Точность обработки

Обработка материалов

Л.2

План:

1. Точность обработки

2. Качество поверхности

3. Критерий оценки шероховатости поверхности

Факторы, влияющие на точность обработки. При любом виде обработки нельзя получить деталь точно заданных размеров. Размеры деталей должны находиться в пределах допусков, назначаемых конструктором машины и указанных на чертеже. Все детали, у которых отклонения размеров не будут выходить за пределы допусков, будут одинаково годны для работы в машине.

В условиях единичного и мелкосерийного производства необходимая точность деталей достигается методом пробных проходов, т.е. снятием припуска при последовательных проходах под контролем измерительного инструмента. Такой метод не применяют в условиях крупносерийного и массового производства, как неэкономичный. В серийном и массовом производстве требуемая точность детали достигается методом автоматического получения размеров. Станки предварительно настраивают на заданный размер, т.е. рабочим звеньям станка, приспособлениям и инструменту придается определенное, конечное взаимное положение, которое и обеспечивает автоматическое получение требуемого размера детали.

Под точностью обработки понимают степень соответствия обработанной детали требованиям чертежа и технических условий. Точность детали слагается из точности выполнения размеров, формы, относительного положения поверхностей детали и шероховатости поверхностей. Под точностью формы поверхности понимают степень приближения ее к геометрической форме. Например, плоские поверхности могут иметь отклонения формы в виде непрямолинейности, т.е. отклонения проверяемой поверхности в заданном направлении от прилегающей прямой. Цилиндрические поверхности в поперечном сечении могут иметь отклонения от прилегающей окружности: овальность, огранку; в продольном сечении: бочкообразность, седлообразность, конусообразность, изогнутость. Точность относительного положения определяется отклонением от номинального расположения рассматриваемой поверхности, ее оси или плоскости симметрии относительно баз и отклонений от номинального взаимного расположения рассматриваемых поверхностей. Относительное расположение поверхности определяется обычно параллельностью, перпендикулярностью или симметричностью ее относительно других поверхностей или осей.

Обеспечение заданной точности детали – основное требование к техническому процессу. Для проектирования технологического процесса, гарантирующего достижение этой точности, необходимо знать и учитывать погрешности, возникающие при обработке.

Основными причинами погрешности обработки на металлорежущих станках являются следующие: а) собственная неточность станка, например: непрямолинейность направляющих станины и суппортов, непараллельность или неперпендикулярность направляющих станины к оси шпинделя, неточности изготовления шпинделя и его опор и т.п.; б) деформация узлов и деталей станка под действием сил резания и нагрева; в) неточность изготовления режущих инструментов и приспособлений и их износ; г) деформация инструментов и приспособлений под действием сил резания и нагрева в процессе обработки; д) погрешности установки заготовки на станке; е) деформация обрабатываемой заготовки под действием сил резания и зажима, нагрева в процессе обработки и перераспределения внутренних напряжений; ж) погрешности, возникающие при установке инструментов и их настройке на размер; з) погрешности в процессе измерения, вызываемые неточностью измерительных инструментов и приборов, их износом и деформациями, а также ошибками рабочих в оценке показаний измерительных устройств.

Собственная точность станков, т.е. точность их в ненагруженном состоянии, установлена стандартами для всех основных типов станков. По мере износа собственная точность станка уменьшается. Особое значение имеет износ подшипников и шеек шпинделей, а также направляющих станин. Биение шпинделя с овальной шейкой приводит к получению овальности у обтачиваемой заготовки. Вследствие износа направляющих у токарного станка возникает, например, непрямолинейное движение суппорта, что приводит к искажению формы обтачиваемой цилиндрической заготовки.

В процессе обработки под действием сил резания узлы станка деформируются. Это вызывается неточностями пригонки стыковых поверхностей отдельных сопрягаемых элементов узлов. В результате таких деформаций могут получиться погрешности формы и относительного положения обрабатываемой поверхности. Величина упругой деформации тем больше, чем больше силы резания и меньше жесткость узлов станка.

Под жесткостью применительно к станкам и их узлам понимается способность узла сопротивляться появлению упругих отжатий. Это понятие впервые было введено в 1936г. К.В. Вотиновым. Жесткость узла измеряется отношением приращения нагрузки к получаемому при этом приращению упругого отжатия, т.е.

(1.2)

где – приращение нагрузки, Н; – приращение упругого отжатия, мм.

Жесткость узлов станков определяется экспериментальным путем.

На точность обработки влияет изменение линейных размеров частей станка при нагреве их под действием трения в опорах, что имеет особое значение при обработке на шлифовальных станках. При обработке почти вся работа резания превращается в тепло. Температура в системе станок - приспособление - инструмент - деталь повышается, что приводит к температурным деформациям, вызывающим соответствующие погрешности обработки. Например, нагрев проходного резца средней величины на 20°С приводит к увеличению его длины на 0,01 мм, что вызывает уменьшение диаметра обрабатываемой заготовки на 0,02 мм. Обрабатываемая заготовка в процессе резания может нагреваться неравномерно, в этом случае изменяются не только размеры заготовки, но и форма. Тонкостенные заготовки нагреваются при обработке в большей степени, чем массивные, и больше деформируются.

Инструмент изготавливается с определенными погрешностями размеров, формы и взаимного положения его отдельных элементов. Такие погрешности инструментов – зенкеров, разверток, протяжек, фасонных резцов, фрез и т.п. – влияют на точность размера или форму обработанной поверхности.

При обработке проходными резцами неточность их размеров и формы не влияет на точность обработки, но в процессе обработки износ инструмента может повлиять на точность обработки данной заготовки. Например, при обтачивании длинного вала износ резца приводит к увеличению диаметра обработанного вала на конечном участке.

Неточность изготовления и износ отдельных элементов приспособления приводят к неправильной установке заготовки в приспособлении и являются источниками погрешностей при обработке. Нежесткие заготовки под действием сил резания деформируются. Например, длинный вал, обрабатываемый в центрах на токарном станке, прогибается и на концах будет иметь меньший диаметр, чем в середине. В отливках и кованых заготовках в результате неравномерного охлаждения возникают внутренние напряжения. При снятии верхних слоев металла резанием происходит перераспределение напряжений и заготовка деформируется. Для уменьшения внутренних напряжений отливки (станины станков, цилиндры и др.) подвергают естественному или искусственному старению. В первом случае отливки вылеживаются после грубой обработки в течение длительного времени, а во втором – отливки выдерживаются в течение нескольких часов в печи в подогретом состоянии при температуре 450-500°С. Внутренние напряжения появляются в теле заготовки или в поверхностных слоях при термической обработке, холодной правке, сварке.

При настройке станка на обработку партии заготовок режущий инструмент устанавливают в определенном положении и при этом, как правило, возникают погрешности обработки из-за неточности установки инструмента.

Рассеяние размеров при обработке. Погрешности, возникающие в процессе обработки, бывают систематические и случайные. Систематические – это погрешности, имеющие постоянную величину в течение одной настройки станка. Возникают они, например, из-за неточности станка и других деформаций узлов станка, обрабатываемой заготовки, приспособления и инструмента. При неправильной установке инструмента на размер все детали будут изготовлены с постоянной погрешностью. В большинстве случаев влияние систематических погрешностей можно учесть при проектировании технологического процесса.

Кроме систематических, неизбежны случайные погрешности, имеющие перемещенную величину в течение одной настройки. К ним относятся погрешности, вызванные неравномерной твердостью материала, неточностью зажима заготовки в приспособлении, колебаниями припуска и температуры. Вследствие систематических и случайных погрешностей действительные размеры деталей будут переменными, т.е. наблюдается рассеяние размеров. Суммарную погрешность обработки определяют расчетным или статистическим методами.

Расчетный метод часто не может быть использован из-за отсутствия исходных данных. Например, невозможно рассчитать увеличение диаметра («разбивку») отверстия при сверлении спиральным сверлом. В таких случаях пользуются статистическим методом, основанным на определении суммарной погрешности путем измерений методом математической статистики.

При использовании статистического метода суммарная погрешность и характер рассеяния размеров выявляются путем составления кривых распределения. Для получения кривой распределения рекомендуется произвести 50-100 измерений фактических величин данного размера.

Допустим имеем n измерений: х₁, х₂, х₃, …, х_n.

1. Определяем поле рассеяния х_max – х_min, т.е. разность между максимальным и минимальным размерами, и откладываем эту величину по оси абсцисс.

2. Поле рассеяния (рис. 1.1) делим на равные интервалы.

3. Определяем частоту каждого интервала, т.е. число деталей, размеры которых лежат в пределах данного интервала.

4. Определяем относительную частоту, т.е. отношение абсолютной частоты к общему количеству деталей в партии.

5. К серединам интервалов проводим перпендикуляры, на которых откладываем относительную частоту

6. Полученные точки соединяем ломаной линией. Эта линия и есть кривая распределения. При нормальном ходе технологического процесса построенная таким путем кривая приближается к кривой нормального распределения Гаусса, уравнение которой

, (1.3)

здесь х и y – текущие координаты; s – среднее квадратичное отклонение; е =2,718 – основание натурального логарифма.

Частота

–70 –60 –50 –40 –30 –20 –10 0 10 20 Размеры Рисунок 1.1 – Схема рассеяния размеров при обработке

среднее арифметическое величин х

где n – общее число измерений.

Кривая нормального распределения Гаусса симметрична относительно середины поля рассеяния и асимптотически приближается к оси абсцисс (рис. 1.2.). Если форма построенной кривой распределения отличается от кривой Гаусса, то это означает наличие каких-то отклонений в ходе технологического процесса.

Экономическая и достижимая точность обработки.

Под экономической понимают такую точность, для достижения которой затраты при данном способе обработки будут меньше, чем затраты при применении другого способа обработки той же поверхности. Понятие «экономическая точность обработки» относительно, так как величина ее может изменяться в зависимости от конкретных условий обработки.

Под достижимой понимают точность, которая может быть получена при обработке заготовки высококвалифицированным рабочим на станке, находящимся в отличном состоянии, при неограниченной затрате труда и времени на обработку. Изменение затрат на обработку в зависимости от ее точности приведено на рис. 1.3.

Чистое точение экономично при допуске большем D₁, а при меньшем допуске экономичнее шлифование. Граница экономической точности притирки определяется величиной D₂. Величина d характеризует границы экономической точности шлифования.

Экономическая точность обработки разных видов поверхностей приведена в технологических справочниках.

Допуски и посадки, припуски определяются для систем отверстия и вала по таблицам из справочников технолога машиностроения.