Технология машиностроения (лабораторный практимум) - часть 10

4  Исследование  влияния  жесткости  заготовки  на  точность 

обработки 

 
4.1 Цель работы 
 
Изучить  влияние  жесткости  заготовки  на  точность  обработки.  Освоить 

методику  определения  погрешностей  формы  нежесткого  вала.  Выявить  меро-
приятия,  направленные  на  уменьшение  погрешностей  обработки,  обусловлен-
ных малой жесткостью заготовки. 
 

4.2 Общие положения 

 

Под действием сил, действующих в процессе обработки, в технологической 

системе (ТС) возникают упругие деформации. Они складываются из деформа-
ций всех элементов ТС, в том числе и деформаций обрабатываемой заготовки. 
Если жесткость заготовки невелика, то погрешности обработки в основном оп-
ределяются  деформациями  заготовки.  Дeфopмации  заготовки  возникают  под 
действием сил закрепления или под действием сил резания. В тех случаях, ко-
гда  жесткость  заготовки  переменна  по  длине,  образуется  погрешность  формы 
обработанной поверхности. 

При  обработке  нежесткого  вала  происходит  изменение  положения  его 

оси под действием составляющих силы резания (рисунок 4.1). 

 

 

 
Рисунок 4.1 – Изменение положения оси нежесткого вала 
 
Величины  прогибов  вала  в  вертикальном 

1

f

  и  горизонтальном 

2

f

  на-

правлении при положении инструмента в середине заготовки 

 

,

140

3

1

J

E

l

P

f

z

⋅

⋅

=

 

(4.1)

 

,

140

3

2

J

E

l

P

f

y

⋅

⋅

=

 

(4.2)

 

где 

y

z

P

P

,

 

-  тангенциальная и радиальная сила резания, Н; 

l

 – длина вала, мм; 

E 

– модуль упругости материала заготовки, 

4

10

2

⋅

=

E

, МПа; 

J 

– момент инерции вала, 

4

05

,

0

d

J

=

, мм

4

 (

d

 – диметр вала до об-

работки, мм). 

 

Составляющие силы резания при точении 

 

,

z

z

P

z

P

z

P

z

P

z

y

x

P

z

k

V

S

t

C

P

=

 

(4.3)

 

,

y

y

P

y

P

y

P

y

P

z

y

x

P

y

k

V

S

t

C

P

=

 

(4.4)

 

где 

y

z

P

p

C

C

,

 - коэффициенты, зависящие от механических свойств обра-

батываемого материала; 

t

 – глубина резания, мм; 

S 

– подача, мм/об; 

V 

– скорость резания, м/мин; 

y

z

P

P

k

k

,

 

–  поправочные  коэффициенты  для  измененных  условий  об-

работки; 

p

p

p

z

y

x

,

,

 

-  показатели степени, определяющие влияние на силу реза-

ния глубины, подачи и скорости соответственно. 

 

При  обработке  заготовки  вала  наименьшие  деформации  будут  получены 
при положении инструмента около опор, наибольшие – в середине. Радиус 
обработанной  заготовки  в  среднем  сечении  с  учетом  суммарного  прогиба 
заготовки из рисунка 4.1 составит 
 

(

)

,

2

1

2

2

max

f

f

r

r

+

+

=

 

(4.5)

 

где r – расчетный диаметр вала без учета прогиба. 
 

,

2

t

d

r

−

=

 

(4.6)

 

Расчетное  значение  погрешности  формы  вала,  полученное  в  результате 

обработки определяется 

.

2

2

max

d

r

−

=

∆Φ

 

(4.7)

 

Фактическая погрешность составит: 

,

2

min

max

д

д

d

d

д

−

=

∆Φ

 

(4.8)

где 

д

д

d

d

min

max

,

 

-  максимальный  и  минимальный  действительный  диа-

метр вала. 

 
Для  уменьшения  погрешностей  формы  обработанной  поверхности,  обу-

словленных малой жесткостью заготовки необходимо: 

−  применять  дополнительные  опоры,  увеличивающие  жесткость  ТС 

(люнеты на токарных станках, различные подводимые опоры при обработке на 
фрезерных станках); 

−  уменьшить силы резания за счет уменьшения глубины резания, пода-

чи, изменения геометрических параметров режущего инструмента; 

−  применять обработку с изменяемой по определенному закону подачей 

(рисунок 4.2а)  или  глубиной  резания  (рисунок 4.2б) (это  можно  реализовать 
только при использовании оборудования с ЧПУ). На участках с меньшей жест-
костью  величина  подачи  должна  быть  уменьшена  до  значений,  обеспечиваю-
щих  постоянство  упругих  деформаций  заготовки.  Глубину  резания  возможно 
изменять за счет изменения траектории движения инструмента. 

 

 

а) закон изменения подачи; б) закон изменения траектории 
 
Рисунок 4.2 – Уменьшении  погрешностей  формы  при  обработке 

нежесткой заготовки 

4.3 Методика выполнения лабораторной работы 
 
При выполнении лабораторной работы используется: 
1) токарный станок 1К62 (для получения характерных зависимостей при-

меняется станок, долго находившийся в эксплуатации); 

2) цилиндрическая заготовка диаметром 20 – 30 мм, длиной 500 – 600 мм; 
3) токарный проходной резец К.01.4979.000-02 Т15К6 ТУ 2-035-892-82; 
 
Выполнение лабораторной работы производится в следующей последова-

тельности: 

1) измерить диаметры заготовки до обработки в трех сечениях (у перед-

него центра, в середине, у заднего центра), определить среднее значение и при-
нять его за действительный диаметр заготовки, d; 

2) точить заготовку вала по всей длине; режимы обработки: скорость ре-

зания  V = 50 - 60 м/мин,  продольная  подача  S = 0,1 мм/об,  глубина  резания 

5

,

0

=

t

 мм; 

3) измерить диаметры заготовки в трех сечениях после обработки; 
4) определить фактическое отклонение формы вала по выражению 4.8; 
5) определить расчетный радиус вала в среднем сечении по формуле 4.5; 
6) определить расчетное отклонение формы вала по выражению 4.7; 
7) сопоставить фактическое и расчетное отклонение формы вала; 
8) сделать вывод по работе. 
 
4.4 Отчет по лабораторной работе 
 
Отчет по лабораторной работе № 4 должен содержать следующие разде-

лы: 

1) наименование и цель работы; 
2) эскиз обрабатываемой заготовки; 
3) режимы обработки; 
4) диаметры заготовки, среднее значение диаметра заготовки; 
5) диаметры вала в трех сечениях после обработки; 
 
Таблица 4.1 – Экспериментальные данные 

Сечение вала 

Диаметр до обработки, 

мм 

Диаметр после обра-

ботки, мм 

У передней бабки 

 

 

В середине 

 

 

У задней бабки 

 

 

 
6) расчетный диаметр вала в среднем сечении; 
7) фактическое и расчетное отклонение формы вала 
8) выводы по работе.