ГЛАВА ШЕСТАЯ

ТОЧНОСТЬ И ЧИСТОТА ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ

I. ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ НА ТОКАРНОМ СТАНКЕ

1. ВЛИЯНИЕ ЖЕСТКОСТИ СИСТЕМЫ СТАНОК — ПРИСПОСОБЛЕНИЕ—ИНСТРУМЕНТ — ДЕТАЛЬ НА ТОЧНОСТЬ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ

Несмотря на высокое качество современных токарных станков и совершенство методов их использования, в процессе токарной обработки образуются погрешности, снижающие ее точность. Главным источником погрешностей токарной обработки является недостаточная жесткость системы станок — приспособление — инструмент — деталь, или сокращенно — системы СПИД. Погрешности от упругих деформаций системы СПИД составляют в отдельных случаях до 80% общей погрешности обработки.

Силы резания Рг, Ру и Рх действуют (фиг. 9) не только на резец, но и в обратном направлении — на деталь, причем основное влияние на деформации узлов и станка в целом оказывают составляющие силы резания Ру и Рх. Под действием этих сил, за счет отжатия передней и задней бабок, деталь отходит от резца. Одновременно резец отходит от детали за счет отжатия суппорта. В результате этих отжатий изменяется расстояние от оси детали до вершины резца, следовательно изменяется и размер детали.

На точность токарной обработки заметно влияют перемещения узлов станка только в направлении действия силы резания Ру, т. е. в направлении нормальном (перпендикулярном) к обрабатываемой поверхности. Если суммарные перемещения узлов станка в указанном направлении составляют 0,1 мм, то диаметр детали при наружной обработке увеличивается на 0,2 мм.

Способность узлов станка сопротивляться действию сил, стремящихся их деформировать, называется жесткостью.

Чем больше жесткость, тем меньше перемещение и поэтому меньше погрешности обработки от упругих деформаций. Хотя действие составляющей силы резания Рг на упругие деформации иногда велико, но основное значение (как правило) имеет сила Ру. Поэтому для упрощения расчетов жесткость численно определяется как отношение нормальной составляющей силы резания Ру к деформации у, отсчитываемой в направлении действия Той же силы Ру.

При этом условии жесткость выражается формулой

где j — жесткость узла станка в кгс/мм;

Рy— радиальная составляющая силы резания в кгс;

у — деформация узла станка, измеряемая в направлении действия силы резания Ру в мм.

Необходимо помнить, однако, что хотя жесткость и рассчитывается по одной составляющей Ру но испытание жесткости узла станка необходимо производить при действии не меньше чем двух составляющих силы резания: Ру и Pz, так как действие силы Pz в ряде случаев существенно изменяет характер и размеры деформации узлов станка.

Установлено, что жесткость узлов станков и станков в целом зависит главным образом от деформаций стыков между деталями узлов и в значительно меньшей степени — от деформации самих деталей.

Деформации узлов станка неодинаково отражаются на точности обработки.

Большое количество деталей суппорта и стыков их поверхностей, создающих подвижные и неподвижные соединения, приводит к сравнительно низкой его жесткости. Особое значение в данном случае имеет жесткость пары винт — гайка поперечных и верхних салазок.

Отжатие суппорта при равномерном припуске и твердости материала обрабатываемой детали постоянно при любом его положении на станине. Поэтому отжатие суппорта обусловливает погрешность размера обрабатываемой детали, но не влияет на ее форму.

Влияние на деформацию суппорта составляющей силы резания Ру обычно больше, чем составляющей Pz. Поэтому отжатие суппорта происходит так, как это показано на фиг. 119, а и вызывает при наружном обтачивании увеличение диаметра обрабатываемой поверхности. Возможно, однако, такое влияние сил Ру и Рг, при котором деформация суппорта при наружном обтачивании получает обратное направление (фиг. 119, 6), что ведет к уменьшению размера детали,

В последнем случае имеет место так называемая отрицательная жесткость, при которой сила резания Рy направлена в одну сторону, а деформация узла — в обратную сторону. Это явление, известное в практике под названием «затягивание» резца, часто приводит к поломкам резца и порче обрабатываемой детали.

Жесткость узла передней бабки зависит от жесткости шпинделя с подшипниками и от жесткости ее корпуса. Жесткость шпинделя с подшипником обусловливается как его собственной жесткостью, так и конструкцией подшипников. Подшипники качения, в особенности конические роликоподшипники, обеспечивают, как правило, большую жесткость в сравнении с подшипниками скольжения. Недостаточная жесткость корпуса бабки вызывается неудовлетворительным закреплением его на станине станка и деформациями его стенок.

Жесткость узла передней бабки в целом снижается деформациями центров, патронов и оправок, используемых для закрепления обрабатываемых деталей. Кроме недостаточной жесткости различных зажимных приспособлений, существенное значение имеют характер и качество соединения их со шпинделем станка.

На жесткость задней бабки наибольшее влияние оказывают вылет ее пиноли и конструкция заднего центра.

Отжатия передней и задней бабок вызывают не только погрешность размера обрабатываемой поверхности, но и отступление от заданной формы. В самом деле, при обработке детали в центрах (фиг. 120, а), когда резец находится в положении 1, сила резания действует только на заднюю бабку, в результате чего диаметр правого конца обрабатываемой детали получается больше должного. Это показано на фиг. 120, а, на которой пунктирными линиями изображена обрабатываемая деталь с формой и размерами, предусмотренными чертежом. Такие же результаты получатся и тогда, когда резец будет находиться в положении 3. В этот момент отжатие детали будет происходить только вследствие недостаточной жесткости передней бабки. Поэтому диаметр левого конца детали также получится больше требуемого.

В общем случае, вследствие разной жесткости задней и передней бабок получится различное увеличение диаметров детали. Деталь будет иметь форму, показанную на фиг. 120, а сплошной линией. Напомним, что одновременно с влиянием недостаточной жесткости бабок станка при перемещении резца из положения 1 в положение 3 деталь испытывала также влияние недостаточной жесткости суппорта, обусловившей более или менее равномерное увеличение диаметра детали на всей ее длине.

Если деталь обрабатывается в патроне, форма ее, обусловленная неже-сткостью передней бабки, получается подобной показанной на фиг. 120, б. Отметим, что на образование такой формы детали, кроме нежесткости передней бабки, существенно влияет обычно малая жесткость патрона и его закрепления на шпинделе станка.

Методы определения и нормы жесткости токарных станков установлены ГОСТ 7895 -56.

Для определения жесткости передней бабки в коническое гнездо шпинделя станка вставляется (фиг. 121) оправка 1.

В левом пазу резцедержателя закрепляется нагрузочное устройство 2.

В качестве устройства для нагружения могут быть использованы механизмы станка или специальные домкраты. Для измерения нагрузок применяются рабочие динамометры или специальные динамометрические устройства. К системе шпиндель — резцедержатель под углом 60° к направлению поперечной подачи прилагается плавно возрастающая сила Р, приложенная к точке А оправки на расстоянии Н от вертикальной стенки суппорта. Одновременно с помощью индикатора 4 измеряется относительное перемещение резцедержателя 3 и оправки 1 в радиальном направлении, параллельном направлению поперечной подачи.

За величину относительных перемещений резцедержателя и оправки принимается средняя арифметическая из результатов двух испытаний.

Таким же образом определяются относительные перемещения задней бабки, в пиноль которой вставляется оправка.

Диаметр оправки, расстояние от торца шпинделя и от торца задней бабки до точки приложения нагружающей силы, а также размер Н и величина силы Р выбираются для данного станка, в зависимости от наибольшего диаметра обрабатываемой на ней детали, — по таблицам, приведенным в ГОСТ 7895—56.

Значения допустимых перемещений резцедержателя при определении жесткости передней и задней бабок указаны в нижеприводимой таблице.

Наибольшие допустимые перемещения резцедержателя при определении жесткости токарных станков

Нормы жесткости систем передняя бабка — суппорт и задняя бабка — суппорт в направлении силы Р могут быть определены для данных условий по формулам:

для системы передняя бабка — суппорт

для системы задняя бабка — суппорт

Таким образом, норма жесткости в направлении силы Р системы передняя бабка — суппорт станка с наибольшим диаметром обрабатываемой детали 500 мм составляет

Жесткость станка зависит не только от конструкции и качества изготовления его деталей и их сборки, но и от систематической регулировки его в процессе эксплуатации.

Повышение жесткости крепления передней бабки к станине достигается тщательным пришабриванием опорной поверхности ее к станине. С этой же целью должно быть обеспечено плотное прилегание к корпусу нижних поверхностей головок болтов, прикрепляющих корпус к станине, а также достаточное усилие затяжки этих болтов. Жесткость узла шпиндель — подшипники скольжения повышается при правильной форме шеек шпинделя, а также наружной и внутренней поверхностей вкладышей подшипников. Жесткость подшипников с коническим разрезным вкладышем увеличивается, если в разрез его вложена распорная пластина.

Жесткость суппорта повышается тщательным шабрением направляющих поверхностей — продольных, поперечных и верхних салазок, клиньев, планок и других деталей подвижных стыков частей суппорта. Необходима также не менее тщательная регулировка этих стыков, пары винт — гайка поперечных и верхних салазок и, кроме того, осевых перемещений этих винтов. Наличие устройства для регулирования зазора в паре винт — гайка поперечных салазок суппорта станка обязательно. Следует учитывать при этом, что встречающееся иногда регулирование гайки посредством короткого клина вызывает перекос части ее и не достигает цели. При длинном клине эти перекосы отсутствуют и имеется возможность предварительного натяга.

Для повышения жесткости задней бабки следует работать с возможно меньшим вылетом пиноли. Закрепление пиноли в рабочем положении должно быть вполне надежным. Вылет центра должен быть также возможно меньшим.

Повышение жесткости закрепления патрона на шпинделе достигается при длинной посадочной поверхности рабочего конца шпинделя и качественной обработке как этой поверхности, так и соприкасающейся с ней поверхности патрона. Однако чрезмерное увеличение длины посадочной поверхности может вызвать понижение жесткости самого шпинделя.

Коническое гнездов шпинделе, а также хвостовики центров и шпиндельных оправок должны иметь правильную форму и высокое качество поверхностей.

Жесткость резца при наружном точении правильно выбранного и установленного обычно можно не учитывать. Жесткость расточного резца часто приходится учитывать, к для повышения ее следует вылет резца делать возможно меньшим, а сечение его возможно большим.

Если почему-либо не представляется возможным увеличить сечение резца (или державки для него) по всей его длине, следует делать сечение резца переменным с большими размерами у конца, противоположного головке. Необходимо наблюдать за надежностью закрепления резца в резцедержателе.

Жесткость детали в процессе ее обработки в значительной степени зависит от способов ее закрепления. В общем случае можно считать ориентировочно, что сама по себе жесткая деталь с отношением длины к диаметру меньше четырех получается достаточно жесткой и в случае ее обработки при закреплении в патроне. Если отношение длины детали к диаметру больше четырех, но меньше десяти, то необходима поддержка ее задним центром.

Если указанное отношение близко к десяти, иногда необходимо применение люнета. При отношении длины детали к диаметру больше десяти поддержка ее задним центром и применение люнета обязательны. Жесткость такой детали повышается при закреплении ее левого конца в патроне и при использовании неподвижного и подвижного люнетов.

2. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ СТАНКА, РЕЗЦА И ДЕТАЛИ НА ТОЧНОСТЬ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ

Кроме жесткости станка на точность обработки влияют его температурные деформации. В процессе работы станка передняя бабка нагревается теплотой, образующейся в подшипниках, муфтах и т. д., вследствие этого ось шпинделя смещается со своего первоначального положения. Величина и направление смещения шпинделя станка зависят не только от режима работы, но и от конструкции бабки, а также от способа закрепления ее на станине станка. С повышением числа оборотов шпинделя температура деформации возрастает и не параллельность оси шпинделя направляющим станины станка увеличивается. Опытом установлено, например, что для станка модели 1А62 указанная не параллельность в горизонтальной плоскости может составить, в зависимости от числа оборотов шпинделя, от 0,006до 0,025 мм на 300 мм длины.

При нагревании резца теплотой резания головка его удлиняется, вследствие чего диаметр обрабатываемой поверхности (при наружной обработке) уменьшается. Время и величина удлинения резца зависят от ряда условий: режима резания, сечения и вылета резца, материала обрабатываемой детали, охлаждения и пр. С увеличением скорости резания, глубины резания и подачи удлинение резца также увеличивается. Так, при одном из опытов по определению влияния нагрева резца оказалось, что удлинение резца, составившее 17 мк при скорости резания 44 м/мин, увеличилось до 25 мк при скорости резания 160 м/мин. При глубине резания 0,25 мм удлинение составило 12 мк, а при глубине резания 0,5 мм — 20 мк. При увеличении подачи от 0,1 мм!об до 0,3 мм/об удлинение возросло от 25 мк до 56 мк.

Исследование температурных деформаций обрабатываемой детали показывает, что при увеличении скорости резания и подачи температура детали понижается, а при увеличении глубины резания она повышается. Чем массивнее деталь, тем меньше температурные деформации.

3. ВЛИЯНИЕ ИЗНОСА РЕЗЦА НА ТОЧНОСТЬ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ

На точность обработки влияет также износ резца, измеренный в сечении, нормальном к обработанной поверхности, проходящем через вершину резца, т. е. износ равный r на фиг. 10, б.

В технологии машиностроения размерный износ резца принято выражать в зависимости от пройденного им пути в металле, т. е. от пути резания, определяемого по формуле

Размерный износ резца протекает неравномерно. В первый период его работы происходит так называемый первоначальный износ. На протяжении сравнительно малого пути резания износ достигает значительной величины.

Во второй период работы резца, когда он проходит наибольшую часть всего пути резания, происходит нормальный износ резца. Длина пути, пройденного за период нормального износа, колеблется в пределах от 8000 до 20 000 м и больше.

Третий период, когда происходит интенсивный износ, непродолжителен. На протяжении этого периода вершина резца разрушается, поэтому дальнейшее использование его при чистовых работах недопустимо.

Чем выше механические свойства материала обрабатываемой детали, тем больше износ резца, который в значительной степени зависит от его материала. При чистовой обработке стали наименьший относительный износ получается при использовании твердосплавного резца марки Т30К4 и Т60К6. Износ минералокерамических резцов значительно меньше износа резцов из твердого сплава.

II . ВИБРАЦИИ ПРИ ТОЧЕНИИ И БОРЬБА С НИМИ

1. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВИБРАЦИЙ

Вибрации, возникающие при токарной обработке, приводят к ухудшению чистоты обрабатываемых поверхностей, быстрому износу резца и нарушают регулировку станка. Причины возникновения вибраций хорошо изучены советскими учеными: проф. А. П. Соколовским, проф. А. И. Кашириным, Н. А. Дроздовым и др. Обычные причины вибраций следующие:

• 1) колебания, передаваемые через грунт, металлические конструкции междуэтажных перекрытии и т. д. данному станку от других вибрирующих станков;

• 2) колебания, вызываемые несбалансированностью частей станка или обрабатываемой детали; эта причина вибрации особенно существенна при высоких скоростях резания;

  

• 3) колебания, вызываемые некачественной обработкой или сборкой зубчатых колес, неудовлетворительной регулировкой зазоров в подшипниках и направляющих и другими неисправностями станка;

• 4) колебания, вызываемые прерывистостью процесса резания; следствием такой работы являются толчки, но при регулярном чередовании обрабатываемых участков и перерывов резания возможно появление вибраций;

• 5) колебания, возникающие в начале процесса резания и прекращающиеся при отводе резца. Такие колебания могут быть очень значительными при полном отсутствии действия причин, указанных выше. Это указывает, что причиной их является действие сил, возникающих в процессе резания.

Колебания, указанные в пунктах 1, 2, 3 и 4, возникают в результате действия внешних (по отношению к процессу резания) причин и называются вынужденными. Колебания, возникающие в результате действия силы резания (пункт 5), называются собственными.

Теоретическими исследованиями и опытами, выполненными советскими учеными, установлено, что частота (число в секунду) собственных колебаний зависит в основном от жесткости системы СПИД. Чем жестче система, тем выше частота колебаний, т. е. тем меньше вибраций. Интенсивность (сила) вибраций, измеряемая высотой волн (неровностей) на обработанной поверхности, зависит от следующих факторов.

• 1. От скорости резания. Увеличение скорости резания повышает интенсивность вибраций, достигающих наибольшего значения при скорости, обычно находящейся в границах 80-150м/мин; при дальнейшем увеличении скорости резания вибрации убывают. Следовательно, условия обработки при высоких скоростях резания более благоприятны с точки зрения предупреждения возникновения вибраций.

• 2. От глубины резания и подачи. Увеличение глубины резания (ширины среза) повышает интенсивность вибраций. Следует отметить, что изменение толщины среза меньше влияет на интенсивность вибраций, чем такое же изменение его ширины.

• 3. От геометрии резца. При уменьшении главного угла в плане интенсивность вибраций значительно возрастает, что объясняется увеличением ширины среза, уменьшением его толщины и неблагоприятным изменением величины радиальной силы резания. С возрастанием переднего угла (т. е. при уменьшении угла резания) интенсивность вибраций уменьшается. Резцы с отрицательными передними углами более склонны вызывать вибрации, чем резцы с положительными углами.

2. СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВИБРАЦИЙ

Вынужденные вибрации станка могут быть предупреждены следующими мероприятиями:

• 1) усилением фундамента станка, установленного в первом этаже, или междуэтажного перекрытия, если станок установлен во втором этаже и выше. В том и другом случае полезно между станком и фундаментом или перекрытием вводить упругие прокладки;

• 2) тщательной балансировкой вращающихся частей станка (в процессе его ремонта) и неуравновешенной обрабатываемой детали (с помощью дополнительных грузов, закрепляемых на патроне, на самой детали и т. д.);

• 3) устранением дефектов изготовления и сборки зубчатых колес станка. В ряде случаев оказывается достаточным некачественные колеса заменять новыми, тщательно изготовленными и установленными;

• 4) правильной сшивкой приводного ремня. Сшивка должна быть мягкой, не вызывающей толчков и ударов. Следует предпочитать склеивание ремня;

• 5) искусственным увеличением жесткости детали, обработка которой происходит с ударами, например, путем применения люнета;

  

• 6) применением резиновых, картонных или текстильных прокладок, закладываемых между кулачками патрона и закрепленной в них деталью. Если обработка производится с люнетом, необходимо, чтобы все кулачки его были плотно прижаты всей своей рабочей поверхностью к опирающейся на них поверхности детали.

  Собственные колебания (вибрации) в процессе резания предупреждаются в большей или меньшей мере следующими способами.

  1. Повышением жесткости системы СПИД. Кроме мероприятий, повышающих жесткость системы, указанных выше, с этой же целью следует регулировать силу нажатия заднего центра. Одновременно необходимо уменьшать вылет резца, увеличивать его поперечное сечение и т. д.

Расточной резец конструкции токаря-новатора К. В. Лакура, показанный на фиг. 12, а, более виброустойчив в сравнении с обычным резцом того же типа (фиг. 12, б). Из сопоставления этих резцов видно, что при обработке отверстий одинаковых диаметров резец, предложенный К. В. Лакуром, имеет большее поперечное сечение, чем обычный резец, что само по себе обеспечивает большую жесткость, а следовательно, и виброустойчивость.

Не меньшее значение имеет и то обстоятельство, что вершина резца К. В. Лакура расположена примерно на высоте оси поперечного сечения резца (фиг. 122, а), т. е. не как у обычного, вершина которого находится на высоте верхней точки сечения.

Из фиг. 122, а и б видно, что в то время как резец при вибрациях снимает более толстую стружку (срезая вершины волн, образовавшихся при предыдущем проходе), возросшая сила резания несколько отгибает резец. Вершина резца перемещается как бы по окружности, центр которой расположен где-то на оси резца. В результате нагрузки в первом случае вершина резца, опускаясь, будет отходить от обрабатываемой детали. Толщина стружки вследствие этого будет уменьшаться, вершина резца будет вновь подниматься и толщина стружки вновь увеличиваться. Таким образом, в процессе работы резца по фиг. 122, а непрерывно происходит как бы выравнивание толщины стружки, что способствует уменьшению вибраций. Перемещение вниз вершины обычного резца (фиг. 122, б) приводит к еще большему увеличению толщины стружки.

Опорная поверхность резца должна плотно прилегать к площадке резцедержателя станка. Если регулировка положения резца по высоте производится посредством подкладок, то следует применять одну толстую подкладку, а не несколько тонких.

• 2. Применением наиболее подходящего режима резания — повышением скорости резания или понижением ее, уменьшением глубины резания или увеличением подачи. При уменьшении скорости и глубины резания понижается производительность, что, конечно, нежелательно.

• 3. Применением резца с рациональной геометрией — с достаточно большим углом в плане и передним углом или со специальной заточкой и тщательной доводкой. Примером такой конструкции может служить резец с заточкой, предложенной токарем-новатором Д. И. Рыжковым. Сечение (в главной секущей плоскости) проходного отогнутого резца обычной конструкции со специальной заточкой показано на фиг. 123,а.

  

Если этот резец используется при обработке малоуглеродистых сталей марок Ст. О, Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Сталь 20Х и др., то угол у делается равным 20-25С. Для обработки конструкционных и инструментальных сталей, например марок 35, 40, 50,

60, У6, У7, У8, У10, 40X, ХВГ и др., следует применять резец с углом у, равным 0-20. При обтачивании деталей с пониженной жесткостью этот угол принимается в пределах от 25 до 35°.

Сечение (в главной секущей плоскости) проходного отогнутого резца В. А. Колесова, дополненного противовибрационной фаской, изображено на фиг. 123, б. Такой резец применяется при обработке с глубиной резания меньше одного миллиметра. Если глубина резания больше одного миллиметра, то безвибрационная обработка достигается при использовании резца по фиг. 123, а.

Резец с противовибрационной фаской должен быть установлен на высоте центровой линии станка с применением виброгасителей, особенно эффективных при некоторых скоростях резания, когда никакие из указанных выше способов не приводят к уничтожению вибраций.

Люнет-виброгаситель В. Г. Подпоркина, сходный по форме с обычным подвижным люнетом, показан на фиг. 124. Он имеет корпус 15 и плоское основание для закрепления. В утолщениях корпуса образованы четыре полости, три из которых (горизонтальная и две наклонных) являются рабочими цилиндрами, а четвертая (вертикальная) — нагрузочным цилиндром. Верхний наклонный цилиндр расположен под углом 20°, а нижний — под углом 10° к вертикальной плоскости. Оси рабочих цилиндров лежат в одной плоскости и пересекаются в одной точке, которая при установке виброгасителя на станке является центром поперечного сечения обрабатываемого вала 13.

В рабочих цилиндрах расположены поршни 21, на открытых концах которых смонтированы игольчатые ролики, являющиеся опорными кулачками. Ролики вращаются на осях, укрепленных в поршнях. Опыт применения люнета-виброгасителя показал, что шарикоподшипники совершенно непригодны для использования в качестве вращающихся опор кулачков люнета, так как их наружные кольца на участках между шариками прогибаются и быстро раскатываются, в результате чего становятся дополнительным источником вибраций.

Посредством штуцеров 9 и латунных трубок 11 рабочие цилиндры соединены с нагрузочным цилиндром, и вся система заполнена жидким маслом или тормозной жидкостью.

Внешние торцы рабочих цилиндров закрыты крышками 17 с паранитовыми прокладками. Утечка жидкости из рабочих цилиндров предотвращается резиновыми манжетами 20, которые прижаты к торцам поршней резьбовыми втулками 19.

В вертикальной полости цилиндра расположен нагрузочный цилиндр 22. В выточку той же полости вставлен стакан 7, который нижним торцом упирается в верхний торец нагрузочного цилиндра 22 и крепится к корпусу шестью винтами. В стакане находится нагрузочный поршень 3, к торцу которого прикреплена резиновая манжета 23 для предотвращения утечки жидкости из нагрузочного цилиндра. В полость нагрузочного поршня свободно вставлена спиральная пружина 8 и круглая гайка 4. Для предотвращения проворачивания поршня в цилиндре и гайки в поршне имеются два штифта, которые запрессованы в стенке поршня. Через гайку 4 проходит винт 5 с левой резьбой и насаженным на него маховичком 6. При вращении маховичка по часовой стрелке гайка 4 перемещается вниз и через пружину 8 нажимает на поршень 3. При этом жидкость, вытесняемая из нагрузочного цилиндра, перетекает по трубкам в рабочие цилиндры и вызывает перемещение рабочих поршней до соприкосновения их с поверхностью обрабатываемой детали. Дальнейшим вращением маховичка в системе создается необходимое рабочее давление 2-3 ати, при котором и производится обтачивание вала. Большее давление не повышает эффективное гашение вибрации. О величине давления судят по показаниям манометра 1. Отвод рабочих поршней осуществляется пружинами 16, которые одним концом упираются в головку неподвижного штока 18, а другим — в резьбовую втулку 19, ввинченную в поршень.

Для защиты от пыли и мелкой стружки роликов и рабочих цилиндров предусмотрены брезентовые защитные кожухи 14. Для выхода воздуха при первоначальном заполнении виброгасителя маслом у четырех цилиндров имеются отверстия 10, которые закрываются резьбовыми пробками.

Заполнение виброгасителя жидкостью производится через масленку 2 при исходном положении всех четырех поршней.

При черновом обтачивании ролик 12 перекатывается по обработанной поверхности вала. При чистовом обтачивании ролики закрываются съемными кулачками (в виде колпачков), в которых закреплены бруски из бакаута, бука, ленгиостропа или лигнофоля. Применение металлических брусков (чугун, бронза, баббит, твердые сплавы) не рекомендуется.

На фиг. 125, а показан общий вид виброгасителя конструкции Л. К. Кучмы. При перемещении ползунов 1 (фиг. 125, б) с помощью винтов 4 в корпусе виброгасителя сжимаются тарельчатые пружины 2 малой жесткости, которые при вибрации трутся одна о другую и благодаря этому гасят вибрации обрабатываемого вала. Сильные спиральные пружины 3 служат как бы буфером для тарельчатых пружин и предохраняют их от разрушения. При отсутствии вибраций ползун 1 может быть зафиксирован (фиг. 125, в) в требуемом положении поворотом рукоятки 5, которая закреплена на винте 7, стягивающем втулки 6 и 8.

Для создания нормальных условий процесса резания иногда оказывается достаточным устранить вибрации только резца, что достигается, например, посредством специального виброгасителя конструкции Д. И. Рыжкова.

Этот виброгаситель (фиг. 126, а) состоит из болта 1, втулки 2, пружины 3 и крышки 4. При достаточно большом поперечном сечении резца виброгаситель закрепляется на нем (фиг. 126, б) посредством болта 1, ввертываемого в резьбовое отверстие в резце.

Более универсальный способ закрепления виброгасителя на резце показан на фиг. 126, в. В этом случае болт 1 ввертывается в резьбовое отверстие, имеющееся в скобе 5, закрепленной на резце. На расточных резцах при растачивании отверстий длиной 60 - 120 мм виброгаситель можно устанавливать вблизи резцедержателя. При достаточно большом диаметре отверстий, в особенности глубоких, можно использовать два виброгасителя одновременно, располагая их (фиг. 126, г) на расточной скалке около резца.

Виброгаситель может быть установлен на резце как в вертикальном, так и в горизонтальном положении; лучшие результаты достигаются при вертикальной установке виброгасителя, сверху или снизу резца. При растачивании отверстий на проход виброгаситель рекомендуется располагать горизонтально, ввертывая его в торец расточной скалки со стороны шпинделя станка или около резца в боковую сторону скалки, противоположную той, на которой расположен резец.

Болт 1 виброгасителя ввертывается в резьбовое отверстие резца, скобы и т. д. легко от руки. Частота колебаний резца зависит от условий работы: вылета резца, свойств обрабатываемого материала, режима резания и других факторов. Поэтому для устранения вибрации резца необходима настройка виброгасителя. Эта настройка осуществляется ввертыванием или вывертыванием болта 1, вследствие чего изменяется величина натяга пружины 3.

Размеры, показанные на фиг. 126, а, относятся к виброгасителю, предназначенному для резцов с поперечным сечением стержня 16 X 25; 20 Х 20 и 20 X 30 мм2.

III. ЧИСТОТА ПОВЕРХНОСТИ

1. ОБРАЗОВАНИЕ ШЕРОХОВАТОСТЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ

На поверхности, обработанной токарным резцом, образуются неровности в виде винтового выступа и винтовой канавки, подобные резьбе (фиг. 127, а), вполне отчетливо заметные при крупной подаче и обнаруживаемые лишь при помощи специальных приборов, если подача невелика.

Такие неровности расположены в направлении подачи s и образуют поперечную шероховатость (фиг. 127, а), в отличие от продольной шероховатости, образуемой неровностями в направлении скорости резания v. Продольные неровности носят случайный характер (фиг. 127, б), если они получились, например, в процессе образования стружки надлома, или имеют профиль с правильными волнами (фиг. 127, в), если они являются результатом вибрации.

При токарной обработке наибольшее значение имеет поперечная шероховатость, и чистота поверхностей, обработанных на токарном станке, характеризуется главным образом формой и размером винтовых выступов, называемых обычно гребешками. Высота таких гребешков зависит в разной степени от очень многих факторов, участвующих в процессе резания и действующих в разных случаях различно, и поэтому не может быть определена расчетом, а находится лишь опытным путем.

2. ВЛИЯНИЕ ОБРАБАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ

Шероховатость поверхности зависит от обрабатываемого материала, его структуры, состояния его поверхностного слоя, деформации металла и прочих факторов, участвующих в процессе резания.

При обтачивании более вязких металлов, например малоуглеродистых сталей, шероховатость при прочих равных условиях получается больше, чем при обработке хрупких металлов, например чугуна.

Шероховатость поверхности уменьшается, если материал (сталь) подвергнуть термической обработке, что повышает однородность его структуры. Например, увеличение твердости углеродистой конструкционной стали марки 45 путем ее нормализации приводит к уменьшению шероховатости почти в два раза.

Наличие наклепа поверхностного слоя металла также способствует уменьшению шероховатости поверхности. Так, например, если толщина наклепанного слоя поверхности отверстия, обработанного зенкером, больше припуска на развертывание, то шероховатость развернутого отверстия получается очень небольшой.

В результате деформаций, возникающих в поверхностном слое металла в процессе резания, дно впадины и вершина выступа после прохода резца поднимаются. Соотношение разнохарактерных деформаций, возникающих при обработке любой поверхности, не остается постоянным, и поэтому на разных участках поверхности вершины выступов поднимаются больше, чем впадины, или наоборот. Это приводит к различной шероховатости поверхности в отдельных местах, т. е. к снижению ее качества.

3. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ

Шероховатость поверхности резко возрастает с увеличением подачи. Поэтому для уменьшения шероховатости следует уменьшать подачу, что, однако, может привести к снижению производительности обработки. Кроме того, следует учитывать, что в области малых подач уменьшение подачи незначительно сказывается на уменьшении шероховатости. Поэтому при чистовом обтачивании практически бесцельно уменьшать подачи ниже 0,15 - 0,05 мм/об.

Влияние глубины резания при обычном точении слабо сказывается на шероховатости и на практике во внимание не принимается. Лишь при очень малых стружках, когда глубина резания не превышает 0,02 - 0,04 мм, вследствие притупления режущей кромки резца он перестает нормально резать; возникающие при этом вибрации резко увеличивают шероховатость.

Зависимость шероховатости от скорости резания легко представить, если учесть явление нароста. При низких скоростях резания, когда нарост отсутствует, шероховатость незначительна. При скоростях резания порядка 20 -

30 м/мин, когда нарост достигает наибольшей величины, шероховатость возрастает. При дальнейшем повышении скорости резания явление нароста затихает, шероховатость уменьшается. Для значительной части углеродистых конструкционных сталей наибольшая шероховатость соответствует скорости резания 20 м/мин. У некоторых других сталей наибольшая шероховатость получается при меньших скоростях резания. При обработке чугуна и бронз увеличение скорости резания сопровождается небольшим уменьшением продольной шероховатости.

4. ВЛИЯНИЕ РАДИУСА ПРИ ВЕРШИНЕ, УГЛОВ В ПЛАНЕ, МАТЕРИАЛА И СОСТОЯНИЯ РЕЗЦА НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ

С увеличением радиуса при вершине резца шероховатость поверхности уменьшается. Эта зависимость наблюдается особенно резко в области малых радиусов (1 - 4 мм), но можно получить хорошие результаты и при работе резцами с радиусом 50 - 100 мм.

Углы в плане оказывают влияние на шероховатость поверхности лишь в том случае, если резец работает не только закругленной вершиной, но и прямолинейными участками главной и вспомогательной режущих кромок. С уменьшением вспомогательного угла в плане шероховатость уменьшается, причем в области малых углов более резко. Но практически, при Ф1 = 0, шероховатость поверхности все-таки остается. Кроме того, при Ф1 = 0 на величину шероховатости значительно влияет невозможность установки вспомогательной режущей кромки строго параллельно движению подачи. Тем не менее при очень малых углах в плане можно получить весьма чистую поверхность даже при. больших подачах. Главный угол в плане влияет на шероховатость поверхности аналогично вспомогательному. Широкие резцы даже при подачах 6 мм/об и более при чистовом точении дают весьма чистую поверхность — не ниже 7-го класса.

Материал резца влияет на чистоту обработанной поверхности. Резцами из твердых сплавов марок ВК6 и ВК8 очень трудно получить чистую поверхность при обработке вязких материалов, что объясняется склонностью этих сплавов к выкрашиванию. Применение твердых сплавов марок Т5К10, Т15К6 и др., а также быстрорежущих резцов позволяет улучшить чистоту поверхности.

Чистота обработанной поверхности зависит от качества доводки резца. Опыты ряда исследователей показали, что некачественность режущей кромки резца как следствие неудовлетворительной его доводки переносится на обработанную поверхность в увеличенном виде.

5. ВЛИЯНИЕ ПРОЧИХ ФАКТОРОВ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ

Значительное влияние на процесс образования неровностей поверхности оказывает применяемый при ее обработке состав охлаждающей жидкости. Наилучшие результаты получаются, если в охлаждающей жидкости содержатся минеральные масла и другие вещества, повышающие ее смазочные свойства.

На шероховатость обработанной поверхности влияют вибрации, возникающие в процессе резания. Особое значение в этом случае приобретают чрезмерные зазоры в направляющих суппорта и в подшипниках, неточности зубчатых передач станка, плохая балансировка его вращающихся частей, неже-сткость обрабатываемой детали, углы резца и его вылет и т. д. Все эти вредные явления при токарной обработке вызывают продольную шероховатость поверхности.

6. КЛАССИФИКАЦИЯ ЧИСТОТЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПО ГОСТ 2789—51 И ГОСТ 2789—59

Классификация чистоты поверхностей по ГОСТ 2789—51

ГОСТ 2789—51 в части, относящейся к классификации чистоты поверхностей, сохраняет силу до 1-го января 1962 г. Этот ГОСТ устанавливает следующие понятия и определения.

Под чистотой поверхности подразумевается размерная характеристика микронеровностей, обусловливающая ее шероховатость. Чистота поверхности определяется средним квадратичным отклонением микронеровностей Нск или их средней высотой Нср.

Среднее квадратичное отклонение микронеровностей Нск определяется как квадратный корень из среднего квадрата расстояний точек профиля поверхности до его средней линии, т. е. до линии, делящей профиль таким образом, что площади по обеим сторонам от этой линии до контура профиля равны между собой (фиг. 128).

Приближенно можно считать, что

Средняя высота микронеровностей Нср определяется как среднее арифметическое высот микронеровностей от гребня до дна впадины (фиг. 128). При определении Нср отдельные, явно выпадающие из ряда, значения высот неровностей не учитываются.

Таким образом.

Из числа 14 классов чистоты поверхности, установленных ГОСТ 2789—51, оценка поверхностей классов 1-4-4, 13 и 14 производится по Нср, а классов 5 - 12 — по Нск; оценка классов 5 - 12 допускается и по Нср.

При необходимости в особо мелкой градации степеней чистоты допускается разделение классов 6 - 14 на разряды, обозначаемые буквами а, б и в.

Значения Нск и Нср указаны в нижеприводимой таблице.

Числовые значения Нск и Нср в мк

Контроль чистоты поверхности при помощи измерительных приборов должен производиться в направлении, которое дает наибольшее значение Нск или Нср если в технических условиях на данное изделие не указано определенное направление измерения микронеровностей.

Длина, на которой производятся измерения Нск или Нср, должна охватывать не менее пяти гребней и должна быть:

Классификация чистоты поверхностей по ГОСТ 2789—59

ГОСТ 2789—59, срок введения которого в части классификации чистоты поверхности 1 января 1962 г., устанавливает следующие понятия и определения.

Шероховатость поверхности — это совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого выбирается в зависимости ст характера поверхности и равна базовой длине.

Примечания: 1. Неровности — выступы и впадины на обработанной поверхности.

• 2. Шаг неровностей — расстояние между вершинами характерных неровностей.

• 3. Базовая длина l — длина участка поверхности (фиг. 129), выбираемая для измерения шероховатости без учета других видов неровностей, имеющих шаг более I.

Шероховатость поверхности определяется средним арифметическим отклонением Ra или высотой неровностей Rz.

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra — среднее значение расстояний (у1 у2, . . . уп) точек профиля от его средней линии (фиг. 129)

Приближенно можно считать, что

Высота неровностей Rz — среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины пятью высшими и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии, параллельной средней линии (фиг. 129):

Из числа 14 принятых классов чистоты для классов 6 12 основной

является шкала Ra, а для классов 1-5, 13 и 14 — шкала Rz.

Наибольшие числовые значения шероховатости Ra и Rz при соответственных базовых длинах указаны в нижеприводимой таблице.

Наибольшие числовые значения Ra и R2

Классы 6-14 чистоты поверхности дополнительно разделяются на разряды, указанные в нижеприводимой таблице.

Числовые значения дополнительных разрядов чистоты

Измерение шероховатости поверхности должно производиться в направлении, которое дает наибольшее значение Ra и Rz, если не указано определенное направление измерения шероховатостей.