[Росдистант] Технология машиностроения.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.Росдистант ТГУ 2023г

Сдано в 2023году. Оценка 7,0 / 7,0

Лабораторная работа 3 «Влияние износа инструмента и тепловых деформаций технологической системы на точность размеров деталей» по курсу «Технология машиностроения»

Тема 5. Проектирование операции

Цель работы: изучить погрешности этапа непосредственной обработки заготовки от износа инструмента и от тепловых деформаций и провести обучающий физический эксперимент по определению влияния процесса резания на точность размеров деталей.

Задачи работы:

1. Исследовать погрешности установки от износа инструмента и от тепловых деформаций.

2. Провести эксперимент по точению.

1. Порядок запуска виртуальной лабораторной работы (ВЛР)

1. Получите доступ к виртуальному рабочему столу. Инструкция по доступу прилагается к заданию в курсе.

2. Откройте на виртуальном рабочем столе папку «Лабораторные работы», выберите папку ЕМАКЕТ, в ней запустите двойным щелчком программу eLabsClient.

3. В правой части экрана вы можете ознакомиться с руководством пользователя по интерфейсу программы.

4. В левой части экрана в списке доступных продуктов нажмите на блок «Технология машиностроения», чтобы развернуть список, и кликните по названию работы «Влияние износа инструмента и тепловых деформаций технологической системы на точность размеров деталей» для запуска. В появившемся окне нажмите кнопку «Запустить».

5. Подведите курсор к правому верхнему углу экрана – появится пиктограмма листка бумаги – это методическое пособие к лабораторной работе. Щелкните по ней, чтобы развернуть и ознакомиться.

Второй щелчок по этой пиктограмме свернет методическое пособие.

2. Управление ВЛР

В виртуальной лаборатории используются стандартные средства управления:

    Клавиши клавиатуры:

W – перемещение вперед;

S – перемещение назад;

A – перемещение влево;

D – перемещение вправо.

    Правая клавиша мыши

Для изменения направления взгляда (поворота головы) используется перемещение манипулятора мышь с нажатой правой клавишей.

Левая клавиша мыши

Для нажатия на объект, его перемещения, поворота и т. д. используется нажатие левой клавиши.

Для перемещения или вращения объекта необходимо выполнить нажатие на объекте левой клавишей и произвести перемещение манипулятора, не отпуская клавишу.

3. Краткая теория

Износ режущего инструмента происходит в результате высокого давления, температуры в зоне резания и скорости относительного перемещения контактных поверхностей инструмента и заготовки. Независимо от типа и назначения все инструменты изнашиваются по задней поверхности (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Схема влияния износа

инструмента на точность обработки

Площадка износа по задней поверхности, определяемая ее шириной , обусловливает появление размерного износа И в направлении, нормальном к обрабатываемой поверхности. Следствием этого является изменение настроечной глубины  и появление погрешности обработки И из-за износа режущего инструмента. В рассматриваемом случае она составляет на диаметр величину

 .   (3.1)

Рис. 3.2. Зависимость износа инструмента

от пути резания

Характерная кривая износа инструмента по задней поверхности в условиях работы, исключающих хрупкое разрушение инструмента, представлена на рис. 3.2.

В период начального износа (участок I) наблюдается наиболее интенсивный износ. В это время происходит приработка режущего лезвия. Начальный износ  и продолжительность работы  зависят от материалов инструмента и заготовки, режима резания и качества заточки инструмента.

На участке II нормального износа величина износа  пропорциональна пути резания . Интенсивность износа на этом участке принято оценивать относительным износом :

 .   (3.2)

Величина относительного износа зависит от условий выполнения процесса резания. В справочной литературе приведены данные по  (мкм/км) для различных видов и условий обработки резанием. Установлено, что существует оптимальное значение скорости резания, при которой величина  минимальна. Увеличение подачи приводит к существенному росту , увеличение глубины незначительно увеличивает . При повышении жесткости станка износ режущего инструмента заметно снижается.

Участок III катастрофического износа инструмента сопровождается выкрашиванием режущего лезвия и поломками инструмента вследствие ослабления режущего клина и роста усилий и температуры резания, действующих на инструмент.

Величина погрешности размерного износа инструмента на участке нормального износа может быть определена как

 ,   (3.3)

где L – длина пути резания в прогнозируемый момент, м. Применительно к точению длина пути

 ,   (3.4)

где d, l – диаметр и длина обрабатываемой заготовки соответственно, мм;   So – подача на оборот, мм/об.

Для того чтобы учесть в расчетах начальный износ инструмента, принято аппроксимировать кривую износа на участках I и II прямой с углом наклона  к оси абсцисс L. В этом случае величина погрешности

 ,   (3.5)

где Lдоп – дополнительный путь резания. Для заточенных инструментов принимают Lдоп = 1500 м, для доведенных Lдоп = 500 м и в среднем Lдоп = 1000 м.

Погрешность износа И является систематической, закономерно изменяющейся в период стойкости режущего инструмента.

Погрешность тепловых деформаций элементов технологической системы Т возникает при нагревании элементов в процессе работы. В общем случае эта погрешность может быть представлена в виде суммы составляющих:

 ,   (3.6)

где  – тепловые деформации станка, инструмента, заготовки в направлении выполняемого размера. Изменение взаимного расположения элементов системы, достигнутого при настройке на размер, вызывает погрешность размера обработанной детали (рис. 3.3) по сравнению с настроечным.

Рис. 3.3. Схема формирования погрешности тепловых деформаций при точении

Тепловые деформации станков Тс возникают в результате потерь на трение в подвижных механизмах, гидроприводах и электроустройствах, теплопередачи от охлаждающей жидкости и нагревания от внешних источников.

Тепловые деформации инструмента Ти, несмотря на относительно малое количество тепла, переходящего в него, могут составлять значительную величину. Так, при точении составляющая Ти является доминирующей. Конечную величину удлинения резца в условиях установившегося равновесия при непрерывной работе можно приближенно подсчитать по формуле

 ,   (3.7)

где С – постоянная (С = 4,5);   Lp – вылет резца, мм; F – площадь поперечного сечения державки резца, мм2; в – предел прочности материала заготовки на растяжение, кг/мм2; t – глубина резания, мм; S – подача на оборот, мм/об; V – скорость резания, м/мин.

Тепловые деформации заготовки Тзаг вызывают изменение ее геометрических параметров в процессе обработки. При равномерном нагревании изделия возникает погрешность размеров, а при местных нагревах – коробление, приводящее к образованию погрешности формы.

Тепловые деформации заготовок имеют существенное значение при изготовлении тонкостенных деталей и деталей с малой массой. Во время обработки массивных заготовок влияние их нагревания на точность обработки невелико.

Анализ зависимостей тепловых деформаций элементов технологической системы от времени обработки позволяет считать, что погрешность тепловых деформаций  имеет характер закономерно изменяющейся величины в нестационарном периоде теплового равновесия и характер постоянной величины в стационарном периоде, т. е.  – погрешность систематическая.

4. Порядок выполнения работы

Оборудование и инструменты, используемые для выполнения работы (рис. 3.4):

   верстак с заготовками и резцами – 1;

   токарный станок – 2;

   патрон токарный самоцентрирующий трехкулачковый;

   центр станочный вращающийся;

   токарные сборные резцы с механическим креплением твердосплавных пластин;

   стойка с индикаторной головкой – 3.

Рис. 3.4. Лабораторное оборудование

Ход работы

1. Измерить диаметр заготовки нажатием на штангенциркуль. Записать данные в табл. 3.3.

2. Установить заготовку в станок – производится нажатием на заготовку.

3. Произвести проход станка без резания – производится нажатием на заготовку в станке.

4. Успеть за время прохода зафиксировать биение заготовки и занести данные в табл. 3.3.

5. Произвести проход станка c резанием – производится повторным нажатием на заготовку.

6. Успеть за время прохода зафиксировать биение и размер заготовки и занести данные в табл. 3.3.

7. Заменить заготовку и резец и повторить операции 1–5.

8. Ответить на контрольные вопросы.

9. Оформить отчет согласно структуре, приведенной ниже, и прикрепить его в курс для проверки.

5. Контрольные вопросы

1. Из-за чего происходит износ режущего инструмента?

2. Что происходит в начальный период износа инструмента?

3. Что вы понимаете под относительным износом? От чего он зависит?

4. Чем отличается определение износа нового и уже приработанного инструмента?

5. Как можно уменьшить величину погрешности износа?

6. Объясните полученные экспериментальные зависимости.

7. Назовите составляющие погрешности тепловых деформаций технологической системы при механической обработке.

8. Как возникают тепловые деформации станков и чем это чревато?

9. От чего зависит величина температурных деформаций инструмента?

10. Как будет выглядеть зависимость удлинения резца от пути резания при работе с перерывами?

11. От чего зависят температурные деформации заготовок?

12. За счет чего можно обеспечить снижение погрешности тепловых деформаций элементов технологической системы?

6. Структура отчета о проделанной работе

1.   Титульный лист (стандартный, прикреплен в курсе).

2.   Цели и задачи работы (бланк).

3.   Схема установки и используемое оборудование (бланк).

4.   Заполненная табл. 3.3 (бланк выполнения лабораторной работы).

5.   Выводы о проделанной работе, сформулированные согласно цели и поставленным задачам.