Нагрев станины перечисленными источниками тепла происходит в большинстве случаев неравномерно: одни части станины нафеваются сильнее других. Это обусловлено расположением в разных местах станка электродвигателей, электронасосов, резервуаров для масла и охлаждающей жидкости и других источников тепловыделения. Разность температур отдельных элементов станины может достигать 10 °С и более. В этих условиях станина теряет правильную форму, в результате нарушается взаимное расположение на ней основных элементов станка. При разработке новых конструкций станков необходимо обращать внимание на способности их к выравниванию температурного поля станины и лучшее охлаждение.

Одним из источников образования тепла в станке является шпиндельная бабка. Температура в различных точках корпуса бабки изменяется в пределах 10...50 °С. Наиболее высокая температура наблюдается в местах расположения подшипников шпинделя и подшипников бысфо-ходных валов. Температура валов и шпинделей на 30...40 % выше средней температуры корпусных деталей, в которых они смонтированы. При большой длине шпинделя необходимо считаться с его осевым удлинением от нагрева, что влияет на точность обработки.

Относительно сильный нафев шпиндельных бабок влечет за собой изменение положения оси шпинделя. Например, шпиндель передней бабки токарного станка может сместиться по вертикальной и в горизонтальной плоскостях на несколько сотых долей миллимефа.

Большое влияние на точность обработки оказывают тепловые деформации винтов подачи. Длина винта оказывает большое влияние на точность перемещений бабки шлифовальных станков. В неудачных кон-сфукциях, где длина рабочего участка винта велика, пофешность может достигать 0,03...0,05 мм.

Тепловые деформации заготовок. Кроме тепловых деформаций станка, на точность механической обработки влияют также тепловые деформации обрабатываемых заготовок, нафев которых происходит в ре-1ультате выделения тепла в процессе резания. Многочисленные исследования показали, что основное количество тепла аккумулируется в сфуж-ке, а в обрабатываемую заготовку переходит незначительное количество тепла. Это положение справедливо для таких методов обработки, как точение, фрезерование, сфогание, наружное протягивание. Для таких методов обработки как сверление, распределение тепла другое - его большая часть остается в заготовке.

При токарной обработке в стружку уходит 50...86 % тепла (а при высоких скоростях резания - свыше 90 %); 10...40 % тепла переходит в резец; 3...9 % остается в заготовке и около 1 % рассеивается в окружающую среду.

Применение обильного охлаждения позволяет практически устранить нафев заготовки. В этом случае ее тепловые деформации весьма незначительны и их влияние на точность обработки можно не учитывать. Обработка серого чугуна, бронзы и некоторых других материалов производится без охлаждения, поэтому тепловые деформации получаются значительными.

Влияние тепловых деформаций заготовки на точность детали происходит следующим образом. Нафеваясь в процессе обработки, заготовка

вследствие расширения стремится удлиниться, однако свободному расширению заготовки препятствует ее закрепление. В итоге возникает искажение геометрической формы заготовки, что переносится на пофешность детали. На рис. 1.6.18 показана структура теплового поля при обработке заготовки.

Пофешность формы детали возникает вследствие тепловых деформаций заготовки в процессе ее обработки в результате теплового поля цилиндрического источника тепла (резца), движущегося вдоль оси цилиндрической обтачиваемой детали. Замена точечного источника тепла, перемещающегося по винтовой линии, цилиндрическим, как показывают исследования, достаточно точно отражает происходящее явление.

Из рис. 1.6.19 видно, что впереди источника тепла в поверхностных слоях детали движется довольно значительная опережающая волна тепла. Когда источник тепла приближается к концу детали.

Направление подачи

Рис. 1.6.18. Тепловое поле цилиндрического источника тепла, движущегося вдоль оси обрабатываемой заготовки

В

Металл

Рис. 1.6.19. Образование погрешности формы детали из-за тепловых деформаций

температура последнего значительно увеличивается (примерно в 2 раза по отношению к средним сечениям). Это явление вызвано тем, что на границе двух сред, из которых воздух обладает более низкой теплопроводностью, опережающая волна тепла теряет скорость и, следовательно, не может выйти в воздух с той же скоростью, с какой она перемещалась по обрабатываемой детали. В результате в этом месте заготовка расширилась больше и был снят ббльший припуск, что и вызвало искажение формы обработанной детали после обработки.

Удлинение вследствие нафева обрабатываемой детали, установленной между неподвижными ценфами станка, вызывает дополнительный прогиб и также приводит к образованию погрешностей формы.

Наибольшие тепловые деформации происходят при односторонней обработке длинных деталей типа станин станков, направляющих планок, реек.

Расчеты показывают, что тепловые деформации деталей соизмеримы в ряде случаев с допусками на их обработку. Например, тепловая деформация чугунной станины высотой 600 мм при длине 2000 мм доходит ло 0,01 мм/м при разности температуры по высоте станины в 2,4 °С. Эта величина соразмерна с допуском на отклонение от прямолинейности станин точных станков.

Практика показывает, что тепловые деформации массивных заготовок малы и их влиянием на точность обработки можно пренебречь, особенно при незначительных размерах обрабатываемых поверхностей. Тепловые деформации тонкостенных заготовок с относительно большими обрабатываемыми поверхностями могут достичь величин, сопоставимых с допусками по 7-му квалитету. Влияние тепловых деформаций на точность растет при обработке внуфенних поверхностей, когда поглощение тепла заготовкой увеличивается.

Тепловые деформации инструмента. Несмотря на то, что при обработке резанием в инсфумент переходит сравнительно небольшая доля образующегося тепла, он во многих случаях все же подвержен интенсивному нафеву. Например, на рабочей поверхности резцов из быстрорежущей стали наблюдается температура 700...850 °С. С отдалением от юны резания температура тела резца заметно снижается.

В начале резания наблюдается бысфое повышение температуры резца. Затем ее рост замедляется, и через непродолжительное время хюс-