Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЖЁСТКОСТИ ТОКАРНОГО СТАНКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ МЕТОДОМ

Цель работы

Освоить производственный метод определения коэффициента жёсткости токарного станка.

 

Задание

- ознакомиться с производственным методом определения коэффициента жёсткости;

- изучить устройство лабораторной установки и методику проведения измерений;

- выполнить измерения согласно пункта 6.4;

- выполнить анализ результатов и составить заключение о возможности использования проверяемого оборудования.

 

Оборудование рабочего места.

Лабораторная установка включает:

- токарно-винторезный станок, модель 16К20;

- измерительную систему для определения радиальной составляющей силы резания.

Дополнительное оборудование:

- режущий инструмент (проходной резец);

- измерительный инструмент (микрометр, штангенциркуль).

 

Методика проведения работы

Общие положения

Производственный метод определения коэффициента жёсткости основан на имитации неравномерности припуска за счёт ступенчатого изменения размера обрабатываемой поверхности. Увеличение глубины резания приводит к росту упругой деформации и соответственно изменению размера поверхности.

В качестве заготовки можно использовать вал с тремя ступенями.

Эскиз заготовки с размерами, схемой установки и обработки показан на рис.6.1.

Рис.6.1. Эскиз схемы обработки (пояснения в тексте)

Первая ступень, диаметром D_о, служит для настройки режущего инструмента при обработке двух других ступеней (диаметры D1 и D2). При точении образуются два новых размера d1 и d2, что обусловлено различной упругой деформацией в направлении силы Р_у.

Значение коэффициента жёсткости (j) находится по формуле (6.1).

 

             j = (Py2 – Py1) / (У2 – У1),                                                  (6.1)

 

где Ру₁,Ру₂ – значение составляющей силы резания Ру при обработке второй и третьей ступени, Н; У₁,У₂ - деформация системы при обработке второй и третьей ступени, мм.

 

                  У1 = (d1 –D_о)/2          ; У2 = (d2 – D_о)/2,            (6.2)

 

где d₁, d₂, Dо – параметры заготовки по схеме рис.6.1.

 

Величина Ру может быть установлена двумя способами.

1. Методом косвенного измерения с помощью комплекта измерительной аппаратуры (тензостанция с прибором визуального контроля и др.).

2. Расчётным методом с использованием опытных (эмпирических) зависимостей (формула 6.3).

                                                                      (6.3)    

где t – глубина резания, мм; С_Pу – коэффициент, характеризующий условия процесса резания; Ху, Уу, Zу – показатели степени влияния режимов обработки; V - скорость резания, м/мин; S - продольная подача, мм/об; к_Pу – коэффициент, характеризующий отклонение условий обработки от стандартных.

        ; ; ,                                     (6.4)

 

где D₁, D₂ - параметры заготовки по схеме рис.6.1; n – частота вращения шпинделя,

При выполнении лабораторной работы используется заготовка из конструкционной стали (сталь 45). Обработка ведётся резцами проходными с пластинками твёрдого сплава (Т15К6) с главным углом в плане φ =45 °, передним углом γ =10 °, углом наклона главной режущей кромки λ =0 °, радиусом при вершине r = 2 мм.

Из справочных материалов можно принять Ху =0,9; Уу =0,6; Zу = - 0,3; С_Р = 2430; К_Ру = 1,0.

Оценка коэффициента жёсткости производственным методом при обработке ступенчатой заготовки сводится, таким образом, к измерению диаметров в двух сечениях до и после обработки и определению силы резания (Р_у) экспериментальным и расчётным методом.

Для исключения влияния переменной жёсткости заготовки на жёсткость системы в целом рекомендуется использовать ступенчатые заготовки с соотношением размеров ступеней l_i / D_о ≤0,5.

 

Измерение параметров

а) Установить в станке предварительно обточенную заготовку ступенчатой формы, изготовленную из стали 45. Перепад диаметров ступеней должен обеспечивать изменение глубины обработки от 0,5 до 2,0 мм.

 

б) Измерить микрометром диаметры ступеней заготовки и линейные размеры уступов (l _i). Занести результаты в табл.6.1.

 

в) Установить на ноль показания стрелки прибора регистрации измерительной системы. Задать режимы обработки. Рекомендуются следующие значения параметров:

- продольная подача (S) 0,1…0,2 мм / об;

- скорость резания (V) около 40 м/мин.

 

г)Включить привод станка. Подвести резец к диаметру D_о. Проточить за один проход ступени диаметра D1 и D2. Одновременно регистрировать показания прибора, измеряющего силу (Р_у). Результаты занести в табл.6.1 и табл.6.2.

 

д)Измерить микрометром диаметры d1 и d2 и занести данные в табл.6.1.

 

е) Выполнить расчёт коэффициента жёсткости:

- на основе замеров силы (Ру) (формула 6.1);

- на основе опытных зависимостей (формулы 6.3 и 6.4). Результаты занести в табл.6.2. [2]

 

Анализ результатов

                         

Данные замеров обрабатываемой заготовки

 

       Таблица 6.1

Размеры заготовки, мм					Деформация, мм
до обработки			после обработки		У1	У2
Dо	D1	D2	d1	d2

 

 

                                                                                                  Таблица 6.2

Данные по определению силы (Р_у) с использованием:

измерительной системы			опытных зависимостей
Ру1, Н	Ру2, Н	j, Н/мм	Ру1, Н	Ру2, Н	j, Н/мм

 

Сравнить полученные   данные  с   нормативными. Для токарного станка, находящегося в эксплуатации, [j] = 25 000 Н/мм.

 

 

Заключение.

Сделать вывод о возможностях использования оборудования и применимости методов определения силы резания (Ру) при оценке коэффициента жёсткости.

 

 

Контрольные вопросы

6.7.1. Чем отличаются понятия «жёсткость» и «коэффициент жёсткости»?

6.7.2. В чём сущность производственного метода определения коэффициента жёсткости?

6.7.3. Как влияют параметры режимов обработки на упругие деформации системы?