1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z jedną z metod badania sztywności statycznej frezarki. Wyznaczenie charakterystyki odkształcenia w funkcji obciążenia w postaci graficznej.

1. Wstęp teoretyczny

Jedną z podstawowych cech, uwzględnianą w procesie projektowania elementów

zespołów maszyn jest ich sztywność statyczna. Sztywność statyczną na etapie projektowania

wyznacza się analitycznie, a po wykonaniu prototypu bada się doświadczalnie charakterystyki

statyczne, szczególnie w przypadkach skomplikowanych elementów i zespołów maszyn.

Rodzaje frezarek

Przygotowanie obrabiarki do badań

Pomiary sztywności statycznej powinny bić prowadzone na obrabiarkach spełniających następujące wymagania:

• Obrabiarka powinna być całkowicie zmontowana z wyposażeniem normalnym;

• Obrabiarka powinna być ustawiona na twardym podłożu i wypoziomowana;

• Obrabiarka powinna być wstępnie dotarta i wyregulowana;

• Wszystkie części i zespoły obrabiarki, które w czasie obróbki skrawaniem są unieruchomione lub zaciskane, powinny być przed pomiarami również unieruchomione lub zaciśnięte;

• Prędkości ruchu obrotowego wrzeciona i posuwowego ustawione dla najniższych wartości;

• Wszystkie części i zespoły obrabiarki, które w czasie pomiaru należy przemieszczać w celu uzyskania określonych położeń względnych, powinny być doprowadzone do położenia pomiarowego ciągłym powolnym ruchem w kierunku przeciwnym do składowej siły, działającej na nie w czasie pomiaru.

Warunki dotyczące przyrządów pomiarowych

Oprzyrządowanie pomiarowe służące do pomiaru sztywności statycznej obrabiarek powinno spełniać następujące wymagania:

• Urządzenia służące do obciążenia zespołów powinny umożliwić płynne i powolne obciążanie badanego układu siłą lub momentem zmieniającym się od zera do wartości największej , zabezpieczającej kierunek działania oraz punkt przyłożenia siły obciążającej, zgodnie z wymaganiami norm;

• Siłomierze służące do pomiaru wartości wywieranego obciążenia powinny wskazywać wartość siły w cały zakresie obciążenia, stosowanego przy pomiarze z błędem nie większym niż ± 5%;

• Do pomiaru przemieszczeń należy stosować znormalizowane środki miernicze umożliwiające pomiar bezpośredni, do pomiaru przemieszczeń większych niż 0,1 mm dopuszcza się stosowanie czujników o działce elementarnej 0,01 mm, a do pomiaru przemieszczeń mniejszych należy stosować czujniki o wartości działki 0,001mm;

• Uchwyty przyrządów pomiarowych powinny być sztywne, a ugięcie uchwytu w punkcie zamocowania czujnika wywołane zmianą nacisku mierniczego czujnika, nie powinno przekraczać 2% wartości przemieszczenia wywołanego największą siłą obciążającą;

• Bazy pomiarowe do pomiaru przemieszczeń określają szczegółowe normy na wykonanie pomiarów sztywności;

• Kształty i wymiary elementów pośredniczących w przenoszeniu obciążenia podaja normy przedmiotowe.

Warunki dotyczące przeprowadzania badań sztywności

Warunki związane bezpośrednia z pomiarem sztywności statycznej obrabiarek są następujące:

• Największe wartości stosowanego obciążenia, ich punkty przyłożenia i kierunki działania określają normy przedmiotowe;

• Przed rozpoczęciem pomiarów należy trzykrotnie wstępnie obciążyć układ do największej wartości siły obciążenia i następnie całkowicie go odciążyć; za wskazania zerowe przyjmuje się wskazania czujników po ostatnim odciążeniu wstępnym;

• Układ obciążyć należy siłami o wartościach wynikających z podziału największej siły obciążającej P_max na k równych części (k ≥ 5);

• Dla każdego przyrostu siły obciążającej ΔP notuje się wskazania czujników w poszczególnych punktach pomiarowych zarówno przy obciążaniu jak i odciążaniu; pomiary należy wykonać trzykrotnie;

• Przemieszczenia zespołu obrabiarki mierzy się w kierunkach zgodnych z kierunkami składowych siły skrawania, powstającej w warunkach obróbki; zalecane punkty i kirunki pomiaru zalecają normy szczegółowe.

Sposoby wykonania pomiarów sztywności statycznej

Pomiar sztywności statycznej jest odmienny dla każdego typu obrabiarek.

Badanie sztywności statycznej frezarki wspornikowej

Warunki pomiarów:

Warunki przeprowadzania pomiarów sztywności statycznej frezarki są następujące:

1. Jako bazę pomiarową przyjmuje się pionowe prowadnice na korpusie obrabiarki, na wysokości powierzchni stołu;

2. Stół ustawiony jest w środkowym położeniu przesuwu wzdłużnego i poprzecznego;

3. Pionowe położenie stołu zależne jest od urządzenia obciążającego przy czym odległość powierzchni stołu od osi wrzeciona nie może być większa niż szerokość stołu;

4. Belka jest wysunięta nad stół i zablokowana;

5. Trzpień jest podparty podtrzymką w odległości 2l od czoła wrzeciona;

6. Na trzpieniu w odległości l od czoła wrzeciona osadzona jest tuleja;

7. Stół jest zablokowany w kierunku wzdłużnym i poprzecznym;

8. Obroty wrzeciona nastawione są na wartość minimalną.

Wskaźnik sztywności statycznej obrabiarki lub jej zespołu stanowi iloraz przyrostu wartości obciążenia, w postaci siły lub momentu i przyrostu wartości przemieszczenia przez nie wywołanego. Sztywność zespołu wieloelementowego charakteryzuje całkowite odkształcenia stanowiące sumę odkształceń sprężystych elementów, ich przemieszczeń w zakresie luzów oraz przesunięć w węzłach montażowych pod wpływem sił skrawania. Przemieszczenia w zakresie luzów w połączeniach rurowych zależą od rodzaju pasowań i stopnia zużycia elementów. W stałych węzłach montażowych przesunięcia zależą od ich postaci konstrukcyjnej, mikrostruktury warstwy wierzchniej elementów łączonych oraz od sztywności stykowej połączenia wynikającej ze struktury geometrycznej powierzchni.

Wskaźniki sztywności statycznej i poszczególnych zespołów frezarki, oblicza się według wzorów:

• dla wrzeciona: $j_{\text{wz}} = \frac{P}{{f}_{\text{wz}}}$

• dla stołu $j_{a} = \frac{P}{{f}_{a}}$

• dla belki $j_{b} = \frac{P}{{f}_{b}}$

1. Stanowisko

1. Uzyskane dane

P [kN]	f1 [mm]	f2 [mm]	P[kN]	f1 [mm]	f2[mm]	Obciążanie	Odciążanie
0	0	0	8	0,003	0,002	0	0,0025
1	0,001	0	7	0,003	0,002	0,0005	0,0025
2	0,001	0,0005	6	0,003	0,002	0,00075	0,0025
3	0,0015	0,0005	5	0,003	0,0015	0,001	0,00225
4	0,002	0,0005	4	0,003	0,0015	0,00125	0,00225
5	0,002	0,001	3	0,0025	0,0015	0,0015	0,002
6	0,0025	0,0015	2	0,002	0,001	0,002	0,0015
7	0,0025	0,002	1	0,002	0,001	0,00225	0,0015
8	0,003	0,002	0	0,0015	0,001	0,0025	0,00125

Wskaźnik sztywności
Obciążanie
2000
4000
4000
4000
4000
2000
4000
4000

1. Graficzne przedstawienie danych

2. Wnioski i spostrzeżenia:

Wykonane ćwiczenie pozwoliło naszej grupie poznać jedną z metod pomiaru sztywności frezarki. Nauczyliśmy się również obliczać wskaźnik sztywności statycznej. Okazuje się, że sztywność frezarki utrzymuje się na tym samym poziomie. Najwyższy wskaźnik dla danej obrabiarki (czyli 4000 N/µm), uzyskaliśmy w większości pomiarów. Sztywność obrabiarki ma wpływ na jakoś wykonania danego przedmiotu.