Основные теоретические положения.

Производственный метод испытания жесткости металлорежущих станков основан на принципе обработки заготовок с неравномерным припуском (переменной глубиной резания). Неравномерный припуск при обработке может быть получен за счет эксцентриситета заготовки, ее конусности или ступенчатости.

Для испытания жесткости токарных станков удобно использовать эксцентричную заготовку.

При обработке эксцентричной заготовки глубина резания за пол-оборота заготовки закономерно изменяется от до , что вызывает соответственное изменение силы резания, а значит и упругих перемещений технологической системы.

Величина упругих перемещений системы при обработке детали на токарном станке зависит от перемещений узлов станка, режущего инструмента и обрабатываемой детали , т. е. ,

откуда жесткость системы: .

Так как жесткость инструмента в радиальном направлении несоизмеримо велика по сравнению с жесткостью станка и обрабатываемой детали, то ее деформацию можно не учитывать при расчетах. Если для проведения испытания использовать заготовку, жесткость которой также значительно превышает жесткость станка, то деформацию заготовки тоже можно исключить из расчета.

Тогда: или .

Формула для определения жесткости станка при использовании производственного метода выводится на основании известных зависимостей теории резания:

.

Нормальная составляющая силы резания может быть выражена через тангенциальную составляющую силы резания , тогда

,где - коэффициент, характеризующий отношение и зависящий от геометрии резца, состояния режущей кромки и механических свойств обрабатываемого материала.

Определяя по формуле [1], получаем

,

где - коэффициент, зависящий от механических свойств обрабатываемого материала и угла резания.

Тогда: ,

подставив значение , получаем .

При обработке эксцентричной заготовки глубина резания изменяется от до (см. рис. 1) и соответственно изменению глубины резания изменяются и отжатия узлов станка от до .

Тогда: .

Обозначая - биение детали после обработки погрешность формы детали) в мм; - биение заготовки до обработки (погрешность заготовки) в мм, получаем:

или .

Отношение -принято называть уточнением , тогда

.

Таким образом, определение жесткости токарного станка производственным методом путем обработки эксцентричной заготовки практически сводится к измерению биения заготовки до и после обработки.

Коэффициенты и , входящие в формулу, определяются по нормативным материалам или на основании экспериментальных данных.

Подачу и скорость резания при опытах следует принимать такими, чтобы после проточки заготовки получить сравнительно чистую поверхность, обеспечивающую более точное измерение биения. В целях уменьшения влияния центробежных сил рекомендуется работать при скорости резания до 100 м/мин.

Биение заготовки до обработки для токарных станков с наибольшим диаметром обрабатываемого изделия 160…320 мм рекомендуется принимать не менее 4…6 мм. В этом случае биение детали после обработки достаточно велико и может быть измерено индикатором с ценой деления 0,01 мм.

Для испытания жесткости токарных станков производственным методом используется метод проф. В.А.Скрагана (рис. 2), который позволяет заменить обработку эксцентричной заготовки обработкой отдельных колец.

Жесткость оправки около 40 000 кгс/мм. Концентричные кольца 1(их три по длине оправки) шириной 10…15 мм насаживаются на эксцентричные кольца 2 и крепятся винтами 3. Первое кольцо служит для определения суммарной жесткости передней бабки и суппорта, второе кольцо - суммарной жесткости станка в середине обрабатываемой детали, а третье кольцо - суммарной жесткости суппорта и задней бабки.

Используя метод обработки эксцентричного кольца, можно не только определить жесткость при максимальном биении заготовки, но и построить графики «нагрузка-перемещение» (см. рис.3). Такие графики представляют большой интерес, так как характеризуют упругие деформации узлов станка не в статическом состоянии, а в процессе обработки заготовки.

График «нагрузка - перемещение» работающего станка можно построить, основываясь на том, что при обработке эксцентричной заготовки за один оборот оправки глубина резания изменяется постепенно, а пропорционально изменению глубины резания изменяются и составляющие силы резания.

Таким образом, величина биения заготовки по окружности характеризует величину силы резания, а величина соответствующих упругих деформаций узлов станка есть не что иное, как биение детали после обработки .

	Рис. 2. Оправка с кольцами-заготовками: 1, 2 и 4 – обрабатываемые сменные кольца; 3 – распорные втулки; 5 – стяжные болты; 6 – размерное кольцо; 7 – упругое кольцо; 8 – упорное кольцо; 9 – градуированное кольцо для фиксации углового положения оправки; 10 – эксцентрические кольца
		Рис. 3. График «нагрузка - перемещение»: 1 – нагрузочная кривая; 2 – разгрузочная кривая; 3 – усредненная прямая

Значение нормальной составляющей силы резания, соответствующее каждому положению заготовки, можно найти по уже известной формуле

,

где - биение заготовки в данном угловом положении.

Значит, если измерить биение заготовки в нескольких точках по окружности и в этих же точках измерить биение после обработки, то можно построить обе ветви графика «нагрузка - перемещение» (нагрузочную и разгрузочную).

Для возможности проведения этого эксперимента на одной из распорных втулок оправки имеется поворотная шкала, на которой нанесены деления.