Жорсткість технологічної системи- її здатність чинити опір дії деформуючих сил. Жорсткість технологічної системи (j) чисельно дорівнює відношенню нормальної складової сили різання Py до сумарного взаємного переміщення (y) леза інструмента і поверхні заготовки в напрямку нормалі до цієї поверхні (рис.4.23):
. (4.7)
Рисунок 4.23 – Жорсткість технологічної системи
Жорсткість технологічної системи при обробці вала в центрах на токарному верстаті (рис.4.24) знаходиться з рівняння:
,
де jсуп – жорсткість супорта, jп.б. - жорсткість передньої бабки, jз.б. - жорсткість задньої бабки, jдет - жорсткість деталі.
Рисунок 4.24 – Схема визначення жорсткості технологічної системи при обробці вала в центрах на токарному верстаті
При положенні різця в середній частині вала:
,
де E – модуль пружності матеріалу вала, d – діаметр вала.
При недостатній жорсткості деталі або бабок виникають похибки форми (рис.4.25):
Рисунок 4.25 - Похибки форми при обробці на токарному верстаті:
а,в - нежорстка деталь, б - нежорсткі бабки
Податливість технологічної системи(ω) – її властивість пружно деформуватись під дією зовнішніх сил, величина обернена до жорсткості:
. (4.8)
Методи експериментального визначення жорсткості системи ВПІД:
Статичний метод полягає у навантажуванні нерухомого верстата силами, які моделюють сили різання і визначенні при цьому переміщень вузлів верстата. Наприклад, жорсткість технологічної системи для випадку установленого на токарному верстаті вала в центрах визначається за допомогою динамометра, закріпленого в різцетримачі, та індикаторів, установлених біля центральної частини вала, задньої та передньої бабок (рис.4.26). За допомогою рукоятки поперечної подачі верстат поступово навантажують силою, а зміщення вузлів верстата реєструють індикаторами. За допомогою побудованого графіка зміщень (рис.4.27) визначають жорсткість системи (j) і сумарну величину зазорів у технологічній системі (yз):
жорсткість технологічної системи:,
жорсткість передньої бабки:,
жорсткість задньої бабки: ,
де Pmax – максимальне навантаження на динамометрі; ymax, yзбmax, yзбmax – покази індикаторів, установлених відповідно в центрі вала, на передньому і задньому центрах, які відповідають максимальному навантаженню.
Рисунок 4.26 – Визначення жорсткості технологічної системи, передньої бабки і задньої бабки токарного верстата
Рисунок 4.27 – Графік зміщень в технологічній системі (y) під дією навантаження (P)
За даними Маталіна А.А. [1] жорсткість токарних верстатів з висотою центрів 200 мм найчастіше дорівнює 10000-20000 Н/мм.
Динамічний метод полягає у обробці на верстаті ділянок заготовки з різними глибинами різання t1і t2 і визначення пружних відтискань інструмента на цих ділянках y1 і y2 (рис.4.28).
Рисунок 4.28 – Визначення жорсткості системи ВПІД динамічним методом
Жорсткість системи наближено знаходиться з рівняння (4.9):
,
де,
.
Динамічна похибка обробки(Δy) виникає внаслідок непостійності сили різання Py в технологічній системі з певною жорсткістю j (рис.4.29):
а
б
Рисунок 4.29 - Вплив точності заготовки на точність деталі при точінні: а – в поперечному перетині, б – в повздовжньому перетині
, (4.9)
де Δдет – похибка деталі, Δзаг – похибка заготовки,
- максимальна сила різання:,
- мінімальна сила різання:,
де λ, Cp, xp, yp - коефіцієнти що залежать від умов обробки, t – глибина різання, s – подача.
Уточнення(η) показує, у скільки разів точність деталі підвищується у порівнянні з точністю заготовки. Для одного переходу:
. (4.10)
Для кількох переходів:
, (4.11)
де n – кількість переходів, si – подача на i-му переході, ηі – уточнення на i-му переході.
Коефіцієнт зменшення похибокkу=1/η.
Шляхи зменшення динамічної похибки обробки:
1 Підвищення жорсткості системи ВПІД:
1.1 Вибір більш жорсткого верстата, своєчасний профілактичний ремонт верстата.
1.2 Підвищення жорсткості пристроїв та інструмента: зменшення вильоту інструмента, збільшення площі поперечного січення оправок, збільшення кількості кулачків в патронах і т.д.
1.3 Зменшення кількості ланок технологічної системи.
1.4 Підвищення якості виготовлення і складання деталей технологічної системи.
1.5 Правильний режим експлуатації верстатів.
2 Правильний вибір режимів різання, особливо подачі і кількості переходів (рис.4.30):
.
Рисунок 4.30 – Залежність подачі (So) від жорсткості технологічної системи (j) і заданого уточнення (h)
3 Підвищення точності заготовки.
4 Зменшення нерівномірності твердості оброблюваного матеріалу.
5 Вибір геометрії інструментів. Наприклад, збільшення головного кута у плані токарного різця призводить до зменшення сили різання Pу.
6 Контроль за спрацюванням інструмента (оскільки спрацьований інструмент переважно збільшує силу різання).
7 Застосування систем керування пружними деформаціями системи.