Основные факторы, влияющие на точность обработки заготовок

Урок № 1

Тема 1.1. Погрешности механической обработки и методы достижения точности на стадии внедрения технологических процессов

ТЕМА УРОКА: «Точность механической обработки».

ПЛАН УРОКА:

1. Общие понятия.

2. Основные факторы, влияющие на точность обработки заготовок.

3. Погрешности, вызванные неточностью изготовления и износом металлообрабатывающего оборудования.

ЗАДАНИЕ НА ДОМ: [4. с. 98 - 104]

УРОК № 1.  ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ.

Общие понятия.

Точностью обработки называют степень соответствия детали после её обработки прототипу, заданному чертежом. Термин «погрешность» используют для количественной оценки точности, так как погрешность - разность между приближенным значением некоторой величины и её точным значением.

Любая деталь обладает реальными поверхностями. Реальная поверх­ность - поверхность, ограничивающая деталь и отделяющая её от окру­жающей среды. Чертеж детали представляет собой номинальную поверх­ность детали с нанесенными на них допусками. Номинальной поверхностью называют идеальную поверхность, номинальная форма которой задана чер­тежом или другой технической документацией.

Допуском Т является разность между наибольшим и наименьшим пре­дельными размерами или разность между верхним и нижним отклонением.

Класс, степень и квалитет (точности) являются терминами синонимами. Использование термина «квалитет» вместо «класс» позволило сразу разъяс­нить о какой системе допусков и посадок идет речь.

Квалитет - совокупность допусков, рассматриваемых как соответст­вующие одному уровню точности для всех номинальных размеров. Стан­дартом предусмотрено 19 квалитетов (0,1; 0; 1; 2; 3... 17).

Допуск по квалитету обозначается IT (International Tolerace - междуна­родный допуск). Просто допуск без отнесения к системе обозначается бук­вой Т. Номер квалитета, например, IT5, означает допуск по 5-му квалитету.

Значение допусков получается умножением единицы допуска i на опреде­ленное, постоянное для данного квалитета число К, т. е. IT = К ∙ i.

Например, для 5-го квалитета значение допуска будет 7i, для 6-го квалитета - 10i, для 7-го квалитета 16i, но для квалитетов 0,1; 0; 1 допуски определяются по специальным формулам. Для одного интервала размеров используют одинаковые допуски на валы и отверстия.

Обычно поле допуска располагается «в тело», т. е. для вала от номинала в минус, а для отверстия в плюс.

Целесообразно предусматривать размеры не с двухсторонними (Ø ), а с односторонними отклонениями (Ø ). Предпочтительнее применять систему отверстия, а не систему вала, так как с технологической точки зре­ния изготовление отверстия часто значительно сложнее, чем вала.

В понятие точность входят:

· точность размеров (отклонение размеров от номинальных);

· точность формы (овальность, конусность, прямолинейность);

· точность взаимного расположения поверхностей (параллельность, перпендикулярность, концентричность);

· качество поверхностного слоя.

Самые жесткие требования обычно предъявляются точности взаимного Расположения поверхностей и формы, а более низкие - к точности размера.

В зависимости от соотношения между допуском на отклонение размера формы установлены уровни относительной геометрической точности (в случае, когда допуск формы составляет 60 % от допуска размера - нор­мальная, 40 %  - повышенная, 25 % - высокая точность).

Точность можно оценивать как достижимую и экономически достижимую.

Достижимая точност ь - точность, которая может быть достигнута
при обработке в особых, наиболее благоприятных условиях, не считаясь с себестоимостью обработки (может использоваться в единичном производстве).

Экономическая точность - точность, которая при минимальной себестоимости обработки достигается в нормальных производственных условиях. В справочной литературе приводят нормы экономической точности и в дальнейшем только она и будет нами рассматриваться.

На погрешность измеряемого размера оказывает влияние значение параметра шероховатости поверхности детали. Если поверхность детали после обработки имеет большее значение параметра шероховатости, чем допуск, то возникает неопределенность измеряемых значений. Измерение размера детали происходит по вершинам гребешков микронеровностей (Рис. 1).

 

Рисунок 1 - Измерение диаметра шероховатостей поверхности:

D₁ - по вершине гребешков; D₂ – по впадине гребешков

Соотношение показателей точности и значения параметра шероховатости приведены в табл.1.

Таблица 1

 

При оценке допуска формы изделия Т_ф следует учитывать, что он должен составлять менее 25 % от допуска на размер, и величина параметра шероховатости устанавливается в зависимости от уровня точности обработки (Rа ≤ (0,005 … 0,15) Т_ф).

 

 

Рисунок 2 -  Виды отклонения формы цилиндрических поверхностей

Отклонение формы характеризуется отклонением от прямолинейности, круглости, цилиндричности и отклонением от продольного сечения (рис. 2). Термины с «не» употреблять не следует, т. е. «некруглость» и т. д., следует использовать термин «отклонение» (см. табл. 2).

допуска).

Условные обозначения вида отклонения формы даны в табл. 3.

Таблица 2

 

Согласно ГОСТ на чертежах требования к точности формы указывают вместе с условным знаком, относящимся к допуску (вместе с числовым значением допуска).

Условные обозначения вида отклонения формы даны в табл. 3.

Таблица 3

 

 

2. Основные факторы, влияющие на точность обработки заготовок.

Основные факторы, влияющие на точность обработки заготовок.

К основным факторам, оказывающим влияние на точность механической обработки заготовок, относятся:

· неточность и износ оборудования (станка);

· погрешность установки заготовки на станке;

· упругие деформации технологической системы;

· температурные деформации технологической системы;

· остаточные внутренние напряжения;

· неточность изготовления, установки и износ инструмента.

Взаимосвязь указанных факторов и различная степень их влияния при разных методах обработки определяет точность механической обработки заготовок.

 

3. Погрешности, вызванные неточностью изготовления и изно­сом металлообрабатывающего оборудования.

Станки в зависимости от вида обработки разделены на 10 групп. Каждая группа в свою очередь разделена на десять типов (подгрупп) станков разно­го назначения, компоновки, степени автоматизации и т. д. Обозначаются они от 0 до 9. Установлено пять классов точности станков, обозначаемых буквами: Н - нормальной точности, П - повышенной точности, В - вы­сокой точности, А - сверхвысокой точности, С - особо высокой точности. Все станки изготовляют с определенной точностью, регламентированной ГОСТами.

Для обеспечения стабильных точностных показателей процесса обра­ботки заготовок недостаточно количественного определения факторов, влияющих на точность обработки, необходим анализ источников возникно­вения погрешностей. Различные станки обеспечивают разную точность ме­ханической обработки (приблизительные значения отклонений геометриче­ской формы при обработке заготовок на металлообрабатывающих станках представлены в табл. 4).

Таблица 4

Станки	Вид отклонения формы	При черновой обработке	При чистовой обработке
Продольно-строгальные	От плоскости	0,05	0,03 1
Токарные (общего назначения)	От округлости (овальность)	0,03	0,02
	От продольного сечения (конусообразность)	0,08	0,05
Продольно-фрезерные	От плоскости	0,08	0,05
	От параллельности	0,05	0,03
Фрезерные консольные	От плоскости и парал­лельности верхней и об­работанной поверхностей основанию	0,10	0,06
Круглошлифовальные	От округлости (оваль­ность при обработке в центрах)	0,010	0,006

Неточность станка копирует обрабатываемая за­готовка. Например, если у токарного станка задний центр смещен относи­тельно оси вращения, то на заготовке будет получен конус, обращенный к передней бабке, если задний центр станка выше или ниже оси вращения, форма получаемой поверхности будет напоминать гиперболу с вершиной у переднего центра. Поэтому для каждого класса станков установлены пре­дельные допустимые отклонения на биение шпинделя, прямолинейность перемещения стола, торцевое биение и т. д.

Кинематическая неточность станка вызывает в основном погрешность формы обрабатываемых поверхностей, что особенно сильно сказывается при обработке фасонных поверхностей. Износ рабочих элементов станка так же сказывает влияние на повышение погрешности обработки, особенно на настроенных на размер оборудования, работающего в условиях массового и крупносерийного производства.

Геометрические погрешности металлорежущего оборудования оценивают исходя из их влияния на точность взаимного расположения режущего инструмента и обрабатываемой заготовки. Геометрические погрешности станков состоят из погрешностей базовых поверхностей, вращения шпинделей и линейных перемещений рабочих органов. В узле станка (вследствие погрешностей изготовления) ось вращающейся детали совершает движения, которые можно разложить на радиальное, осевое и угловое. Совокупность радиального и углового перемещений образуют радиальное биение, а осево­го и углового перемещений - торцевое биение. Общая погрешность шпин­деля обычно значительно меньше суммы погрешностей отдельных деталей шпиндельного узла, что объясняется взаимной компенсацией отдельных погрешностей в соответствии со статистическими законами распределения размеров.

Повысить точность станков можно, в частности, за счет следующих мероприятий:

· повышения точности шпиндельных узлов, их жесткости (уменьшения расстояния между опорами), применения более точных подшипников качения и повышения точности посадочных мест, применения гидростатических подшипников;

· повышения точности (равномерности) перемещений кареток и суппортов по направляющим, уменьшения зазоров в подвижных соединениях применения антифрикционных материалов, направляющих качения с предварительным натягом и гидростатических направляющих;

· повышения статической и динамической жесткости корпусных деталей;

· снижения влияния температурных деформаций узлов, деталей станка обрабатываемой заготовки;

· введения систем цифровой индикации, обеспечивающих точность отчета перемещений режущего инструмента;

· применения резцедержателей и инструментов, настраиваемых вне станка и т. д.

Повышение точности станков является важной и сложной задачей. В настоящее время к станкам высокой точности относятся станки с точностью обработки 3 мкм на 300 мм, но требования к точности обработки возрастают и в настоящее время составляют 1 мкм. Для решения этой задачи необходи­мо применение точных измерительных систем, в том числе лазерных, созда­ние математических моделей описывающих зависимости между параметра­ми процесса обработки и точностью детали, для станков с ЧПУ решения задач по определению трехмерных пространственных ошибок, точности по­зиционирования, распределения температурных полей и др. Комплексность решения поставленных задач возможна путем применения систем активного контроля и управления точностью обработки заготовок с помощью ЭВМ.

 

 

Контрольные вопросы.

1. Что такое «точность обработки», «погрешность»?

2. Что входит в понятие точности?

3. Какими показателями характеризуются отклонения формы?

4. Перечислите факторы, оказывающие влияние на точность обработки заготовки.

5. Что такое «кинематическая точность» станка и на какие погрешности заготовки она влияет?

6. За счёт чего можно повысить точность станка?

7. Как оценить геометрические погрешности станка? Какие геометрические погрешности вы знаете?

8. Как в настоящее время решается задача повышения точности металлорежущих станков?

 

Урок № 2.