Технология машиностроения - часть 8

 

 

 

Рис. 7.4   Общий вид универсального измерительного микроскопа (УИМ-21) 

Чтобы произвести отсчет дробных долей миллиметра необходимо маховиком 17 подвести изобра-

жение двойного витка спирали точно посередине двойной линии спирали. Сотые и тысячные доли мил-
лиметра отсчитываются по круговой шкале по стрелке. Для рис. 7.5 окончательный отсчет размера бу-
дет 46,3622 мм. 
 

 

Порядок выполнения работы 

 

1   Подготовка 

 

1 

Ознакомиться с методическими указаниями, техникой безопасности, оборудованием, приборами, 

инструментом, содержанием отчета. 

2 

Получить у учебного мастера резец, штангенциркуль, металлическую линейку. 

3 

Нанести на корпус резца поперечную риску на расстоянии 50 … 60 мм от вершины резца. 

4 

Рассчитать путь резания для интервалов времени Т = 2, 5, 10, 20, 40 мин и скоростей резания  V

1 

= 5 … 10;  V

2 

= 100 … 150;  V

3 

= 300 … 

 

350 м/мин по формуле 

 

 L = VT / 1000, км.                                            (7.3) 

 

5 

Рассчитать путь резания для подач S = 0,42 

⋅ 0,84 ⋅ 1,32 мм/об при скорости резания V = 100 … 

150 

м/мин 

и 

постоянной 

глубине 

резания  

t = 0,5 мм по формуле 
  

L = 

π d l / 10

6 

⋅ S,                                              (7.4) 

 

где d – диаметр заготовки, мм; l – длина обработки, мм. Результаты расчетов пути резания в зависимо-
сти от времени обработки, скорости резания и подач занести в табл. 7.2. 

6 

По формуле (7.2) рассчитать значения размерного износа, как функцию пути резания для приня-

тых  скоростей  резания  и  подач.  Результаты  расчетов  занести  в  табл. 7.3. Величины  И

н

  И

0

  выбрать  из 

табл. 7.1. 

2   Проведение эксперимента 

 

1 

Установить резец на предметный стол микроскопа УИМ-21 и прижать струбцинами. 

 

2 

Перемещением продольной каретки 2 (рис. 7.4) подвести резец измерительной риской под объек-

тив визирного микроскопа 10 и сфокусировать на резкость при максимальной диафрагме. 

3 

Установить винтами предметного стола и точной подачей перемещения кареток параллельность 

измерительной риски и штриховой линии сетки окуляра микроскопа, а затем их совместить. При этом в 
отсчетном микроскопе окулярной головки должен быть отсчет 0 или 40, 180, 270. 

4 

Совместить одну штриховую линию с измерительной риской на корпусе резца и произвести от-

счет по шкале спирального окулярного микрометра. 

5 

Переместить  каретку  до  появления  в  поле  зрения  вершины  резца.  Микрометрическим  винтом 

точной подачи каретки ту же штриховую линию совместить с краем изображения и произвести отсчет. 
Разность обоих отсчетов (п. 4 и 5) дает измеренную длину. Результаты измерения записать в табл. 7.4. 

6 

Установить и закрепить на станке заготовку и резец. 

7 

Установить режим точения – скорость резания, частоту вращения шпинделя, подачу, глубину ре-

зания. 

8 

Точить  заготовку  (выполняет  учебный  мастер) 2 минуты.  Включить  станок,  снять  резец,  охла-

дить  и  измерить  расстояние  от  измерительной  базы  (риски)  до  вершины  резца.  Величину  размерного 
износа резца определить как разность двух замеров. 

9 

Повторить пункты 2 – 8 для всех интервалов времени, скоростей резания и подач, указанных в п. 

4 и 5 (с. 43). 

 

3  Обработка экспериментальных данных 

 

1 

Построить  графики  И

P 

= f (L)  для  принятых  скоростей  резания  и  подач  по  расчетным  данным 

табл. 7.3. 

2 

Построить графики И

P 

= f (L) по данным табл. 7.4, полученным на основании проведения экспе-

риментов. 

3 

Анализ результатов экспериментов и расчетов. 

 

Содержание отчета 

 

1 

Название и цель работы.  

2 

Содержание задания и характеристика лабораторного оборудования.  

3 

Эскиз режущего инструмента и заготовки, их размеры и материал.  

4 

Результаты расчетов и измерений и заполнение табл. 7.2 и 7.3.  

5 

Построение графиков И

р 

= f (L) для принятых скоростей резания и подач по расчетным данным 

табл. 7.2.  

6 

Построение  графиков  И

р 

= f (L)  по  экспериментальным  данным табл. 7.4.  

7 

Выводы. 

 

7.2   Результаты расчетов пути резания 

 

Скорость резания, 

м/мин 

Подача, мм/об

Путь ре-
зания L 

Время  

резания, 

мин 

V

1

 

V

2

 

V

3

 

S

1

 

S

2

 

S

3

 

L

2

, L

5

, L

10

, 

L

20

, L

40

 

2, 5, 10, 
20, 40 

 

 

 

 

 

 

 

7.3   Результаты расчетов И

р

 = f (L) 

 

Скорость резания, 

м/мин 

Подача, мм/об

Размерный  

износ И

р

 

Время  

резания, 

мин 

 

 

 

 

 

 

И

p2

, И

p5

, 

 

    

 

 

 

И

p10

, И

p20

, 

И

p40

 

 

7.4   Результаты опытных данных И

р

 = f (L) 

 

Скорость резания, 

м/мин 

Подача, мм/об

Размерный  

износ И

р

 

Время ре-

зания, мин 

 

 

 

 

 

 

И

p2

, И

p5

, 

И

p10

, И

p20 

, 

И

p40 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

Лабораторная работа 8 
 

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ  

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ПОГРЕШНОСТЬ  

ОБРАБОТКИ 

 
Цель работы: получение навыков определения жесткости станка статистическим методом и опре-

деления аналитическим и экспериментальным путем погрешностей обработки от упругих деформаций 
технологической системы. 

 

Методические указания 

 
Технологическая система станок-приспособление-инструмент-заго-товка представляют собой упру-

гую систему, деформации которой в процессе обработки вызывают погрешность размеров геометриче-
ской формы обрабатываемых заготовок, т.е. точность обработки зависит от жесткости элементов техно-
логической системы станок – приспособление – инструмент – деталь (СПИД). 

Жесткостью (j) элемента технологической системы принято называть отношение составляющей си-

лы резания (P

y

) к смещению (y) данного элемента в направлении нормали к обрабатываемой поверхно-

сти 

y

P

j

y

/

=

.                                                (8.1) 

Для  упрощения  технологических  расчетов,  связанных  с  упругими  отжатиями  элементов  системы, 

пользуются  понятием  податливости,  численно  равной  величине,  обратной  жесткости.  Податливостью 
(

ω) технологической системы называют способность этой системы упруго деформироваться под дейст-

вием внешних сил 

y

P

y /

1000

⋅

=

ω

.                                          (8.2) 

Для случая обработки заготовки в центрах токарного станка податливость технологической систе-

мы может быть определена по формуле 

 

( )

( )

El

x

x

l

l

x

l

x

l

3

)

(

10

2

2

7

2

зб

2

пб

суп

ст

−

+

ω

+

−

ω

+

ω

=

ω

,                  (8.3) 

 

где 

ω

суп

, 

ω

пб

, 

ω

зб

 – податливость суппорта, передней и задней бабок; l – длина деталей; х – текущая ко-

ордината,  характеризующая  положение  резца  от  передней  бабки  до  точки  приложения  силы  резания, 
мм; Е – модуль упругости, Па; Е = 2,1 

⋅ 10

11

 Па; I – момент инерции сечения детали, мм

4

, 

 
 

I = 

π

4

0

D

 

/ 64 

≈ 0,05

4

0

D

,                                      (8.4) 

 

 

где D

 0

 – номинальный диаметр детали после обработки. 

Жесткость  элементов  технологической  системы  находят  экспериментально  статистическим  мето-

дом. Сущность статистического метода заключается в том, что испытуемый элемент станка с помощью 
специального приспособления нагружают силой ступенчато от нуля до некоторой наибольшей величи-
ны; для каждой ступени нагружения измеряют отжатие испытуемого элемента в направлении нормали к 
обрабатываемой поверхности. Затем производят его загружение, фиксируя остаточные отжатия; при на-
гружении и разгружении строят зависимость 

 

у = f (P

y

). 

 

При этом нагрузочная 1 и разгрузочная 2 ветви характеристики жесткости обычно не совпадают из-

за наличия гистеризиса (рис. 8.1). Площадь петли гистеризиса характеризует величину энергии, затра-

ченную на преодоление сил трения в стыках за один полный цикл нагружения 1. При выполнении тех-

нологических расчетов целесообразно пользоваться средней жесткостью, для определения которой ме-

тодом наименьших квадратов, устанавливают вид аппроксимирующей функции и коэффициентов при 

ее переменных. 

Для определения средней жесткости нагрузочную ветвь 1 аппроксимируют линейной зависимостью 

3 (рис. 8.1) вида 

 

i

y

y

A

A

P

i

1

0

+

=

,                     (8.5) 

 

где A

0

 и A

1 

– постоянные коэффициенты, подлежащие определению. 

Коэффициенты A

0

 и A

1

 определяют путем совместного решения уравнений (8.6) и (8.7):  

∑

=

∑

+

=

=

n

i

y

n

i

i

i

P

y

A

nA

1

1

0

1

;              (8.6) 

∑

∑

=

=

∑

+

=

=

n

i

i

y

n

i

i

i

n

i

y

P

y

A

y

A

i

1

1

2

1

0

1

,         (8.7) 

где n – количество экспериментальных точек (1, 2, ..., n); у

i

 – перемещение узла станка, соответствую-

щее 

i-му 

опыту, 

мм; 

i

y

P

– 

величина 

нагрузки  

в i-м опыте, Н. 

Решая  уравнения (8.6) и (8.7) по  каждому  элементу  станка,  получают  уравнение  аппроксимирую-

щих прямых, в которых коэффициент A

1 

характеризует среднее значение жесткости соответствующих 

элементов станка. 

 

Оборудование, приборы, инструмент 

 
Для проведения лабораторных работ используется токарно-винторезный станок модели 1М61. 
Нагружение элементов станка и измерение упругих деформаций производится при помощи специ-

ального приспособления, показанного на рис. 8.2. Приспособление устанавливается в центрах токарно-
го станка посредством осей 1. Рычаги 8 жестко связаны с цапфами 7 и осями 1. Скоба 4 имеет возмож-
ность поворачиваться на цапфах и устанавливаться в требуемое положение при помощи фиксаторов 2 и 
сектора 9. 

Изменяя  угол  наклона  скобы  4,  можно  получать  различные  соотношения  между  усилиями,  имити-

рующими силы резания P

y

 и P

z 

.

 

Угол  наклона  скобы  при  выполнении  эксперимента  может  быть  принят 90 и 30

°  к  вертикальной 

плоскости. 

Оправка 5 с шаровым наконечником устанавливается в резцедержателе станка. Нагружение осуще-

ствляется при помощи винта 3. Упругие смещения суппорта передней и задней бабок станка измеряют-
ся при помощи индикатора 10 часового типа с точностью 0,01 мм. Величины нагрузок устанавливаются 
по индикатору динамометра 6. Цена деления индикатора соответствует нагрузке равной 20 Н. 

Для определения влияния жесткости технологической системы на точность обработки используется 

тот же станок, в центрах которого устанавливают вместо приспособления для нагружения и измерения