CC BY
31
МЕТ^ЛО^БРАВГОТК]
ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ
УДК 621.9.06
Зависимость шероховатости от глубины резания при точении
В. В. Юркевич, Н. А. Лепилина
В статье приводятся данные об метрологических измерениях детали, обработанной на токарном станке, при изменении глубины резания.
Ключевые слова: метрологические измерения, отклонение от прямолинейности, шероховатость.
Точность является важнейшей характеристикой современного станкостроения [1-2]. С повышением скоростей резания и нагрузок, с внедрением автоматизации все большее внимание уделяется обеспечению высокой точности механизмов, а следовательно, и обработки деталей. Непрерывно возрастающие требования к качеству и надежности продукции машиностроения выдвигают на первый план задачу создания металлообрабатывающих станков высокой точности.
По данным, опубликованным Токийским университетом, в последнее время была достигнута точность обработки 1 мкм для станков нормальной точности. Тенденция роста точности остается весьма устойчивой на протяжении более 60 лет и будет продолжаться далее. Одним из существенных факторов, влияющих на точность обработанной поверхности, является глубина резания, поэтому исследования в этой области актуальны.
Экспериментальные исследования проводились в условиях реального резания и в реальном времени на токарном станке ТВ-7 [3-8]. В качестве заготовки использовалась предварительно обработанная втулка из стали 35, которая крепилась на прецизионной оправке. Обработка производилась резцом с твердосплавной пластинкой Т15К6 с углами заточки ф = 45°, ф1 = 45°, у = 6°, а = 6°. Точение проводилось в режиме чистовой и грубой обработки, при этом частота вращения шпинделя п = 350 об/мин, глубина резания — £ = 0,35...1,48 мм, подача — 8 = 0,15 мм/об.
Испытания проводились с соблюдением трех основных требований: на реальном станке, при реальном резании заготовки и в реальном времени.
Заготовка перед проведением испытаний была обработана таким образом (рис. 1), что при одном проходе глубина резания составляла: на участке 3 £ = 0, 35 мм, на участке 2 £ = 1,02 мм, на участке 1 £ = 1,48 мм.
После обработки на станке контрольная деталь подверглась метрологическим измерениям. Для записи профилограмм использовался контурограф-профилограф ЬБ 120 (рис. 2), который обладает следующими характерными чертами:
• защита от температурных колебаний;
• использование специальных материалов;
• минимальное изменение геометрии при различных температурах;
• основание и вертикальная ось полностью изолированы от воздействия температуры;
• изменения внешней температуры окружающей среды минимально воздействуют на результаты замеров;
044,95 044,03 042,69
Участок 1 Участок 2 Участок 3
Рис. 1. Заготовка перед обработкой
Рис. 2. Контурограф-профилограф ЬБ 120
• движущиеся части, электроника имеют дополнительную изоляцию и защищены от нагрева от воздействия других компонентов;
• погрешность измерений 0,002 мкм.
Образцы профилограмм приведены на рис. 3-5 для различных участков обработки. Прибор ЬБ 120 позволяет снимать параметры шероховатости Яа, Я2 и Ятах. Из рассмотрения профилограмм можно сделать некоторые выводы. Кривые имеют чередующиеся выступы и впадины, соответствующие подаче резца й = 0,15 мм/об. Для различных продольных сечений, как это видно из рис. 3-5, шероховатость однотипна, а значения величины Яа для разных продольных сечений различаются десятыми или сотыми долями микрометра, что говорит о том, что шероховатость мало зависит от глубины резания.
На различных участках обработки заготовки шероховатость различается, что показано на рис. 6. На участке 3 она минимальная и составляет 2,64 мкм, а на участке 1 она максимальная и составляет 4,25 мкм. При этом до глубины резания £ = 1,0 мм шероховатость увеличивается сравнительно медленно, а после £ = 1,0 мм рост шероховатости резко увеличивается. Это является результатом того,
Рис. 3. Продольное сечение, участок 1
Рис. 4. Продольное сечение, участок 2
Рис. 5. Продольное сечение, участок 3
Ra, мкм ■ 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 . 0,5
0
0,2
0,4
0,6
1,0
1,4
t, мм
Рис. 6. Зависимость шероховатости Ra от глубины резания t
-20 -
0
20
40
Участок 1
Участок 2
Участок 3
мкм
Рис. 7. Профиль поверхности детали в продольном направлении
что вибрации с увеличением глубины резания возрастают.
На рис. 7 приведен профиль поверхности детали в продольном направлении, который был записан на координатно-измерительной машине Prismo navigator фирмы Zeiss. Из рисунка видно, что наиболее нестабильным является
участок 2, на котором видны резкие изменения волнистости, в то время как на участках 1 и 3 они значительно меньше. Было установлено, что отклонение от прямолинейности на разных участках разное: на участке 1 — 22 мкм; на участке 2 — 36 мкм; на участке 3 — 46 мкм. Таким образом, максимальное отклонение от
1
прямолинейности наблюдается на участке 3, а минимальное — на участке 1. Заготовка была закреплена одним концом в патроне, а другой конец опирался на центр задней бабки. Жесткость задней бабки намного меньше жесткости шпиндельной бабки, что и приводит к тому, что у задней бабки деформация детали будет больше, а следовательно, и отклонение будет больше.
Литература
1. Григорьев С. Н., Козочкин М. П., Сабиров Ф. С.
Проблемы технической диагностики станочного оборудования на современном этапе развития// Вестн. МГТУ «Станкин». 2010.№ 4. С. 27-36.
2. Юркевич В. В. Определение точности обработки на токарном станке// СТИН. 1999. № 4. С. 15-17.
3. Юркевич В. В. К вопросу точности токарной обработки станков // Вестн. машиностроения. 2004. № 2. С. 46-52.
4. Юркевич В. В. Исследование точности токарных станков методом построения виртуальной копии обрабатываемой поверхности // Вестн. машиностроения. 2006. № 12. С. 42-46.
5. Юркевич В. В. Испытания металлообрабатывающих станков. Saarbrucken, Germany, Lambert Akademie Publishing, 2012. S. 469.
6. Юркевич В. В. Испытания металлообрабатывающих станков методом измерения траекторий формообразования: учеб. пособие. М.: ГОУ ВПО «Станкин», 2011. С. 324.
7. Юркевич В. В., Схиртладзе А. Г., Борискин В. П. Жизненный цикл металлорежущих станков: мониторинг состояния. Ст. Оскол: ТНТ, 2014. 520 с.
8. Юркевич В. В. Испытание металлообрабатывающих станков: метод. ук. М.: Изд-во ИЦ МГТУ «Станкин», 2004. С. 124.
9. Козочкин М. П., Сабиров Ф. С. Виброакустическая диагностика шпиндельных узлов // СТИН. 2009. № 5. С. 8-12.
10. Козочкин М. П., Сабиров Ф. С. Аттрактивы при резании и перспективы их использования в диагностике // Измерительная техника. 2009. № 2. С. 37-41.
