11. TUHOST TECHNOLOGICKÉ SOUSTAVY A PŘESNOST A KVALITA OBROBENÉHO POVRCHU

Transkript

1 11. TUHOST TECHNOLOGICKÉ SOUSTAVY A PŘESNOST A KVALITA OBROBENÉHO POVRCHU Po úsěšném a aktivním absolvování této KAPITOLY Budete umět: Vyjmenovat druhy odchylek ři obrábění Posat co zůsobují odchylky zaříčiněné rozměrovým ootřebením nástroje? Posat co zůsobují odchylky, které zůsobují uínací síly? Posat co zůsobují odchylky zůsobené změnami teloty? Posat co zůsobují odchylky zaříčiněné zatíţením stroje? Posat co zůsobují odchylky zaříčiněné neřesností výrobního stroje? Posat co zůsobují odchylky teoretické odchylky? Budete umět Budete schoni: Analyzovat a otaţmo eliminovat, oř. vyloučit odchylky, které vznikají ři obrábění. Budete schoni Čas ke studiu: 3,5 hodiny Výklad Přesností obrábění rozumíme stueň shodnosti obrobené součástky s výkresem součástky a technickými oţadavky. Konstruktér, který vychází z odmínek ráce stroje anebo řístroje, určí stueň řesnosti součástek a jejich vzájemnou olohu v montovaném celku. Přesnost součástek definují tolerance rozměrů a odchylky tvaru a vzájemné olohy. Technické moţnosti současné výroby jsou značné. Při realizaci technologického rocesu naroti tomu vznikají odchylky od zadaných rozměrů, které mají systematicky a náhodný charakter. Neřesnosti tvaru, rozměrů a olohy součástek můţeme charakterizovat takto: odchylky skutečných rozměrů od nominálních, které jsou definovány tolerancí, odchylky od srávného geometrického tvaru (ovalita, kuţelovitost aod.), odchylky vzájemné olohy součástek a montáţních jednotek (odchylky rovnoběţnosti, kolmosti, ). V reálných výrobních odmínkách závisí odchylky od mnoha činitelích, a roto není moţné vyrobit úlně stejné součástky ani v rozsahu několika kusů vyráběných za sebou. 1

2 11.1. Druhy odchylek a říčiny jejich vzniku Odchylky, které vznikají ři obrábění, můţeme rozdělit do několika skuin: 1. Teoretické odchylky jsou odchylky geometrického tvaru součástek od teoretického tvaru. Nař. ři soustruţení součástek tvarovým kotoučovými noţi, které nemají realizovanou korekci rofilu, vznikají modifikace rofilu a rozměrů. Při frézování ozubení modulovou kotoučovou frézou se modifikuje evolventní rofil zubů, rotoţe teoretický rofil latí jen ro určitý modul zubu. 2. Odchylky zaříčiněné neřesností výrobního stroje závisí od řesnosti ráce stroje. Moţno je sledovat bez zatíţení a ři zatíţení řeznou silou. Neřesnosti, které má stroj bez zatíţení, vylývají ze součtu neřesností jeho součástek a je moţné je změřit. Nař. častou chybou ři montáţi je odchylka souososti hrotů soustruhu a jeho lůţka. Při vzniku této chyby vzniká kuţelová součástka (obr. 11.1a). Tvořící římka (dráha hrotu noţe) je šikmá k ose obrobku. Pokud je tato odchylka v rovině kolmé na lůţko stroje, bude mít součástka rofil rotačního hyerboloidu (obr. 11.1b). Tvořící římka je mimoběţná k ose obrobku. Příčinou vzniku oválnosti součástky je házení vřetene stroje. Šatné vyváţení součástek stroje, říravku anebo olovýrobku má za říčinu vibrace soustavy obrábění a vznik hranatosti obrobku. Obr Tyické říady neřesnosti stroje a jejich vliv na tvar obrobku. A - nesouosost hrotů v základní rovině, b - nesouosost hrotů v rovině kolmé na lůžko stroje. 1 - rofil obrobku, 2 - dráha nože [1] 3. Odchylky zaříčiněné zatížením stroje vznikají roto, ţe technologická soustava se ůsobením řezných sil, uínacích sil a dalších faktorů ruţně deformuje. Tyto deformace vznikají vlivem vůli ve stykových sojeních stroje ruţnou deformací jeho částí, říravků, nástrojů a součástek. Pruţné deformace soustavy zůsobují roztyl rozměrů součástek v dávce a jsou základní říčinou vzniku vlnitosti. Charakteristickým říkladem ůsobení ruţných deformací je obrábění na bruskách. Přesto se broušení na nových strojích musí uskutečňovat vyjiskřením, tedy několikanásobným řechodem brusného kotouče o obrobené loše bez řísuvu. Velikost deformace závisí na schonosti součástek a uzlů odolávat ůsobícím silám a vyjadřuje ji tuhost. Tuhost ruţné technologické soustavy c, N.mm -1 je oměr řezné síly, které ůsobí ve směru kolmo na obrobenou lochu k osunutí hrotu nástroje: f c, y kde F je radiální síla, N, y - osunutí nástroje ve směru osy y, mm, Obrácená hodnota tuhosti vyjadřuje oddajnost ruţné soustavy w, mm.n -1. (11.1) 2

3 w y 1 y c F. Při známé tuhosti je otom velikost deformace moţné určit ze vztahu: F F.w. c (11.2) (11.3) Exerimentálně se dá stanovit velikost deformace technologické soustavy v rovozu odle obr Pokud ouţijeme dostatečně tuhý obrobek, jehoţ růběh můţeme roti deformaci stroje zanedbat, je moţné ři soustruţení identifikovat osunutí obrobku u koníku a vřeteníku. Obr Zkušební obrobek na stanovení tuhosti soustruhu [1] Soustruţí se krátké úseky obrobku se dvěma hloubkami řezu a 1 a a 2, ři ostatních konstantních řezných odmínkách ( f, vc konst.). Po obrobení se změří výška vzniknutého rozdílu ( d 1 d 2 ), který vznikl odtlačením suortu. Označme neřesnost olovýrobku D 1 D2 A neřesnost obrobené lochy s d 1 d 2 Při daných hodnotách 1 obrobku, tedy čím větší je tuhost stroje. Poměr (11.4) (11.5) a a a 2 bude hodnota D s tím menší, čím menší je odtlačení s (11.6) ukazuje, kolikrát se ři obrábění zmenšila neřesnost obrobku, nazýváme ho zřesnění. Při stejných řezných odmínkách a geometrii nástroje můţe být tento arametr mírou tuhosti stroje odle vztahu: 0,75 0,75 F F. CFc. a. f F. CFc ( D1 D2 ). f k, d1 d 2 (11.7) 3

4 0,75 z toho: k. C. f., F Fc kde F je oměr mezi F a CFz - konstanta. F z, (11.8) Příkladem vzniku odchylek geometrického tvaru je nedostatečná tuhost obrobku (obr. 11.3). Při unutí v hrotech nástroje vlivem růhybu obrobku odebírá víc materiálu ři hrotech jako ve středu. Obrobek bude mít soudkovitý tvar, řičemţ urostřed bude jeho růměr zvětšený o dvojnásobek osunutí osy hřídele (růhyb). Obr Neřesnosti zaříčiněné oddajností obrobk [1] a obrobek unutý mezi hroty b obrobek unutý ve sklíčidle Velikost deformace můţeme řibliţně určit jako růhyb nosníku, mm, uloţeného na dvou odorách a zatíţeného silou F. F l E. I, kde l - délka hřídele, mm, E - modul ruţnosti, MPa, 4. D I - moment setrvačnosti, mm 4 ; ro hřídele kruhového růřezu: I. 4 Dovolená odchylka od geometrického tvaru nemá řevýšit 1/5 tolerančního ole: 2., res. kde, 2 je tolerance, mm. Při obrábění hřídelí unutých ve sklíčidle anebo v ouzdře ůsobením síly (11.9) (11.10) (11.11) F můţe vzniknout odchylka odle obr. 11.2b. Tuhost olovýrobku se v tomto říadě zvětšuje řibliţováním ke sklíčidlu. Velikost růhybu můţeme určit tak, ţe obrobek ovaţujeme za vetknutý nosník: 4

5 F. 3. E. 3 l. I (11.12) Vliv síly F na růhyb můţeme zmenšit: - rozdělením oerace na hrubovací a dokončovací, kterou je třeba realizovat na řesnějším stroji, - - srávnou volbou geometrie noţe, nař. úhel nastavení hlavní řezné hrany zvětšit na 90º, a tím se výrazně zmenší síla F (řitom úměrně vzroste síla F, která nemá vliv na deformaci technologické soustavy). f 4. Odchylky zůsobené změnami teloty. Jejich říčinou jsou meteorologické odmínky (telota vzduchu v rovozu) a ohřev obrobku telem, které vzniká ři obrábění (obr. 11.4). Obr Telotní ole v obrobku ři soustružení a výsledný tvar obrobku o vychladnutí [1] Při ráci bez chlazení se válcový obrobek ohřívá axiálně ohyblivým zdrojem tela. Rychlost ohybu zdroje se rovná minutovému osuvu noţe. Při vcházení do záběru je obrobek a nástroj studený. Málo se teelně deformují. V druhé fázi se řed noţem ohybuje stabilní telotní ole, V této fázi nastává konstantní deformace obrobku a nástroje teelnou roztaţností. Velikost deformace závisí na rozměrech ohřívaných objektů a od střední teloty obrobku, res. nástroje, odle vztahu: l l.( ) d. a.( ), n. n n 0 0 Kde l n je velikost vyloţení noţe, mm, n - koeficient lineární telotní roztaţnosti materiálu nástroje, mm.ºc-1, n - střední telota vyloţené části noţe, ºC, d - růměr obrobku, mm, - koeficient lineární telotní roztaţnosti materiálu olovýrobku, mm.ºc-1, 0 - střední telota olovýrobku v růřezu roti hrotu noţe, ºC, - telota okolí, ºC. (11.13) 5

6 V třetí fázi se telo koncentruje na konci olovýrobku, a tím zvyšuje telotní deformaci nástroje i obrobku. Po vychladnutí se v tomto místě růměr obrobku zmenší. Střední telotu olovýrobku je moţné vyjádřit vztahem: Q, c.. V (11.14) kde Q je telo, J, c - měrné telo materiálu olovýrobku, J.kg -1.K -1, - hustota materiálu olovýrobku, kg.m -3, V - objem olovýrobku, m 3. Z rovozního hlediska třeba dodat, ţe rozměry obrobků se mají měřit aţ o vychladnutí, jinak se telotní roztaţnost zohledňuje ři komenzaci údajů měřidla. Při intenzivním chlazení zóny obrábění je moţné telotní deformace eliminovat. 5. Odchylky, které zůsobují uínací síly. Při uínání součástek se deformuje nejen obrobek, ale i ovrch součástí v místě kontaktu s uínacím elementem. Tyto odchylky se výrazně rojevují nař. ři uínání tenkostěnných ouzder, skříní, trubek aod. Vliv deformace tenkostěnného krouţku uínacími silami je na obr Obr Vliv ružné deformace tenkostěnného kroužku na geometrický tvar obrobené lochy [1] Jestliţe má otvor řed unutím srávný geometrický tvar (a), o unutí se krouţek zdeformuje (b). Po obrobení otvoru vznikne srávný kruhový rofil (c), ale o jeho odenutí se obrobek vrátí do ůvodního stavu a otvor je zdeformovaný. Je zajímavé, ţe tato odchylka se nedá odhalit dvoubodovým měřením (v kaţdém směru naměříme stejný růměr). Deformaci krouţku můţeme zbránit uínáním o celém obvodě (vícebodové sklíčidlo, ouzdro). Při soustruţení mezi hroty a ohonu obrobku od unášecího srdce (obr. 11.6), se bude ekvivalentní síla zvětšovat v růběhu jedné otáčky o hodnotu: FC. r l Fc.cos., x (11.15) kde F C je hlavní řezná síla, N, r - oloměr obráběné lochy, mm, 6

7 - oloměr, na kterém ůsobí alec unášeče, mm, x - vzdálenost mezi noţem a levým čelem obrobku, mm. Obr Schéma uevnění obrobku unášečem. Fu - uínací síla [1] Při řemístění noţe od koníka k vřeteníku a změně úhlu mezi silami Proto se bude tvar hotového obrobku odlišovat od válce (obr. 11.7). Fny a Fn se bude F měnit. Obr Konečný tvar obrobku o soustružení mezi hroty [1] Obrobek má větší růměr v místě koníku (d 1 ), rotoţe osunutí koníku je větší jako vřeteníku. V důsledku ostuného růhybu je jeho rofil deformovaný na soudkovitý. Při uínači se vytváří srdcovka. Při uínání do sklíčidla je situace ještě sloţitější (obr ). Tuhost sklíčidla je vyšší jako koníku, ale jednotlivé čelisti mají rozdílnou oddajnost. Při měření kruhovitosti obrobku ři unutí minimální uínací silou F bylo identifikováno osunutí osy obrobku, které odovídá házení u vřetene (sklíčidla) ( e ). Při zvětšení uínací síly byl naměřený deformovaný trojúhelníkový rofil osunutý o házení. Lze vidět rozdíly v oddajnosti jednotlivých čelistí. 7

8 Obr Profil obrobku v blízkosti tříčelisťového sklíčidla [1] Velikost odchylky závisí na velikosti uínací síly, roto má její hodnota velký význam. Skutečný tvar obrobku je v tomto říadě na obr Obr Tvar obrobku soustruženého ři unutí ve sklíčidle [1] Lze vidět, ţe tuhost technologické soustavy má výrazný vliv na řesnost obrobku. Můţeme konstatovat, ţe od tuhosti technologické soustavy závisí i roduktivita obrábění. Při nedostatečné tuhosti soustavy je otřebné uravit řezné odmínky a zvětšit očet dokončovacích řechodů. Podobně je moţné identifikovat geometrické odchylky u dalších tyů obráběcích strojů (frézka, brusky, ). Při jejich hodnocení je otřebné vycházet z konkrétní konstrukce obráběcího stroje. 6. Odchylky zaříčiněné rozměrovým ootřebením nástroje. Úbytkem hrotu nástroje vlivem rozměrového ootřebení KVy se nař. ři soustruţení vnější válcové lochy růměr obrobku zvětšuje a vnitřní zmenšuje. Uţ v rvních fázích obrábění nastává modifikace hrotu nástroje vlivem úbytku materiálu od ůvodní řezné hrany v místě, kde končí kontakt hlavní řezné hrany s obráběnou lochou. Konečný rofil ootřebeného nástroje má vlnitou řeznou hranu, která je radiálně osunutá. Vznikem hřebínků na hrotě nástroje se mění i kvalita obrobeného ovrchu, rotoţe v jisté fázi dochází k zahlazování nerovností ootřebeného ovrchu. Na obr jsou znázorněné fáze rozměrového ootřebení hrotu nástroje v daném říadě v růběhu 32 min obrábění. S 8

9 Obr Postuné zvětšování rozměrového ootřebení soustružnického nože v závislosti na čase obrábění [1] Při uvaţování jen rozměrového ootřebení nástroje se rozměr obráběné součástky změní o hodnotu: d 2. KV 2. VS. tg. (11.16) Rozměrové ootřebení se dá určit: - výočtem ze šířky ootřebení v místě hrotu nástroje (VS ), - měřením kuţelovitosti obrobku, - měřením rozměru nástroje v zadní rovině. Při určování rozměrového ootřebení měřením kuţelovitosti obrobku se ouţije zkušební obrobek, uravený odle obr Obr Tvar obrobku na zkoušky rozměrového ootřebení. Hřídel soustruţíme mezi hroty bez řestavení nástroje na nákruţcích A a B. Potom ři určité hloubce řezu a osoustruţíme část hřídele mezi záichy M a N. V záichu N osuv vyneme a hřídel a nástroj necháme vychladnout. Potom bez změny nastavení noţe osoustruţíme úsek F za ředokladu, ţe telotní deformace částí A, B, E a F je stejná, dostaneme: DF DE 2. KVS ( DA DB ). (11.17) 9

10 Odtud: KV S ( DF DE B DA ) ( D 2 ). (11.18) Měřením se vyloučil vliv oddajnosti technologické soustavy a změna rozměru zůsobená telotní roztaţností. Přímé měření rozměrového ootřebení nástroje v zadní rovině se realizuje odle obr Obr Zůsob římého měření rozměrového ootřebení nástroje [1] Na novém nástroji se vytvoří vich mikrotvrdoměrem a zaznamená se jeho vzdálenost od řezné hrany s. Po určitém čase obrábění se změří vzdálenost s l. rozměrové ootřebení bude: KVS s s l. (11.19) Závislost rozměrového ootřebení na čase obrábění se řadí odobnou křivkou jako VB. Tato hodnota je funkční, rotoţe udává šířku třecí lošky nástroje o řechodovou lochu. Alternativně by se mohla měřit šířka VB, která se měří od ůvodní olohy řezné hrany. Dá se určit odobně jako S t KV. Na hřbetě nástroje se vytvoří vich a teoretická hodnota šířky ootřebení se vyhodnotí jako: VBt sc scl (11.19) Další odchylky můţou nastat nesrávnou volbou nastavení základny obrobku a dodatečným uvolňováním zbytkových naětí, které vznikají ři výrobě olovýrobků a obrábění součástek. 10

11 Shrnutí kaitoly V této kaitole jste se dozvěděli, jaké jsou druhy odchylek vznikajících ři obrábění. Dále jak se dají rozoznat a jak jim odcházet nebo je vyloučit z rocesu obrábění. Kontrolní otázky 1. Jaké jsou říčiny vzniku odchylek ři obrábění? 2. Co zůsobují odchylky zaříčiněné rozměrovým ootřebením nástroje ři soustruţení vnitřního a vnějšího růměru? 3. U jakých součástí se rojevují odchylky, které zůsobují uínací síly? 4. Co je říčinou vzniku odchylky zůsobené změnami teloty? 5. Proč a jak vznikají odchylky zaříčiněné zatíţením stroje? 6. Od čeho závisí odchylky zaříčiněné neřesností výrobního stroje? 7. Co jsou to teoretické odchylky? Další zdroje 1. VASILKO Karol. Analytická teória trieskového obrábania. COFIN Prešov, ISBN BUDA, J. - SOUČEK, J. - VASILKO, K.: Teória obrábania, ALFA Bratislava, MAŇKOVÁ, I. - BEŇO, J.: Technologické a materiálové činitele obrábania, Vienala Košice, 2004, ISBN X 4. MAŇKOVÁ, I.: Vybrané asekty monitorovania stavu nástroja v rocese rezania, Košice, 2004, ISBN NESLUŠAN, M. TUREK, S. BRYCHTA, J. ČEP, R. TABAČEK, M.: Exerimentálne metódy v trieskovom obrábaní. EDIS Ţilina, ISBN MÁDL, J. - SCHUBERT, V.: Exerimentální metody a otimalizace v teorii obrábění. Praha : ČVUT Praha, Bilík, O. Obrábění II. (1.Díl): Fyzikálně mechanické záležitosti rocesu obrábění. Ostrava: Vysoká škola báňská TU Ostrava, s. ISBN Bilík, O. Obrábění II. (2.Díl). Ostrava: Vysoká škola báňská TU Ostrava, s. ISBN BRYCHTA, Josef; ČEP, Robert; NOVÁKOVÁ, Jana, PETŘKOVSKÁ, Lenka. Technologie II 1. díl. Ostrava : Ediční středisko VŠB TU Ostrava. ISBN BRYCHTA, Josef; ČEP, Robert; NOVÁKOVÁ, Jana, PETŘKOVSKÁ, Lenka. Technologie II 2. díl. Ostrava : Ediční středisko VŠB TU Ostrava. ISBN

12 O 11.1 Klíč k řešení Teoretické odchylky Odchylky zaříčiněné neřesností výrobního stroje Odchylky zaříčiněné zatíţením stroje Odchylky zůsobené změnami teloty. Odchylky, které zůsobují uínací síly Odchylky zaříčiněné rozměrovým ootřebením nástroje. O 11.2 Úbytkem hrotu nástroje vlivem rozměrového ootřebení se ři soustruţení vnější válcové lochy růměr obrobku zvětšuje a vnitřní zmenšuje. O 11.3 Tyto odchylky se výrazně rojevují nař. ři uínání tenkostěnných ouzder, skříní, trubek aod. O 11.4 Jejich říčinou jsou meteorologické odmínky (telota vzduchu v rovozu) a ohřev obrobku telem, které vzniká ři obrábění. O 11.5 Vznikají roto, ţe technologická soustava se ůsobením řezných sil, uínacích sil a dalších faktorů ruţně deformuje. Tyto deformace vznikají vlivem vůli ve stykových sojeních stroje ruţnou deformací jeho částí, říravků, nástrojů a součástek. O 11.6 Závisí od řesnosti ráce obráběcího stroje. Moţno je sledovat bez zatíţení a ři zatíţení řeznou silou. Neřesnosti, které má stroj bez zatíţení, vylývají ze součtu neřesností jeho součástek a je moţné je změřit. O 11.7 Jsou odchylky geometrického tvaru součástek od teoretického tvaru. 12