Контрольная работа: Расчет нормальной составляющей силы резания

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПЕТРА ВЕЛИКОГО

Институт машиностроения, материалов и транспорта

Контрольная работа

По дисциплине «Основы технологии машиностроения»

Выполнил

Карпенко М.В.

Руководитель

Макарова Т.А.

г. Санкт-Петербург, 2020г

Задание

1. Для вала, обрабатываемого в центрах, по нормативам выбрать режимы резания t, s, V и рассчитать нормальную составляющую силы резания;

2. Рассчитать погрешности, вызываемые упругими деформациями станка, для 5 сечений х по длине вала, построить погрешность продольной формы вала для этих сечений;

3. Рассчитать погрешности, вызываемые упругими деформациями заготовки, для тех же сечений и построить графическое изображение вала в продольном сечении;

4. Рассчитать погрешности, обусловленные размерным износом режущего инструмента для тех же координат по длине вала, построить график;

5. Рассчитать погрешности формы вала, вызванные тепловыми деформациями режущего инструмента и представить соответствующие графическое изображение;

6. Рассчитать суммарную погрешность вала в продольном сечении с учетом знака отдельных погрешностей, построить график зависимости погрешности от координаты обработки;

7. Сравнить полученную погрешность с полем допуска на размер вала в выбранном сечении.

Выбор инструмента и расчет режимов резания

Операция: 030 Токарная (черновая);

Деталь - вал;

Материал - сталь 40Х, НВ 260...285;

= 660 МПа = 66;

D = 140 мм - контролируемый диаметр вала (IT12, Ra 12.5);

L= 258 мм - длина вала;

Координаты сечений по длине вала: X = (44,89,134,156,178) мм.

Инструмент - резец проходной. Материал - Т16К6;

Относительный размерный износ: = 8 мкм/км;

Размеры поперечного сечения резца: b х h = 16х25;

=1 ( = );

Вылет резца: =60 мм;

Оборудование - токарно-винторезный станок 16К20

Податливость узлов станка = = = 0.025 мкм/Н (при высоте центров 200 мм);

Режимы резания:

t = 3,5 мм (черновое точение);

S = 0.7 мм/об (исходя из материала детали, его твердости и глубины точения);

Т = 60 мин - стойкость работы инструмента.

Расчетная скорость резания:

= 1.2; = 350; x = 0.15; y = 0.35; m=0.20;

=.

Частота вращения шпинделя:

,

,

Реальная скорость резания:

.,

Нормальная составляющая силы резания :

= 1; = 243, = 0.9, = 0.6, = -0.3;

H

Рис.1 - Эскиз обрабатываемого вала

Расчет погрешностей, возникающих из-за упругих отжатий станка

Система - объекты, закономерно связанные между собой. Технологическая система - объединенные в одно целое станок-приспособление-деталь-инструмент (СПДИ). СПДИ - система упругая. В процессе обработки под действием силы резания её составные части получают упругие деформации и смещение относительно друг друга из-за зазоров в их соединении. Точность обработки зависит от жесткости технологической системы. Жесткость - это способность системы сопротивляться нагрузке.

Составляющая силы резания, направленная перпендикулярно к обрабатываемой поверхности.

Величина упругих отжатий технологической системы под действием силы при обработке разных деталей в партии изменяется из-за:

- Колебания размеров заготовки, что приводит к изменению глубины резания

- Колебания механических свойств материалов заготовки

- При туплении режущего инструмента

Упругие отжатия вызывают появление погрешностей формы и размеров.

Пути уменьшения погрешности размеров, возникающие из-за упругих отжатий в технологической системе:

1) За счет повышения жесткости технологической системы

2) За счет повышения точности исходных заготовок

3) Повышением однородности механических свойств обрабатываемого материала. резание станок трение заготовка

Пути уменьшения погрешности формы обрабатываемых поверхностей:

1) Обеспечением одинаковой жесткости технологической системы в разных сечениях обрабатываемой детали

2) Изменением режимов резания в ходе обработки детали, например, подачи

Пути уменьшения жесткости технологической системы:

1) Уменьшением количества стыков конструкции станков и приспособлений

2) При предварительной затяжке постоянных стыков посредством болтовых креплений

3) Улучшение качества сборки станка

4) Повышение жесткости детали технологической системы за счет уменьшения их высоты и увеличения размеров опорной поверхности

5) Использование дополнительных опор элементов для заготовок и инструментов.

При обработке вала в центрах упругие отжатия определяются по формуле:

, где

=1400 H - сила резания;

мкм/Н - податливость узлов станка;

мм - длинна вала.

Разобьём контролируемую поверхность на 5 участков (сечений) и рассчитаем погрешности для каждого из них.

Таблица 1 - Погрешности из-за упругих отжатий станка

Дy.ст. = f(X)

Рис.2 - График распределения погрешностей из-за упругих отжатий станка

Расчет погрешностей, возникающих из-за упругих отжатий обрабатываемой заготовки

Технологическая система (станок, приспособление, инструмент, деталь) представляет собой упругую систему, в которой влияние сил резания и закрепления, инерционных и других сил приводит к образованию погрешностей форм и размеров обрабатываемых деталей.

Следует отметить ряд характерных случаев, в которых та или иная упругая деформация одного из элементов системы СПДИ является преобладающей в процессе обработки и тем самым определяет ту или иную погрешность формы в продольном сечении.

1. Упругие деформации задней и передней бабок равны и больше упругого отжатия обрабатываемой детали. Такое соотношение упругих деформаций характерно для обработки массивных деталей. В этом случае фактический диаметр детали по её краям будет больше, чем в середине. В результате образуется такая погрешность формы, как седлообразность.

2. Упругая деформация детали больше упругих деформаций задней и передней бабок. Такое соотношение упругих деформаций характерно для обработки нежёстких деталей, у которых отношение длины к диаметру превышает 12. После обработки детали фактические диаметры по её краям будут меньше, чем в середине, и, как следствие, возникает бочкообразность.

3. Конусность образуется в случае обработки детали нормальной жёсткости, упругая деформация которой меньше упругого отжатия одной из бабок. Такое соотношение возникает, например, при обработке детали нормальной жесткости, закреплённой в патроне и в центре задней бабки.

Получение заданной точности детали путём снижения технологических упругих деформаций связано с увеличением жёсткости системы ДИСП и точности изготовления её элементов

Величина упругих деформаций обрабатываемых деталей в значительной степени зависит от схемы обработки. Отжатия , зависящие от метода установки заготовок на станках, рассчитываются по формулам сопротивления материалов. Так, при обтачивании вала в центрах, величина его прогиба определяется, как прогиб балки, свободно лежащей на двух опорах.

,где

- модуль упругости;

- момент инерции;

- длина вала.

Таблица 2 - Погрешности из-за упругих отжатий заготовки

Дy.заг = f(X)

Рис. 3 - График распределения погрешностей из-за упругих отжатий заготовки

Расчет погрешностей, возникающих из-за размерного износа инструмента

В процессе резания инструмент непрерывно изнашивается. Причиной износа служит трение режущих кромок о стружку и поверхность заготовки. С течением времени износ прогрессирует. Результатом является постепенное изменение расстояния между режущей кромкой и установочной (базовой) поверхностью заготовки. Появляется погрешность, удвоенная величине -- при обработке цилиндрических поверхностей (точении, растачивании).

На точность обработки влияет только размерный износ инструмента, измеряемый в направлении нормали к обрабатываемой поверхности. Если, например, происходит обработка длинного вала, то в результате погрешности размерного износа инструмента может появиться конусность.

Износ инструмента подчиняется общим закономерностям износа контактирующих тел при трении скольжения.

В начальный период происходит приработка режущего лезвия, сопровождающаяся выкрашиванием отдельных неровностей и заглаживанием рисок, возникших после заточки. Этот период характеризуется интенсивным износом, но действует он непродолжительное время.

Второй период характеризуется нормальным износом, т.е. износ инструмента прямо пропорционален пути резания.

Третий период связан с быстрым износом (критическим) инструмента за короткий промежуток времени, выкрашиванием режущей кромки и поломкой. В условиях нормальной эксплуатации инструменты не доводят до этого периода, отправляя на переточку.

При расчете принимаем, что начальный износ равен нулю (обработка ведётся хорошо доведённым инструментом). Расчет производится по следующей формуле:

, где

- относительный износ резца;

- контролируемый диаметр вала;

- подача;

- координаты сечений по длине контролируемой ступени вала.

Таблица 3 - Погрешности, возникающие из-за размерного износа резца

Ди = f(X)

Рис.4 - График распределения погрешностей из-за размерного износа инструмента

Расчет погрешностей, возникающих из-за тепловых деформаций резца

На точность механической обработки деталей при выполнении окончательных операций существенно влияют температурные деформации обрабатываемой детали и деталей станка, вызываемые их нагревом. Тепловые деформации резца приводят к удлинению державки, а следовательно, к смещению режущих кромок и изменению размеров (уменьшению) обрабатываемых диаметров, т.е. образованию погрешности обработки. При обработке детали удлинение резца может достигнуть 30-50 мкм при обработке без охлаждения; напротив, обильным охлаждением удлинение резцов уменьшается в 3-3,5 раза.Нагрев и удлинение резца растут с увеличением подачи, глубины и скорости резания.На температурное удлинение резца определенное влияние оказывает теплопроводность инструментального материала.

Погрешность, возникающая от тепловых деформаций резца при работе без перерывов, рассчитывается по следующей формуле:

, где

- вылет резца;

, - площадь поперечного сечения державки резца;

, - придел прочности заготовки.

Таблица 4 - Погрешности из-за тепловых деформаций резца

Дт.рез = f(X)

Рис.5 - График распределения погрешностей из-за тепловых деформаций резца

Суммарная погрешность формы детали в продольном сечении

Из всех, выше перечисленных, погрешностей узнаем суммарную погрешность путем сложения. Суммируем по формуле:

,

Таблица 5 - Суммарная погрешность в разных сечениях