Упругие деформации. Станок, приспо­собление, режущий инструмент и деталь в процессе обработки представляют собой упругую систему, которую для краткости называют системой СПИД. Силы резания при обработке вызывают упругие деформации отдельных элемен­тов системы, упругие деформации в ме­стах соединений деталей механизмов, а также смещения в этих стыках.

Под жесткостью упругой системы понимают ее способность оказывать сопротивление деформирующему дейст­вию внешних сил. При отсутствии необ­ходимой жесткости под действием состав­ляющих силы резания система СПИД деформируется, что вызывает погреш­ности формы и размеров обработанной заготовки. Таким образом, точность обра­ботки в большой степени зависит от жесткости системы СПИД. В неменьшей степени от жесткости зависят условия резания без вибраций.

Если нагружать технологическую систему составляющей силы резания Ру (рис. 12.6) и измерять возникающие деформации у (деформацию детали ул, Деформацию элементов станка у„, дефор­мацию элементов приспособления улр, Деформацию инструмента //„), то можно установить некоторую, чаще всего нели­нейную зависимость Py = F(Y) дефор­мации элементов системы СПИД от силы нагружения (кривые 1 на рис. 12.7). В качестве критерия жесткости принято отношение приращения ДРу радиальной составляющей силы резания, направлен­
ной по нормали к обрабатываемой по­верхности, к приращению Ау отсчитан­ной в том же направлении деформации режущей кромки инструмента относи­тельно поверхности детали: = АРУ/Ау, Где J—в Н/м; АРу— в Н; At/ — в мм.

Для оценки жесткости в любой точке А кривой Py = F(Y) необходимо найти производную в данной точке Y' = JA = =DPg/Dy. Численно производная равна tg а, где а — угол наклона касательной к кривой в точке А.

Кривые разгрузки 2 чаще всего не совпадают с кривыми нагрузки 1, а пло­щадь, заключенная между ними, отра­жает работу сил трения.

Жесткость станка зависит от конст­руктивного исполнения, в частности от предварительного натяга отдельных ме­ханизмов, и от качества сборки. Для многих станков жесткость (или обратная ей величина — податливость) регламен­тирована требованиями стандарта.

В процессе обработки заготовки погрешности формы и пространственные отклонения при каждом последующем ходе инструмента будут уменьшаться. Отношение погрешности АЬ, полученной после обработки, к погрешности Да, имеющейся до обработки, называется коэффициентом уточнения KyT = Ab/Aa. Поскольку погрешности заготовки не исчезают полностью, а лишь уменьша­ются, можно говорить о копировании и наследовании погрешностей заготовки. Целесообразно на каждом последующем ходе сокращать размер снимаемого при­пуска. Чем выше жесткость станка, тем за меньшее число рабочих ходов может быть достигнута требуемая точность. Погрешности окончательно обработан­ной детали представляют собой совокуп­ность как остаточных погрешностей, так и погрешностей, возникающих при вы­полнении окончательных рабочих ходов инструмента.

Пример. Влияние упругих деформаций на точность обработки. Пусть в центрах обрабатывается вал (рис. 12.8). Жесткость передней и задней бабок 50 ООО Н/мм; жесткость детали при нагружении ее посере­дине 2000 Н/мм; сила Ру = 500 Н. При крайних положениях резца / и 3 силу Ри воспринимают задняя и передняя бабки, которые деформи­руются на величину у = 500/50 000 = 0,01 мм.

При среднем положении резца силу Ру воспри­нимает деталь, она деформируется на величину у2 = 500/2000 = 0,25 мм. В результате обраба­тываемая деталь будет иметь бочкообразность, равную 0,24 мм на одну сторону, или 0,48 мм на диаметр.

Станки с ЧПУ имеют в среднем на 40—50 % более высокую жесткость по сравнению с универсальными станками. Это обеспечивает их высокую точность, но вместе с тем при обработке детали возникают некоторые новые явления, которые не наблюдаются на обычных станках.

Обычно при определении упругих деформаций пользуются радиальной со­ставляющей силы Ру (см. рис. 12.6). При обработке цилиндрической поверхности радиальная составляющая отжимает резец от детали и является причиной погрешности. Осевая составляющая Рх Тоже вызывает упругую деформацию инструмента, но, действуя вдоль оси детали, дает незначительную погреш­ность. Если перейти к обработке криволи­нейного контура, то отжатие инструмента вызовет сила, действующая по нормали к поверхности обработки: на начальном участке обработки дуги окружности — сила Ру, на конечном участке — сила Рх. В этом случае для определения погреш­ности пользуются формулой AX = Px/jx, Где Jx — жесткость в осевом направлении.

При обработке криволинейного кон­тура непрерывно меняется и составляю­щая Рг. В частности, при обработке дуги окружности она непрерывно возрастает, и этот факт также необходимо учитывать.

Тепловые деформации и деформации от внутренних напряжений заготовок. Тепловые деформации возникают в результате действия трех факторов: выделения тепла двигателями, гидравли­ческой системой и движущимися частями (за счет трения) станка; образования тепла в процессе резания; непостоянства температуры помещения, в котором находится станок. Эти деформации весь­ма существенны. Заметим, что нагрев стального стержня длиной 1 м на 1 °С приводит к удлинению его на 11 мкм.

Тепловые деформации частей станка в начальный период работы протекают весьма интенсивно, затем их интенсив­ность уменьшается, и по истечении неко­торого времени величина реформации стабилизируется. Изменение взаимного положения рабочих органов станка зна - чительно влияет на точность обработ­ки, поэтому необходимо предусмотреть прогрев станка до начала обработки деталей.

Вторая практическая рекомендация: * при обработке деталей следует избегать продолжительных остановов и сохранять определенный ритм чередования работы и перерывов на смену заготовок.

Тепло, выделяемое в зоне резания, непосредственно воздействует на инстру­мент и заготовку, а через отходящую стружку — на элементы станка. Имеется много практических приемов снижения влияния температурных деформаций на точность обработки. Наиболее эффектив­ный — использование смазочно-охлаж - дающих жидкостей. После черновой обработки с интенсивным тепловыделе­нием чистовые рабочие ходы следует

Начинать не сразу, а после охлаждения заготовки. Обработка на многоцелевых станках, когда одновременно в работе находится несколько заготовок, должна быть построена по рациональной схеме с выдержкой времени на стабилизацию температуры. Высокоточные станки, предназначенные для обработки точных деталей, устанавливают в термоконстант­ных помещениях.

Заготовкам всегда присущи внутрен­ние напряжения. Они появляются в ре­зультате неравномерного охлаждения отдельных частей заготовок при литье, штамповке, ковке, сварке, термообра­ботке и обработке резанием. С течением времени внутренние напряжения посте­пенно выравниваются и уменьшаются, при этом заготовка деформируется. Особенно активно коробится заготовка в процессе обработки, когда снимаются поверхностные слои, имеющие наиболь­шие напряжения. Происходят перерас­пределение напряжений и деформация заготовки. Для уменьшения воздействия этих деформаций на окончательные ре­зультаты обработки черновые ходы необ­ходимо отделить от чистовых, так как именно во время чистового хода дости­гается требуемая чертежом точность размеров и геометрической формы де­тали. Для обеспечения высокой точности обработки между черновыми и чистовыми операциями следует выполнять естест­венное или искусственное старение.