Спид в машиностроении


При обработке резанием различных материалов используемый для этого инструмент и приспособления, в которых он закрепляется, испытывают на себе достаточно серьезные статические и динамические механические нагрузки. Этими приспособлениями они транслируются на другие узлы и механизмы станочного оборудования, в результате чего образуется единая, замкнутая система СПИД. Это сокращение в технике расшифровывается как «станок-приспособление-инатрумент-деталь».

При обработке заготовок режущий инструмент совершает относительно их некоторые колебания, в результате чего серьезно изменяется такой параметр, как глубина резания. Следствием этого процесса является ухудшение качества обрабатываемой поверхности: на ней появляется шероховатость и волнистость. Кроме того, серьезно изменяется глубина резания, а также его сила. Поскольку в ходе этих процессов на узлы станочного оборудования нагрузка существенно повышается, то возрастает степень износа его основных узлов.


Что касается такого параметра, как стойкость твердосплавного инструмента, то его значение серьезно снижается. Если технологическая система СПИД испытывает вибрации, то неизбежно появляется шум, который утомляет обслуживающий персонал. Кроме того, производительность оборудования существенно снижается. Специалисты подразделяют все колебания, которые возникают в процессе резания, на вынужденные и автоколебания.

 

Вынужденные колебания при обработке резанием

Обработка резанием любых материалов вызывает вынужденные колебания, которые, как свидетельствую специалисты, возникают под воздействием некоторых внешних периодических факторов, называемых возмущающими силами. К таковым относятся:

• Прерывистость таких процессов, как строгание, резание, обработка ребристых поверхностей, фрезерование;

• Несоблюдение необходимого равновесия масс таких функциональных частей станков, как электродвигатель, шпиндель, ротор, заготовки, режущий инструмент и т.п.

• Наличие погрешностей при изготовлении и сборке ременных, зубчатых передач станочного оборудования; наличие и ритмичность работы недалеко расположенных устройств (компрессоров, молотов, прессов и т.п.).

 

Автоколебания при обработке резанием

При обработке различных материалов резанием неизбежно возникают автоколебания, которые имеют, как правило, следующие источники:

• Переменная сила резания в результате того, что в процессе удаления наростов с заготовок возникает дополнительное усилие, воздействующее на режущую часть инструмента;


• Существенное изменение на поверхностях инструмента сил трения, которое происходи по причине изменения скорости резания;

• Физико-химические свойства самого обрабатываемого материала, а также геометрия режущего инструмента, наличие зазоров, жесткость всей системы СПИД и т.п.

Причины возникновения колебаний

Колебания возникают по целому ряду причин, среди которых следует выделить некоторые основные. Одна из них – увеличение глубины резания, что, при прочих равных, означает усиление воздействия на режущий инструмент. Обратное воздействие оказывает увеличение подачи.

Вибрации существенно уменьшаются тогда, когда увеличивается главный угол резца. Они, напротив, значительно возрастают, если увеличивается радиус скругления режущей кромки резца. Кроме того, возрастанию вибраций серьезно способствует износ резца по задней поверхности.

Еще одним немаловажным фактором, влияющим на общую жесткость системы СПИД, является вылет резца из резцедержателя. Она тем меньше, чем меньше размеры державки этого инструмента в поперечном сечении и чем больше его вылет из резцедержателя. Сочетание этих факторов неизбежно приводит к возрастанию вибраций, причем чем выше скорость резания, тем они оказываются более интенсивными.

Для того чтобы определить наиболее оптимальные режимы резания на станке, необходимо в обязательном порядке принимать во внимание жесткость системы СПИД. Этот фактор оказывает значительное влияние на такие показатели, как качество обработки поверхности, а также износ и срок службы режущего инструмента.


В тех случаях, когда точно выявлены причины вибраций, появляется возможность найти такие способы, которые позволят их устранить, причем ничуть не снижая производительность оборудования в общем и целом.

 

 

 

Источник: twinvir.net

Силы резания, инерционные силы, возникающие при обработке на металлорежущих станках, передаются на упругую технологическую систему СПИД (станок, приспособление, режущий инструмент, обрабатываемая деталь), вызывая ее деформацию. Эта деформация складывается из деформации основных деталей системы, деформации стыков, а также деформаций соединительных деталей (болты, клинья и др.). Наибольшее влияние на величину упругих деформаций системы оказывают деформации стыков и соединительных деталей.

Способность упругой системы оказывать сопротивление действию сил, стремящихся ее деформировать, характеризует ее жесткость.

Перемещение звеньев упругой системы происходит в направлении действия сил и вызывает изменение взаимного расположения режущего лезвия инструмента и обрабатываемой детали, что приводит к возникновению погрешности обработки.

Упругие деформации системы СПИД являются определяющими с точки зрения точности обработки, так как погрешности, обусловленные ими, могут достигать 20-80% от суммарной погрешности изготовления. Кроме того, жесткость технологической системы оказывает большое влияние на виброустойчивость системы и на производительность механической обработки. При недостаточной жесткости технологической системы нельзя получить высокой точности и большой производительности обработки.


Наиболее существенное влияние на размер обрабатываемой детали оказывают перемещения звеньев СПИД в направлении, нормальном к обработанной поверхности, которые в основном обусловлены действием составляющей силы резания Спид в машиностроении (рис.1). Жесткостью системы СПИД принято называть отношение радиальной составляющей силы резания, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности, к смещению лезвия инструмента относительно детали, отсчитываемому в том же направлении, при действии всех составляющих сил резания:

Спид в машиностроении Спид в машиностроении (1)

Рис.1

Как показали эксперименты, с изменением нагрузки жесткость несколько изменяется, и поэтому на практике определяют среднюю жесткость в диапазоне эксплуатационных нагрузок от нуля до Спид в машиностроении .

Для упрощения технологических расчетов часто пользуются понятием податливости. Податливостью W называется величина, обратная жесткости, выраженная в мкм/кгс:


Спид в машиностроении .

Исключительно большое значение жесткости при механической обработке привело к разработке ряда методик расчета и экспериментальной проверки жесткости отдельных составляющих технологической системы.

Величина упругих перемещений системы Yc при обработке детали на токарном станке зависит от перемещений узлов станка Yст, режущего инструмента Yин и обрабатываемой детали Yд, т.е. Спид в машиностроении , откуда жесткость системы Спид в машиностроении .

Так как жесткость инструмента в радиальном направлении несоизмеримо велика по сравнению с жесткостью станка и обрабатываемой детали, то ее деформацию можно не учитывать при расчетах. Если для проведения испытания использовать заготовку, жесткость которой также значительно превышает жесткость станка, то деформацию заготовки тоже можно исключить из расчета. Тогда

Спид в машиностроении или Спид в машиностроении .

Формула для определения жесткости станка при использовании производственного метода выводится на основании известных зависимостей теории резания.

В формуле


Спид в машиностроении нормальная составляющая силы резания Py может быть выражена через тангенциальную составляющую силы резания Pz, тогда

Спид в машиностроении , (2)

где Ky – коэффициент, характеризующий отношение Спид в машиностроении и зависящей от геометрии резца, состояние режущей кромки и механических свойств обрабатываемого материала.

Определяя Pz по формуле Челюсткина, получаем

Спид в машиностроении , (3)

тогда

Спид в машиностроении ; Спид в машиностроении , (4)

где Cp­ – коэффициент, зависящий от механических свойств обрабатываемого материала и отношения Спид в машиностроении ; t – глубина резания в мм; S – подача в мм/об.

Источник: studopedia.ru

Вынужденные колебания при обработке резанием


Обработка резанием любых материалов вызывает вынужденные колебания, которые, как свидетельствую специалисты, возникают под воздействием некоторых внешних периодических факторов, называемых возмущающими силами. К таковым относятся:

• Прерывистость таких процессов, как строгание, резание, обработка ребристых поверхностей, фрезерование;

• Несоблюдение необходимого равновесия масс таких функциональных частей станков, как электродвигатель, шпиндель, ротор, заготовки, режущий инструмент и т.п.

• Наличие погрешностей при изготовлении и сборке ременных, зубчатых передач станочного оборудования; наличие и ритмичность работы недалеко расположенных устройств (компрессоров, молотов, прессов и т.п.).

 

Автоколебания при обработке резанием

При обработке различных материалов резанием неизбежно возникают автоколебания, которые имеют, как правило, следующие источники:

• Переменная сила резания в результате того, что в процессе удаления наростов с заготовок возникает дополнительное усилие, воздействующее на режущую часть инструмента;

• Существенное изменение на поверхностях инструмента сил трения, которое происходи по причине изменения скорости резания;

• Физико-химические свойства самого обрабатываемого материала, а также геометрия режущего инструмента, наличие зазоров, жесткость всей системы СПИД и т.п.

Причины возникновения колебаний


Колебания возникают по целому ряду причин, среди которых следует выделить некоторые основные. Одна из них – увеличение глубины резания, что, при прочих равных, означает усиление воздействия на режущий инструмент. Обратное воздействие оказывает увеличение подачи.

Вибрации существенно уменьшаются тогда, когда увеличивается главный угол резца. Они, напротив, значительно возрастают, если увеличивается радиус скругления режущей кромки резца. Кроме того, возрастанию вибраций серьезно способствует износ резца по задней поверхности.

Еще одним немаловажным фактором, влияющим на общую жесткость системы СПИД, является вылет резца из резцедержателя. Она тем меньше, чем меньше размеры державки этого инструмента в поперечном сечении и чем больше его вылет из резцедержателя. Сочетание этих факторов неизбежно приводит к возрастанию вибраций, причем чем выше скорость резания, тем они оказываются более интенсивными.

Для того чтобы определить наиболее оптимальные режимы резания на станке, необходимо в обязательном порядке принимать во внимание жесткость системы СПИД. Этот фактор оказывает значительное влияние на такие показатели, как качество обработки поверхности, а также износ и срок службы режущего инструмента.

В тех случаях, когда точно выявлены причины вибраций, появляется возможность найти такие способы, которые позволят их устранить, причем ничуть не снижая производительность оборудования в общем и целом.


 

 

 

Источник: gk-drawing.ru

ЦЕЛЬ РАБОТЫ : Приобретение знаний по определению жесткости техноло­гической системы СПИД и вызываемой ею погрешности обработки , а также выработка некоторых умений и навыков по оценке жесткости элементов сис­темы СПИД и их влияние на точность обработки.

Общие сведения

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 , см. рис. 1.).

Спид в машиностроении

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 в виде аналогичной неточности. Таким образом точность обработки зависит от жесткости упругой системы СПИД.

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.


Сущность статического метода определения жесткости металлорежущик станков заключается в том , что элементы станка с помощью специалных 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.

Оборудование и оснастка

1. Токарно — винторезный станок 16К20 2.РезецТ15К6

3. Заготовки l/D=1-2, l/D= 5-7 и    l/D=3-5 4. Штангенциркуль, линейка

5. Микрометр                                              ,

6. Микрокалькулятор

Практическая часть

1. Первоначально   определяется   податливость ( жесткость ) станка Для этого:

1.1. В патрон токарного станка устанавливается весьма жесткая ступен­чатая заготовка, жесткость которой по сравнению с жесткостью станка можно пренебречь. Обычно такая заготовка имеет l/D =1-2. Материал заготовки — конструкционная сталь с

σв=50 кг/мм2=500МПа.

Установить  резец  с  пластиной  Т15К6   со   следующими   геометрическими параметрами φ=60º, γ=10º, r=0,3 мм

Спид в машиностроении

Рис.2 схема определения точности обработки в зависимости от точности заготовки и жесткости системы.

На длине l=5-10 мм проточить заготовку так, чтобы D2-D1=4-10 мм. Затем замерить диаметры ступеней заготовки.

D1=86мм;         D2=78мм;         L=64мм

d1’=76,84мм;    d2’=76,81 мм;   L1=12мм

d1’’=76,82мм;  d2’’=76,83мм;

Погрешность заготовки

        Δзаг=(D2-D1)/2=(78-86)/2=4мм

1.4 Обработать заготовку за один проход таким образом, чтобы глуби­на резания на   Dравнялась 1 мм. S=0,1 мм/об; υ=70-80 м/мин.

1.5. Замерить диаметры d1 и d2 после обработки. Результат замера принимается за погрешность детали

Δдет=(d2-d1)/2

Δ’дет=(76,84-76,81)/2=0,015 мм

Δ’’дет=(76,83-76,82)/2=0,005 мм

1.6  Определить фактическое уточнение

                         ε= Δдет/Δзаг

                         ε’=0,015/4=0,00375

                         ε’’=0,005/4=0,00125

1.7  Определить податливость станка, считая, что при сверхжесткой заготовке жесткость системы будет равна Jст(wст)

Т.о.

                         Спид в машиностроении

Спид в машиностроении

Спид в машиностроении

Спид в машиностроении

Спид в машиностроении

2. Определяется податливость ( жесткость ) детали. Для этого :

2.1 В патрон токарно-винторезного станка устанавливается нежесткая заготовка (L/D=5..7)

L=270 мм; L1=154мм.

D1=54мм;         D2=50мм;        

d1’=48,32мм;    d2’=48,02 мм;    d3’=77,91 мм;   

d1’’=48,27мм;  d2’’=48,09мм;    d3’’=77,93 мм;

2.2 Определение теоретических значений податливости и жесткости детали

Wдет=L3/3EI=2703/3∙104∙0,05(544-484)=0,00205мм/кг

2.3 Установленным ранее резцом протачивается ступенька на конце консоли длиной 5-10 мм с перепадом диаметров 1-2 мм, измеряются диаметром D1 и D2.

2.4 На длине L протачивается заготовка за 1 проход со следующими режимами обработки: S=0,1 мм/об; υ=70-80 м/мин; t2=1мм на диаметре меньший ступени заготовки. Замеряются диаметры в сечениях 1-1, 2-2, 3-3, т.е. d1, d2, d3 соответственно.

2.5 Определяем податливость детали

                 Wдет=K∙L1/2Py

Где Py – радиальная составляющая усилия резания

Спид в машиностроении

Где K – конусность на участке L1, после обработки, которое будет определено из зависимости

                 K=(d1-d3)/L1=(48,295-47,92)/254=0,00148

Wдет=0,00148∙254/2∙18,8=0,00999 мм/кг

Jдет=1/Wдет=1/0,00999=100,1 кг/мм

2.6Делается сравнение теоретически получаемой детали с определённым значением её получения производственным способом.

2.7 Определить производственным способом податливость системы СПИД и её жесткость.

                 W=Wст + Wдет=0,0003983+0,00999=0,0104 мм/кг

                 J=1/W=1/0,0104=96,2 кг/мм

II «Изучение зависимости точности обработки от точности заготовки и жесткости технологической системы СПИД»

1 При тех же элементах режимов обработки  выполняется второй проход на длине 15-20 мм от конца консоли и микрометром замеряются полученые значения диаметров в сечениях 2-2 и 1-1, т.е. соответственно d2′ и d1’. Не изменяя режимов резания выполнить на том же участке вала 3-й проход и замерить диаметры d2» и d1»

2 Определение величины фактических погрешностей заготовки и детали после соответствующего колл-ва проходов:

                 Δзаг=54-50/2=2 мм

                 Δ’заг=48,32-48,02/2=2 мм

                 Δ’’заг=48,27-48,09/2=2 мм

3 Считая, что жесткость (податливость) тех. Системы СПИД в сечениях 1-1 и 2-2 одинаково и в процессе выполнения эксперимента практически не изменяется, рассчитываем величину теоретических погрешностей детали после 1-го, 2-го и 3-го проходов.

Спид в машиностроении

                 Δдет=Сn∙Δзаг

После 1-го прохода :

        Δдет1=0,0642∙2=0,1264 мм

После 2-го прохода :      

Δдет2=0,06422∙2=0б00824 мм

После 3-го прохода :

        Δдет3=0б06423∙2=0?000529 мм

4 Задавшись требуемой точностью обработки (погрешностью детали) равной

Источник: vunivere.ru

Основы теории резания металлов

Жесткость и вибрации системы СПИД

Возникающие при резании нагрузки воспринимаются инструментом и приспособлением, в котором инструмент закреплен, а также деталью и приспособлением, в котором она установлена и закреплена. Возникающие нагрузки передаются приспособлениями на сборочные единицы (узлы) и механизмы станка, благодаря чему образуется замкнутая технологическая система станок- приспособление — инструмент — деталь (СПИД).

В процессе обработки детали сила резания не остается постоянной в результате действия следующих факторов: изменяется сечение срезаемой стружки, изменяются механические свойства материала детали; изнашивается и затупляется режущий инструмент; образуется нарост на передней поверхности резца и др. Изменение силы резания обусловливает соответствующее изменение деформаций системы СПИД, нагрузки на механизмы станка и условий работы электропривода, что приводит к колебаниям заготовки и инструмента. Характер изменения этих колебаний во времени называют вибрациями. Вибрации оказывают значительное влияние на условия обработки детали и зависят от жесткости системы СПИД, т. е. от способности системы препятствовать перемещению ее элементов под действием изменяющихся нагрузок. Жесткость системы СПИД является одним из основных критериев работоспособности и точности станка под нагрузкой.

Колебания при резании разделяют на вынужденные, причина возникновения которых — периодически действующие возмущающие силы, и автоколебания, которые не зависят от воздействия возмущающих сил. Источникам возмущающих сил являются неуравновешенные части станка (шкивы, зубчатые колеса, валы), выполненные с дефектом передаточные звенья, неуравновешенность обрабатываемой детали, неравномерный припуск на обработку и другие факторы.

Основными источниками возникновения автоколебаний являются следующие: изменение сил резания вследствие неоднородности механических свойств обрабатываемого материала; появление переменной силы резания в процессе удаления нароста с режущей части инструмента; изменение сил трения на поверхностях инструмента вследствие изменения скорости резания в процессе работы и др. На интенсивность автоколебаний оказывают влияние физико-механические свойства обрабатываемого материала, параметры режима резания, геометрические параметры инструмента, жесткость отдельных элементов и всей системы СПИД, зазоры в отдельных звеньях системы СПИД.

С увеличением скорости резания вибрации сначала возрастают, а затем уменьшаются. При увеличении глубины резания вибрации возрастают, а с увеличением подачи — уменьшаются. При увеличении главного угла φ в плане (резца) вибрации уменьшаются, а при увеличении радиуса г скругления режущей кромки резца — возрастают. Износ резца по задней поверхности способствует возрастанию вибраций. Чем больше вылет резца из резцедержателя и чем меньше размеры державки резца в поперечном сечении, тем меньше жесткость системы СПИД, что приводит к увеличению вибраций станка, причем с повышением скорости, резания интенсивность влияния этих факторов на увеличение вибраций возрастает.

Зная причины возникновения вибраций, можно найти способы их уменьшения. Рациональными являются такие способы, с помощью которых можно значительно уменьшить вибрации станка, не снижая его производительности.

Источник: turner.narod.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.