодоление  сил  трения,  контактных 
деформаций и т. п.  

 

 

Рисунок 3.3 – Изменение упругих отжатий в зависимости от силы 

Рассмотренный выше статический метод определения жесткости станков 

имеет  существенный  недостатки:  он  сложен  и  трудоемок.  Кроме  того,  жест-
кость станка, определяемая в статическом состоянии, лишь приблизительно ха-
рактеризует упругие перемещения станка в процессе работы. 

Производственный  метод  испытания  жесткости  станков  основан  на  том, 
что  при  обработке  заготовки  с  неравномерным  припуском  изменяющаяся 
глубина  резания,  отклонение  формы  заготовки  копируется  на  обработан-
ной поверхности. Степень копирования тем больше, чем меньше жесткость 
технологической  системы.  Для  исключения  влияния  жесткости  других 
элементов  ТС  (приспособления,  инструмента,  заготовки)  они  должны 
иметь высокую жесткость. 
Рассмотрим  этот  случай  на  примере  определения  жесткости  токарного 
станка.  Для  обработки  используется  заготовка  с  неравномерным  припус-
ком  (рисунок 3.4). При  обработке  малой  ступени  заготовки  глубина  реза-
ния – t

1

;  нормальная  составляющая  силы  резания - 

1

y

P ;  соответствующее 

этой силе перемещение – y

1

. При обработке большей ступени заготовки эти 

величины соответственно равны: t

2

; 

2

y

P ; y

2

. 

 

 

Рисунок 3.4 – Определение жесткости токарного станка производственным 
методом 
Жесткость станка с учетом выражения 3.1 составит: 
 

.

1

2

1

2

y

y

P

P

y

P

j

y

y

y

−

−

=

∆

∆

=

 

 
Приращение радиальной силы резания 

),

(

1

2

1

2

z

P

z

P

y

y

P

y

P

y

y

y

P

y

P

y

P

y

y

y

P

y

P

y

P

y

x

x

P

z

y

P

P

z

y

x

P

P

z

y

x

P

y

t

t

k

V

S

C

k

V

S

t

C

k

V

S

t

C

P

−

=

−

=

∆