41883

СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА СТАНКА

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Для выполнения любой операции механической обработки заготовок необходимо произвести настройку станка. Под настройкой понимают процесс установки и закрепления режущего инструмента, приспособлений и других устройств (упоров, кулачков и т.д.) для обеспечения необходимого взаимного положения обрабатываемой заготовки и инструмента, при котором выдерживается заданная точность обработки

Русский

2013-10-26

3.23 MB

63 чел.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 Лабораторная работа №1 СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ

НАСТРОЙКА СТАНКА 3

1.1 Некоторые основные положения 3

1.2 Оборудование и оснастка 6

1.3 Порядок выполнения работы 6

1.4 Оформление отчета 7

1.5 Контрольные вопросы 7

2 Лабораторная работа №2 Статистический метод

исследования точности механообработки 7

2.1 Некоторые основные положения 8

2.2 Порядок выполнения работы 14

2.3 Оформление отчета 15

2.4 Контрольные вопросы 15

3 Лабораторная работа №3 ИССЛЕДОВАНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ

ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТОЧЕНИЕМ И ВЫГЛАЖИВАНИЕМ 15

3.1 Некоторые основные положения 15

3.2 Оборудование и оснастка 18

3.3 Порядок выполнения работы 18

3.4 Оформление отчета 20

3.5 Контрольные вопросы 21

4 Лабораторная работа №4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ

ОТ СИЛ ЗАКРЕПЛЕНИЯ И НЕТОЧНОСТИ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВОК 21

4.1 Некоторые основные положения 21

4.2 Оборудование и оснастка 22

4.3 Порядок выполнения работы 22

4.4 Оформление отчета 25

4.5 Контрольные вопросы и задания 25

5 Лабораторная работа №5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ РАЗМЕРНОГО

ИЗНОСА РЕЗЦА И ШЕРОХОВАТОСТИ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ОТ ПУТИ РЕЗАНИЯ И ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМА ОБРАБОТКИ 25

5.1 Некоторые основные положения 26

5.2 Оборудование и оснастка 31

5.3 Порядок выполнения работы 31

5.4 Оформление отчета 34

5.5 Контрольные вопросы 34

6 Лабораторная работа №6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ВЫЗЫВАЕМОЙ ЕЮ ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ 34

6.1 Некоторые основные положения 34

6.2 Оборудование и оснастка 38

6.3 Порядок выполнения работы 6.1 38

6.4 Порядок выполнения работы 6.2 40

6.5 Оформление отчета 41

6.6 Контрольные вопросы 42

ЛИТЕРАТУРА 42

ВВЕДЕНИЕ

При выполнении лабораторных работ студентам необходимо выполнять следующие основные правила техники безопасности:

  1. Перед началом выполнения цикла работ в лаборатории необходимо пройти инструктаж по технике безопасности с регистрацией его проведения в кафедральном журнале. Только после этого студент может быть допущен к выполнению лабораторных работ.
  2. Необходимо соблюдать общие правила техники безопасности при работе на металлорежущих станках.
  3. Станок должен быть оснащен защитным экраном, ограждающим зону обработки и защищающим работающего на станке от отлетающей стружки и брызг смазочно-охлаждающей жидкости.
  4. Перед пуском станка проверить наличие заземления.
  5. Проверить надежность крепления резца на суппорте, оправки (заготовки) в шпинделе станка и заготовок на оправке.
  6. Перед началом работы на станке проверить действие отключающих устройств для перемещения суппорта и вращения шпинделя станка.
  7. Не переключать частоту вращения шпинделя станка на ходу.
  8. Величину подачи устанавливать только на холостом ходу.
  9. Работа студента на станке разрешается только в присутствии учебного мастера и преподавателя, проводящего лабораторную работу со студентами.
  10. Студент, находящийся в лаборатории, должен работать только на том оборудовании и с теми приборами, заготовками и т.п., которые необходимы ему для выполнения конкретной лабораторной работы.

1 Лабораторная работа №1

СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА СТАНКА

Цель работы: ознакомление с некоторыми теоретическими вопросами и приобретение первоначальных умений и навыков по определению настроечного размера при обработке партии заготовок на токарном станке.

1.1 Некоторые основные положения

Для выполнения любой операции механической обработки заготовок необходимо произвести настройку станка.

Под настройкой понимают процесс установки и закрепления режущего инструмента, приспособлений и других устройств (упоров, кулачков и т.д.) для обеспечения необходимого взаимного положения обрабатываемой заготовки и инструмента, при котором выдерживается заданная точность обработки.

Погрешность настройки станка является одной из основных частей общей погрешности изготовления деталей. Точность настройки зависит от применяемого метода настройки, точности измерительных инструментов и устройств, а также от квалификации исполнителя.

Настраивая станок, нужно знать как выгоднее разместить поле рассеивания, порождаемое совокупным действием случайных факторов, относительно границ установленного допуска. Так, например, при обточке вала выгоднее его смещать в сторону наименьшего предельного размера. При этом, по мере затупления инструмента оно постепенно будет смещаться в сторону наибольшего предельного размера.

Существует два метода настройки станка: статический и динамический.

При статической настройке станка режущие кромки инструмента необходимо установить на определенном расстоянии от базы, относительно которой ориентируется обрабатываемая поверхность. Это расстояние является размером статической настройки.

При статическом методе настройки режущий инструмент устанавливается по различным калибрам и эталонам на неподвижном (неработающем) станке. Часто для этого применяют деталь-эталон, которая устанавливается на место обрабатываемой заготовки. С ней приводится в соприкосновение режущий инструмент, после чего его закрепляют. Чтобы получить рабочий настроечный размер при обработке вала, необходимо иметь деталь-эталон несколько меньших размеров.

Статическую настройку обычно дополняют динамической настройкой, корректируя положение инструмента и упоров при обработке первых заготовок партии.

Динамическая настройка может осуществляться двумя методами:

1) настройкой по пробным деталям по рабочему калибру;

2) настройкой по пробным деталям с помощью универсального мерительного инструмента.

При первом методе настройщик изготавливает одну или несколько первых деталей и проверяет их размер рабочим предельным калибром. Если эти размеры находятся в пределах допуска, то разрешается продолжить обработку всей партии деталей. Такой метод не может обеспечить работу без брака даже в том случае, когда поле допуска превосходит величину поля рассеивания, так как нет гарантии, что центр группирования измеренных деталей совпадает с центром группирования размеров всей партии деталей. При увеличении количества пробных деталей вероятность появления значительного брака уменьшается, но опасность его появления все же не устраняется.

Второй метод настройки технологической системы разработан профессором Яхиным А.Б. и дополнен профессором Балакшиным Б.С. для случая обработки наружной поверхности (вала) с рациональным расположением настроечного размера в поле допуска на выполняемый размер.

При этом определение и уточнение настроечного размера производится в следующей последовательности:

1) При статической настройке настроечный размер (LH) совмещается со серединой поля допуска

(1.1)

где Lmax – максимальный размер по чертежу;

 Lmin – минимальный размер по чертежу;

 н – погрешность настройки, принимаем для расчета н=0,02 мм.

2) Производится настройка станка на полученный размер, и для динамической настройки производится обработка четырех заготовок.

3) Определяется среднее арифметическое значение этих четырех деталей

(1.2)

4) Определяется среднеквадратическое отклонение

(1.3)

где m – количество деталей в группе, m=4;

 Li – размер i-ой детали группы.

5) Определяется минимальный настроечный размер для динамической настройки Lд min

(1.4)

где а – погрешность измерительных средств, для микрометра а=0,01 мм.

Зависимость (1.4) получена исходя из следующих соображений. При динамической настройке по пробным деталям с помощью универсального мерительного инструмента используется три предпосылки теории вероятности:

- если размеры партии деталей рассеиваются по закону нормального распределения со средним квадратическим σ и если эту партию разбить на группы по m штук в группе и определить среднее арифметическое значение размеров внутри каждой из этих групп, то распределение размеров групповых средних тоже подчиняется закону нормального распределения со средним квадратическим σ';

- существует следующая зависимость между σ и σ' :

- середина поля рассеяния всей партии деталей совпадает с серединой поля рассеяния группы, следовательно, средний размер одной группы деталей (из 4-х штук) может максимально из-за разброса размеров не совпадать с серединой поля рассеяния всей партии деталей на величину 3σ'.

Поэтому минимальный настроечный размер при обработке наружной поверхности должен быть больше минимального размера детали по чертежу на величину погрешности измерительных средств а и плюс 3(σ'+σ), чтобы учесть случайный разброс размеров деталей.

6) Определяется максимальный настроечный размер (Lд mах) для динамической поднастройки по формуле

(1.5)

7) Производится динамическая поднастройка технологической системы в пределах Lд minLд mах.

Выполнение лабораторной работы предусматривает реализацию вышеприведенной методики статической и динамической настройки токарного станка на заданный преподавателем номинальный размер детали, выполненный с полем допуска по h11. Значения допусков для заготовок, используемых при выполнении лабораторной работы, приведены в таблице 1.1.


Таблица 1.1 – Фрагмент значений допусков по СТ СЭВ 145-75

Квалитет

Значения допусков, мкм, для интервалов размеров, мм

Св. 18 до 30

Св. 30 до 50

Св. 50 до 80

Св. 80 до 120

IТ10

84

100

120

140

IТ11

130

160

190

220

IТ12

210

250

300

350

1.2 Оборудование и оснастка

1) Токарно-винторезный станок модели 16К20 или 16Б16П.

2) Оправка специальная.

3) Вращающийся центр специальный.

4) Штангенциркуль ШЦ-1 ГОСТ 166-80.

5) Микрометры МК-50, либо МК-75, либо МК-100 ГОСТ 6507-78.

6) Набор щупов №2 ГОСТ 882-75.

7) Резец Т15К6 ГОСТ 18877-73.

8) Набор заготовок для деталей типа «диск» – 55-60 штук.

9) Микрокалькулятор.

1.3 Порядок выполнения работы

  1. Настраивается станок на следующий режим обработки: подача So=0,1мм/об, при номинальном размере диаметра L>50 мм частота вращения шпинделя станка n=630 мин-1, при 30<L<50 мм – n=800 мин-1, при L<30 мм – n=1000 мин-1. Глубина резания t должна быть от 0,5 до 1,0 мм (предопределяется диаметрами заготовок и заданным размером обработки).
  2. Определяется величина настроечного размера для статической настройки станка Lн по формуле (1.1).
  3. Для получения «эталона» устанавливается заготовка и обрабатывается в размер Lэ, меньший на 0,2-0,3 мм, чем настроечный размер Lн.
  4. Определяется толщина щупа, необходимая для выставления вершины резца на размер статической настройки по полученному «эталону», с использованием зависимости С=(Lн – Lэ)/2.
  5. С использованием щупа толщиной С производится статическая настройка станка по эталону на настроечный размер Lн (щуп должен только «закусывать»).
  6. Производится обработка четырех пробных деталей для последующего осуществления динамической настройки станка.
  7. Производится измерение (микрометром) изготовленной группы деталей (4-х штук). Причем замер производится в средней части длины детали дважды с поворотом ее вокруг продольной оси на 90° (в дальнейших расчетах используется среднее значение размера).
  8. Производятся расчеты, связанные с динамической настройкой станка: определяется среднее арифметическое значение Lср с использованием зависимости (1.2), затем среднеквадратичное отклонение σ' по зависимости (1.3) и, наконец, минимальный настроечный размер Lд min по зависимости (1.4) (Lд mах можно не определять).
  9. Производится динамическая настройка станка, для чего:

- на станок устанавливается изготовленный ранее эталон;

- подводится резец к эталону так, чтобы можно было замерить щупом зазор между эталоном и резцом – в результате получаем размер В1;

- определяется величина В2=( Lд min + 0,01 – Lср)/2;

- определяется толщина щупа для динамической поднастройки станка: В=В12 (величина В2 берется со своим знаком);

- устанавливается резец по отношению к эталону на величину В – в результате произвели динамическую поднастройку технологической системы в заданных пределах.

  1. Обрабатывается 50 заготовок.
  2. Производится измерение диаметров 50 деталей. Причем замер производится в средней части длины детали дважды с поворотом ее вокруг продольной оси на 90. По каждому диску данные двух измерений и их средние значения заносятся в таблицу результатов измерений.

1.4 Оформление отчета

Отчет оформляется в отдельной или единой тетради с другими лабораторными работами по данному курсу и должен содержать: название работы, цель работы, краткое содержание основных положений, перечень оборудования и оснастки, используемых при выполнении лабораторной работы, последовательность выполнения работы со всеми необходимыми расчетами и данными, полученными при выполнении работы. При этом результаты замеров 50 деталей оформляются в виде отдельной таблицы, в шапке которой должны быть: порядковый номер детали (от 1 до 50), значения двух замеров по каждой детали и их средние значения. Следует иметь в виду, что средние значения всех 50 деталей будут использоваться в качестве исходных данных для выполнения последующей лабораторной работы.

1.5 Контрольные вопросы

  1. Что понимается под настройкой станка?
  2. От чего зависит точность настройки?
  3. Какие существуют методы настройки станка и их суть?
  4. Что такое настроечный размер и как он определяется при статической и динамической настройке станка?
  5. Какова последовательность действий при статической настройке с динамической поднастройкой станка, используемая при выполнении лабораторной работы?

2 Лабораторная работа №2

Статистический метод исследования точности

механообработки

Цель работы: ознакомление с основными понятиями и задачами, решаемыми статистическим методом исследования технологического процесса и приобретение некоторых умений по определению точности обработки на токарном станке.


2.1 Некоторые основные положения

При обработке деталей на металлорежущих станках возникает ряд погрешностей, источниками которых являются элементы технологической системы. Погрешности обработки делятся на три вида:

1) систематические постоянные – погрешности, которые сохраняют свое значение при изготовлении каждой новой детали;

2) систематические закономерно изменяющиеся – погрешности, которые закономерно изменяются при обработке каждой новой заготовки;

3) случайные – погрешности, которые при изготовлении новой детали могут принять любое численное значение, заранее не известное.

К систематическим постоянным погрешностям можно отнести погрешности теоретической схемы обработки, мерного режущего инструмента, настройки станков.

К систематическим закономерно изменяющимся погрешностям можно отнести погрешности, возникающие из-за износа режущего инструмента, переменной жесткости элементов технологической системы, вызванные тепловыми деформациями элементов технологической системы.

Зная величину постоянной систематической погрешности, ее можно устранить или компенсировать. Аналогичные меры можно предпринять для компенсации систематической закономерно изменяющейся погрешности, если известен закон ее изменения (распределения).

Сложнее выявить и компенсировать действие случайных погрешностей. Они возникают в результате проявления большого количества не связанных между собой случайных факторов. Случайные погрешности возникают из-за упругих деформаций элементов технологической системы, зазоров в отдельных узлах станка, неравномерности процесса резания, образования и срыва наростов на лезвии режущего инструмента, упругих деформаций детали под действием колеблющейся силы зажима, внутренних напряжений в материале заготовки и т.д.

Учет этих факторов во всей их совокупности (для получения возможности достоверно предсказать ожидаемую погрешность обработки) возможен на основании законов теории вероятности и математической статистики, т.е. с использованием статистического метода исследования точности обработки.

Сущность статистического метода можно пояснить следующим образом. Если на оси абсцисс отложить в соответствующем масштабе размеры измеряемых деталей, а на оси ординат частотность или количество деталей данного размера, то размер каждой детали в виде точки расположится в поле Δ рассеивания размеров. Выбрав количество интервалов К, можно разбить поле рассеяния Δ на ряд интервалов ΔХ размеров.

(2.1)

Числовое значение количества деталей m, попадающих в каждый интервал, или их частота попадания (m/n), позволит построить ступенчатую диаграмму или гистограмму рассеивания. Соединив середины отдельных столбцов прямыми линиями, получим так называемую кривую рассеивания или полигон распределения (см. рисунок 2.1). Площадь под кривой (если по оси Y отложены значения m) определяет в известном масштабе число n измеренных размеров

n=m1 + m2 + … + mк.

(2.2)

При бесконечном количестве интервалов вместо ступенчатой получаем плавную кривую распределения, которая может быть выражена математически у=φ(х). Уравнение, которому подчиняется эта кривая, называется законом распределения.

Рисунок 2.1 – Гистограмма и полигон распределения

При устойчивом процессе обработки заготовок на настроенных станках действительные размеры деталей, как правило, подчиняются закону нормального распределения, функция распределения случайной величины которого имеет следующее выражение (кривая Гаусса)

(2.3)

Графическое изображение теоретической кривой нормального распределения приведено на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Теоретическая кривая нормального распределения

Положение кривой относительно начала координат, и ее форма определяются двумя параметрами Хср и σ. С изменением Хср форма кривой не изменяется, но изменяется ее положение относительно начала координат. С изменением σ положение кривой не изменяется, но изменяется ее форма.

Таким образом, кривая нормального распределения однозначно определяется в пространстве (в выбранной системе координат) двумя параметрами:

- положением центра группирования размеров или средним арифметическим значением размера, относительно которого происходит группирование отклонений размеров Хср;

- среднеквадратическим отклонением σ размеров от их среднего значения Хср.

Значения Хср и σ могут быть определены по зависимостям, аналогичным (1.2) и (1.3) из предыдущей лабораторной работы, что сопряжено, однако, с большим объемом вычислений. Поэтому, применяя математический прием группирования данных, для дискретных величин определяют значения Хср и σ, используя следующие зависимости

(2.4)

(2.5)

где Хi – среднее значение i-го интервала, всего К интервалов;

 mi – количество попаданий размеров в i-ый интервал;

n – общее количество измеренных деталей (объем выборки).

Возможны и другие законы распределения случайных величин, такие как закон равной вероятности, Симпсона, Максвелла и др. и их композиции, для которых по соответствующим зависимостям, зная значение σ, определяется ширина поля рассеяния Δ случайной величины рассматриваемой выборки. Поэтому возникает необходимость подтверждения, какому из законов распределения принадлежит кривая фактического распределения (полигон распределения) рассматриваемой (изучаемой) выборки.

Так, для подтверждения того, что фактическое распределение подчиняется закону нормального распределения, поступают следующим образом (графический способ). На одном графике строится кривая фактического распределения и нормального распределения с приведением ее к единому масштабу. Для этого определяются четыре значения ординаты по следующим зависимостям

  

  

(2.6)

где n – объем выборки;

ΔХ – ширина интервала (см. рисунок 2.1);

σ – среднеквадратическое отклонение, определенное по формуле (2.5);

Ymax – значение ординаты, соответствующее Хср;

Yσ, Y, Y – значения ординат, соответствующие отклонениям вправо и влево от Хср на величину, соответственно, равную σ, 2σ и 3σ.

По полученным семи значениям ординат (точкам) строится кривая нормального распределения, которая имеет точки перегиба на ординатах, равных Yσ. В случае соответствия кривой фактического распределения закону нормального распределения, значение ширины поля рассеяния Δ определяется по формуле

(2.7)

что гарантирует попадание 99,73% всех размеров в это поле рассеяния.

Статистический метод используется при решении следующих шести основных групп задач, возникающих при механообработке заготовок для получения готовых деталей необходимого качества.

  1. На базе сравнительно небольшого количества замеренных деталей (50-100 штук) имеется возможность определить точность выполнения операции на заданном станке, а также составить обоснованные нормативы точности и величину поля рассеяния, которую можно ожидать на каждом станке или операции технологического процесса. Данная группа задач фактически сводится к нахождению величины поля рассеяния, которая определяется в следующей последовательности:

- берется выборка (обрабатывается 50 штук деталей) и замеряются полученные размеры;

- используя метод группирования данных, разбивается весь диапазон полученных значений на 5-9 интервалов и определяется количество попаданий размеров в каждый интервал;

- определяются значения Хср и σ по зависимостям (2.4) и (2.5);

- уточняется закон распределения рассматриваемой выборки, например, графическим способом с использованием зависимостей (2.6);

- определяется ширина (величина) поля рассеяния, например, для закона нормального распределения с использованием зависимости (2.7).

Данная задача будет более подробно изучена при выполнении рассматриваемой лабораторной работы.

  1. Определить процент годных и бракованных деталей в данной партии, а также исправимый и неисправимый брак. На рисунке 2.3 изображена кривая нормального распределения с полем рассеяния Δ, которая характеризует статистическую обработку партии деталей, изготовленных на каком-то оборудовании. Возможны случаи, что допуск на размер детали Т по отношению к полю рассеяния Δ, будет занимать положение, изображенное на рисунке 2.3. Причем, в случаях а) и г) середина полей допусков совпадает с серединой поля рассеяния, т.е. с центром группирования размеров, а в случаях б) и в) – не совпадает. Если Т<Δ, то брак неизбежен и будет соответствовать величине площадей 3 и 5 под кривой нормального распределения. Причем, например, при обработке валов исправимый брак будет соответствовать площади 5, а неисправимый брак – 3. При обработке отверстий – наоборот. При Т>Δ (рисунок 2.3, б-г), если середина поля допуска совпадает с серединой поля рассеяния (рисунок 2.3, г), то брака не будет и в данном случае при обработке не будут получаться размеры, соответствующие полю допуска 1 и 7; если же середина поля допуска не совпадает с серединой поля рассеяния, то возможен как брак (соответствующий величинам площадей 5 либо 3), так и отсутствие при обработке размеров, лежащих соответственно в пределах полей допусков 2 либо 6.


Рисунок 2.3 – Схема взаимного расположения поля рассеяния и поля допуска

Расчет процента годных и бракованных деталей производится обычно с использованием таблиц, которые отображают функцию Лапласа. При выполнении лабораторной работы процент годных и бракованных деталей определяется приближенно как отношение соответствующих площадей 3 или 5 к площади под всей кривой нормального распределения 4.

  1. Учесть производственные погрешности, когда аналитический расчет их из-за влияния трудно учитываемых факторов, особенно при изготовлении изделий высокой точности, не дает надежного решения.

Например, в аналитическом методе расчета прогнозируемой величины погрешности обработки, упругие отжатия элементов технологической системы могут иметь погрешность при их определении, сопоставляемую с величиной допуска, получаемого при обработке размера. Поэтому использовать аналитический метод расчета в этом случае не имеет смысла. При статистическом же методе исследования точности обработки, приняв (выбрав) точность используемого измерительного средства в 6-10 раз точнее допуска на контролируемый размер, мы гарантируем достоверность получаемого результата расчета.

  1. По характеру закона распределения и его расположению по отношению к полю допуска, дифференцировать случайные и систематические погрешности, что облегчает изыскание путей повышения точности изготовления. Действительно, если для закона нормального распределения кривая фактического распределения симметрична относительно своего центра группирования размеров, то при обработке отсутствуют систематические, закономерно изменяющиеся погрешности. При этом, если центр группирования размеров совпадает с серединой поля допуска, то отсутствуют и систематические постоянные погрешности. Если же центр группирования размеров не совпадает с серединой поля допуска и кривая фактического распределения не симметрична, то при обработке имеются в наличии все три вида погрешностей.
  2. Появляется объективная возможность сравнивать точность работы на разных станках и найти оптимальное число однотипных операций или число проходов для заданной степени точности. Так, каждый метод обработки, выполняемый на конкретном станке, имеет определенное значение величины поля рассеяния получаемых размеров. Зная, какая требуется точность размера, подбирается станок (метод обработки), дающий поле рассеяния несколько меньшее, чем значение допуска на выполняемый размер. Проведя последовательно 2-4 обработки одной и той же поверхности, наблюдается уменьшение и дальнейшая стабилизация ширины поля рассеяния. Это свидетельствует о том, что дальнейшее увеличение числа проходов без дополнительного усовершенствования процесса не повышает точность обработки.
  3. Найти величину межоперационных допусков для заданного метода обработки, организовать методы статистического контроля выполняемого техпроцесса (операции) и др. При этом для назначения межоперационных допусков находятся поля рассеяния (первая задача) при получении промежуточных размеров и по найденным значениям назначают несколько большие величины допусков (для обеспечения обработки без брака).

Сущность метода статистического контроля сводится к тому, что контроль и промеры готовой продукции осуществляются во время обработки заданной партии деталей выборочно. Результаты замера наносятся на контрольной диаграмме в виде точки (рисунок 2.4).

На диаграмме проводят границы, соответствующие полю допуска (Т), и линии, определяющие пределы настройки или контрольные (а – величина погрешности измерения). По мере работы станка из-за износа режущего инструмента размер каждой детали несколько изменяется и отметки на поле допуска перемещаются к предельному верхнему отклонению (при обработке наружных цилиндрических поверхностей) и когда размеры приблизились к нему, то требуется переналадка станка. Обычно контролируют 5-10% всей продукции, т.е. каждую 10-20 деталь по мере их изготовления.

Рисунок 2.4 – Диаграмма статистического контроля


2.2 Порядок выполнения работы

  1. Для выполнения работы в качестве исходных данных используются результаты средних замеров 50 деталей, полученные при выполнении предыдущей работы, а также значение заданного преподавателем размера детали, который необходимо обеспечить при обработке.
  2. Определяется минимальное Хmin и максимальное Хmax значения среди имеющихся данных и, задавшись 5 или 7 интервалами К, рассчитывается ширина интервала ΔХ с использованием зависимости (2.1) (К=5 обеспечивает меньший объем дальнейших вычислений).
  3. Подготавливается таблица по форме таблицы 2.1.

Таблица 2.1 – Статистическая обработка результатов эксперимента

Интервалы

Середины

интервалов

mi

Хi·mi

Хiср

iср)2

iср)2·mi

1

2

3

4

5

6

7

√-√

√-√

  1. Записываются значения интервалов в 1 колонку таблицы.
  2. Определяются середины каждого интервала и значения заносятся во 2 колонку таблицы.
  3. Определяется частота попадания экспериментальных размеров в каждый интервал и данные заносятся в 3 колонку. Причем, если значение находится на границе двух интервалов, то необходимо в каждый интервал записать по 0,5 попадания. Подстрочная сумма 3 колонки дает количество замеренных деталей (записывается в таблицу).
  4. Для каждого интервала подсчитываются произведения Хi·mi и значения заносятся в 4 колонку. Подстрочная сумма 4 колонки заносится в таблицу.
  5. Определяется среднеарифметический размер по зависимости (2.4).
  6. Заполняются построчно 5, 6 и 7 колонки таблицы, подсчитывается подстрочная сумма 7 колонки и записывается в таблицу.
  7. Определяется величина среднеквадратического отклонения σ по зависимости (2.5).
  8. Производятся необходимые расчеты для приведения к масштабу кривой нормального распределения с использованием зависимостей (2.6).
  9. Строятся на одном графике кривые фактического и теоретического распределения и поле допуска на исследуемый размер.
  10. Рассчитывается точность обработки на исследуемой операции Δ по формуле (2.7).
  11. Делаются выводы по выполненной работе. Для этого график дополняется положением ширины поля рассеяния Δ и по взаимному расположению его и поля допуска выявляется: имеется ли брак (какой и в каком объеме), имеется ли часть поля допуска (какая по величине) для компенсации размерного износа режущего инструмента, если есть неисправимый брак, то как его избежать.

2.3 Оформление отчета

Отчет по данной работе должен содержать: исходные данные для выполнения работы; расчет ширины интервала; заполненную таблицу статистической обработки результатов эксперимента, расчеты значений Хср, σ; график; расчет ширины поля рассеяния  и выводы по выполненной работе.

2.4 Контрольные вопросы

  1. Виды погрешностей.
  2. Сущность статистического метода исследования точности.
  3. Что такое гистограмма и полигон (фактическое) распределения?
  4. Как определяется и что собой характеризует среднее арифметическое значение (центр группирования или центр рассеяния) исследуемого параметра?
  5. Как определяется и что собой характеризует среднеквадратическое отклонение (мера рассеяния случайной величины относительно центра группирования)?
  6. Какие основные задачи решаются статистическим методом исследования точности обработки?
  7. Какова последовательность действий для определения точности обработки на станке?
  8. Как определяется процент годных и бракованных деталей, а также исправимый и неисправимый брак?
  9. Каким образом можно дифференцировать случайные и систематические погрешности?
  10. Как сравнивается точность работы на разных станках?
  11. Как определяется необходимое число однотипных операций или проходов для заданной степени точности?
  12. Сущность метода статистического контроля.
  13. Какова последовательность получения экспериментальных данных для исследования точности обработки дисков статистическим методом?
  14. Какова последовательность обработки этих экспериментальных данных?

3 Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ОБРАБОТАННОЙ

ПОВЕРХНОСТИ ТОЧЕНИЕМ И ВЫГЛАЖИВАНИЕМ

Цель работы: ознакомление с некоторыми понятиями качества обработанной поверхности и влиянием режима и метода обработки на шероховатость обработанной поверхности, а также приобретение умений и навыков по проведению исследований и математической обработке получаемых результатов.

3.1 Некоторые основные положения

Качество деталей машин определяется геометрией их реальных поверхностей, точностью выполнения заданных размеров и физической характеристикой поверхностного слоя. Причем, отклонения от теоретической поверхности определяется макрогеометрией (конусность, эллипсность, огранка и т.п.) и микрогеометрией (шероховатость, волнистость) поверхности. Под физической характеристикой поверхностного слоя подразумевается отклонение его физико-механических свойств от основной массы исходного материала.

Микрогеометрия поверхности зависит от формы инструмента, элементов режима резания (подачи, скорости и глубины резания) и действия ряда технологических факторов: упругие и пластические деформации, трение по задней поверхности инструмента, нарост, вибрации и изменение контура лезвия в процессе его износа. При обработке пластичных материалов наибольшее влияние на шероховатость поверхности оказывает пластическая деформация. Причем, с увеличением твердости металла шероховатость уменьшается, так как снижается коэффициент трения, в меньшей мере проявляется явление адгезии и уменьшается пластическая деформация.

С увеличением скорости резания и уменьшением подачи и глубины резания уменьшается пластическая деформация, что приводит к уменьшению шероховатости поверхности. Так при обработке хрупких материалов, например, чугуна, с малой скоростью происходит отрыв стружки по границе зерен, вследствие чего ухудшается шероховатость поверхности. При высоких скоростях отделение по границам зерен не успевает произойти и зерна не вырываются, а подрезаются, что способствует улучшению шероховатости поверхности.

Геометрия режущего инструмента на шероховатость поверхности влияет следующим образом. С увеличением заднего угла высота микронеровностей незначительно уменьшается, так как происходит уменьшение контакта задней поверхности инструмента с обрабатываемой деталью. С уменьшением угла резания (увеличением переднего угла) высота неровностей снижается, т.к. уменьшается пластическая деформация. С увеличением главного угла в плане и уменьшением вспомогательного угла в плане наблюдается улучшение шероховатости поверхности.

При правильно подобранной смазочно-охлаждающей жидкости представляется возможным уменьшить шероховатость (высоту микронеровностей) обработанной поверхности в 2-4 раза.

Выглаживание является одним из методов отделочно-упрочняющей обработки поверхностей и заключается в пластическом деформировании обрабатываемой поверхности скользящим по ней выглаживателем – закрепленным в оправке алмазным кристаллом. При этом, оставшиеся от предшествующей обработки неровности поверхности сглаживаются полностью или частично, и поверхность приобретает зеркальный блеск, повышается твердость поверхностного слоя, в нем создаются сжимающие напряжения. После выглаживания поверхность остается чистой, без вырывов и задиров и не шаржированная осколками абразивных зерен, что обычно происходит при процессах абразивной обработки. Сочетание свойств выглаженной поверхности предопределяет ее высокие эксплуатационные качества, такие как износостойкость, усталостная прочность и т.д.

Особенностью алмазного выглаживания является применение в качестве деформирующего элемента алмаза, обладающего высокой твердостью, малым коэффициентом трения по металлу и повышенной теплопроводностью. Высокая твердость алмаза дает возможность обрабатывать почти все металлы, поддающиеся пластической деформации, как мягкие, так и закаленные до твердости 60...65 HRC. Малая величина радиуса инструмента – выглаживателя (0,75-4 мм) обуславливает малую величину силы выглаживания (50-250 Н), что позволяет обрабатывать тонкостенные и маложесткие детали и снижает требования к жесткости технологического оборудования.

Сила выглаживания оказывает наиболее существенное влияние на величину шероховатости обработанной поверхности. Вначале, при увеличении силы выглаживания наблюдается уменьшение шероховатости, но все более медленное, а по достижении определенной величины силы уменьшение шероховатости прекращается. При дальнейшем увеличении силы выглаживания высота неровностей возрастает по сравнению с наименьшей. Это объясняется тем, что при малых силах контакт инструмента с обрабатываемой поверхностью происходит по вершинам неровностей, опорная площадь которых мала. Вследствие этого на площадях контакта развиваются значительные давления, превышающие предел текучести материала и вызывающие интенсивную пластическую деформацию неровностей. По мере роста силы выглаживания увеличивается глубина внедрения и растет площадь контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью. Кроме того, поверхностный слой металла сильно упрочняется, а по достижении определенной величины существенного изменения шероховатости не происходит. При дальнейшем увеличении давления увеличивается величина пластических искажений и высота неровностей возрастает по сравнению с минимальной.

Подача является вторым по значению фактором процесса, влияющим на высоту шероховатости. При изменении подачи в интервале 0,02-0,10 мм/об шероховатость возрастает почти по линейному закону. При подачах меньше 0,02 мм/об уменьшение шероховатости не наблюдается или она возрастает по сравнению с оптимальной. Это объясняется пластическим искажением микропрофиля и перенаклепом поверхностного слоя вследствие большой кратности приложения нагрузки. При увеличении подачи свыше 0,08-0,10 мм/об происходит резкое увеличение высоты микронеровностей.

Скорость выглаживания мало влияет на величину шероховатости. При изменении скорости от 16 до 120 м/мин величина шероховатости практически не изменяется. Увеличение скорости выглаживания от 120 до 200 м/мин приводит к небольшому увеличению шероховатости. Схема выглаживания, по которой проводится эксперимент в лабораторной работе, представлена на рисунке 3.1.

Выглаживатель 4 устанавливается в посадочном отверстии штока и закрепляется винтом 6. Сила, с которой выглаживатель прижимается к обрабатываемой детали 5, задается сжатием тарированной пружины 2 при помощи регулировочного винта 1. Выглаживание производится при определенной величине силы прижатия, которая устанавливается с помощью шкалы и контролируется в процессе обработки индикатором 3. Настройка пружинной державкой при выглаживании заключается в следующем. Предварительно сжатием тарированной пружины 2 по контрольной шкале устанавливается необходимая сила выглаживания, затем с помощью поперечного суппорта выглаживатель подводится до касания с обрабатываемой деталью и устанавливается натяг 0,03-0,1 мм по индикатору.

Рисунок 3.1 – Схема выглаживания с упругим закреплением инструмента

3.2 Оборудование и оснастка

1) Токарно-винторезный станок модели 16К20 или 16Б16П.

2) Заготовка-образец длиной 400-500 мм и диаметром более 50 мм с поясками шириной 10-15 мм.

3) Вращающийся центр.

4) Резец Т15К6 ГОСТ 18877-73.

5) Приспособление для выглаживания.

6) Микрометр МК-75, либо МК-100 ГОСТ 6507-78.

7) Штангенциркуль ШЦ-1 ГОСТ 166-80.

8) Профилометр-профилограф.

9) Образцы шероховатости при точении стали.

10) Микрокалькулятор.

3.3 Порядок выполнения работы

  1. Устанавливается с поджатием центром задней бабки на токарно-винторезный станок заготовка-образец, резец и приспособление для выглаживания.
  2. Протачиваются все пояски заготовки для устранения биения с Ѕ=0,15 мм/об; n=630 мин-1.
  3. Проводится эксперимент по определению зависимости шероховатости Rа от величины подачи Ѕ при черновом точении. Для этого:

- устанавливаются постоянная частота вращения шпинделя станка n=400 мин-1 и t=1-2 мм;

- протачиваются четыре пояска заготовки с подачами: Ѕ1=0,9 мм/об, Ѕ2=0,6 мм/об; Ѕ3=0,4 мм/об; Ѕ4=0,25 мм/об и определяются по образцам шероховатости значения Rа12 и Rа3, соответствующие установленным величинам подач.

  1. Проводится эксперимент по определению зависимости шероховатости Rа от величины подачи Ѕ при чистовом точении. Для этого:

- устанавливаются постоянная частота вращения шпинделя станка n=630 мин-1 и t=0,5-0,75 мм;

- протачиваются четыре (следующих) пояска заготовки с подачами: Ѕ1=0,25 мм/об; Ѕ2=0,15 мм/об; Ѕ3=0,1 мм/об и Ѕ4=0,06 мм/об и определяются по образцам шероховатости значения Rа1, Rа2, Rа3 и Rа4, соответствующие установленным величинам подач. При этом, если значения Rаi будут приближаться к 3,2 мкм и меньше, то эти значения необходимо уточнить (установить) с использованием профилометра-профилографа, но только после выполнения эксперимента по выглаживанию поверхности, т.к. заготовку необходимо будет снимать со станка.

  1. Проводится эксперимент по определению зависимости шероховатости Rа от величины подачи Ѕ при выглаживании поверхности. Для этого:

- устанавливаются постоянная частота вращения шпинделя станка n=630 мин-1 и сила выглаживания Р=100 Н;

- выглаживаются пять (следующих) поясков заготовки с подачами: Ѕ1=0,05 мм/об, Ѕ2=0,06 мм/об, Ѕ3=0,075 (0,07) мм/об, Ѕ4=0,09 (0,08) мм/об и Ѕ5=0,1 мм/об (в скобках указаны величины подач для станка модели 16Б16П);

- снимается заготовка со станка и на профилометре-профилографе определяются значения Rа1, Rа2, Rа3, Rа4 и Rа5, соответствующие установленным величинам подач (целесообразно определить значение шероховатости и по образцам шероховатости).

  1. Построить графики зависимости шероховатости обработанной поверхности от величины подачи, т.е. Rа=f(Ѕ) для чернового, чистового точения и выглаживания. Для этого по оси X откладываются значения Ѕ, а по оси Y – Rа.
  2. Подгруппа студентов разбивается на три бригады (по 3-5 человек в бригаде), каждая из которых выполняет математическую обработку данных одного из заданных преподавателем эксперимента двумя методами (черновое или чистовое точение или выглаживание). Зависимость шероховатости обработанной поверхности от подачи является, как правило, линейной и описывается зависимостью

(3.1)

где Y – значение функции, в данной работе Ra, мкм;

Х – значение аргумента, в данной работе S, мм/об;

А, С – параметры зависимости, которые необходимо определить графическим методом и методом наименьших квадратов.

При графическом методе определения параметров А и С поступают следующим образом. На график с соблюдением принятых масштабов по осям X и Y наносят все полученные экспериментальные точки, по отношению к которым проводится равнорасположенная прямая линия. Пересечение этой линии с осью Y дает значение С, а значение тангенса угла наклона этой линии к оси X дает значение А. Недостатком этого способа является неоднозначность проведения прямой линии на графике. Этот недостаток устраняется при использовании метода наименьших квадратов для определения параметров А и С линейной зависимости (3.1).

При определении параметров А и С методом наименьших квадратов используется следующая система уравнений

(3.2)

Для облегчения вычислений целесообразно воспользоваться формой таблицы 3.1.

Таблица 3.1 – Расчет параметров линейной зависимости

i

Хi

Yi

XiYi

X

AXi

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

n

Xi

Yi

XiYi

X

Колонки 1-5 таблицы 3.1 предназначены для определения значений соответствующих параметров системы уравнений (3.2). Решив систему уравнений (3.2), делается проверка соответствия экспериментальным данным результатов, получаемых по зависимости (3.1) для чего используются колонки 6-8 таблицы 3.1.

После выполнения математической обработки результатов эксперимента (всеми бригадами) составляется сводная таблица по всем способам обработки, например, по форме таблицы 3.2.

Таблица 3.2 – Результаты математической обработки данных экспериментов

Способ обработки

поверхности

Y=AX + C

Максимальная погрешность

+

-

Черновое точение

Ra=…S + …

Чистовое точение

Ra=…S + …

Выглаживание

Ra=…S + …

Примечание. Форма таблицы 3.2 используется как при определении параметров зависимости (3.1) графическим методом, так и методов наименьших квадратов, а колонки 6-8 таблицы 3.1 могут быть использованы и при графическом методе определения параметров А и С зависимости (3.1).

  1. Делаются выводы по выполненной работе, в которых отражается насколько полученные в работе экспериментальные данные соответствуют информации, приведенной в подразделе 3.1 настоящего практического пособия, а также получаемым данным по линейной зависимости (3.1), для которой параметры были определены графическим методом и методом наименьших квадратов.

3.4 Оформление отчета

Отчет по работе оформляется в единой тетради с другими лабораторными работами по данному курсу и должен содержать: название работы, цель работы, перечень оборудования и оснастки, используемых при выполнении лабораторной работы, последовательность и условия (значения режимов обработки) выполнения работы со всеми данными, полученными при выполнении работы, графики, математическую обработку заданной преподавателем зависимости Rа=f(S), сводные таблицы (таблицу) математической обработки данных экспериментов и выводы.

3.5 Контрольные вопросы

  1. Что понимается под качеством деталей машин?
  2. От каких факторов и как зависит микрогеометрия поверхности?
  3. В чем заключается сущность алмазного выглаживания?
  4. Какие параметры процесса выглаживания и как влияют на шероховатость обработанной поверхности?

4 Лабораторная работа №4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ ОТ СИЛ

ЗАКРЕПЛЕНИЯ И НЕТОЧНОСТИ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВОК

Цель работы: приобретение знаний по влиянию сил закрепления и неточностей установки заготовок на погрешность обработки, а также выработка некоторых умений и навыков по оценке величины погрешности обработки, вызванной изучаемыми факторами при установке заготовок в самоцентрирующем трехкулачковом патроне.

4.1 Некоторые основные положения

При использовании приспособлений возможно появление погрешности установки обрабатываемых заготовок. Погрешность установки , как одна из составляющих общей погрешности выполняемого размера, состоит из погрешности положения заготовки, вызываемой неточностью приспособления.

Погрешностью базирования называют разность предельных расстояний от измерительной базы заготовки до установленного на размер инструмента. Погрешность базирования возникает при несовмещении измерительной и технологической баз заготовки, она определяется для конкретного выполняемого размера при данной схеме установки.

Погрешность базирования влияет на точность выполнения размеров, точность взаимного расположения поверхностей и не влияет на точность их формы. Для устранения и уменьшения погрешности базирования следует совмещать технологические и измерительные базы, повышать точность технологических баз, выбирать рациональное расположение установочных элементов и назначать правильно их размеры или уменьшать зазоры при посадке заготовок на охватываемые установочные элементы.

Погрешностью закрепления называется разность предельных расстояний от измерительной базы до установленного на размер инструмента в результате смещения обрабатываемых заготовок под действием сил закрепления. Для партии заготовок эта погрешность равна нулю, если смещение хоть и велико, но постоянно, то в этом случае положение поля допуска выполняемого размера может быть скорректировано настройкой станка. В общем случае усилие зажима должны быть достаточными для надлежащего крепления и в тоже время не должны вызывать деформаций, искажающих форму заготовок и нарушающих точность изготовления детали.

Установка обрабатываемых заготовок по базовым поверхностям предполагает полноту совпадения ее опорной поверхности с соответствующей установочной поверхностью приспособления. Однако в практике известно, что фактическая точность размеров заготовок, полученная при их обработке на настроенных станках, в значительной степени зависит также и от метода установки заготовки в том или ином приспособлении. Так, при установке заготовки в трехкулачковом патроне, возникают погрешности закрепления в радиальном и осевом направлениях.

При закреплении заготовка, вследствие наличия целого ряда причин при разных условиях, не занимает в направлении оси одно и тоже направление и, тем самым возникают дополнительные погрешности при получении размеров детали, отсчитываемых в осевом направлении от опорного торца. На смещение заготовки оказывает влияние величина и стабильность усилия зажима. В связи с тем, что колебания усилия зажима носят случайный характер, то и погрешность закрепления также будет случайной. Колебания усилия зажима заготовки вызывают неравномерность деформации между поверхностями кулачков и патрона, смятие поверхностных неровностей в местах контакта заготовки и поверхности кулачков. Это вызывает перекос в местах контакта заготовки и поверхности кулачков, а также перекос кулачков и изменение положения зажатой в них заготовки в осевом направлении.

При этом, если деталь (образец) будет занимать при закреплении одно и то же угловое положение, то величина фиксируемой погрешности предопределяется только силами закрепления. Если же деталь при каждом новом закреплении будет проворачиваться и, следовательно, занимать случайное угловое положение, то неточности изготовления образца (детали) будут сказываться на величине получаемой погрешности в осевом направлении, которая в данном случае будет предопределяться погрешностью уже установки заготовки, а не только силами закрепления.

При определении величины погрешности в радиальном направлении наблюдается аналогичная картина и поэтому можно сказать, что если деталь при каждом новом закреплении будет проворачиваться, то получаемая величина отклонения будет характеризовать погрешность установки в радиальном направлении. Если же деталь проворачиваться не будет, то только величину погрешности от сил закрепления.

4.2 Оборудование и оснастка

1) Токарно-винторезный станок модели 16К20.

2) Оправка ступенчатая специальная.

3) Индикатор часового типа ИЧ-10.

4) Штатив с магнитным основанием.

5) Микрокалькулятор.

4.3 Порядок выполнения работы

  1. Установить заготовку (ступенчатую оправку) в трехкулачковый патрон и, не закрепляя ее, плотно прижать буртиком к торцовым поверхностям кулачков.
  2. Установить на станке два штатива с индикаторами таким образом, чтобы измерительный наконечник одного индикатора выходил на торцовую поверхность заготовки, а второго – на цилиндрическую образующую оправки в горизонтальной плоскости. Целесообразно, чтобы наконечник первого индикатора имел сферическую поверхность контакта с заготовкой, а второго – плоскую. Индикаторы устанавливаются с натягом 1-2 мм, а стрелки их выводятся на ноль.
  3. Не проворачивая оправку вокруг ее продольной оси многократно (50 раз) закрепляется заготовка. При каждом закреплении фиксируются показания индикаторов и заносятся данные в таблицу 4.1 результатов экспериментов.

Таблица 4.1 – Результаты экспериментов

Номер замера

От сил закрепления

При установке

в осевом

направлении

в радиальном

направлении

в осевом

направлении

в радиальном

направлении

1

2

3

50

  1. Проворачивая оправку вокруг ее продольной оси, многократно (50 раз) закрепляется заготовка. При каждом провороте и последующем закреплении образца фиксируются показания индикаторов и заносятся данные в таблицу 4.1 результатов экспериментов. При этом, данные, полученные в п. 3, характеризуют величину погрешности от сил закрепления, а в п. 4 – величину погрешности установки в трехкулачковом патроне токарно-винторезного станка. В результате получены данные четырех экспериментов.
  2. Подгруппа студентов разбивается на четыре бригады, каждая из которых выполняет статистическую обработку данных одного из указанных преподавателем эксперимента. Методика статистической обработки экспериментальных данных заключается в следующем:

- определяется минимальное Хmin и максимальное Хmах значения среди имеющихся данных и, задавшись 5 или 7 интервалами К (К=5 обеспечивает меньший объем дальнейших вычислений), рассчитывается ширина интервала ΔХ с использованием зависимости

(4.1)

- подготавливается таблица по форме таблицы 4.2;

- записываются значения интервалов в 1 колонку таблицы 4.2;

Таблица 4.2 – Статистическая обработка результатов эксперимента

Интервалы

Xi

mi

Ximi

Xi – Xср

(Xi – Xср)2

(Xi – Xср)2mi

1

2

3

4

5

6

7

- определяются середины каждого интервала Хi и значения заносится во 2 колонку таблицы 4.2.

- определяется частота попадания экспериментальных размеров mi в каждый интервал и данные заносятся в 3 колонку. Причем, если значение находится на границе двух интервалов, то необходимо в каждый интервал записать по 0,5 попадания. Подстрочная сумма 3 колонки дает количество замеренных деталей, т.е. объем выборки n (записывается в таблицу 4.2);

- для каждого интервала подсчитываются произведения Хimi и значения заносятся в 4 колонку. Подстрочная сумма 4 колонки заносится в таблицу 4.2;

- определяется среднеарифметический размер по зависимости

(4.2)

- заполняются построчно 5, 6 и 7 колонки таблицы, подсчитывается подстрочная сумма 7 колонки и записывается в таблицу 4.2;

- определяется величина среднеквадратического отклонения  по зависимости

(4.3)

- производятся необходимые расчеты для приведения к масштабу кривой нормального распределения. Для этого определяются четыре значения ординаты по следующим зависимостям:

  

  

(4.4)

где n – объем выборки;

ΔХ – ширина интервала, определенная по формуле (4.1);

σ – среднеквадратическое отклонение, определенное по формуле (4.3);

Ymax – значение ординаты, соответствующее Хср;

Yσ, Y, Y – значения ординат, соответствующие отклонениям вправо и влево от Хср на величину, соответственно, равную σ, 2σ и 3σ.

- строятся на одном графике кривые фактического и теоретического распределения. По полученным семи значениям ординат (точкам) строится кривая нормального распределения, которая имеет точки перегиба на ординатах, равных Y. В случае соответствия кривой фактического распределения закону нормального распределения, значение ширины поля рассеяния  определяется по формуле

(4.5)

что гарантирует попадание 99,73% всех значений в это поле рассеяния.

В результате выполнения вышеприведенных действий получаем для конкретного эксперимента значение погрешности, равное Хср, и поля рассеяния изучаемой погрешности, равное , т.е. значение изучаемой погрешности будет равно Хср±/2.

  1. После обработки всеми бригадами данных заданных им экспериментов составляется сводная таблица 4.3 полученных результатов по всем экспериментам и делаются выводы о проделанной работе, обращая внимание на причины, вызывающие появление погрешностей в осевом и радиальном направлениях как от сил закрепления заготовок, так и от их установки в трехкулачковом патроне токарно-винторезного станка.

Таблица 4.3 – Результаты обработки экспериментальных данных

Значение параметра

От сил закрепления

При установке

в осевом

направлении

в радиальном

направлении

в осевом

направлении

в радиальном

направлении

Хср/2

4.4 Оформление отчета

Отчет по работе должен содержать: название работы, цель работы, перечень оборудования и оснастки, используемых при выполнении лабораторной работы, последовательность и условия выполнения работы со всеми экспериментальными данными, статистическую обработку заданного преподавателем эксперимента (с необходимыми расчетами, таблицами, рисунком), сводную таблицу результатов обработки экспериментальных данных и выводы по работе.

4.5 Контрольные вопросы и задания

  1. Из каких элементов складывается погрешность установки?
  2. Дайте характеристику каждому из элементов погрешности установки.
  3. Какие факторы оказывают наибольшее влияние на величину погрешности закрепления в самоцентрирующем трехкулачковом патроне в осевом и радиальном направлениях?
  4. Какие факторы оказывают наибольшее влияние на величину погрешности установки в трехкулачковом патроне в осевом и радиальном направлениях?
  5. Какова последовательность действий при определении величины погрешности закрепления в самоцентрирующем трехкулачковом патроне в осевом и радиальных направлениях?
  6. Какова последовательность действий при определении величины погрешности установки в самоцентрирующем трехкулачковом патроне токарно-винторезного станка (в осевом и радиальных направлениях)?

5 Лабораторная работа №5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ РАЗМЕРНОГО ИЗНОСА РЕЗЦА И

ШЕРОХОВАТОСТИ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТ

ПУТИ РЕЗАНИЯ И ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМА ОБРАБОТКИ

Цель работы: приобретение знаний по влиянию элементов режима обработки и длительности работы (пути резания) на величину размерного износа резца и, тем самым, на точность обработки и шероховатость обработанной поверхности.


5.1 Некоторые основные положения

Одним из факторов, существенно влияющим на точность механической обработки, является размерный износ режущего инструмента. При работе режущего инструмента происходит значительное трение его контактных поверхностей о стружку и обрабатываемую поверхность изделия. Трение оказывает огромное влияние на весь процесс резания. Все виды износы режущего инструмента, пусть то будет износ по задней поверхности (рисунок 5.1, а), износ, образующийся на передней поверхности (рисунок 5.1, б) или износ по передней и задней поверхностям одновременно (рисунок 5.1, в) являются, главным образом, результатом трения.

Рисунок 5.1 – Виды лимитирующего износа режущего инструмента

Предварительный износ по задней поверхности обычно наблюдается при обработке сталей с малой толщиной среза (не более 0,15 мм) и низкими скоростями резания. Второй и третий виды износа наблюдаются у инструментов, снимающих слой больше указанной величины.

С точки зрения точности механической обработки для технологов представляет интерес размерный износ инструмента, непосредственно влияющий на размеры обрабатываемой детали. Так, например, при износе резца по задней поверхности на некоторую величину hз (рисунок 5.2, а) ухудшается шероховатость обработанной поверхности и, кроме того, наблюдается увеличение диаметра обработанной детали на удвоенную величину радиального (размерного) износа U (рисунок 5.2, б).

Рисунок 5.2 – Изменение размеров обрабатываемой детали при наличии радиального износа резца

Размерным износом резца U называется износ его режущей кромки, измеренный в направлении, нормальном к обрабатываемой поверхности (рисунок 5.3).

Изучение размерного износа при обработке заготовок показало, что его процесс не подчиняется строго линейному закону (рисунок 5.4). В начальный период времени Lнач происходит повышенный износ Uн (участок I). Далее наступает наиболее продолжительный период (путь Lнорм) нормального износа Uнорм, характеризующийся линейной зависимостью размерного износа от пути резания (участок II).

Рисунок 5.3 – Размерный износ резца

Для более правильной характеристики износа и для упрощения расчетов точности механической обработки размерный износ изучается в зависимости от пути, пройденного лезвием инструмента в металле.

Третий период (участок III) характеризуется очень быстрым износом, в результате которого происходит разрушение режущей кромки инструмента.

Рисунок 5.4 – Зависимость размерного износа резца от пути резания

Период начального износа (Lнач) и его величина зависят, в основном, от качества заточки и доводки инструмента. При хорошей заточке и доводке период начального (повышенного) износа может отсутствовать. На участке нормального износа интенсивность износа характеризуется углом наклона линии износа к оси абсцисс (угол  рисунок 5.4). В этот период размерный износ зависит от материала инструмента и обрабатываемого материала, режимов резания, геометрии режущего инструмента и смазочно-охлаждающей жидкости.

Линейная зависимость U=f(L) на участке нормального износа дает возможность характеризовать интенсивность износа следующим показателем – величиной относительного износа.

Относительным износом называется размерный износ режущего инструмента (в мкм) на пути резания L=1000 м в зоне нормального износа и определяется по формуле

(5.1)

где Uо – относительный износ, мкм;

 U – размерный износ на участке нормального износа, мкм;

 Lz – путь резания на участке нормального износа, м;

 U – масштаб размерного износа, мкм/мм;

 L – масштаб пути резания, м/мм.

Расчет размерного износа можно упростить, заменив кривую на рисунке 5.4 прямой а-а. Эта прямая совпадает с кривой на участке II и отсекает на оси ординат отрезок Uн, который характеризует величину износа на участке I (т.е. начальный износ). Зная для определенных условий обработки значения Uн и Uо можно определить размерный износ на длине пути резания L по формуле

(5.2)

Величина относительного износа зависит от обрабатываемого материала, материала режущей части инструмента, режимов резания, геометрии режущего инструмента и др. факторов.

Обрабатываемый материал и, в частности, его твердость оказывает большое влияние на относительный износ инструмента. С повышением твердости материала относительный износ возрастает.

Большое влияние на относительный износ оказывает материал режущего инструмента. Относительный износ резцов из быстрорежущей стали при точении в 1,5-2 раза больше износа резцов с пластинками из твердого сплава. Износ резцов с пластинками из минералокерамики ЦН332 при тонком растачивании заготовок из закаленного чугуна (375...400 НВ) в 1,5-2 раза меньше, чем износ резцов с пластинками из твердого сплава. При алмазном растачивании цветных сплавов износ алмазных резцов в 50, а иногда и в 100 раз меньше износа твердосплавных резцов.

Из режимов резания наибольшее влияние на относительный износ оказывает скорость резания. При чистовой обработке серого чугуна, легированной и углеродистой стали наименьшая величина относительного износа наблюдается в зоне средних скоростей резания (V=100-200 м/мин); с ростом скорости от ее среднего значения износ начинает медленно увеличиваться; в зоне малых скоростей относительный износ велик.

С увеличением подачи от 0,1 до 0,3 мм/об при точении проходными резцами заготовок из стали и чугуна относительный износ увеличивается на 30-50%. Увеличение глубины резания от 0,3 до 1,5 мм ведет к увеличению относительного износа примерно на 50%.

Увеличение заднего угла с 8° до 15° в зоне высоких скоростей приводит к повышению относительного износа на 30%. Увеличение заднего угла в зоне средних скоростей резания нередко снижает относительный износ инструмента. Передний угол и др. геометрические элементы резца влияют на относительный износ незначительно.

Экспериментально размерный износ можно определить, если последовательно следить за измерением расстояния от вершины резца до выбранной измерительной базы. Такое измерение можно проводить с помощью специального контактного приспособления (рисунок 5.5).

В результате проведения эксперимента будет получен график U=f(L).

Обработка графика сводится к линейной аппроксимации функции U=f(L) на участке нормального износа, т.е. к определению коэффициентов А и С уравнения (3.1).

1 – индикатор; 2 – корпус измерительного приспособления;

3 – резцедержатель; 4 – резец

Рисунок 5.5 – Приспособление для измерения размерного износа резца

Зависимость износа резца от элементов режима обработки описывается наиболее часто степенной зависимостью

(5.3)

Рассмотрим применение метода наименьших квадратов для определения параметров формулы (5.3). Формула (5.3) является достаточно простой и наиболее общей, т.к. параметр В может принимать любые действительные значения:

В<0; В>0; В=1; В>1; В<1; В=n (целое).

Определение параметров формулы (5.3) начинаем с нахождения параметра С. Для этого составим среднее геометрическое

(5.4)

где X1, Xn – крайние значения переменной Х.

Пользуясь методом линейной интерполяции, для Хs найдем соответствующее значение Ys

(5.5)

где Хi, Хi+1 – промежуточные значения, между которыми содержится Хs, т.е. выполняется неравенство Хisi+1;

 Yi, Yi+1 – значения функции, соответствующие Хi и Хi+1.

Значение параметра С вычисляется по формуле

(5.6)

где Y1, Yn – крайние значения переменной Y.

При принимается С=0.

Определив значение С, мы переходим от зависимости (5.3) к формуле

(5.7)

Прологарифмировав зависимость (5.7), приходим к линейной зависимости

(5.8)

Для определения значений А и В зависимости (5.8) используется следующая система уравнений

(5.9)

Для решения системы уравнений (5.9) заполняем таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Определение значений А и В системы уравнений (5.9)

i

Xi

lnXi

(lnXi)2

Yi

Yi – C

ln(Yi – C)

lnXiln(Yi – C)

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

n

Xi

lnXi

(lnXi)2

ln(Yi – C)

lnXiln(Yi – C)

Решив систему уравнений, делается проверка правильности вычислений путем подстановки найденных значений А и В в одно из уравнений системы (5.9), а также проверяется соответствие расчетных данных Ybi, экспериментально полученным Yi с использованием следующей формы таблицы 5.2.

Таблица 5.2 – Расчет погрешности расчетных данных по отношению к экспериментально полученным

i

Хi

X

AX

Yi

1

2

3

4

5

6

7

1

2

Основными путями сокращения влияния размерного износа инструмента на точность обработки, а также на увеличение стойкости режущего инструмента являются:

- повышение стабильности качества изготовления инструмента;

- повышение качества доводки его режущих кромок для сокращения величины первоначального размерного износа (уменьшается протяженность участка I, рисунок 5.4);

- стабилизация сил резания;

- сокращение вибраций в технологической системе, если это не виброрезание;

- выбор наиболее экономичных режимов обработки;

- своевременная смена инструмента для его переточки;

- правильный подбор и применение смазочно-охлаждающих жидкостей;

- своевременная компенсация размерного износа инструмента путем поднастройки размерных цепей технологической системы;

- правильная установка и закрепление режущего инструмента с учетом изменения его геометрии при возникновении силы резания и упругих перемещений элементов технологической системы и ряд других мероприятий.

Микрогеометрия, в т.ч. шероховатость поверхности, зависит от формы инструмента, элементов режима резания (подачи, скорости и глубины резания) и действия ряда технологических факторов: упругих и пластических деформаций, трения на задней поверхности инструмента, нароста, вибрации и изменения контура лезвия в процессе его износа. При обработке пластичных материалов наибольшее влияние на шероховатость поверхности оказывает пластическая деформация. Причем, с увеличением твердости металла шероховатость уменьшается, т.к. снижается коэффициент трения, в меньшей мере проявляется явление адгезии и уменьшается пластическая деформация.

С увеличением скорости резания и уменьшением подачи и глубины резания уменьшается пластическая деформация, что приводит к уменьшению шероховатости поверхности.

Геометрия режущего инструмента на шероховатость поверхности влияет следующим образом. С увеличением заднего угла высота микронеровностей незначительно уменьшается, т.к. происходит уменьшение контакта задней поверхности инструмента с обрабатываемой деталью. С увеличением главного угла в плане наблюдается улучшение шероховатости поверхности.

При правильно подобранной смазочно-охлаждающей жидкости представляется возможным улучшить шероховатость обработанной поверхности в 2-4 раза, снизив высоту микронеровностей.

5.2 Оборудование и оснастка

1) Токарно-винторезный станок модели 16К20.

2) Резцы.

3) Штангенциркуль.

4) Секундомер.

5) Заготовка диаметром более 100 мм и длиной L800 мм.

6) Образцы шероховатости.

7) Приспособление для измерения размерного износа резца.

8) Микрокалькулятор.

5.3 Порядок выполнения работы

В связи с тем, что размерный износ резца и шероховатость обработанной им поверхности может зависеть от пути резания и элементов режима обработки, то целесообразно при одном и том же эксперименте фиксировать значение как величины износа резца, так и шероховатость обработанной поверхности. При этом, с целью выработки некоторых умений и навыков постановки эксперимента и обработки его результатов целесообразно выполнить лабораторную работу с использованием классического подхода постановки эксперимента, который заключается в том, что изменяется только один фактор по всем принятым уровням, а остальные факторы выдерживаются на каком-то одном постоянном уровне. Затем точно также последовательно поступаем и со всеми остальными факторами. Шероховатость необходимо определять с использованием образцов шероховатости.

  1. В патрон токарного станка с упором в задний вращающийся центр закрепить образец (заготовку).
  2. Установить и закрепить резец в резцедержателе станка. Материал режущей части резцов Т15К6. Резцы для экспериментов имеют постоянную геометрию =10°, =15°, =60°, 1=15°, =0°, r=0,5 мм.
  3. Охладить резец эмульсией в течение 1 мин.
  4. Установить измерительное приспособление на резцедержатель, подвести ножку индикатора к вершине резца (с натягом не менее 0,1 мм) и зафиксировать показание индикатора на ноль.

Для выполнения работы на участке нормального износа резца необходимо до начала эксперимента «вывести» его в зону II (рисунок 5.4), т.е. обрабатывать заготовку на длине пути резания равной 1,5 км при режиме обработки: V=150 м/мин; S=0,1 мм/об; t=2 мм. Для этого определяем частоту вращения станка по формуле

(5.10)

где d – максимальный диаметр обработки, мм.

Уточняем по паспорту станка частоту вращения шпинделя n (на 60-70% ближе к ближайшей большей ступени) и уточняется фактическая скорость резания V из зависимости (5.10);

- определяется продолжительность работы Т на заданном режиме резания для преодоления 1,5 км пути резания резцом по формуле

(5.11)

- пустить станок и через Т минут от начала работы отвести резец от заготовки и выключить станок;

- охладить резец эмульсией в течение 1 мин, установить приспособление и измерить величину размерного износа Uо (показание индикатора), а также шероховатость обработанной поверхности Rа.

Данным резцом проводится вся или значительная часть лабораторной работы, т.е. до его критического износа (участок III на рисунке 5.4). В случае выхода резца в зону его критического износа в каком-то опыте (резкое изменение в показании индикатора по сравнению с предыдущим опытом) необходимо этот опыт выполнить повторно, предварительно «выведя» новый резец в зону его нормального износа (с замером его нового значения Uон и шероховатости обработанной поверхности Rан).

  1. Настроить станок на заданный режим работы: V=150 м/мин; S=0,1 мм/об; t=0,5 мм.
  2. Пустить станок. Через 2 мин от начала работы отвести резец от заготовки и выключить станок. Охладить резец эмульсией в течение 1 мин, установить приспособление и измерить величину размерного износа U1 (показание индикатора), а также шероховатость обработанной поверхности Ra.
  3. Повторить приемы, указанные в п. 6 три раза и измерить U2, U3, U4 и Rа2, Rа3, Rа4.
  4. Подсчитать путь резания L для всех точек по формуле

(5.12)

  1. Настроить станок на новый режим работы: V=50 м/мин; S=0,1 мм/об; t=0,5 мм.
  2. Пустить станок. Через 6 мин от начала работы отвести резец от заготовки и выключить станок. Охладить резец эмульсией в течение 1 мин, установить приспособление и измерить величину размерного износа U5, и шероховатость обработанной поверхности Rа5.
  3. Настроить станок на новый режим работы: V=100 м/мин; S=0,1 мм/об; t=0,5 мм.
  4. Пустить станок. Через 3 мин от начала работы отвести резец от заготовки и выключить станок. Охладить резец эмульсией в течении 1 мин, установить приспособление и измерить величину размерного износа U6, и шероховатость обработанной поверхности Rа6.
  5. Повторить приемы, указанные в п. 6 для подачи S=0,2 мм/об и затем S=0,4 мм/об. Остальные режимы: V=150 м/мин, t=0,5 мм.
  6. Повторить приемы, указанные в п. 6 для глубины резания t=1 мм и затем t=2 мм. Остальные режимы: V=150 м/мин, S=0,1 мм/об.
  7. Записать выполненную последовательность опытов проведенного эксперимента и им соответствующие значения Ui и Rаi в колонки 7-8 таблицы 5.3.

Таблица 5.3 – Результаты эксперимента

i

Vi, м/мин

Si, мм/об

ti,

мм

Тi,

мин.

Li,

м

Ui, мкм

Rai, мкм

L, мкм

U, мкм

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0

150

0,1

0,5

1500

0

1

150

0,1

0,5

2

2

150

0,1

0,5

2

3

150

0,1

0,5

2

4

150

0,1

0,5

2

5

50

0,1

0,5

6

6

100

0,1

0,5

3

7

150

0,2

0,5

2

8

150

0,4

0,5

2

9

150

0,1

1,0

2

10

150

0,1

2,0

2

  1. Определить значения пути резания L на конец выполнения опыта, т.е.

(5.13)

где Li – длина пути резания в i-ом опыте.

Занести полученные значения L в колонку 9 таблицы 5.3.

  1. Определить значения размерного износа резца U в зависимости от входных факторов i-го опыта по формуле

(5.14)

Записать значения в колонку 10 таблицы 5.3.

  1. Построить графики зависимостей:

U=f(L), (i=0, 1, 2, … , 10); U=f(L), (i=1, 2, 3, 4); U=f(V), (i=1, 5, 6);

U=f(S), (i=1, 7, 8); U=f(t), (i=1, 9, 10);

Ra=f(L), (i=0, 1, 2, … , 10); Ra=f(L), (i=1, 2, 3, 4); Ra=f(V), (i=1, 5, 6);

Ra=f(S), (i=1, 7, 8); Ra=f(t), (i=1, 9, 10).

  1. По указанию преподавателя 1-2 студента выполняют математическую обработку данных одного графика линейной (3.1) зависимости (от пути L или L) и одной степенной зависимости (5.3).
  2. Сделать выводы по работе в целом.

5.4 Оформление отчета

Отчет по работе должен содержать: название работы, цель работы, перечень оборудования и оснастки, последовательность и условия выполнения работы со всеми экспериментальными данными (таблица 5.3), графики всех зависимостей, индивидуальные расчеты по определению методом наименьших квадратов параметров линейной и степенной зависимостей и выводы по работе.

5.5 Контрольные вопросы

  1. Какие бывают виды износа?
  2. Что такое размерный износ инструмента?
  3. Как влияет размерный износ на точность обработки?
  4. Как экспериментально можно замерить размерный износ?
  5. Какова зависимость размерного износа от пути резания?
  6. От чего зависит период начального износа инструмента?
  7. Какова зависимость размерного износа от скорости резания?
  8. Каково влияние подачи и глубины резания на размерный износ?
  9. Каковы основные пути сокращения влияния размерного износа инструмента на точность обработки?
  10. Каковы основные пути сокращения влияния размерного износа инструмента на стойкость режущего инструмента?
  11. От каких факторов и как зависит шероховатость обработанной поверхности?

6 Лабораторная работа №6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ВЫЗЫВАЕМОЙ ЕЮ ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ

Цель работы: приобретение знаний по определению жесткости технологической системы и вызываемой ею погрешности обработки, а также выработка некоторых умений и навыков по оценке жесткости элементов технологической системы и их влиянию на точность обработки.

6.1 Некоторые основные положения

Одной из причин, вызывающих погрешность выдерживаемого при обработке размера, является нестабильность силы резания, величина которой изменяется под влиянием переменных условий обработки. В частности, к изменению силы резания приводят колебания размеров заготовок, т.е. неравномерность глубины резания t1 и t2 (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 – Схема для расчета жесткости (податливости) станка

Нестабильность силы резания вызывает неравномерность деформаций и отжатий элементов упругой системы, в результате чего возникают погрешности формы обработанной поверхности, т.к. неточность заготовки отражается на обработанной поверхности в виде аналогичной неточности. Таким образом, точность обработки зависит от жесткости элементов технологической системы.

Для определения погрешности обработки, вызванной упругими деформациями системы, необходимо определить жесткость этой системы. Под жесткостью системы понимают отношение силы резания, направленной нормально к обрабатываемой поверхности, к смещению лезвия инструмента в направлении действия этой силы

(6.1)

где  Ру – составляющая силы резания, направленная нормально к обрабатываемой поверхности, Н;

 Yсист – отжатие элементов системы, вызываемое силой Ру, мм.

При выполнении расчетов удобно пользоваться величиной, обратной жесткости. Эту величину называют податливостью

(6.2)

Податливость системы складывается из податливости составляющих ее элементов. Принимаем, что

(6.3)

или

(6.4)

где Wсист – податливость системы, мм/Н;

 Wст, Wсуп, Wпер.баб – податливость станка, суппорта, передней бабки, соответственно, мм/Н;

 Wдет – податливость детали, Н/мм.

Аналогично можем записать

(6.5)

где Yсист – прогиб (отжатие) системы, мм;

 Yст – прогиб (отжатие) станка, мм;

 Yдет – прогиб (отжатие) детали, мм.

Значение радиальной составляющей силы резания Ру определяется по известной формуле из теории резания

(6.6)

где Ср – постоянная, характеризующая определенные условия обработки;

 x, y, n – показатели степени;

 t – глубина резания, мм;

 S – подача, мм/об;

V – скорость резания, м/мин;

 Kр – поправочный коэффициент, представляющий собой произведение ряда коэффициентов

Kp = Kм  K  K  K  Kr,

(6.7)

где Kм – коэффициент, учитывающий влияние свойств обрабатываемого материала, при обработке конструкционной стали и стального литья

K, K, K, Kr – поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента, а именно: главного угла в плане , переднего угла , угла наклона режущей кромки , радиуса при вершине r.

Для условий проведения экспериментов при выполнении работы формулы (6.7) и (6.6) будут иметь вид

(6.8)

Используя обозначения, принятые на рисунке 6.1 получим

- погрешность заготовки

(6.9)

- погрешность детали

(6.10)

Зная погрешность заготовки и требуемую точность (допустимую погрешность) детали, количество m последовательных проходов (уточнений) может быть определено из следующей зависимости

(6.11)

где С – постоянная, которая при принятых в работе условиях обработки и проведения эксперимента может быть определена по формуле

(6.12)

Из зависимости (6.11) определяется количество проходов m с использованием выражения

(6.13)

При этом полученное из выражения (6.13) значение m округляется до целого числа в большую сторону.

Из приведенных формул (6.9)-(6.13) следует, что для определения погрешности обработки необходимо знать податливость технологической системы Wсист, которая слагается из податливости станка и податливости детали (6.4).

Аналогично жесткость системы будет равна

(6.14)

Увеличение жесткости технологической системы и, тем самым, уменьшение ее влияния на величину погрешности обработки достигается:

- уменьшением количества стыков в конструкциях станков и приспособлений;

- предварительной затяжкой неподвижных стыков посредством резьбовых соединений;

- тщательной пригонкой сопряженных поверхностей и уменьшением зазоров;

- уменьшением длины консоли, высоты или вылета элементов технологической системы и увеличением их опорной поверхности;

- использованием дополнительных опор, люнетов, направляющих скалок и др. элементов приспособлений для заготовок и инструментов.

Причем, для повышения точности обработки важно не только повышать жесткость элементов технологической системы, но и выравнивать ее неравномерность в различных сечениях и направлениях.

Причем, существует несколько методов определения жесткости металлорежущих станков или их составных частей. Основными являются методы:

- статический (испытания на неработающем станке);

- производственный (испытания при обработке заготовки).

Сущность статического метода определения жесткости металлорежущих станков заключается в том, что элементы станка с помощью специальных приспособлений нагружают силой, воспроизводящей действие силы резания, и одновременно измеряют перемещение отдельных частей станка. Для испытания жесткости станков методом статического приложения нагрузки существует много приборов, которые состоят из нагружающего устройства с динамометром и устройства для измерения деформаций. Данный метод имеет много недостатков:

1. Метод сложен.

2. Требует длительного испытания.

3. Жесткость станка, определяемая в статическом состоянии, лишь приблизительно характеризует упругие перемещения станка в процессе работы.

Производственный метод испытания жесткости станков основан на том, что при обработке заготовки с неравномерным припуском (изменяющаяся глубина резания t), форма заготовки (эксцентричность, ступенчатость) копируется на обработанной поверхности детали. Степень копирования тем больше, чем меньше жесткость технологической системы. При принятых условиях проведения опыта влияние всех факторов, кроме жесткости станка, практически исключается.

Податливость детали в теоретическом плане возможно определить из соответствующих формул, например, для случая, изображенного на рисунке 6.1 получим

(6.15)

где 1 – длина консоли (см. рисунок 6.1);

Е – модуль упругости, Е=2105 Н/мм;

 J – момент инерции, для прутка диаметром D определяется по формуле

J = 0,05  D4.

(6.16)

Зная податливость станка Wст и детали Wдет по зависимости (6.4) определяется величина податливости системы Wсист, которая используется в выражении (6.12).

Производственный способ определения податливости станка рассматривается ниже с необходимыми пояснениями по ходу выполнения лабораторной работы 6.1, а определение количества проходов (уточнений) в работе 6.2.

6.2 Оборудование и оснастка

1) Токарно-винторезный станок модели 16К20.

2) Резец Т15К6.

3) Заготовки 1/D=1…2 и l/D>5.

4) Штангенциркуль, линейка.

5) Микрометр.

6) Микрокалькулятор.

6.3 Порядок выполнения работы 6.1

Производственный способ определения жесткости (податливости)

технологической системы

  1. В патрон токарного станка устанавливается весьма жесткая ступенчатая заготовка (рисунок 6.2), жесткость которой по сравнению с жесткостью станка можно пренебречь. Обычно такая заготовка имеет l/D=1…2. Материал заготовки – конструкционная сталь с пределом прочности в=500 МПа.
  2. Установить резец с пластинкой Т15К6 со следующими геометрическими параметрами =60°, =10°, =0°, r=0,3…0,5 мм. Установка вершины резца выше оси центров недопустима, в противном случае будет наблюдаться «втягивание» резца в тело заготовки и поэтому может оказаться, что d2<d1.

Рисунок 7.2 – Схема производственного метода определения жесткости (податливости) станка

  1. На длине 11=5…10 мм проточить заготовку так, чтобы D1D2=4…6 мм. Затем замерить диаметры ступеней заготовки. Результат замера принимается за погрешность заготовки

заг = D1 – D2.

(6.17)

  1. Обработать заготовку за один проход таким образом, чтобы глубина резания на диаметре D2, равнялась 1 мм, подача S=0,1 мм/об, скорость резания V=70-80 м/мин.
  2. Замерить диаметры d1, и d2 после обработки. Результат замера принимается за погрешность детали

дет = d1 – d2.

(6.18)

  1. Определить фактическое уточнение

(6.19)

  1. Определить податливость станка, считая, что при сверхжесткой заготовке жесткость (податливость) системы будет равна jст (Wст). Следовательно, с достаточной для практических целей точностью

(6.20)

  1. Определить жесткость станка, используя формулу (6.2).

Производственный способ определения податливости (жесткости) детали

  1. В патрон токарно-винторезного станка устанавливается маложесткая заготовка (из того же материала, что и в первой части этой работы), у которой l/D=5…7, и поджимается центром задней бабки.
  2. Протачивается наружная поверхность заготовки до устранения ее биения тем же резцом, который использовался в первой части этой работы. Режим обработки: подача S=0,1 мм/об, скорость резания V=70-80 м/мин, глубина резания t=0,25-0,5 мм.
  3. Замеряются диаметры заготовки по концам и в ее средней части и определяется среднее значение диаметра образца.
  4. Отводится центр задней бабки, в результате этого заготовка оказывается установленной консольно, и протачивается заготовка на длине l с режимом обработки: подача S=0,1 мм/об, скорость резания V=70-80 м/мин, глубина резания t=1 мм.
  5. Определяются диаметры заготовки на конце консоли d1, и в конце обработке d2, т.е. на расстоянии l от конца консоли. При этом, в каждом сечении (месте) диаметра замеряются их средние значения.
  6. Определяется конусность К на участке l заготовки с использованием зависимости

(6.21)

  1. Определяется величина радиальной составляющей усилия резания Ру при выполненном режиме обработки с использованием зависимости (6.8).
  2. Определяется податливость детали производственным способом с использованием зависимости

(6.22)

  1. Определяется податливость Wсист и жесткость jсист технологической системы с использованием зависимостей (6.4) и (6.2).
  2. В теоретическом плане определяется податливость детали Wдет с использованием зависимостей (6.15) и (6.16).
  3. Делаются выводы по полученным значениям податливости одной и той же детали Wдет и W.

Примечание. При обработке заготовок на одном и том же станке податливость (жесткость) технологической системы будет включать постоянное значение податливости (жесткости) станка (что и будет использовано в лабораторной работе 6.2) и переменное значение податливости (жесткости) детали, которая будет предопределяться способом установки, диаметром и длиной заготовки, а также и режимом обработки.

6.4 Порядок выполнения работы 6.2

Определение количества проходов для обеспечения заданной

точности детали

  1. В патрон токарного станка устанавливается заготовка с l/D=3 и поджимается центром задней бабки. Материал заготовки – конструкционная сталь с пределом прочности в=500 МПа.
  2. Устанавливается резец (см п. 2 работы 6.1).
  3. На заготовке «вручную» точится конус за счет поворота салазок суппорта на угол 0,5…1,0°, что обеспечит перепад диаметров в 2…3,5 мм на длине 100 мм. При длине заготовки более 100 мм перепад диаметров целесообразно сохранить тем же (см. рисунок 6.3).

Рисунок 6.3 – Схема определения количества проходов (уточнений) для обеспечения заданной точности детали

  1. Замеряются диаметры D2 (больший, расположенный со стороны задней бабки) и D1 (меньший, расположенный ближе к патрону).
  2. Определяется погрешность заготовки заг=D2D1,
  3. Задавшись квалитетом точности изготовления детали, например, IТ11, имеем допуск Т=0,13 мм для диаметров свыше 18 и до 30 мм, или Т=0,16 мм для диаметров свыше 30 до 50 мм. Из-за копирования погрешности заготовки примем, что погрешность формы детали будет находиться в пределах 0,2 поля допуска на размер, т.е. для диаметра до 30 мм составит 0,026 мм, а для диаметра более 30 мм – 0,032 мм. Таким образом, погрешность одной обработанной детали в зависимости от ее диаметра будет: дет=0,026 мм или дет=0,032 мм.
  4. В теоретическом плане определяем податливость детали Wдет по зависимостям (6.15) и (6.16), в которой D=(D1 + D2)/2.
  5. Определяется податливость технологической системы Wсист по зависимости (6.4), в которой используем значение податливости станка Wст, полученное в лабораторной работе 6.1.
  6. Определяется значение коэффициента С по зависимости (6.12) при принятых в эксперименте условиях обработки: подача S=0,1 мм/об, скорость резания V=70-80 м/мин, глубина резания t=1 мм (уточняется в зависимости от значения D и установленной ступени частоты вращения шпинделя станка n с использованием зависимости

  1. Определяется количество проходов (уточнений) по зависимости (6.13).
  2. Выполняется экспериментальная проверка выполненного расчета количества проходов m, для этого:

- устанавливается на станке заданный режим обработки (см. п. 9). При этом на заготовке (образце) методом пробных ходов и промеров на длине 5…7 мм от правого торца образца устанавливается резец на размер d1=D1 – 2 мм, что обеспечивает точение с глубиной резания t=1 мм на меньшем диаметре заготовки;

- отводится центр задней бабки, заготовка оказывается установленной консольно, и выполняется его точение на длине l;

- замеряются диаметры d1 и d2, а также d3 в средней части длины детали и значения заносятся в первую строку таблицы 6.1. При этом, в каждом сечении выполняется два замера диаметра с «поворотом детали» на 90° и оба заносятся в таблицу;

- определяется величина погрешности детали после первого прохода как разность между наибольшим и наименьшим значениями из шести полученных;

Таблица 6.1 – Результаты эксперимента по определению количества проходов

Проходы

d1

d2

d3

дет i

замер 1

замер 2

замер 1

замер 2

замер 1

замер 2

1-ый

2-ой

n-ый

дет iдет

- затем выполняются следующие действия по второму проходу: образец поджимается центром задней бабки и, аналогично, как и при первом (предыдущем) проходе, методом пробных ходов и промеров устанавливается резец так, чтобы снималась глубина резания t=1 мм на меньшем диаметре заготовки (образца), отводится центр задней бабки и протачивается заготовка на длине l, выполняются замеры диаметров заготовки в трех сечениях, полученные данные заносятся в таблицу 6.1 и вычисляется значение погрешности детали после второго прохода;

- предыдущее действие выполняется до тех пор, пока значение дет i не окажется меньше или равно значению дет, определенному в п. 6 выполняемой работы;

- делаются выводы о соответствии или несоответствии экспериментальных результатов полученному значению количества проходов (уточнений) в п. 10 выполняемой работы.

6.5 Оформление отчета

Отчет по работе должен содержать: название работы, цель работы, краткое содержание основных положений, перечень оборудования и оснастки, используемых при выполнении работы 6.1 и 6.2, последовательность и условия выполнения работы 6.1 со всеми экспериментальными, расчетными данными и выводами по работе, аналогичные сведения по выполнению работы 6.2, в т.ч. и таблицу результатов эксперимента по определению количества проходов для обеспечения заданной точности обработки.

6.6 Контрольные вопросы

  1. Что такое жесткость технологической системы и как она определяется?
  2. Что такое податливость и как она определяется?
  3. Из чего складывается податливость системы для конкретного случая, рассмотренного в лабораторной работе?
  4. Что такое уточнение и как оно определяется?
  5. Как теоретически определяется податливость детали?
  6. Что такое статический метод определения жесткости станка?
  7. Что такое производственный метод определения жесткости станка?
  8. Какие пути увеличения жесткости технологической системы?
  9. Что уменьшает влияние жесткости на величину погрешности обработки?
  10. Какова зависимость для определения аналитическим методом ожидаемой погрешности обработки заготовки после первого, второго и т.д. проходов?
  11. Как определяется количество проходов для обеспечения требуемой точности обработки при известных погрешности заготовки и жесткости (податливости) станка?

ЛИТЕРАТУРА

  1. Ящерицын, П.И. Основы технологии механической обработки и сборки в машиностроении / П.И. Ящерицын. – Минск: Высшая школа, 1974. – 607 с.
  2. Мельников, Д.В. Практическое пособие к лабораторным работам по курсу «Современные технологии» для студентов экономических специальностей заочной формы обучения / Д.В. Мельников, А.А. Пучков, С.В. Рогов. – Гомель: ГГТУ, 1999. – 19 с.
  3. Пучков, А.А. Практическое пособие к лабораторным работам по курсу «Основы технологии машиностроения» для студентов экономических специальностей заочной формы обучения / А.А. Пучков, Д.В. Мельников, С.И. Красюк. –Гомель: ГГТУ, 1999. – 26 с.
  4. Пучков, А.А. Практическое руководство к лабораторным работам по теме «Расчетно-аналитический способ определения точности механической обработки» курса «Технология машиностроения» для студентов специальности Т.03.01.00 /
    А.А. Пучков, В.Ф. Соболев, С.А. Щербаков. – Гомель: ГПИ, 1997. – 62 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37386. Определить потери давления и расходы жидкости на всех участках трубопровода, при нормальном и аварийном режиме работы разветвленного участка 594 KB
  Шифринсона У ВСЕХ ЭТО ФОРМУЛА ОДИНАКОВА МЕТОДА к КП стр 15 Для расчета потерь давления в трубах воспользуемся формулой ДарсиВейсбаха: Потери давления на местных сопротивлениях вычисляются по формуле Вейсбаха : Количество компенсаторов будет равно 8 т. Полные потери давления в магистральном участке высчитываем по формуле: . Следовательно потери давления во всех ветвях параллельного соединения будут одинаковы ∆P1=∆P2=∆P3.
37387. Проектирование и расчет водоснабжения и канализации здания 105.04 KB
  В данной курсовой работе в жилых зданиях запроектирована только система холодного хозяйственно-питьевого водоснабжения, система горячего водоснабжения не рассматривается. Система внутреннего водоснабжения включает вводы в здание, водомерные узлы, разводящие сети, подводки к санитарным приборам, насосные установки, водоразборную, смесительную, запорную и регулирующую арматуру.
37388. Расчет колонны одноэтажного промышленного здания 2.36 MB
  4 Определение геометрических характеристик приведенного сечения.6 Расчет прочности по наклонным сечениям.7 Проверка прочности по нормальным сечениям.2 Расчет сечения 10 на уровне верха консоли.
37389. Проектирование 5-комнатной торцевой блок-квартиры в двух уровнях 89 KB
  ОБЪЕМНОПЛАНИРОВОЧНОЕ РЕШЕНИЕ ЗДАНИЯ. Размеры в осях 342111 м высота этажа – 25 м общая высота здания – 9 м жилая секция состоит из 7 комнат. Конструктивная схема здания – бескаркасная стеновая с продольным расположением несущих стен. Пространственная жесткость здания обеспечивается совместной работой стен и перекрытия.
37390. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ 7.85 MB
  Принимая в качестве базисных величин на основном уровне Sб = 60 МВА UбI = 112 кВ определяем базисные величины на других уровнях: кВ; кВ; Составим схему замещения прямой последовательности Рисунок Схема прямой последоательности. Выражаем параметры схемы замещения прямой последовательности рис. з генератор Г12: ; и асинхронный двигатель АД: ; ; Найдем и для этого свернем схему прямой последовательности рис.2 Рисунок Сворачивание схемы прямой последовательности.
37391. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПО ЗАДАННЫМ ПАРАМЕТРАМ 6.07 MB
  Принимая в качестве базисных величин на основном уровне Sб = 60 МВА UбI = 112 кВ определяем базисные величины на других уровнях: кВ; Составим схему замещения прямой последовательности Рисунок Схема прямой последовательности. Выражаем параметры схемы замещения прямой последовательности рис. 2 в системе относительных единиц: а система бесконечной мощности: б линия: в двухобмоточный трансформатор Т12: ; г нагрузка Н: д реактор: ; з генератор Г12: ; ; и асинхронный двигатель АД: ; ; Найдем и для этого свернем схему прямой...
37392. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ 5.75 MB
  Принимая в качестве базисных величин на основном уровне Sб = 40 МВА UбI = 220 кВ определяем базисные величины на других уровнях: кВ; кВ; кВ; Составим схему замещения прямой последовательности Рисунок Схема прямой последовательности. Выражаем параметры схемы замещения прямой последовательности рис. 2 в системе относительных единиц: а система бесконечной мощности: б линия: в двухобмоточный трансформатор Т1: ; г трехобмоточный трансформатор Т2: д нагрузка Н1: Н2: е генератор Г: ; ; ж асинхронный двигатель АД: ; ; Найдем...
37393. Расчет вала с зубчатыми колесами 1.27 MB
  Необходимо: подобрать диаметр вала d из условия статической прочности. В опасном сечении вала построить эпюры нормальных и касательных напряжений и показать напряжённое состояние тела в опасной точке; произвести расчёт вала на жёсткость по линейным перемещениям в местах установки колёс и по угловым перемещениям в опорах. Уточнить диаметр вала; выполнить проверочный расчёт вала на усталостную прочность в опасном сечении. Проектировочный расчёт вала на статическую прочность [2] 2.
37394. Восстановление документов компании ОАО «ИКАР» 40.64 KB
  Посчитать убытки от не заключения или несвоевременного заключения договора. Работа должна содержать: Актуальность проблемы практическую значимость решения проблемы объект предмет исследования цели и задачи работы и состоять из 4 глав Оглавление Введение6 Договоры Письма Предложениямероприятия 8 Расчеты10...