Учебно-исследовательские лабораторные работы по дисциплине ''Основы технологии машиностроения'' для специальности 120100: Методические указания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ PОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Учебно-исследовательские лабораторные работы по дисциплине "Основы технологии машиностроения" для специальности 120100 Методические указания

Обсуждены и одобрены на заседании кафедры «Технологии машиностроения» 15 октября 2001 г Зав. кафедрой проф.

В. Старостин

Автор – ст. преподаватель Б.В. Леонтьев

Владивосток 2001

Первый цикл лабораторных занятий основан на материале дисциплины " Основы технологии машиностроения". В состав цикла включены следующие работы: 1. Исследование погрешностей продольной формы вала от геометрических неточностей станка и от упругих деформаций звеньев технологической системы. 2. Исследование погрешностей продольной формы вала от размерного износа и температурных деформаций резца, 3. Исследование погрешностей продольной формы вала от температурных деформаций резца. Расчет на основе результатов экспериментальных исследований ожидаемой погрешности продольной формы вала. Работы выполняются на токарно-винторезном станке. Целями работ являются: 1. ИЗУЧЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ФОРМЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЯХ От точности формы поверхностей зависит как правильность сопряжения в посадках, так и точность взаимного расположения деталей и узлов машины. Следовательно, наряду с точностью размеров формообразующих поверхностей, точность формы обусловливает функциональные свойства машины и, в конечном итоге - её качество. Поэтому изучение причин, закономерностей возникновения и методики суммирования элементарных ( составляющих) погрешностей формы является необходимым условием подготовки специалиста, который должен уметь прогнозировать точность при проектировании техпроцесса обработки детали. В предлагаемом цикле лабораторных занятий такая работа проводится на примере обработки длинного вала на токарном станке. При обработке длинных валов при получистовых или чистовых режимах резания, наиболее существенной является погрешность формы в продольном (осевом) сечении. В ходе работы изучаются доминирующие составляющие погрешности продольной формы (погрешности в осевом сечении): ∆о.г - погрешности в осевом сечении из-за геометрических неточностей станка;

∆о.д - погрешности в осевом сечении из-за упругих деформаций технологической системы; ∆о.и - погрешности в осевом сечении из-за износа резца; ∆o.т.p - погрешности в осевом сечении изза тепловых деформаций инструмента. Для всех погрешностей строятся экспериментальные графики в координатах изменения диаметра по длине вала, и затем - график суммарной погрешности продольной формы вала (рис.1).

Рис.2. Графики погрешностей продольной формы вала: а.) от геометрических неточностей станка; б) от упругих деформаций; в) от износа резца; г) от температурного удлинения резца; д) суммарная погрешность вала

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРОДОЛЬНОЙ ФОРМЫ ВАЛА ОТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ НЕТОЧНОСТЕЙ СТАНКА. Цель работы: Исследование составляющих погрешности формы вала в продольном сечении, вызванных геометрическими неточностями токарного станка. 1. Методические указания Геометрические неточности станка являются весьма существенной составляющей погрешности продольной формы детали, особенно при чистовой обработке, причем уменьшить или устранить эти погрешности бывает весьма затруднительно. При обработке вала в центрах на точность формы главным образом влияют: смещение задней бабки относительно оси центров, непараллельность ∆прл и непрямолинейность ∆прм направляющих в горизонтальной плоскости к оси центров. Погрешность, вызванная смещением задней бабки относительно оси центров в горизонтальной плоскости, может быть выявлена и устранена с точностью порядка 0,2-0,5 мм следующим образом: 1. В шпиндель передней бабки и пиноль задней бабки устанавливаются конические токарные центра. 2. Задняя бабка перемещается по направляющим к передней бабке и фиксируется. 3. Центра сводятся вплотную так, чтобы их вершины оказались в одной плоскости, перпендикулярной оси шпинделя. 4. Если центра смещены друг относительно друга, погрешность устраняется с помощью механизма регулирования положения задней бабки. Более точно величина смещения задней бабки относительно оси центров определяется и устраняется с использованием мерного вала и индикатора. Для этого необходимо выполнить следующее: • Установить в центрах станка мерный вал. • На суппорте (в резцедержателе) закрепить индикатор, настроить его на нулевое показание у левого торца вала Х0 = 0 (рис.1). • Осуществить перемещение суппорта к правому торцу мерного вала. По показаниям индикатора определить величину смещения задней бабки и занести в отчет. • Устранить смещение задней бабки, регулируя ее положение при помощи винтов и контролируя ее перемещение по индикатору. Стрелка индикатора при этом должна занять исходное нулевое положение. Смещение задней бабки относительно оси центров в вертикальной плоскости и погрешности параллельности и прямолинейности направляю-

щих относительно оси центров в вертикальной плоскости, оказывают значительно меньшее влияние на точность формы обрабатываемых деталей, поскольку в этом случае положение вершины резца относительно заготовки изменяется в тангенциальном направлении к окружности поперечного сечения заготовки ( по касательной к диаметру). Поэтому геометрические неточности станка в вертикальной плоскости в данной лабораторной работе не определяются. Геометрические неточности направляющих станка могут быть вызваны неточностью их изготовления, неравномерным износом, деформациями и другими факторами. Погрешность Δнапр на 1 м длины направляющих определяется как отношение суммарного отклонения параллельности и прямолинейности (Δ прл + Δпрм) направляющих к общей длине L, на которой проводятся измерения: : Δнапр= (Δ прл + Δпрм) / L мкм/м; Непараллельность и непрямолинейность направляющих приводит к погрешности размера и формы обрабатываемого вала. Погрешность формы обрабатываемого вала в продольном направлении определяется как удвоенная величина погрешности направляющих: Δо.г. = 2 (Δ прл + Δпрм) мкм; Для определения погрешности направляющих и суммарной погрешности формы обрабатываемой заготовки в продольном направлении, вызванной геометрическими неточностями направляющих станка, необходимо выполнить следующее: 1.Настроить индикатор на нулевое показание у левого торца валика Х0 = 0 (рис.1). 2. Разделить вал по длине на несколько (например, 5) равных отрезков, отметить деления при помощи мела или карандаша. 3. Произвести ручное перемещение суппорта в продольном направлении и снять показания индикатора в отмеченных сечениях по длине вала (рис.1). Погрешность параллельности и прямолинейности направляющих (Δ прл + Δпрм) определяется как разность наибольшего и наименьшего показаний индикатора. Для исключения погрешности формы мерного вала необходимо измерить диаметр вала с помощью микрометра в отмеченных сечениях и

убедиться в отсутствии погрешности продольной формы вала. В случае обнаружения погрешности, ее необходимо учесть при расчетах. Для устранения влияния зазоров в сопряжении «суппорт – направляющие» на точность замеров, испытания необходимо проводить, отжимая суппорт «на рабочего». Отжим суппорта можно производить вручную в каждом измеряемом сечении.

Рис.2. Принципиальная схема проверки токарного станка на геометрическую точность (вид в плане). 2. Порядок выполнения работы 1. Внимательно изучить теоретическую часть и способы проведения замеров. 2. Произвести проверку и грубую регулировку смещения задней бабки относительно оси переднего центра ( оси шпинделя) по методике, приведенной в первой части работы. 3. Произвести проверку положения оси центров станка относительно направляющих при помощи индикатора и произвести точную регулировку положения задней бабки. 4. Произвести проверку геометрической точности направляющих станка. 5. Заполнить таблицу 1 протокола испытаний. 6. Определить погрешность параллельности и прямолинейности направляющих станка и ожидаемую погрешность формы обрабатываемого вала в продольном сечении. 7. Построить график ожидаемой погрешности продольной формы вала от геометрической неточности токарного станка. По оси абсцисс откладываются координаты измеряемых сечений Хi по длине вала, по оси ординат – показания индикатора Yi в данном сечении.

8. На основании проведенных замеров и построенного графика сделать вывод о характере погрешности направляющих и рассчитать ожидаемую величину погрешности продольной формы обрабатываемого вала, вызванной геометрическими неточностями станка. Координата Хi, мм Показания индикатора Yi,мкм Геометрическая погрешность направляющих Δнапр, мкм/м Погрешность формы вала, Δо.г., мкм

Таблица 1. Результаты исследований Х0 = 0 Х1 = … Y0 = 0

Y1 = …

Δнапр = (Δ прл + Δпрм) / L мкм/м;

Δо.г. = 2 (Δ прл + Δпрм) мкм;

3. Содержание отчета. 1. Наименование и цель лабораторной работы. 2. Модель и порядковый номер проверяемого станка. Длина и диаметр мерного вала. 3. Применяемые приспособления и технические данные средств измерений. 4. Схема проверки станка на геометрическую точность. 5. Таблица опытных данных, формулы определения погрешностей и их расчетные значения. 6. График погрешности продольной формы вала от геометрических неточностей станка. 7. Выводы и заключение по работе, замечания и рекомендации по проведению измерений. 8. Ответы на вопросы к лабораторной работе. Вопросы к лабораторной работе «Исследование погрешностей продольной формы вала от геометрических неточностей станка» 1. Какие геометрические неточности токарного станка могут вызвать конусность вала, бочкообразность, огранку и овальность? 2. Какие из этих погрешностей относятся к погрешности продольной формы вала, какие к поперечной?

3. Для чего регулируется положение задней бабки в горизонтальной плоскости? 4. К чему приводит смещение задней бабки токарного станка при обработке вала в центрах? 5. График погрешностей какого вала изображён на рис. 2, мерного или обрабатываемого? 6. Неточностью каких элементов токарного станка вызвана погрешность продольной формы вала на рис. 2? 7. Для чего необходим отжим суппорта «на рабочего» при проведении замеров? 8. Смещение задней бабки в какой плоскости, горизонтальной или вертикальной, оказывает большее влияние на погрешность обработки вала в центрах? 9. Что можно сказать о направляющих токарного станка, если линия графика на рис. а) прямая, наклонная к оси абсцисс? б) прямая, параллельная оси абсцисс? в) кривая?

Рис.3. График погрешности продольной формы вала от геометрических неточностей станка. 10. Варианты ответов на вопрос 10: • направляющие токарного станка непрямолинейны, • направляющие токарного станка непараллельны оси центров, • направляющие прямолинейны и параллельны оси центров.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЖЕСТКОСТИ И ПОДАТЛИВОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ. Цель работы: Определить жесткость и податливость технологической системы, рассчитать ожидаемую погрешность продольной формы вала от упругих деформаций при токарной обработке. 1. Методические указания. Упругие деформации технологической системы также могут оказывать весьма сильное влияние на погрешности продольной формы. При обработке вала на токарном станке погрешность продольной формы образуется за счет непостоянства жесткости системы СПИД по координате X (в направлении оси центров станка). Поэтому величину погрешности продольной формы определяют по формуле: Δод= 2Ру (ωmax- ωmin) мкм

(1)

где Ру

- радиальная составляющая силы резания; ωmax и ωmin - наибольшая и наименьшая податливости системы СПИД (по координате X), мкм/Н. Усилие резания рассчитывается на основе параметров режимов обработки по известной методике [ 1], податливость системы определяется экспериментально. Существует несколько способов определения жесткости: • статический метод приложения сосредоточенной нагрузки; • динамический метод ступенчатого точения; • метод «двух оправок»; • метод, основанный на обработке эксцентричных заготовок и др. По данным кафедры технологии машиностроения ДВГТУ, одним из наиболее точных и простых по выполнению является способ определения жесткости по методу профессора В. С. Корсакова . Суть метода в следующем. Если в статическом состоянии настроить станок на требуемую ( расчетную) глубину резания t paсч , то при резании фактическая глубина t факт. окажется меньше расчетной на величину упругой деформации или отжатия технологической системы y , т.е.

y = tpaсч - tфакт. (мм);

(2)

Величина отжатия зависит от жесткости j и податливости логической системы y = Ру/j = Ру ω/1000 (мм) (3)

ω техно-

Отсюда

ω = 1000 y/ Ру = 1000( tpaсч - tфакт) / Ру (4) j = Ру/ y = Ру/( tpaсч - tфакт.) (5) Для определения величины y поступают следующим образом: 1. Обрабатывают заготовку на небольшой длине (20-30 мм) методом "выхаживания", т.е. делают несколько проходов резцом без заглубления инструмента. 2. Перемещают режущий инструмент точно на величину расчетной глубины резания (по лимбу или индикаторному упору). 3. Обрабатывают половину проточенного ранее пояска с режимами резания, на которых будет производиться обработка деталей. 4. Измеряют ( при помощи индикатора или микрометра) величину фактической глубины резания как расстояние от "выхоженной" до обработанной поверхности. 5. Рассчитывают величину деформации технологической системы. При измерении величины t факт следует учитывать, что шероховатость " выхоженной" поверхности, и поверхности, обработанной с рабочими режимами резания, различна. Сказанное поясняет рис.1. Поэтому для точного определения фактической глубины резания следует пользоваться формулой: tфакт = А + (Rzв- Rza)1000 (6) где А – величина, полученная измерением, мм; Rzв и R za – шероховатость обработанной и «выхоженной» поверхности, мкм. R za и R zв можно определить при помощи профилометра или эталонов шероховатости и таблиц ГОСТ 2789-73.

Рис.1. Влияние шероховатости поверхностей на точность измерения фактической глубины резания: а - выхоженная поверхность; б – обработанная поверхность.

На рис.2 показаны схемы установки заготовок при испытании на жесткость различных станков. При консольном точении (рис.2а) жесткость (податливость) технологической системы - это суммарная жесткость передней бабки, заготовки и суппорта. При двухопорном точении (рис.2б) жесткость системы в разных сечениях (по длине) различна, поэтому измерять её нужно у передней бабки, у задней бабки, и в середине вала (сечения 1-1, 2-2, 3-3). При этом податливость вала в соответствующих сечениях

ω1 = 1000/ ј1 = ωсуп. + ωп.б. ω2 =1000/ ј2 = ωсуп. + ωз.б.

(7) (8)

ω3 = 1000/ ј3 = ωсуп. + ωв.3 + 1/4 ( ωп.б. + ωз.б.) (9) где ω1 и ј1, ω2 и ј2, ω3 и ј3 – соответственно жесткости и податливости в сечениях 1-1, 2-2, 3-3;

ωсуп ωз.б. и ωп.б. ωв.3

-

- податливость суппорта;

- соответственно

податливости задней

и передней бабок. податливость вала в сечении 3-3.

Податливостью заготовки в сечениях 1-1 и 2-2 в данном случае можно пренебречь. Расчет величины податливости вала в сечении с координатой х производится по формуле

ωв.= 1000 (L –x)2 x2/3EIL

(10)

Податливость заготовки в сечении 3-3 (х=0,5L)

ωв.3 = 1000 L3/48 EI

(11)

где L - длина вала, мм; х - координата рассматриваемого сечения, мм; Е - модуль упругости, Н/мм2; Е =200 . 103 Н/мм2 - для стали; 4 I = 0,05D - момент инерции сечения вала, мм4. D– диаметр сечения вала ( минимальный в обрабатываемом сечении).

Величина деформации заготовки в сечении 3-3 ув3 = Ру ωв.3 /1000 (мм) (12)

Рис.2. Испытание станков на жесткость при различных схемах обработки: а) токарного при консольном точении; б) токарного при двухопорном точении; в) горизонтально-расточного при растачивании. Определив опытным путем значения

ωмах

и

ω1, ω2, ω3

и найдя из них

ωmin (обычно это - податливость в среднем сечении и в одном из

крайних ) можно вычислить Δод по выражению (1). Однако часто нужно знать податливости суппорта и обеих бабок станка ( например, для сравнения с нормативными данными). В этом случае вычисления производятся по формулам:

ωсуп = 2( ω3 – ωв.3) – 1/2(ω1+ ω2) ωп.б.= (3ω1 + ω2)/2 – 2(ω3 – ωв.3) ωз.б.= (3ω2 + ω1)/2 – 2(ω3 – ωв.3)

(13) (14) (15)

Для определения податливости технологической системы в любом сечении хi вала при его обработке на токарном станке используют формулу:

ωхi = ωсуп + ωп.б [(L

– хi)/L]2 +

ωз.б.( хi /L)2 +1000 (L – хi)2 хi2/3EIL

(16) Величина отжатия в этом сечении yi = Ру ωхi /1000 (мм) При испытаниях на жесткость горизонтально-расточных станков tфакт следует определять в каждом из направлений 1-0, 2-0, 3-0, 4-0 отдельно (рис.2в), так как жесткость этих станков не одинакова в разных направлениях. Соответственно в этих направлениях рассчитывается и податливость. Имея значения ω1-0, ω2-0, ω3-0, ω4-0, можно рассчитать погрешность формы от упругих деформаций в поперечном сечении. Среднее значение податливости:

ωср.= (ω1-0+ ω2-0+ ω3-0+ ω4-0)/4 может быть использовано, например, для вычисления поправки на размер, компенсирующей погрешность из-за отжатия инструмента ( при статической наладке). 2. Порядок выполнения работы 1. Изучить теоретическую часть работы. 2. Согласовать с руководителем: режимы обработки, глубину резания, схему обработки, требуемую величину шероховатости поверхности, марку обрабатываемого материала, материал режущей части и геометрию инструмента. 3. Подготовить станок к испытанию на жесткость. Установить заготовку в соответствии со схемой проведения испытания (рис. 5б). Закрепить резец в резцедержателе. Установить требуемое число оборотов и подачу на станке. 4. Провести опыты по определению жесткости ( податливости) технологической системы в 5- ти сечениях производственным методом профессора В.С. Корсакова ( методические указания к работе). Обработку сечений необходимо производить, начиная от передней бабки. 5. Определить величину отжатия . y для каждого сечения. Результаты занести в таблицу 1 протокола испытаний. 6. По известным параметрам обработки рассчитать скорость резания и радиальную составляющую силы резания Ру.

№ сечения 1-1 2-2 3 -3 4 -4 5 -5

tpaсч мм

Таблица 1 Результаты исследований А Rza Rzв tфакт мм мкм мкм

.

y

7. Рассчитать величины жесткости и податливости технологической системы в каждом сечении. Результаты занести в таблицу 2 протокола испытаний. Таблица 2. Результаты исследований № сечения

n об/мин

S мм/об

D

V

Py

j

ω.

1-1 2-2 3-3 8. Рассчитать податливость заготовки в сечении 3 - 3. Формула (11). 9. Рассчитать податливость и жесткость узлов станка: передней бабки, суппорта, задней бабки. Формулы (13), (14), (15). 10. Построить график зависимости величины упругой деформации технологической системы от места приложения нагрузки. По оси ординат откладывается величина упругой деформации y в сечениях 1-1, 2-2, 3-3, по оси абсцисс координаты сечений по длине вала. 11. Определить погрешность продольной формы вала от упругих деформаций технологической системы по формуле (1). Таблица 3. Расчет жесткости элементов СПИД Тип станка Примечание j; кг/мм Токарно-винторезный Передняя бабка: j=180 3 D ; ГОСТ 7895-56 Задняя бабка: j=140 3 D . Токарно-револьверный Суппорт с револьверной голов- ГОСТ 47-59 кой j=260 3 D . ГоризонтальноШпиндельная бабка Данные кафедры ТМ расточной j=280 3 d . (d = 80-110 мм) ДВГТУ D – наибольший диаметр обрабатываемой детали; d – диаметр шпинделя станка. 12. Рассчитать нормативные значения жесткости узлов станка по табл.3, сравнить с результатами лабораторной работы.

В табл.3 приведены для сравнения нормативные значения жесткости для некоторых станков (но не для технологической системы), испытанной статическим методом. 13На основании проведенных исследований и расчетов сделать заключение о жесткости и податливости основных узлов станка, их соответствии нормативным данным, величине и характере погрешности продольной формы вала, вызванной упругими деформациями технологической системы. При необходимости дать замечания и рекомендации по проведенной работе. 3. Содержание отчета 1. Название и цель работы. 2. Схема проведения испытаний по определению жесткости и податливости технологической системы при обработке вала на токарном станке. 3. Наименование и технические данные средств измерения. 4. Материал и основные размеры вала. Материал и основные геометрические параметры режущего инструмента. Режимы обработки. 5. Протоколы испытания - таблицы 1, 2. 6. Расчет величины радиальной составляющей силы резания. 7. Расчеты податливости и жесткости технологической системы в 3-х сечениях. 8. Расчеты податливости и величины деформации заготовки в среднем сечении. 9. Расчет податливости и жесткости узлов станка. 10. График упругих деформаций технологической системы. 11. Расчет ожидаемой погрешности продольной формы вала от упругих деформаций технологической системы. 12. Расчет нормативных значений жесткости передней и задней бабки токарного станка. 13. Выводы и заключения по работе. 14. Ответы на вопросы к лабораторной работе. Литература. 1. Справочник технолога-машиностроителя. Под ред. Малова А.Н. Т. 2 . М., «Машиностроение». 2. Комиссаров В.И., Леонтьев В.И., Старостин В.Г. Размерная наладка универсальных металлорежущих станков. М., «Машиностроение». 3. Маталин А.А. Технология машиностроения. Л., « Машиностроение», 1985.

Контрольные вопросы к лабораторной работе «Исследование жесткости и податливости технологической системы при токарной обработке». 1. Что происходит в технологической системе при приложении нагрузки? 2. Какие свойства технологической системы понимаются под термином «жёсткость» и «податливость»? 3. Смещение каких элементов технологической системы друг относительно друга под влиянием приложенной нагрузки в конечном итоге приводит к погрешностям обработки? 4. В каком координатном направлении жёсткость технологической системы в наибольшей степени влияет на точность токарной обработки ( в осевом, вертикальном, радиальном)? 5. Для чего применяется «выхаживание» в лабораторной работе? 6. Каким образом определяется величина упругой деформации в технологической системе от приложенной нагрузки в лабораторной работе? 7. Какая технологическая система имеет меньшую жёсткость, если графики зависимости упругих деформаций от прилагаемой нагрузки для 1 й и 2й систем выглядят следующим образом? В какой технологической системе выше точность обработки? Р 1 2

8. При каком усилии величина упругой деформации в технологической системе составит 1 мм, если её жёсткость 400 кг/мм? 9. Назовите величину упругой деформации в системе при нагрузке 1 кг, если её податливость 3 мкм/кг. 10. В чем причина возникновения погрешности формы детали при ее обработке в нежесткой технологической системе? 11. Какие параметры необходимо знать для определения радиальной составляющей силы резания расчетным путем?

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРОДОЛЬНОЙ ФОРМЫ ВАЛА ОТ РАЗМЕРНОГО ИЗНОСА ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ. Цель работы: Экспериментальное определение размерного износа резца при токарной обработке, расчет относительного износа инструмента и ожидаемой погрешности продольной формы вала при точении. 1. Методические указания. Размерный износ в технологии машиностроения измеряется в направлении, нормальном к обрабатываемой поверхности (рис.1). В соответствии с общими закономерностями износа при трении скольжения износ инструмента может состоять из следующих стадий. Начальный размерный износ U нач происходит в начале резания не приработанным резцом ( участок I на рис.2). Его величина и продолжительность зависят от материалов режущего инструмента и детали, а также от качества доводки инструмента и режимов резания. Обычно продолжительность начального износа находится в пределах 500 -2000 м. Далее следует стадия нормального износа инструмента ( участок II, рис.2), интенсивность которого характеризуется относительным ( удельным) износом U 0. Относительный износ - это размерный износ инструмента на одном километре пути резания на участке нормального износа, т.е. после приработки резца. U0 рассчитывается как отношение нормального размерного износа инструмента к длине соответствующего участка пути резания: U0 = Uнорм./ L норм. мкм/км (1) Длина пути резания в период нормального износа при обработке заготовок изстали резцами Т15К6 может достигать 50 км. Третья стадия износа инструмента ( участок3, рис.2) характеризуется наиболее интенсивным износом, выкрашиванием и поломкой лезвия , что делает невозможным его дальнейшую эксплуатацию. Износ резца может существенно влиять на погрешность размера и продольной формы длинного вала. Зная величину относительного износа U 0 (опытные данные или справочная литератур), можно рассчитать величину размерного износа инструмента и соответствующую погрешность обработки для конкретной детали: U = U0 Lрез./1000 ,

мкм,

где Lрез.- расчетный путь резания в м.

(2)

Путь резания при точении определяется по формуле Lрез = π D l / 1000 S, м, (3) где l длина обрабатываемой ступени вала, мм; D - диаметр обрабатываемого вала, мм; S - подача, мм/об. Погрешность продольной формы вала из-за износа режущего инструмента рассчитывается по формуле ∆и = 2 U = 2U0Lрез / 1000, мкм, (4) где ∆и - погрешность продольной формы вала из-за износа инструмента; U размерный износ инструмента, мкм; U0 - относительный износ, мкм/км; L рез путь резания, м. Для подсчета Δи нужно найти опытным путем U 0, построив экспериментальный график зависимости размерного износа инструмента от пути резания.

Рис.1. Схема измерения размерного износа резца.

Рис. 2. График зависимости размерного износа резца от пути резания. I, II, III, Lнач., Lнорм., Lкатастр. – участки начального, нормального и катастрофического износа.

Примечание. Экспериментальный график не обязательно будет соответствовать графику, изображенному на рис.2, поскольку на процесс изменения положения режущей кромки резца относительно оси обрабатываемой детали может оказывать влияние образование и срыв нароста, температурные деформации технологической системы, погрешности измерения и другие факторы. 2. Порядок выполнения работы. 1. Закрепить резец в резцедержателе, установив его по центру с помощью подкладных пластин. 2. Установить и закрепить на станке обрабатываемый вал. 3. При помощи специального приспособления ( с индикатором с ценой деления 0,001 мм) измерить положение вершины резца до начала обработки. Произвести 5-10 замеров для обеспечения стабильности показаний. 4. При помощи мела и измерительной линейки разметить сечения вала, в которых будут производиться замеры. Количество сечений согласовать с преподавателем. 5. Установить на станке требуемые режимы резания и начать обработку. При подходе резца к первому сечению выключить подачу, отвести резец и выключить станок. 6. Охладить резец до температуры помещения и снять показания индикатора измерительного приспособления. Контроль охлаждения резца можно производить следующим образом: сразу после отвода резца поставить измерительное приспособление в рабочую позицию, при этом стрелка индикатора будет двигаться, поскольку резец, остывая, укорачивается. Следует дождаться момента остановки стрелки индикатора и через минуту снять отсчет. Примечание. Измерение размерного износа (точнее - изменение положения вершины резца в зависимости от пути резания) можно проводить на инструментальных микроскопах (МИМ, БИМ или УИМ-21). Для этого на оправке резца должна быть нанесена риска, которую при измерении следует использовать как базу. Сравнивая положение вершины резца относительно риски после каждого опыта, можно определить износ на каждом участке резания ΔLрез. 7. Повторить указанные в п.5 действия для всех намеченных сечений (при условии, что общий путь резания не менее 2 - 2,5 км). 8. Данные измерений представить в табл. 1. 9. Построить график зависимости размерного износа инструмента от пути резания. 10. Определить по графику участок нормального износа и рассчитать относительный износ инструмента по формуле (1). 11. Зная относительный износ инструмента U 0 , рассчитать ожидаемую погрешность ∆и.ожид. продольной формы вала от размерного износа резца при точении вала диаметром 50 мм, длиной 800 мм и подачей 0,07 мм/об.

12. Определить величину относительного износа U0 режущего инструмента аналитическим путем, используя формулу U0 = 0,033 V

1,36 0,95 0,12

s

t

(5)

Сравнить результат с величиной относительного износа, полученной экспериментальным путем. Примечание. Формула (5) может быть применима для следующих условий обработки: резец Т15К6; α = 7°; γ = 12°; λ = 0°; φ = 45°; r = 1,5мм, заготовка из стали σв= 82кг/мм ; t = 0,5- 4 мм; V=35-170 м/мин; S = 0,12-0,38 мм/об. Таблица 1 Опытные данные по измерению размерного износа Координата сечения ( мм) Хо = 0 Х1 = … Х2 = … Х3 = … Х4 = … Х5 = … Х6 = … Х7= … Х8 = … Х9 = … Х10 = …

1. 2. 3. 4.

5. 6. 7.

Путь резания между сечениями ∆Lрез , ( м)

Накопленный путь ре- Показания инзания дикатора Lрез , ( м) ( мкм)

3. Содержание отчёта Название и цель работы. Схема измерения размерного износа резца при обработке вала на токарном станке. Наименование и технические данные средств измерения. Материал и основные размеры вала. Материал и основные геометрические параметры режущего инструмента. Режимы обработки. Протокол испытания – табл. 1. Экспериментальный график зависимости размерного износа инструмента от пути резания. Расчет относительного размерного износа резца.

8. Расчет ожидаемой погрешности продольной формы вала от размерного износа резца. 9. Выводы и заключения по работе, замечания и рекомендации по проведению опытов. 10. Ответы на вопросы к лабораторной работе. Вопросы к лабораторной работе «Исследование погрешностей продольной формы вала от размерного износа резца». 1. В чем различие между размерным износом резца и износом резца по задней поверхности? 2. Чем отличается начальный износ инструмента от нормального износа? 3. Какую величину, относительный износ или износ по задней поверхности инструмента, необходимо знать при расчете погрешности формы детали? 4.В чем различие понятий «путь резания» и «длина обработки»? 5. При расчете относительного износа учитывается начальный, нормальный или катастрофический износ инструмента? 6. Для чего необходимо охлаждение резца при проведении замеров в данной лабораторной работе? 7. Каким образом рассчитывается размерный износ инструмента, если известна величина относительного износа? 8. Увеличивается или уменьшается путь резания: а) при увеличении подачи, б) при увеличении диаметра обработки, в) при увеличении числа оборотов шпинделя? 9. Какой вид погрешности может вызвать размерный износ при точении длинного вала: погрешность поперечной формы детали, погрешность продольной формы, погрешность размера, погрешность расположения поверхностей? 10. Чему будет равен размерный износ инструмента, если относительный износ 8 мкм/км, а путь резания составляет 500м?