Исследование качества обработки деталей на универсальных токарных станках

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Study on the quality of treatment details on universal lathes Barinov A.1, Platonov A.2, Tokarev V.3, Samsonov I.4, Lubomirov A.5 Исследование качества обработки деталей на универсальных

токарных станках Баринов А. В.1, Платонов А. В.2, Токарев В. А.3, Самсонов И. С.4,

Любомиров А. С.5

'Баринов Александр Васильевич / Barinov Alexander - доктор технических наук, профессор; 2Платонов Александр Васильевич /Platonov Alexander - кандидат технических наук, доцент;

3Токарев Василий Александрович / Tokarev Vasiliy - магистрант;

4Самсонов Игорь Сергеевич /Samsonov Igor - студент;

5Любомиров Александр Сергеевич /Lubomirov Alexander - студент; кафедра технологии машиностроения, Арзамасский политехнический институт (филиал) Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, г. Арзамас

Аннотация: в статье рассматривается влияние жесткости станка на точность обработки. Исследовано смещение оси центров в зависимости от положения резца.

Abstract: the article considers the influence of stiffness of machine tool on machining accuracy. The displacement of the axis of the centres depending on the position of the cutter is studied

Ключевые слова: станок, токарный станок, точение, жесткость, настройка станка. Keywords: machine, lathe machine, whetting, rigidity, machine setting.

УДК; 621.941.24

Целью работы является ознакомление магистрантов по направлению подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» (15.04.05) с правилами по настройке токарных станков перед обработкой деталей. В статье рассматривается методика определения жесткости универсальных токарных станков, а так же приведены нормы жесткости. Рассмотрены упругие деформации узлов станка под действием сил резания. Предполагается, что материал рассматриваемой статьи, в свою очередь, может стать одним из разделов методического пособия по дисциплине «Технологическое обеспечение качества» магистерской программы 15.04.05 образовательного стандарта 1485 от 21.11.2014. Содержание предыдущих статей [6, 7, 8] и данная статья позволят магистрантам освоить навыки по компетенциям, предусмотренным вышеуказанным образовательным стандартом по указанной дисциплине.

Актуальность настоящей статьи, как и предыдущих [6, 7, 8], подтверждается так же и тем, что в магистратуру по направлению 15.04.05 поступают не только абитуриенты - специалисты по технологии машиностроения, но и получившие дипломы высшего образования не по профилю направления магистратуры. Данная статья в доступной форме представляет материал, который может быть воспринят обучающимися, не имеющими навыков в обработке металлов.

Все металлорежущие станки проверяются на геометрическую точность - точность в ненагруженном состоянии согласно ГОСТ 42-56. Дополнительно, станки проходят проверку после каждого ремонта, а также в процессе эксплуатации. Даже, несмотря на высокую точность изготовления - все станки имеют погрешности изготовления деталей и узлов и их взаимного расположения - при этом, чем меньше эти погрешности, тем точнее станки [1].

Проверки, предусмотренные ГОСТ 42-56, в основном, контролируют точность выполнения и сборки отдельных узлов, а также станка в целом, но прямо не характеризуют погрешности обработки на данных станках. Для определения точности обработки (определение проводят от обратного, т. е. определяют погрешности), в таком случае требуется производить специальные перерасчеты. Приведем пример: прямолинейность и параллельность направляющих токарных станков определяют и характеризуют погрешности нижней части суппорта, а для определения погрешности формы обрабатываемой детали необходим перерасчет. Можно отметить, что такие перерасчеты являются несложными и производятся достаточно просто. Зная геометрическую точность станка, можно рассчитать погрешность обработки, которая ей вызвана.

Во время обработки детали на токарном станке снимается стружка и возникает сила резания, которая действует с одной стороны на резец и суппорт станка, а с другой стороны на обрабатываемую

деталь, а через нее - на переднюю и заднюю бабку. Действие составляющих сил резания на резец представлено на рис. 1. Под действием этих сил, узлы станка деформируются, при этом происходит отжатие детали от резца за счет отжатия передний и задней бабки станка, а резец от детали - за счет отжатия суппорта. Результат этих отжатий - снижение качества обработки детали на станке. Согласно рис. 1 можно сделать вывод, что составляющие сил резания действуют в трех направлениях:

Р Р Р

Р X ,Р У ,Р Z •

Рис. 1. Действие составляющих сил резания на резец

Отметим, что основное влияние упругих деформаций оказывают две составляющие - Ру, Р^ .

С точки зрения точности и качества токарной обработки представляет интерес перемещение узлов станка в направлении, влияющем на размер обрабатываемой детали, поэтому, при определении качества обработки, обычно рассматривают только перемещения в направлении действия

составляющей силы Ру - в направлении нормальном (перпендикулярном) к обрабатываемой

поверхности. Известно, что только перемещение в этом направлении оказывает заметное влияние на размер обрабатываемой детали. В случае, когда перемещение узлов станка в нормальном направлении равно 0,1 мм - то диаметр обработанной детали в этом случае увеличиться на 0,2 мм. [2, 3].

Способность узлов станка, или станка в целом сопротивляться действию сил, которые стремятся ее деформировать - называется жесткостью.

Чем больше жесткость, тем меньше перемещения, и, как следствие, меньшие погрешности деформации - что ведет за собой повышение качества обработки.

Отметим, что действие составляющей сил резания Р на упругие деформации хоть и велико, но

основное влияние имеет составляющая Р - именно поэтому жесткость станка определяется по формуле:

Ру /

] = , кг/ мм, У

где j - жесткость станка, кг/ мм;

Ру - нормальная (радиальная) составляющая сил резания, кг;

У - деформация станка, которая измеряется в направлении действия силы Ру , мм. [4].

Однако, необходимо отметить, что хотя жесткость и рассчитывается по одной составляющей, но испытание жесткости станка необходимо проводить не менее чем по двум составляющим сил резания

Ру и Р^ - поскольку действие вертикальной составляющей сил резания имеет большое значение и,

в ряде случаев, существенно меняет картину упругих деформаций станка. Приведем пример.

Жесткость универсального токарно-винторезного станка 16Т02А равна j = 2000 кг/ мм, , при этом, при обработке действует составляющая силы резания Ру = 200Н.

Отсюда, можно определить отжим узлов станка:

200

] =-= 0,1 кг/ мм,

2000

Это значит, что расстояние от вершины резца до обрабатываемой поверхности измениться на 0,1 мм - при этом диаметр обработанной заготовки измениться на 0,2 мм относительно настроечного размера [1].

Отметим, влияние упругих деформаций на качество поверхности составляют от 20 % до 80 % общей погрешности обработки.

Экспериментальными исследованиями было установлено, что жесткость станка, в основном, характеризуется не сопротивлением деформациям самих деталей станка, а сопротивлением деформациям соединений отдельных узлов и деталей. Данные деформации зависят от деформаций крепежных и соединяющих деталей, а также от деформаций самих поверхностей соединяемых деталей - контактных деформаций.

Известно, что жесткость токарного станка, в случае обработки в центрах - сводится к жесткости суппорта, задней и передней бабок, а при обработке в патроне - к жесткости суппорта и передней бабки.

Деформации отдельных узлов токарного станка неодинаково отражаются на точности и качестве обработки поверхностей деталей.

При обработке в центрах отжатие суппорта при постоянной нагрузке (при постоянном припуске и однородном материале обрабатываемой детали) - постоянно на всей длине обработки. Таким образом, отжатие суппорта приводит к погрешности размера обрабатываемой детали и не влияет на ее форму. При этом, зная жесткость суппорта и нагрузку при резании, можно рассчитать величину упругого отжатия и на соответствующую величину скорректировать настройку станка на размер.

Известно, что влияние составляющей сил резания Р - на деформацию суппорта, как правило,

больше, чем составляющей Р^. - поэтому деформация происходит в направлении увеличения

размера (при наружном обтачивании) - как это показано на рис. 2. Но, в отдельных случаях, при

относительно большом значении составляющей Р^ . и малом диаметре обработки могут быть такие

условия, при которых деформация суппорта будет происходить в обратном направлении, другими словами - в направлении уменьшения размера (от рабочего). Это случай, так называемой,

отрицательной жесткости - когда составляющая силы резания Р направлена в одну сторону, а деформация узла - в обратную сторону.

Таким образом, составляющая силы резания Р^ . влияет на жесткость узла суппорта.

Рис. 2. Деформация суппорта токарного станка от действия сил резания

По-другому выглядит дело с влиянием упругих отжатий бабок на размер обрабатываемой детали. Рассмотрим рис. 3 - обработку в центрах. Можно сделать вывод, что в положении I усилие резания действует исключительно на заднюю бабку и положение центров обусловлено только отжатием задней

бабки В конце обработки - положение II, усилие резания действует только на переднюю бабку,

и положение центров зависит лишь от ее отжатия УцБ Во всех промежуточных положениях

смещение линии центров обуславливается перемещением как передней бабки, так и задней - при этом по мере движения резца вдоль обрабатываемой детали влияние смещение задней бабки на положение линии центров станка уменьшается, а влияние передней бабки - увеличивается [5].

При положении резца в середине обрабатываемой детали, на переднюю и заднюю бабки действует

Ру 2

только половина усилия —— , поэтому бабки отжимаются также на величину в 2 раза меньшую

и Уц Б Кроме этого, при среднем положении резца отжатие бабок отражается на суммарной погрешности не всей величиной, а половиной и определяется по формуле:

г _ Узб_ + уП.Б.

2 2 '

В конечном итоге, получается, что изменение диаметра детали вследствие отжатия бабок при положении резца на середине длины обрабатываемой детали значительно меньше, чем при положении у краев детали. При этом, непостоянство смещения бабок по длине обрабатываемой детали приводит к погрешности формы и ухудшению качества готовой детали.

Рис.3. Изменение положения линии центров токарного станка по мере продвижения резца вдоль заготовки

при обработке в центрах

I - положение резца против заднего центра;

II - положение резца против переднего центра;

III - положение резца в середине обрабатываемой заготовки.

Согласно нормативам, нормы жесткости универсальных токарных станков представлены в таблице 1.

Таблица 1. Нормы жесткости универсальных токарных станков

Наибольший диаметр обрабатываемого изделия, мм 200 250 320 400 500 630 800

Жесткость в кг/мм У шпинделя 1000 1075 1175 1330 1430 1550 1700

У пиноли 770 875 950 1040 1145 1190 1310

Можно сделать вывод, что универсальные станки при большой жесткости самого станка позволяют обрабатывать детали с достаточно высокой точность и качеством - и тем самым, повышение жесткости станка, наряду с правильной выставкой инструмента на обрабатываемый размер не только повышает точность обработки за счет сведения колебаний и отжатий инструмента и детали к минимуму, но и ведет к высокому качеству обработанной заготовки за счет снижения погрешностей обработки.

Литература

1. Бросалин Б. Т. Исследование жесткости узлов токарного станка, М., Машгиз, 1975.

2. Технология машиностроения, А. А. Маталин, Машиностроение, 1985.

3. Справочник технолога машиностроителя под редакцией А. Н. Малова, Т1 и Т2, М, Машиностроение, 1972.

4. Справочник технолога-машиностроителя, под редакцией Косиловой А. Г., Мещерякова Р.К., Т. 1 и Т. 2, М, Машиностроение, 2003.

5. Ишуткин В. И. Точность обработки на токарных станках, М., Машиностроение, 1965.

6. Баринов А. В., Платонов А. В., Бегаева Е. Г., Самсонов И. С., Любомиров А. С. Исследование в области технологического обеспечения качества при обработке поверхностей деталей на вертикально-фрезерных станках. Часть-1 Настройка взаимоположения узлов вертикально-фрезерного станка для обеспечения качества обработки деталей // Наука, техника и образование. 2016. № 3 (21). С 76-81.

7. Баринов А. В., Платонов А. В., Бегаева Е. Г., Самсонов И. С., Любомиров А. С. Исследование в области технологического обеспечения качества при обработке поверхностей деталей на вертикально-фрезерных станках. Часть-2 Исследование схем обработки различных поверхностей деталей концевыми фрезами на вертикально-фрезерных станках // Наука, техника и образование. 2016. № 3 (21). С 81-87.

8. Баринов А. В., Платонов А. В., Бегаева Е. Г., Самсонов И. С., Любомиров А. С. Исследование в области технологического обеспечения качества при обработке поверхностей деталей на вертикально-фрезерных станках. Часть-3 Исследование качества обработки поверхностей деталей на вертикально-фрезерном станке концевыми фрезами // Наука, техника и образование. 2016. № 3 (21). С 87-92.

Study on the quality of processing of details on multicut lathes Barinov A.1, Platonov A.2, Tokarev V.3, Samsonov I.4 Исследование качества обработки деталей на многорезцовых токарных станках Баринов А. В.1, Платонов А. В.2, Токарев В. А.3, Самсонов И. С.4

'Баринов Александр Васильевич / Barinov Alexander - доктор технических наук, профессор; 2Платонов Александр Васильевич /Platonov Alexander - кандидат технических наук, доцент; 3Токарев Василий Александрович / Tokarev Vasiliy - магистрант; 4Самсонов Игорь Сергеевич /Samsonov Igor - студент; кафедра технологии машиностроения, Арзамасский политехнический институт (филиал) Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, г. Арзамас

Аннотация: в статье рассматриваются схемы обработки деталей при помощи нескольких резцов. Изучена кинематическая схема процесса резания на многорезцовых станках.

Abstract: the article deals with the processing circuit parts using several cutters. The kinematic scheme of the cutting process to multicut lathes is studied.

Ключевые слова: станок, токарный станок, точение, многорезцовый станок, настройка станка, схемы обработки.

Keywords: machine, lathe machine, whetting, multicut lathes, machine setting, processing circuitry.

УДК; 621.941.24

Целью работы является ознакомление магистрантов по направлению подготовки «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» (15.04.05) с правилами по настройке токарных станков перед обработкой деталей. В статье рассматриваются схемы обработки на токарных многорезцовых станках. Рассматривается кинематика резания и расчет перемещений при многорезцовой обработке. Предполагается, что материал рассматриваемой статьи, в свою очередь, может стать одним из разделов методического пособия по дисциплине «Технологическое обеспечение качества» магистерской программы 15.04.05 образовательного стандарта 1485 от 21.11.2014. Содержание предыдущих статей