Учет влияния температурных деформаций на взаимное положение заготовки и инструмента

Практически все действующие предприятия машиностроения были созданы в условиях государственной собственности. Государство обеспечивало плановые заказы на выпускаемую продукцию по утверждённым планам, но оно же создавало условия для их выполнения по части обеспечения ресурсами. В стабильных условиях деятельности основной задачей производства был выпуск продукции требуемого качества в заданные сроки. Для этого было достаточно иметь утверждённые стандартизованные формы технологической документации, и поддерживать требуемую технологическую точность оборудования по типовым методикам. Вся система управления, включая информационную базу и подготовку специалистов, создавалась для решения задач обеспечения требуемой точности.

По мере развития рыночных отношений и внедрения на предприятиях систем менеджмента качества, требования к управлению существенно изменились:

• — требуется оптимизировать не только загрузку рабочих мест в каждом плановом периоде, но и непосредственно режимы обработки;
• — требуется обеспечить дополнительные гарантии исключения брака;
• — требуется максимально снижать себестоимость выпускаемой продукции;
• — требуется вести учёт расхода ресурсов и трудозатрат по рабочим местам.

Таким образом, сами задачи управления становятся значительно более сложными. Кроме того, требуется принимать решения максимально оперативно, при этом с минимальными затратами. Чтобы обеспечить это, требуется не только повысить качество проектирования, но и наладить новый уровень управления в действующих технологических процессах, а также организовать постоянную подготовку и передачу технологической информации для автоматизированного планирования. Исходя из того, что результативность управления определяется глубиной моделирования содержания отдельных процессов деятельности, предложено в качестве базового объекта управления выбрать каждую отдельную операцию, выполняемую в режимах производственного задания на отдельном рабочем месте. В связи с этим типовые задачи информационного обеспечения на рабочих местах предлагается сформулировать в следующем виде: прогнозирование комплекса показателей точности производительности и экономичности обработки с учётом действительного текущего состояния технологических систем на рабочих местах.

В данной статье предлагается рассмотреть учет влияния температурных деформаций на взаимное положение заготовки и инструмента. Изменения температуры ТС порождают дополнительные пространственные относительные перемещения ее исполнительных поверхностей и, как следствие, добавочные слагаемые погрешности динамической настройки.

Основным источником образования тепла в ТС является механическая работа, затрачиваемая на резание, и работа, на преодоление сил трения, возникающих в стыках движущихся деталей станка. К этому добавляется тепло, образующееся в гидравлических и электрических системах станка и поступающее из окружающей среды, воздуха, расположенных поблизости других станков, нагревательных устройств, фундамента и т. д.

Перечисленные источники тепла оказывают различное влияние на точность обрабатываемых деталей. Тепло, образующееся в зоне резания в значительной степени уходит в стружку. Часть его уходит через режущий инструмент, меняя его температуру, а следовательно, размеры. Часть тепла удаляется в окружающую среду через обрабатываемую деталь. Тепло, образующееся от трения в станке, изменяет температуру его деталей и тем самым их относительное движение и положение при работе в станке. Все вместе взятое порождает температурные деформации ТС.

Для определения средней избыточной температуры корпуса или его отдельных стенок с учетом теплоотвода в сопрягаемые детали можно рассчитать по формуле:

.

где Vср — средняя избыточная температура корпуса; Q — количество тепла, образующегося в корпусе, Вт; F — площадь нагруженной поверхности корпуса, м2; б1 и б2 — коэффициенты теплопередачи, Вт/(м2.К); f — площадь соприкосновения с сопрягаемыми деталями, м2; u — периметр теплопроводящей поверхности сопряженных деталей, м; лкоэффициент теплопроводности, Вт/(м.К).

Деформация корпуса на участке, входящем в надлежащую размерную цепь ТС:

.

где h — расчетный размер, мм; б — коэффициент линейного расширения, 1/С; Vср — средневзвешенная температура стенки на расчетном участке, С.

Для подсчета линейных деформаций валов и ходовых винтов может быть использована формула:

.

где i — текущая координата измеряемой длины вала.

Все приведенные формулы пригодны для условий свободного расширения тел, и подсчитанные по ним величины температурных деформаций практически получаются отличными как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения.

Приведенные выше цифры показывают, что температурные деформации станков оказываются во многих случаях соизмеримыми с допусками на обрабатываемые детали. Температурные деформации режущих инструментов оказывают в ряде случаев существенное влияние на точность обрабатываемых деталей.

Опыты показали, что влияние переднего и заднего углов резца и радиуса скругления r значительно меньше, чем влияние режимов резания (V, s, t). Существенное влияние на удлинение резца оказывают величина его вылета, поперечное сечение и толщина пластинки твердого сплава. Сокращение вылета, увеличение сечения пластинки твердого сплава способствует сокращению удлинения. Это объясняется тем, что первые два мероприятия способствуют ускоренному отводу тепла, получаемое резцом, а последнее — сокращения количества тепла, отводимого в резец из-за меньшей теплопроводимости твердого сплава по сравнению с теплопроводностью материала резца. деформация токарный резец вал Температурные деформации обрабатываемых деталей оказывают во многих случаях решающее значение на получение требуемой точности. Количество тепла, переходящего в обрабатываемую деталь, зависит главным образом от режимов резания. У большинства обрабатываемых деталей производится постепенная обработка отдельных участков одной поверхности или одновременно нескольких поверхностей. Благодаря этому источник тепла, образующийся в зоне резания, непрерывно или с прерывами перемещается по обрабатываемой поверхности детали. Это обстоятельство вызывает неравномерный нагрев обрабатываемой детали и, как правило, изменение не только ее размеров, но и геометрической формы.

Происходит это оттого, что деталь, нагреваясь в процессе обработки, искажает свою форму из-за невозможности свободного расширения вследствие ее закрепления. Поэтому деталь обрабатывается в деформированном состоянии, приобретает погрешность вследствие деформаций во время охлаждения.

В результате рассмотренного явления получается искажение формы обрабатываемой детали, установленной между неподвижными центрами станка, либо закрепленной консольно, вызывает дополнительные деформации и также приводит к образованию погрешностей формы. Расчеты показывают, что температурные деформации деталей соизмеримы в ряде случаев с допусками на их обработку.