Технология машиностроения (лабораторный практимум) - часть 13

 

 
Рисунок 6.1 – Изменение температурных деформаций резца 
 
Аналитически  процесс  изменения  размеров  резца  под  действием  темпе-

ратурных деформаций в зависимости от времени работы 

τ

имеет вид 

 

,

1















−

=

T

c

e

τ

ξ

ξ

 

(4.1)

 

где 

c

ξ

 - температурные деформации, соответствующие тепловому равно-

весию, мкм; 

T – постоянная для данных условий величина, определяемая массой 

резца и теплофизическими свойствами материала резца, мин. 

 

Максимальное удлинение резца с пластинкой твердого сплава при работе 

с  режимами  резания,  соответствующими  чистовой  обработке  без  охлаждения, 
определяется по эмпирической формуле 

 

,

)

(

75

,

0

V

S

t

F

L

C

в

c

⋅

=

σ

ξ

 мкм, 

 
где С – постоянная; 

L – вылет резца, мм; 
F – площадь сечения резца, мм

2

; 

в

σ

- предел прочности обрабатываемого материала, Мпа; 

t - глубина резания, мм; 

S – продольная подача, мм/об; 
V – скорость резания, м/мин. 

При 200

100

мм/об;

 

0,2

 

 

мм;

 

1

−

=

≤

≤

V

S

t

 м/мин; С = 0,45.  

Для уменьшения погрешности обработки, обусловленной температурны-

ми деформациями в ТС необходимо: 

−  применять  оптимальные  режимы  обработки,  способствующие  умень-

шению температуры в зоне резания; 

−  уменьшать температуру в зоне резания за счет изменения геометриче-

ских параметров режущего инструмента; 

−  уменьшать  вылет  инструмента  и  увеличивать  его  сечение,  это  позво-

ляет улучшить отвод тепла; 

−  применять смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ); 

−  применять в особых случаях (при точной обработке ответственных де-

талей) термоконстантные помещения, температура в которых поддерживается с 
пределах 20

Цельсия;

 

градусов

 

5

,

0

±

 

−  производить предварительный прогрев ТС с целью стабилизации тем-

пературы; 

−  осуществлять  местный нагрев или охлаждение элементов ТС для вы-

равнивания температурных полей; 

−  организовать ритмичную (циклическую) работу оборудования, позво-

ляющую уменьшить диапазон изменения температуры. 

В лабораторной работе величина теплового удлинения резца в зависимости 
от  пути  резания  определяется  путем  фиксации  величины  его  укорочения 
при остывании. 
В  формировании  погрешности  обработки  участвуют  не  только  темпера-
турные деформации инструмента, но и деформации прочих элементов ТС. 
В  частности,  под  действием  температуры  происходит  смещение  шпин-
дельных  узлов.  При  этом  температурные  деформации  шпинделей  опреде-
ляются,  в  основном,  теплом,  выделяющимся  при  работе  подшипников  и 
зубчатых  передач.  Температурные  деформации  элементов  ТС  оказывают 
наибольшее  влияние  на  точность  обработки  при  шлифовании.  Так  через 
полтора  часа  работы  шпиндели  бесцентровошлифовальных  станков  сме-
щались на 0,10 – 0,13 мм, шпиндели круглошлифовальных - на 0,05 – 0,06 
мм. 
При обработке тонкостенных заготовок из-за ухудшенных условий отвода 
тепла  происходят  существенные  температурные  деформации  заготовок. 
Это приводит к искажению формы заготовки в продольном сечении, рису-
нок 6.2. Величина температурных деформаций заготовки в некоторых слу-
чаях составляет 0,004 – 0,012 мм. 
 

 

 
Рисунок 6.2 – Искажение  формы  детали в продольном сечении из-за тем-
пературных деформаций заготовки 
 

6.3 Методика выполнения лабораторной работы 
 
При выполнении лабораторной работы используется: 
1) токарный станок 1К62; 
2) цилиндрическая заготовка диаметром 40 – 50 мм, длиной 500 – 600 мм; 
3) токарный проходной резец К.01.4979.000-02 Т15К6 ТУ 2-035-892-82; 
4)  индикаторная  стойка  с  индикатором  часового  типа  с  ценой  деления 

0,001 мм. 

Выполнение лабораторной работы производится в следующей последова-

тельности: 

1) измерить диаметр заготовки до обработки d; 
2) точить заготовку вала. Режимы обработки: скорость резания V = 100 - 

150 м/мин, продольная подача S = 0,1 – 0,2 мм/об, глубина резания  t  = 0,15 мм, 
время обработки 

1

θ

= 1 мин; 

3) ввыключить станок, быстро повернуть резцедержатель, ввести резец в 

контакт  со  щупом  индикатора  и  измерить  укорочение  резца  при  его  охлажде-
нии до температуры окружающей среды; 

4) определить укорочение резца после его работы в течение времени 

θ

 = 

3, 6, 10 и 20 минут; 

5) для последнего эксперимента (

θ

 = 20 минут) зафиксировать величину 

укорочения в зависимости от времени остывания; 

6) определить путь резания для всех моментов времени по формуле 
 

;

θ

⋅

= V

l

 

(скорость резания определить по фактическим режимам резания установ-

ленным на станке) 

 

,

1000

n

d

V

⋅

⋅

=

π

 

где n – частота вращения шпинделя мин

-1

; 

7)  построить  в  масштабе  графики  зависимости  удлинения  резца  от  пути 

резания  зависимости  укорочения  резца  от  времени  остывания.  Определить  по 
графику  фактическое  удлинение  резца,  соответствующее  тепловому  равнове-
сию 

ф

c

ξ

; 

8) вычислить расчетное удлинение резца для установившегося теплового 

равновесия 

с

ξ

. Сопоставить фактическое и расчетное отклонение формы вала; 

8) сделать вывод по работе. 
 
6.4 Отчет по лабораторной работе 
 
Отчет по лабораторной работе № 6 должен содержать следующие разде-

лы: 

1) наименование и цель работы; 
2) эскиз обрабатываемой заготовки; 
3) режимы обработки, диаметр заготовки; 
4) таблица экспериментальных данных (таблица 6.1); 
 
Таблица 6.1 – Удлинение резца 

Время обработки, мин 

Путь резания, м 

Удлинение резца, мкм 

1    
3    
6    

10    
20    

 
5) таблица для построения зависимости укорочения резца от времени ос-

тывания (таблица 6.2); 

 
Таблица 6.2 – Укорочение резца 

Время остывания, мин  Укорочение резца, мкм 

0  

0,5  

1  
3  
6  

10  

 

6) график зависимости удлинения резца от пути резания; 
7) график зависимости укорочения резца от времени остывания; 
8)  фактическое  и  расчетное  удлинение  резца,  соответствующее  теплово-

му равновесию; 

9)  разность  в  процентах  между  фактическим  и  расчетным  удлинением 

резца;