Погрешности обработки, вызванные температурными деформациями технологической системы

Как правило, при обработке заготовок выделяется большое количество тепла в зоне резания и различных механизмах станка, что приводит к нагреву элементов технологической системы. В результате инструмент, заготовка, приспособление и некоторые части станка подвергаются температурным деформациям, которые нарушают правильность их положения и приводят к образованию погрешностей обработки. Так, тепловые деформации резца при точении приводят к удлинению державки (увеличению размера 1_Л), а, следовательно, к смещению режущих кромок и образованию погрешности формы обработанной цилиндрической поверхности (рис. 4.4).

Температурные деформации элемента технологической системы зависят от количества теплоты, поступающей в этот элемент, его формы, массы, удельной теплоемкости материала элемента и других факторов. При равномерном нагреве заготовки или инструмента простой геометрической формы их температурные деформации А_т могут быть рассчитаны по известной зависимости:

Рис. 4.4. Схема формирования отклонения от цилиндричности наружной поверхности заготовки вследствие удлинения державки резца из-за температурных деформаций

где, а — коэффициент линейного расширения материала заготовки или инструмента; Ь_А — рассматриваемый размер инструмента или заготовки (вылет инструмента из резца держателя, диаметр, длина или высота заготовки и др.); АТ — изменение температуры нагрева инструмента или заготовки за рассматриваемый период времени.

Наиболее существенными температурные деформации оказываются у тонкостенных заготовок, которые, как правило, больше нагреваются в процессе обработки. Погрешности обработки массивных заготовок от их температурных деформаций обычно невелики и ими часто пренебрегают.

Пример 4.6.

Оценим тепловые деформации державки резца, приводящие к погрешностям формы наружной цилиндрической поверхности заготовки при точении (см. рис. 4.4).

Изменение температуры нагрева державки за время обработки одной заготовки АТ = 50 °C, коэффициент линейного расширения материала державки а = = 1,2 • 10 ⁵1/°С, вылет инструмента из резцедержателя Ь_л = 40 мм.

В начале обработки заготовки размер Ь_л минимален, в процессе резания инструмент нагревается, и в конце рабочего хода размер ?_я вследствие тепловых деформаций резца имеет максимальное значение. Тогда в соответствии с уравнением (4.4) можно определить, что.

На финишных технологических операциях погрешности обработки, вызванные тепловыми деформациями заготовки, могут быть доминирующими вследствие незначительных колебаний припусков, а, следовательно, сил резания и упругих деформаций элементов технологической системы.

Пример 4.7.

На внутришлифовальном станке-автомате обрабатываются заготовки втулок. Сначала обрабатывается центральное отверстие заготовки, затем шлифуется свободный торец. При шлифовании торца выдерживается требуемая длина втулки 1_Л = 80 ± 0,03 мм. За время обработки отверстия заготовка нагревается на АТ = 40° С и увеличивается в размерах. Определите погрешность обработки длины втулки из-за ее температурных деформаций, если коэффициент линейного расширения материала втулки, а = 10 ⁵1/°С.

Используя формулу (4.4), получим:

Как видим, погрешность обработки Д_т составляет более половины допуска T_L = 0,06 мм на длину втулки.

Для снижения погрешностей обработки из-за температурных деформаций необходимо использовать эффективное охлаждение обрабатываемых заготовок, поддерживать колебания температуры воздуха в цехе в узких пределах, прогревать станки на холостом ходу до начала работы, охлаждать заготовки перед выполнением чистовых технологических переходов, учитывать температурные деформации технологической системы при настройке станка на выполняемый размер (или размеры), сокращать перерывы в работе технологических систем.

В большинстве случаев точный учет влияния температурных деформаций технологической системы на точность обработки невозможен из-за сложности тепловых и деформационных процессов. Поэтому часто погрешность от температурных деформаций принимают 10—40% от суммы остальных погрешностей обработки, причем большие значения рекомендуется брать для финишной лезвийной или абразивной обработки.