Погрешности обработки, связанные с величиной усилия зажима заготовки.

При закреплении заготовок в приспособлениях они могут деформироваться под действием усилий зажима. Особенно этому подвержены тонкостенные заготовки в виде труб, колец, втулок, корпусных деталей. Поскольку усилия зажима и размеры обрабаты­ваемых заготовок всей партии постоянны, то погрешности формы являются систематическими и могут быть рассчитаны по формулам.

На рис. 11, а показана корпусная деталь, которая при закреплении деформируется: её боковые стенки выгибаются, как показано на рис.11, б. При сверлении отверстия в боковой стенке оно будет иметь погрешность формы, например, конусность, пос­ле того, как деталь вынут из приспособления (рис.11,в).

При закреплении кольца в патроне оно деформируется под влиянием усилия зажима кулачков, причем в местах контакта с кулачками диаметр кольца уменьшается, а в промежутках между ними - увеличивается (рис.12, б). Если при этом произвести обработку центрального отверстия (рис.12, в), то после извле­чения кольца из патрона (рис.12, г) оно будет иметь погрешность формы - некруглость.

При закреплении тонкостенных деталей в патроне погрешность формы бывает достаточно большой и зависит от числа кулачков в патроне. Причем при увеличении числа кулачков погрешность уменьшается. Если принять погрешность формы заготовки при обработке её в двухкулачковом патроне за 100^, то при обработ­ке в трёхкулачковом патроне она снизится до 21%, в четырехку­лачковом - до 8%, а в шести - 2%.

Таким образом, необходимо стремиться к использованию приспособлений с наибольшим числом зажимных элементов, кроме того, они должны плотно прилегать к поверхности заготовки, а их рабочая поверхность по форме должна соответствовать форме соответствующей поверхности заготовки.

При закреплении заготовок в приспособлениях с их дальней­шей обработкой систематические погрешности геометрической фор­мы могут появиться при деформации заготовок под действием соб­ственного веса, центробежных сил, возникающих в момент обработки из-за наличия неуравновешенных масс отдельных частей, при одностороннем снятии припуска с перераспределением внут­ренних напряжений, которые образовались в заготовках при их получении или предварительной обработке.

Рис. 11. Схема возникновения погрешности формы отверстия в тонкостенной корпусной детали при её зажиме.

Рис.12. Схема возникновения погрешности отверстия в тонкостенной втулке при её закреплении в приспособлении.

Погрешности обработки, связанные с деформациями техноло­гической системы под влиянием нагрева.

Неработающий станок имеет одинаковую температуру всех его частей, приблизительно равную температуре окружающей среды. При работе станка происходит постепенное неравномерное нагре­вание элементов технологической системы, что приводит к по­явлению систематической погрешности обработки заготовок.

Тепловые деформации станков происходят из-за неравномер­ного нагрева отдельных их частей. Источниками тепла в стан­ках являются электродвигатели, подвижные механизмы (подшипни­ки, зубчатые колёса, направляющие), зона резания, рабочие жидкости (СОЖ, масло), а также внешние источники (батареи отопления, солнечные лучи и т.д.).

Наибольший нагрев в станках имеют шпиндельные бабки, которые при работе разогреваются до 20...60°С, причем в раз­ных точках корпуса температура может быть разная. Больше все­го нагреваются подшипники быстроходных валов и шпинделя, а также зубчатые колёса. Это приводит к смещению положения оси шпинделя, направление которого зависит от расположения валов в корпусе.

На рис. 13, поз. I показано горизонтальное смещение оси передней бабки токарного станка при работе в центрах. В нача­ле работы шпиндельная бабка разогреваясь перемещается в нап­равлении рабочего, вызывая переменную систематическую погреш­ность обработки, которая пропорциональна частоте вращения шпинделя. После 4...5 часов работы шпиндельная бабка полно­стью нагревается, её температура стабилизируется, а также и положение оси шпинделя. Если после этого станок выключить, то он будет медленно остывать, а ось шпинделя постепенно воз­вратится в начальное положение.

В настоящее время шпиндельные бабки высокоточных станков выполняют из композиционных материалов, которые обладают меньшей теплопроводностью, чем сталь и чугун. На рис. 13 поз. 2 показано горизонтальное смещение оси передней бабки токарного станка, выполненной из композиционного материала. По сравнению с металлической шпиндельной бабкой она нагревается меньше и медленнее, и также медленнее остывает, возвращаясь в исходное положение.

Рис.15. Деформация стола плоскошлифовального станка под влиянием нагрева.

На рис. 15 схематически изображён плоскошлифовальный станок, под столом которого размещен силовой цилиндр привода стола. В процессе работы станка, масло, поступающее в цилиндр разогревает его, а также происходит неравномерный нагрев сто­ла. В результате рабочая поверхность 1 стола (на ней закреп­ляется магнитная плита) деформируется и занимает положение 2..

Для снижения погрешностей обработки, которые вызваны тепловыми деформациями станка при высокоточных работах станок предварительно прогревают на холостом ходу в течение 2...3 часов, после чего приступают к работе. При выполнении элемен­тов станка из композиционных материалов в процессе их изготов­ления прокладываются дренажные трубопроводы по которым в про­цессе работы станка циркулирует охлаждающая жидкость.

Тепловые деформации инструмента являются доминирующими в тепловых деформациях всей технологической системы, посколь­ку в процессе работы резцы непосредственно контактируют с зо­ной резания и нагреваются до высоких температур, что ведёт к значительным линейным деформациям, а следовательно и к погреш­ностям обработки.

В процессе работы нагрев резца происходит в течение 20…25 минут (рис.14, поз. 1), после чего наступает тепловое рав­новесие.

Чем выше твёрдость обрабатываемого материала, больше вы­лет и меньше поперечное сечение державки резца, тем больше его удлинение.

При работе по методу автоматического получения размеров до наступления теплового равновесия удлинение резца вызывает погрешность размеров обрабатываемых заготовок.

Если резец работает с перерывами (рис. 14, поз. 2),то происходит чередование нагрева, и охлаждения резца, в результа­те общее удлинение резца и температурные погрешности обработ­ки значительно снижаются.

При использовании резцов с державками, выполненными из композиционных материалов их нагрев и линейные деформации значительно ниже, чем при точении резцами с цельнометалличес­кими державками, рис. 14, поз. 3.

Погрешности обработки, связанные с тепловыми деформация­ми заготовки.

Рис.16. Распределение температуры в обрабатываемой заго­товке и её форма

после обработки.

При механической обработке часть тепла, выделяемая в зоне резания идёт на нагрев заготовки, в результате чего она изменя­ет свои размеры, что ведёт к появлению систематической погреш­ности обработки. Наибольшая погрешность обработки имеет место при обработке тонкостенных заготовок, я также заготовок, имею­щих переменное поперечное сечение.

Нагревание заготовок зависит от вида обрабатываемого ма­териала, режимов резания и времени теплового воздействия на обрабатываемую заготовку. Чем меньше время теплового воздей­ствия, тем меньше температура заготовки, а следовательно и ее деформация.

В ряде случаев погрешности, связанные с тепловым нагревом заготовок могут быть соизмеримы с допусками на обработку. В таких случаях необходимо использовать обильное охлаждение зо­ны резания или изменять режимы обработки.