Жесткость динамической системы станка.

Прочность режущего инструмента.

В процессе работы режущий инструмент подвергается различным видам нагружения, в результате чего возможно разрушение тела инструмента, элементов крепления режущих пластин, режущей части. Прочностью режущего инструмента называют его способность не разрушаться под действием сил резания. Для тела инструмента и крепежных элементов существуют достаточно точные методы расчетов их на прочность. Режущая часть, как правило, является менее прочным элементом инструмента. Под прочностью режущей кромки понимают способность ее сопротивляться выкрашиванию. Различают микровыкрашивание и крупное выкрашивание вплоть до отламывания участков режущей части.

При расчетах на прочность режущей части определяют, для заданных условий обработки, напряженное состояние, нормальные и касательные напряжения. После чего сопоставляют их с допустимыми для используемого материала. Расчеты на прочность режущей части инструмента очень сложны, поэтому необходимо применение ЭВМ.

Применяют также испытательный метод без резания. При этом режущую кромку циклически нагружают сочетанием определенных сил до разрушения.

При экспериментальном методе прочность режущей кромки оценивают в процессе резания с подачей, возрастающей до величины, при которой происходит разрушение кромки. После определения максимальной подачи выбирают коэффициент запаса исходя из условий наибольшей производительности.

Динамической системой станка называют замкнутую упругую систему, в которую входят станок, приспособление, инструмент, деталь (СПИД). Жесткость системы СПИД – способность сопротивляться действию деформирующих сил, выражается формулой:

P_y – сила направленная по нормали к обрабатываемой поверхности, Н.

y – смещение режущей кромки инструмента, относительно обрабатываемой поверхности, в направлении действия силы P_y, мкм

Жесткость системы определяется жесткостью ее отдельных звеньев и рассчитывается по формуле:

j_i – жесткость i-го звена;

n – число звеньев системы;

1/j = ω – величина характеризующая податливость системы, т.е. способность упруго деформироваться под действием внешних сил. Тогда формулу можно переписать следующим образом:

Жесткость и податливость динамической системы оказывает влияние на точность размеров и формы обрабатываемой поверхности. Рассмотрим упругие перемещения при токарной обработке. При настройке резец устанавливают в положение на некоторый радиус r с глубиной обработки t. В процессе резания под действием сил и их моментов возникают упругие отжатия y_с узлов станка, y_з заготовки и y_и инструмента. В результате перемещений y_c и y_з происходит перемещение оси заготовки на величину y_c+y_з в положение О→О₁→О₂. Из-за прогиба резца расстояние между осью заготовки и вершиной резца увеличивается на величину y_и. Вследствие чего фактический радиус обтачивания станет r_ф= r + y_с + y_з + y_и, а фактическая глубина резания t_ф = t – (y_с + y_з + y_и ). Диаметр обработки по сравнению с установленным при настройке станка, возрастет на величину

При обработке заготовки в патроне или цанге на токарных и токарно-револьверных станках податливость динамической системы в любом положении резца определяется по формуле:

ω_с – податливость суппорта;

ω_пбп – податливость передней бабки и патрона замеренная около кулачков патрона;

х – расстояние от кулачков патрона до точки приложения силы;

х₀ – расстояние от кулачков патрона до центра поворота шпинделя и патрона, происходящего при приложении поперечной силы резания;

Е – модуль упругости материала заготовки;

I – момент инерции сечения заготовки вала.

Подобные формулы можно вывести для различных вдов обработки. Кроме того различают статическую j­_с и динамическую j­_д, т.е. жесткость технологической системы при установившемся режиме работы под нагрузкой. Они связаны между собой коэффициентом динамичности k.

 

При черновой обработке k=1.2-1.5, при чистовой k= 1,1-1,2. При расчетах упругих перемещений следует умножать величины статической податливости на коэффициент. Упругие деформации нежестких систем вызывают погрешности обработки. Величины податливости различны для различных видов обработки. Коэффициент динамичности также является переменной величиной, зависящий от параметров режима резания, физико-механических свойств обрабатываемого материала и ряда других факторов. Колебание упругих деформаций определяется:

ω_max и ω_min – наибольшая и наименьшая податливость системы;

P_max и P­_min – наибольшее и наименьшее значение расчетных составляющих силы резания.

Зная величины податливости и сил резания можно рассчитать величину погрешности вызываемую упругими перемещениями. Помимо перечисленных факторов, при обработке партии деталей, на погрешность размера влияют следующие факторы: колебания припуска под обработку, колебания твердости материала, прогрессирующее затупление инструмента.

Податливость элементов технологической системы определяют экспериментально и расчетным путем. Жесткость и податливость технологической системы взаимосвязаны с ее виброустойчивостью Чем выше жесткость, тем выше виброустойчивость. Погрешности значительно сокращаются при оснащении станков системами адаптивного управления упругими перемещениями. Такие системы измеряют упругие перемещения и их колебания и вносят соответствующие коррективы в ход обработки, стабилизируя силу резания.