ЖЕСТКОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Содержание
Основные определения
Технологическая система
Погрешность от деформации технологической системы
Составляющие силы резания при токарной обработке
Коэффициент жесткости
Определение коэффициента жесткости технологической системы
Жесткость станка
Жесткость станка
Статический метод определения коэффициента жесткости станка
Производственный метод определения коэффициента жесткости станка
Схема определения коэффициента жесткости станка производственным методом
Формула для расчета коэффициента жесткости станка производственным методом:
Жесткость заготовки и инструмента
Жесткость заготовки и инструмента
Жесткость заготовки при установке в центрах
Жесткость заготовки при установке в центрах
Жесткость заготовки при установке в центрах
Жесткость заготовки при установке в центрах
Жесткость заготовки при установке в патроне
Жесткость заготовки при установке в патроне
Жесткость заготовки при установке в патроне
Деформация инструмента под влиянием составляющей Pz
Деформация инструмента под влиянием составляющей Pz
Деформация инструмента под влиянием составляющей Pz
Деформация инструмента под влиянием составляющей Pz
Деформация инструмента под влиянием составляющей Pz
Пути снижения погрешности Δу
Пути снижения погрешности от деформации технологической системы Δу
Пример: шлифование вала в центрах
Пути снижения погрешности от деформации технологической системы Δу
Пример установки заготовки
Пример установки заготовки
Пример уменьшения вылета инструмента
Пример применения расточной оправки
Пути снижения погрешности от деформации технологической системы Δу
Пример: изготовление тонких шайб
Влияние колебаний технологической системы на точность обработки
Влияние колебаний технологической системы на точность обработки
Отрицательное влияние колебаний на точность обработки
Виды колебаний
Вынужденные колебания технологической системы
Свободные колебания технологической системы
Свободные колебания технологической системы
Определение автоколебаний
Иллюстрация механизма возникновения автоколебаний
Борьба с вредными последствиями автоколебаниий
Борьба с вредными последствиями автоколебаниий
903.41K
Категория: ПромышленностьПромышленность

Жесткость технологической системы

1. ЖЕСТКОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Технология машиностроения
Лекция 4

2. Содержание

1.
2.
3.
4.
5.
Основные определения.
Жесткость станка.
Жесткость заготовки и инструмента.
Пути снижения погрешности Δу.
Влияние колебаний
технологической системы на
точность обработки.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
2

3. Основные определения

ОСНОВНЫЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
3

4. Технологическая система

При обработке станок, приспособление, заготовка,
инструмент представляют собой замкнутую упругую
систему, которая называется технологической системой.
Станочные
приспособления
Узлы станка
Заготовка
Инструмент
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
4

5. Погрешность от деформации технологической системы

Погрешность от деформации технологической системы под
влиянием сил резания Δу обычно представляют как сумму
деформаций элементов технологической системы:
D у = Dу ст + Dу пр + Dу инстр + Dу заг
Dу ст – погрешность от упругих деформаций
Dу пр
Dу инстр
Dу заг
11.01.2019
узлов станка;
– погрешность от упругих деформаций
станочного приспособления;
– погрешность от упругих деформаций
инструмента;
– погрешность от упругих деформаций
заготовки.
Лекция 4
Коккарева Е.С.
5

6. Составляющие силы резания при токарной обработке

осевая составляющая
нормальная составляющая
тангенциальная составляющая
сила резания
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
6

7. Коэффициент жесткости

На размеры и форму обрабатываемых заготовок, в
основном, влияет составляющая силы резания,
направленная по нормали к обрабатываемой поверхности.
Для определения деформаций технологической системы
часто пользуются коэффициентом жесткости:
j=
Py
Dy
где Py – нормальная составляющая силы резания;
Δ y – суммарное смещение лезвия режущего
инструмента, измеренное по нормали к обрабатываемой
поверхности.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
7

8. Определение коэффициента жесткости технологической системы

Коэффициент жесткости технологической системы можно
определить из соотношения:
1 1
1
1
1
=
+
+
+
j jст jпр jинстр jзаг
,
где jст – коэффициент жесткости станка;
jпр – коэффициент жесткости приспособления;
jинстр – коэффициент жесткости инструмента;
jзаг – коэффициент жесткости заготовки.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
8

9. Жесткость станка

ЖЕСТКОСТЬ СТАНКА
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
9

10. Жесткость станка

Главная составляющая коэффициента
жесткости технологической системы – это
коэффициент жесткости станка.
Станок является сложной системой,
поэтому коэффициент жесткости станка
удобнее определять экспериментальными
методами.
Существует два метода определения
коэффициента жесткости
металлорежущих станков: статический и
производственный.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
10

11. Статический метод определения коэффициента жесткости станка

индикатор
Py
схема измерения
перемещений
11.01.2019
график зависимости
нагрузки от перемещения
Лекция 4
Коккарева Е.С.
11

12. Производственный метод определения коэффициента жесткости станка

Производственный метод определения
коэффициента жесткости
металлорежущих станков основан на
принципе обработки заготовок с
неравномерным припуском (переменной
глубиной резания).
Неравномерный припуск при обработке
может быть получен за счет
эксцентриситета заготовки, ее
конусоообразности или ступенчатости.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
12

13. Схема определения коэффициента жесткости станка производственным методом

Δзаг – величина ступени
до обработки
Δдет - величина
остаточной ступени
после обработки
D заг
ε=
D дет
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
- уточнение
13

14. Формула для расчета коэффициента жесткости станка производственным методом:

4
0 , 75
=
l
jст 10
Сp s e
, Н/мкм
где λ – коэффициент, зависящий от геометрии резца
Cp – коэффициент, зависящий от состояния
режущей кромки и механических
свойств
обрабатываемого материала;
s – подача, мм/об;
ε – уточнение.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
14

15. Жесткость заготовки и инструмента

ЖЕСТКОСТЬ ЗАГОТОВКИ
И ИНСТРУМЕНТА
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
15

16. Жесткость заготовки и инструмента

Деформацию заготовки под действием
силы резания можно определить,
используя формулы сопротивления
материалов. В качестве примеров
рассматриваются:
деформация заготовки при установке в
центрах;
деформация заготовки при установке в
патроне;
деформация токарного резца под
действием составляющей силы резания
Pz .
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
16

17. Жесткость заготовки при установке в центрах

Расчетный случай: определение максимального
прогиба заготовки Δyзаг при установке в центрах
l – длина заготовки; d – диаметр заготовки
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
17

18. Жесткость заготовки при установке в центрах

Расчетная схема обработки вала в центрах
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
18

19. Жесткость заготовки при установке в центрах

Максимальный прогиб вала:
Dy заг =
где
11.01.2019
Py l 3
48 E J
,
Е – модуль упругости;
J – момент инерции сечения
вала относительно оси.
Лекция 4
Коккарева Е.С.
19

20. Жесткость заготовки при установке в центрах

Коэффициент жесткости заготовки при положении
резца посередине:
48 E J
j=
l3
Для кругового сечения момент инерции
равен
J=
11.01.2019
d4
64
Лекция 4
Коккарева Е.С.
20

21. Жесткость заготовки при установке в патроне

Расчетный случай: определение максимального
прогиба заготовки Δyзаг при установке в патроне
l – вылет заготовки; d – диаметр заготовки
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
21

22. Жесткость заготовки при установке в патроне

Расчетная схема обработки вала в патроне
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
22

23. Жесткость заготовки при установке в патроне

Максимальный прогиб вала:
Dy заг =
Py l 3
3 E J
.
Коэффициент жесткости заготовки при
положении резца на краю:
3 E J
j=
.
3
l
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
23

24. Деформация инструмента под влиянием составляющей Pz

Под влиянием составляющей Pz резец отжимается
вниз. При этом диаметр обрабатываемого вала
увеличивается
lр – вылет резца
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
24

25. Деформация инструмента под влиянием составляющей Pz

Для того, чтобы предотвратить возникновение
вибраций при обработке применяется проверочный
расчет резца на жесткость.
Расчетная схема:
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
25

26. Деформация инструмента под влиянием составляющей Pz

Максимальный прогиб резца:
Dz инстр =
Pz lр
3
3 E J инстр
.
J инстр – момент инерции сечения инструмента
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
26

27. Деформация инструмента под влиянием составляющей Pz

Момент инерции для прямоугольного
сечения резца
b h
.
J=
12
3
где b – высота сечения;
h – ширина сечения.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
27

28. Деформация инструмента под влиянием составляющей Pz

Максимальный прогиб резца должен
удовлетворять следующим условиям:
- для черновой обработки
Dz инстр 0,1 мм.
- для чистовой обработки
Dz инстр 0,05 мм.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
28

29. Пути снижения погрешности Δу

ПУТИ СНИЖЕНИЯ
ПОГРЕШНОСТИ ΔУ
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
29

30. Пути снижения погрешности от деформации технологической системы Δу

При чистовой обработке заготовок,
чтобы избежать накопления
погрешностей формы,
необходимо с каждым проходом
уменьшать снимаемый припуск.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
30

31. Пример: шлифование вала в центрах

t 1= t 2
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
31

32. Пути снижения погрешности от деформации технологической системы Δу

Для повышения точности обработки
необходимо увеличивать жесткость
технологической системы, именно
станка;
заготовки;
инструмента.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
32

33. Пример установки заготовки

11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
33

34. Пример установки заготовки

11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
34

35. Пример уменьшения вылета инструмента

11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
35

36. Пример применения расточной оправки

11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
36

37. Пути снижения погрешности от деформации технологической системы Δу

Последовательность обработки
должна быть такой,
чтобы раньше времени не
ослаблять заготовку
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
37

38. Пример: изготовление тонких шайб

1 переход
11.01.2019
2 переход
Лекция 4
Коккарева Е.С.
3 переход
38

39. Влияние колебаний технологической системы на точность обработки

ВЛИЯНИЕ КОЛЕБАНИЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ НА ТОЧНОСТЬ
ОБРАБОТКИ
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
39

40. Влияние колебаний технологической системы на точность обработки

Технологическая система является замкнутой
упругой динамической системой
При обработке деталей резанием элементы
технологической системы совершают
колебания с определенной частотой и
амплитудой.
Колебания оказывают отрицательное
действие на точность обработки, т.к.
инструмент совершает возвратнопоступательное движение по направлению
действия составляющей силы резания Py
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
40

41. Отрицательное влияние колебаний на точность обработки

Отрицательное влияние колебаний на
точность обработки выражается в том,
что
ухудшаются параметры шероховатости;
появляется заметная волнистость,
усиливается износ инструмента
(пропорционально квадрату амплитуды
колебаний).
Поэтому необходимо уменьшать
амплитуду колебаний.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
41

42.

Возвратно-поступательное
движение инструмента
φ
Py
Py
φ
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
42

43. Виды колебаний

Вынужденные колебания
происходят с постоянной
амплитудой и частотой
11.01.2019
Свободные колебания
происходят с собственной
частотой системы и
являются затухающими
Лекция 4
Коккарева Е.С.
43

44. Вынужденные колебания технологической системы

Источником вынужденных колебаний является
вращение шпинделя станка с определенной частотой.
Частота вынужденных колебаний станка
n
fв =
60
, Гц,
где n – частота вращения шпинделя, об/мин.
Для
самых
распространенных
режимов
обработки металлов n = 300…1000 об/мин, что
соответствует частоте f в= 5…15 Гц.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
44

45. Свободные колебания технологической системы

.
Собственная частота свободных колебаний
технологической системы fс прямо пропорциональна
жесткости j технологической системы
fс ~ j.
Собственная частота fс также обратно
пропорциональна массе m технологической системы
1
fс ~
m
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
45

46. Свободные колебания технологической системы

.
Технологическая система – сложная система.
Она имеет несколько собственных частот,
соответствующих основным ее элементам (станку,
приспособлению, заготовке, инструменту)
К примеру:
Колебания узлов станка происходят с
fс= 10…100 Гц.
Колебания режущего инструмента происходят с
fс= 1500…4000 Гц.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
46

47. Определение автоколебаний

Автоколебания - это самовозбуждающиеся
колебания с частотой,
близкой к одной из собственных частот
системы,
вызываемые самим процессом резания.
Отличительная особеность автоколебаний
– они возникают после касания заготовки
инструментом, после отвода инструмента
сразу исчезают.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
47

48. Иллюстрация механизма возникновения автоколебаний

11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
48

49. Борьба с вредными последствиями автоколебаниий

Борьба с автоколебаниями сводится к
снижению их амплитуды до
безопасного уровня.
Радикальные средства борьбы с
автоколебаниями это:
- увеличение жесткости самого
слабого элемента технологической
системы;
- применение демпферов.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
49

50. Борьба с вредными последствиями автоколебаниий

В небольших пределах можно уменьшить
амплитуду колебаний за счет изменения
режимов резания:
-
увеличением скорости резания V;
- уменьшением глубины резания t;
- увеличением подачи s;
- увеличением главного угла в плане резца
φ до 70-80˚.
- применением смазочно-охлаждающей
жидкости.
11.01.2019
Лекция 4
Коккарева Е.С.
50
English     Русский Правила