pronikov_a_s_1994_t_1 (830969), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Жесткость и силовые смещения в станках Под жесткостью станков понимают их способность сопротивляться упругим деформациям при силовом нагружении. Жесткость 1 — отно- Рис. 6.10. Динамометр конструкции ЭНИМС для испытания жесткости токарных станков шение силы Р к соответствующему упругому смещению и: 1= Р/д. Величину, обратную жест- кости, 'называют податливостью: (6.9) в = 1/1= У/1'. По ГОСТ 7035 — 75 жесткость станка определяется как производная проекции нагружающих сил по перемещению узлов в одном и том же направлении. Жесткость станка или какой-либо системы рассматривают как векторную величину, численное значение которой имеет смысл лишь для определенного направления в каждой точке системы. Она оказывает решающее влияние на основные выходные показатели станков — точность и производительность, в том числе на качество обработанной поверхности, виброустойчивость, стойкость инструмента, долговечность конструкций.
Жесткость выступает и как критерий качества, и как критерий расчета размеров несущей системы станков, и с этих позиций ее роль в технологии машиностроения более значительна, чем прочности. С повышением жесткости производительность станков увеличивается благодаря повышению их виброустойчивости, предельных режимов резания, стойкости инструмента, снижения погрешности копирования. Влияние жесткости станка на точность обработки проявляется в процессе изменения действующих сил и изменения самой жесткости.
Экспериментально установлено, что жесткость станков одной и той же модели изменяется. Распределения аппроксимируются нормальным законом. Случайной величиной можно считать и радиальную жесткость шпиндельных узлов в функции угла поворота. Даже у серийно выпускаемых станков она может изменяться до 25 — 30%. Способы и средства измерения жесткости станков сводятся к измерению действующей силы и соответствующего упругого смещения в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации.
Силовое нагружение станка и регистрация силы осуществляются с помощью приборов, называемых динамометрами. Смещения измеряют индикаторами, миниметрами стандартной конструкции или с помощью измерительных преобразователей для более точных измерений или быстро протекающих процессов. Ф Различают статический, динамический и производственный методы измерения жесткости. Статический метод является основным, и его используют при проверке станков на жесткость. На рис. 6. 10 показан динамометр конструкции ЭНИМС для токарных станков. Корпус 1 динамометра крепят в резцедержателе. При вращении маховичка через червячную пару перемещается вдоль оси винт 2, который через П-образную пружину 3 нагружает оправку б под углом 30 .
Сила Р имитирует равнодействующую сил резания и измеряется пропорционально деформации П-образной пружины 3. Относительные смещения оправки и резцедержателя измеряют индикатором 4. Динамический метод измерения жесткости применяют при частотном анализе динамической системы станка: модуль амплитудно-фазовой частотной характеристики представляет собой динамическую податливость станка для соответствующей частоты возмущения (см. гл. 8). Станок при этом нагружается периодически изменяющейся силой на разных частотах. В принятой методике динамическая жесткость учитывает влияние сил трения. Производственный метод измерения жесткости сводится к обработке за один проход участков заготовки с разными припусками (обработка ступенчатого валика или валика с эксцентричным пояском). Изменение припуска вызовет соответствующее изменение сил резания и размера заготовки.
По изменению сил резания, определяемых расчетом, и размеров оставшихся ступеней обработанной заготовки определяют жесткость станков. При статическом методе исследования жесткости станок последовательно нагружают через равные интервалы и регистрируют соответствующие смещения. Затем через те же интервалы станок разгружают. В координатах сила— смещение строят график, который представляет собой характеристику силовых смещений (рис.
6.11) . При необходимости станок нагружают в двух противоположных направлениях (соответственно кривые 1 и 2).. Рекомендуется жесткость определять как среднее значение по разгрузочным ветвям Р1 и Р2 или после вторичной нагрузки (по кривым Р1', Р2'); 1~ = 1~~/У~ 12= г2/92. (6.10) Зависимость -(6.10) характеризует жесткость станка как некоторую постоянную величину, и в таком виде ее используют в технологических расчетах. Из-за наличия сил трения определенную экспериментально жесткость станка нужно Рис. 6.11.
Характеристика силовых смещений рассматривать как некоторую приближенную величину. Расстояние я, показанное на рис. 6.11, называют «разрывом характеристики», оно зависит от зазоров, сил трения и пластических деформаций. Площадь, ограниченная характеристикой силовых смещений, отражает работу сил трения и в меньшей степени потенциальную энергию остаточных сил упругости. Автоматизация исследований жесткости станков возможна с применением графопостроителя. Наклеенный на упругий элемент динамометра тензодатчик через усилитель подает электрический сигнал на графопостроитель и вызывает смещение по координате «сила».
Другой измерительный преобразователь вызывает смещения. по координате «смещение». В процессе нагрузки-разгрузки станка автоматически строится характеристика силовых смещений. Баланс жесткости станка составляется с целью оценки влияния отдельных узлов или деталей станка на относительные смещения инструмента и заготовки. Например, каждое слагаемое в формулах в табл. 6.5 определяет смещение соответственно передней опоры, задней опоры и вала в общем смещении переднего конца шпинделя. Жесткость станка зависит от собственных де- формаций деталей, воспринимающих нагрузку, и контактных деформаций в стыках.
Собственную жесткость деталей, как правило, можно представить в виде линейного элемента упругости, пренебрегая в первом приближении внутренним трением. Ее можно рассчитывать известными методами. В соответствии с видами деформации различают собственную жесткость растяжения-сжатия 1ь изгиба 12, кручения ~э и сдвига у4, значения которых зависят от физических параметров ° =ЕЛ/1 1 =ЕУС/13 у~ = 6У /1, ~ = 65/М, (6.11) где Е, 6 — модуль упругости первого и второго рода; У, У вЂ” осевой и полярный моменты инерции стержней соответственно; 5 — площадь поперечного сечения стержня; с, Й вЂ” коэффициенты, характеризующие соответственно способ закрепления стержня и форму поперечного сечения при сдвиге. Собственная жесткость деталей, как следует из уравнения (6.11), не зависит от предела прочности материала, а зависит только от модуля упругости материала, линейных размеров, формы сечения и способа закрепления.
Собственная жесткость деталей мало зависит и от термической обработки. (6.12) (6.14) (6.15) (6.13) Рис. 6.13. Характеристики контактных силовых смещений. Рис. 6.12. Связи элементов системы В расчетах используют зависимости для определения жесткости систем с последовательной 1,1 (рис. 6.12, а) и параллельной ~,~ (рис. 6.12, б,в) связями: Не следует последовательную связь отождествлять с последовательным расположением деталей. Например, в системе, приведенной на рис. 6.12, и, существует параллельная связь, и жесткость рассчитывают по формуле (6.13), а в шпиндельных узлах консоль, пролет и опоры шпинделя составляют систему звеньев с последовательной связью. Из выражения (6.12) следует, что жесткость станка ~, всегда меньше жесткости наиболее слабого звена 1 .
этого станка: 1, -1 Чем больше число звеньев п, определяющих жесткость станка, и больше отношение а= Д ., тем меньше удельный вес А, %, звена с максимальной жесткостью 1,„в общем балансе смещений: А = 100 (1 + аС), где С = Х ~1,„Я). Контактирование реальных деталей осуществляется по отдельным микровыступам, и фактическая площадь контакта очень мала по отношению к номинальной опорной поверхности.
Удельный вес контактных деформаций в шпиндельных узлах, консолях, суппортах достигает 50 — 90 %. Собственная деформация станин вертикально-фрезерных, координатно-расточных станков, приведенная к инструменту, составляет около 15 о~'. Различают контактные нормальные У, и тангенциальные У, смещения.
Соответствующие характеристики силовых смещений определяют эмпирически (рис. 6.13) где С, й„, т — коэффициенты и показатель степени, зависящие от геометрических параметров поверхностей, свойств материала, смазочного материала, характера нагружения; д,т — соответственно нормальные и тангеициальные напряжения в стыках. Для плоских стальных и чугунных стыков с отклонением от плоскости менее 1 мкм, шероховатостью поверхностей Ра=0,08...2,5 мкм при центральном повторном нагружении значения С и т рекомендуется брать из табл. 6.6. По формуле (6.14) определяют упругую составляющую У„, мкм, нормальных смещений (рис. 6.13, б). Смещения У„,, У„2, вызванные пластическими деформациями при первичном и вторичном нагружениях (кривые 1 и 2), здесь не учитываем.
Нормальное напряжение определяют как отношение нормальной силы Ф к номинальной опорной поверхности 5: д=й/5. 6.6. Значения величин С, т для расчета контактных нормальных силовых смещений Йа, мкм Вид обработки Материал заготовки 0,6 Финишное строгание Точение Шлифование >> » Притирка Шабрение >> 1,25 — 0,63 1,25 — 0,63 0,63 — 0,32 0,32 — 0,16 0,16 — 0,08 0,08 — 0,04 0,4 0,4 — 0,5 0,35 0,25 0,15 0,07 1,5 0,8 0,4 Сталь или чугун 0,5 5 — 10 12 — 18 24 — 36 Чугун и текстолит ПТ винипласт гетинакс кордонный капрон и полиамид-68 5,5 5,7 3,0 4,0 Шабрение >> 8 — 10 Обозна ч ение: г* — число пятен контакта на площади 25Х 25 мм~.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
