Погрешности обработки на фрезерных станках

Причины, вызывающие отклонения от форм и взаимного расположения поверхностей деталей, обработанных на фрезерных станках, связаны с: 

  1. неточностью станка;
  2. погрешностью установки заготовки (ориентации и закрепления);
  3. неточностью изготовления, установки, настройки и изнашивания фрез;
  4. упругими деформациями технологической системы;
  5. тепловыми деформациями;
  6. внутренними напряжениями в заготовке.

Перед выполнением обработки в целях предотвращения брака следует реально оценить значения возможных отклонений по каждому из шести перечисленных факторов и произвести сравнение ожидаемого результата с допустимыми отклонениями. В случаях выполнения обработки на фрезерных станках поверхностей заготовок с широкими полями допустимых отклонений, очевидно превосходящими максимально возможные погрешности  такой оперативный анализ не производится.

Станок, приспособление (установочно-крепежное), инструмент, деталь (заготовка) образуют замкнутую упругую систему тел, которую принято называть технологической системой (СПИД).

В процессе фрезерования возникает сила резания, которая действует через один элемент СПИД — инструмент — на все остальные элементы системы, стремясь скрутить, отжать, изогнуть, вдавить, зажать в той или иной мере каждый из элементов.

Жесткость — это способность тела или системы тел сопротивляться силе, проявляющейся при их деформации. Жесткость определяют из отношения действующей силы к деформации, ею вызванной.

При обработке резанием интерес представляют деформации, вызывающие погрешности форм н размеров заготовок. Исходя из этого, значение жесткости дает отклонение составляющей силы резания Ру, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности, к смещению заготовки в том же направлении у или инструмента в обратном направлении

J = Ру/у                        (51)

Так, если под дейсгвием составляющей Ру = 4900 Н заготовка отжимается от торцевой фрезы на 0,25 мм, то жесткость J = 4900/0,25 = 19 600 Н/мм. Это означает, что при приложении силы в 19 600 Н отжатие заготовки составляет 1 мм при данных условиях обработки.

Так как при изменении режима резания сила резания изменяется, а жесткость системы остается прежней, то меняется значение отжатия. Поэтому при определении погрешностей удобней пользоваться величиной, обратной жесткости, — податливостью ω, т. е.

ω=у/Ру                        (52)

Если жесткость 19 600 Н/мм, то податливость со т 1/19 600 = 0.05102 мм/кН=0,05 мкм/Н. Зная значение податливости, легко найти погрешность, вызванную отжатием. Допустим, что при чистовом фрезеровании плоскости торцевой фрезой составляющая силы резания Ру = 500 Н, а податливость заготовки — стола— консоли ω = 0,05мкм/Н. Тогда отжатние у= Руω = 500·0,05 = 25мкм. Такой будет погрешность размера по высоте обработанной заготовки.

В расчетах точности обработки учитывается жесткость системы, иначе говоря, ее податливость.

Целесообразно периодически осуществлять контроль жесткости станков и результаты отжатия иметь в виде справок на рабочих местах, если они выходят за пределы установленных норм жесткости.

В табл. Х.1 приведены нормы жесткости для вертикально-фрезерных станков с крестовым столом.

Учитывать тепловые деформации технологической системы в конкретных величинах при оперативном анализе погрешностей не представляется возможным. Однако при выполнении высокоточных обработок нх следует предотвращать, обеспечивая по возможности отвод теплоты из зоны резания. Это достигается с помощью СОЖ. Следует иметь в виду, что теплота при резании возникаете результате двух факторов:

  1. сильного трения между сдвигаемыми относительно друг друга частицами металла, ннзынаемая теплотой внутреннего трения;
  2. контактного трения поверхности фрезы о заготовку, стружки о фрезу и заготовку, называемая теплотой внешнего трения.

При работе фрезами из быстрорежущей стали теплота распределяется примерно так: 70—80 % уносится стружкой; 20—25 % затрачивается на нагрев фрезы; 4— 9 % — на нагрев заготовки; в окружающую среду уносится около 1 %. При работе твердосплавными фрезами количество теплоты, поглощаемое фрезой, уменьшается, количество теплоты, уносимое стружкой, увеличивается.

Таблица X.I. Нормы жесткости дли вертикально-фрезерных станков с крестовым столом

Ширина
стола В, мм

Степень
точности
станка*

Нагружающая
сила Р, Н

Наибольшее допустимое перемещение, мм

в горизонтальном
направлении

в вертикальном
направленни

250

Н

7850

0.32

0.36

П

6 200

0.20

0.22

320

Н

12 250

0.36

0.40

П

9800

0.22

0.25

400

Н

19 600

0.44

0,45

П

15 700

0.25

0.28

500

Н

14 500

0.45

0.60

П

19 600

0.28

0.32

630

Н

30 850

0.50

0.56

П

24 500

0.32

0.36

800

Н

41 200

0.56

0,6

П

32 800

0.36

0,40

1000

Н

54 000

0.63

0.71

П

44 100

0,40

0,45

Примечание. Допускаемые перемещения для станков с шириной стола до 500 мм являются рекомендуемыми.
* Н — нормальная точность; П — повышенная точность.

Внутренние напряжения — упругие силы, приходящиеся на единицу площади того или иного сечения заготовки, — могут быть различными по значению и направлению в разных частях заготовки.

 

Один потенциально работают на растяжение, другие — на сжатие. Эти силы находятся в уравновешенном состоянии в заготовке, они возникают не за счет приложения внешних сил, а вследствие таких процессов, как кристаллизация жидкого металла с различной скоростью охлаждения в одной отливке, неравномерная пластическая деформация металла при ковке или штамповке и т. д. Наибольшие внутренние напряжения достигаются в слое металла, примыкающем к поверхности заготовки (рис. Х.1, а).

Рис. Х.1. Размещение в направление внутренних упругих сил в чугунной отливке

В некоторых случаях значения внутренних напряжений могут достигать 100— 150 МПа и более. На рис. Х.1, а показана чугунная отливка плиты — подставки в ее сечении. Незаштрихованные площади сечения представляют собой слои чугуна с относительно значительными внутренними напряжениями, а стрелки показывают направление действия упругих сил, в данном примере растягивающих.

При обработке такой заготовки сверху и снизу даже при относительно равной глубине удаляемого слоя металла сверху будет снят слой со значительно большим сечением, чем снизу. Так как суммарное значение внутренних сил упругости выражается произведением напряжения на площадь сечения в зоне их действия, то равновесие этих сил будет нарушено. Значительная часть упругих сил в верхней зоне заготовки исчезнет, что приведет к короблению (изгибу) заготовки от больше сохранившихся упругих сил в ее нижней части (рис. Х.1, б).

Для того чтобы ослабить или почти исключить внутренние напряжения, приводящие к деорормированию изделий, прибегают к термической обработке заготовки (обычно это низкотемпературный отпуск).

Мерой предотвращения отклонений по цэорме и расположению поверхностей от деформаций под воздействием внутренних напряжений, возникающих при механической обработке резанием, является постепенное, разделенное некоторыми промежутками времени удаление слоя металла с поверхностей, подлежащих обработке. Вначале производится грубая предварительная обработка всех поверхностей заготовки, которые должны обрабатываться. Целью данной обработки является удаление с поверхности так называемой корки. Корка — это загрязненный, сильно окисленный, отбеленный или подкаленный слой металла, располагающий наибольшими внутренними напряжениями. В процессе этой операции фрезерование с наибольшей глубиной резания t.

Предварительная обработка начинается с фрезерования поверхностей, к которым предъявляются меньшие требования по точности и шероховатости, а заканчивается точными поверхностями с наибольшей площадью. Назначая промежутки времени между предварительной, получистовой и чистовой обработками, следует руководствоваться тем что равновесие сил, вызванное нарушением в распределении внутреи-них напряжений, наступает не сразу, а постепенно в течение некоторого времени. За относительно короткий период (от 2 до 3 сут) выявляются наибольшие деформации, затем идёт период медленного врастания деформирования и уравновешивания внутренних упругих сил.

Заранее определить значение таких деформации практически невозможно. Даже совершенно одинаковые заготовки (по форме, размерам, металлу, технологии первичного формообразования — литье, штамповка, поковка и т. д.) могут иметь значительные различия в распределении и значении внутренних напряжений.



 
 
Добавить предприятие
 


 
 
 
 
 
 
 
Тел.: (8552) 39-71-29
промышленные предприятия Условия использования материалов сайта Политика конфиденциальности
 
Создание сайта Вебцентр