Жесткость технологической системы СПИД

Силы резания, инерционные силы, возникающие при обработке на металлорежущих станках, передаются на упругую технологическую систему СПИД (станок, приспособление, режущий инструмент, обрабатываемая деталь), вызывая ее деформацию. Эта деформация складывается из деформации основных деталей системы, деформации стыков, а также деформаций соединительных деталей (болты, клинья и др.). Наибольшее влияние на величину упругих деформаций системы оказывают деформации стыков и соединительных деталей.

Способность упругой системы оказывать сопротивление действию сил, стремящихся ее деформировать, характеризует ее жесткость.

Перемещение звеньев упругой системы происходит в направлении действия сил и вызывает изменение взаимного расположения режущего лезвия инструмента и обрабатываемой детали, что приводит к возникновению погрешности обработки.

Упругие деформации системы СПИД являются определяющими с точки зрения точности обработки, так как погрешности, обусловленные ими, могут достигать 20-80% от суммарной погрешности изготовления. Кроме того, жесткость технологической системы оказывает большое влияние на виброустойчивость системы и на производительность механической обработки. При недостаточной жесткости технологической системы нельзя получить высокой точности и большой производительности обработки.

Наиболее существенное влияние на размер обрабатываемой детали оказывают перемещения звеньев СПИД в направлении, нормальном к обработанной поверхности, которые в основном обусловлены действием составляющей силы резания (рис.1). Жесткостью системы СПИД принято называть отношение радиальной составляющей силы резания, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности, к смещению лезвия инструмента относительно детали, отсчитываемому в том же направлении, при действии всех составляющих сил резания:

(1)

Рис.1

Как показали эксперименты, с изменением нагрузки жесткость несколько изменяется, и поэтому на практике определяют среднюю жесткость в диапазоне эксплуатационных нагрузок от нуля до .

Для упрощения технологических расчетов часто пользуются понятием податливости. Податливостью W называется величина, обратная жесткости, выраженная в мкм/кгс: .

Исключительно большое значение жесткости при механической обработке привело к разработке ряда методик расчета и экспериментальной проверки жесткости отдельных составляющих технологической системы.

Величина упругих перемещений системы Y_c при обработке детали на токарном станке зависит от перемещений узлов станка Y_ст, режущего инструмента Y_ин и обрабатываемой детали Y_д, т.е. , откуда жесткость системы .

Так как жесткость инструмента в радиальном направлении несоизмеримо велика по сравнению с жесткостью станка и обрабатываемой детали, то ее деформацию можно не учитывать при расчетах. Если для проведения испытания использовать заготовку, жесткость которой также значительно превышает жесткость станка, то деформацию заготовки тоже можно исключить из расчета. Тогда

или .

Формула для определения жесткости станка при использовании производственного метода выводится на основании известных зависимостей теории резания.

В формуле нормальная составляющая силы резания P_y может быть выражена через тангенциальную составляющую силы резания P_z, тогда

, (2)

где K_y – коэффициент, характеризующий отношение и зависящей от геометрии резца, состояние режущей кромки и механических свойств обрабатываемого материала.

Определяя P_z по формуле Челюсткина, получаем

, (3)

тогда

; , (4)

где C_p­ – коэффициент, зависящий от механических свойств обрабатываемого материала и отношения ; t – глубина резания в мм; S – подача в мм/об.