Технология машиностроения. Курс лекций для студентов III курса направления подготовки 35. 03. 06 Агроинженерия В. В. Чекмарев фгбоу во Саратовский гау
 Скачать 1.3 Mb.
|
|
Точность взаимного расположения поверхностей определяется допускаемыми значениями отклонений от базовой поверхности или от номинального расположения, указанного на чертеже (отклонение от параллельности, от перпендикулярности, торцовое или радиальное биение, несоосность и т. д.). Погрешности механической обработки подразделяются на систематические постоянные; систематические, изменяющиеся закономерно; случайные; грубые. Систематические постоянные погрешности создаются погрешностями станка (например, смещением оси шпинделя по отношению к направляющим станины), погрешностями приспособления (например, биением оправки, погрешностями расположения отверстий в кондукторе, смещением упорных штифтов), погрешностями режущего и мерительного инструмента и т. д. Систематические погрешности, изменяющиеся закономерно, вызываются непрерывным износом режущего инструмента или станка, изменением температуры и др. 17 Под случайными погрешностями понимаются непостоянные по значению и знаку погрешности, причину возникновения которых установить заранее не представляется возможным. Грубые погрешности (или промахи) могут возникнуть как результат неправильной установки режущего инструмента либо неправильного использования мерительного инструмента и т. д. При изготовлении деталей ошибки суммируются. Систематические постоянные погрешности суммируются алгебраически с учетом их знака, случайные погрешности суммируются по правилу квадратного корня: составляющие погрешности обработки, возникающие под действием различных технологических факторов; коэффициенты, зависящие от закона распределения составляющих погрешностей. при нормальном законе распределения К=1, при экспоненциальном (равной вероятности) К=1,7. Общая погрешность обработки определяется по формуле где Δ с — алгебраическая сумма систематических погрешностей. Причины возникновения систематических погрешностей могут быть выявлены и устранены. Причины возникновения случайных погрешностей неизвестны, но может быть установлен закон распределения этих погрешностей. Поскольку размеры деталей, получаемые в результате механической обработки, зависят от погрешностей, то и размеры деталей являются величинами случайными (в известных пределах, зависящие от точности обработки). Путем статистической обработки результатов измерений партии деталей (50— 100 шт.) определяются закономерности появления деталей с различными отклонениями. Результаты измерений изображаются в виде кривых распределения размеров. Для кривых нормального распределения К=1. Кривые распределения размеров используются для определения экономической точности изготовления при различных методах обработки, выбора соответствующего метода обработки, определения изменений размеров изготовляемых деталей в процессе эксплуатации станка и инструмента, определения процента возможного брака в различных производственных условиях. Для изготовления годных деталей необходимо выдержать условие где δ - допуск на изготовление детали; σ - среднее квадратическое отклонение от среднего значения диаметра D cp 18 Рис. 3. Кривые эмпирического (1) и теоретического (2) нормального распределения отклонений от номинального размера: т i — частота; х i — отклонение от номинального размера; х ср — среднее арифметическое значение отклонений. В качестве примера на рисунке 3 показаны кривые нормального распределения, полученные при шлифовании отверстия в размер 55+ 0,03 мм (при выборке 80 шт.). 3.2. Влияние различных технологических факторов на точность обработки Точность обработанной детали зависит от большого числа факторов; основные из них следующие: 1)точность станка, приспособления, режущего и вспомогательного инструмента; 2)точность методов и средств измерений; 3)жесткость системы СПИД: станок — приспособление — инструмент — деталь (заготовка); 4)точность настройки станка; 5)погрешность заготовки; 6)погрешность установки заготовки на станке; 7)погрешности от деформаций, вызванных перераспределением внутренних напряжений; 8)температурные деформации инструмента, станка и заготовки. Точность станка. Различают геометрическую и кинематическую точность станка. Геометрическая точность определяется при ненагруженном станке и медленном перемещении его частей. При проверке выявляются конусность, биение, износ и другие погрешности. Кинематическая точность станка (точность кинематических цепей) влияет на обеспечение точности шага резьбы, шага зубчатых колес, угла подъема винтовой линии и пр. По точности различают станки общего назначения и станки повышенной точности. Системой планово-предупредительного ремонта предусмотрено сохранение точности станков в процессе эксплуатации. Погрешности станка отражаются на точности обработки деталей (биение шпинделя вызывает овальность у обтачиваемой детали, непараллельность оси шпинделя 19 направляющим станины — конусообразность и т. д.). Радиальное биение шпинделей токарных и фрезерных станков допускается в пределах до 0,01 — 0,015 мм, непараллельность оси шпинделя направлению движения суппорта на длине 300 мм в вертикальной плоскости — до 0,02—0,03 мм, а в горизонтальной — до 0,01— 0,015 мм. При нагружении станка усилиями резания кинематическая неточность снижается вследствие одностороннего выбора зазоров в соединениях. По мере износа станка в процессе эксплуатации погрешности обработки увеличиваются. Точность приспособления. Приспособления изготавливаются с учетом требуемой точности детали. При обработке детали по 6—9 квалитетам допуски на точные размеры деталей приспособления назначают в пределах 1/2-1/3 допуска на размеры детали при более грубой обработке можно принимать 1/5— 1/10 допуска. Износ приспособлений приводит к дополнительным погрешностям обработки. Неточность установки приспособлений на станке также является причиной появления погрешностей при обработке. Точность режущего и вспомогательного инструмента. Этот фактор сказывается как влиянием допусков на изготовление режущего инструмента (сверла, зенкеры, развертки, метчики, протяжки), так и в связи с износом инструмента в процессе работы. Точность и жесткость вспомогательного инструмента (державок, конусных переходных втулок, обеспечивающих центрирование инструмента) влияют и на точность обработки. Точность методов и средств измерений. Контроль размеров изготовляемых деталей при крупносерийном и массовом производствах осуществляется предельными калибрами. При мелкосерийном и единичном производствах обычно пользуются универсальным измерительным инструментом, применение которого требует более высокой квалификации рабочего, затрат большего времени на процесс измерения и создает условия для возникновения большей погрешности, чем применение предельных калибров. Погрешности при измерениях возникают в связи с неточностью самого измерительного инструмента в связи с возможными погрешностями отсчета и под влиянием колебаний температуры в цехе и температуры обрабатываемой детали. Измерительные средства должны выбираться с учетом допускаемых погрешностей измерений, которые находятся в пределах 1/3—1/4 допуска проверяемого размера для деталей 5—8 квалитетов, и 1/4—1/6 Для деталей 9— 16 квалитетов. Жесткость системы СПИД. Станок, приспособление, инструмент и деталь (заготовка) образуют систему, которая под действием сил резания упруго деформируется. Величина деформации зависит от силы резания и от жесткости системы. Неравномерное распределение припуска на поверхности заготовки, эксцентричное положение заготовки, неравномерная твердость обрабатываемого материала, большая длина детали и режущего инструмента способствуют увеличению деформации системы СПИД. Часто в жесткости системы СПИД одно из звеньев играет решающую роль. Так, при обработке длинных валов жесткость токарного станка имеет второстепенное значение, решающим является прогиб заготовки. При фрезеровании цилиндрической фрезой и при обработке корпусных деталей на расточных станках жесткость деталей обычно велика, наибольший прогиб имеет оправка или бортштанга. При выполнении сверлильных работ жесткость сверла намного меньше жесткости детали. Жесткость системы СПИД часто является фактором, 20 ограничивающим режим обработки. С увеличением жесткости системы могут быть повышены производительность и точность обработки. Погрешности, возникающие в результате упругих деформаций системы СПИД, могут достигать 20—80% от суммарной погрешности обработки. Наиболее существенное влияние на размер обрабатываемой детали оказывают перемещения звеньев СПИД в направлении, нормальном к обработанной поверхности, которые в основном обусловлены действием радиальной составляющей силы резания Р у . Поэтому жесткостью системы СПИД принято называть отношение составляющей силы резания Р у к смещению лезвия инструмента У с относительно детали, отсчитываемому по нормали к обработанной поверхности, при действии всех составляющих силы резания. Жесткость (в Н/мкм) определяется по формуле Величина, обратная жесткости, называется податливостью w системы СПИД и выражается в мкм/Н: Для определения жесткости станка применяется так называемый производственный метод испытаний. С целью создания деформации станка при различных силах резания и определения зависимости между ними производится обтачивание заготовки со ступенчатым припуском. При этом используется система, в которой жесткость резца, центров или патрона и заготовки значительно превосходят жесткость станка. Точность настройки станка. Обработка деталей может выполняться методом пробных проходов и методом автоматического получения заданного размера. В последнем случае размеры партии деталей получаются в результате предварительной настройки станка. При обработке деталей методом автоматического получения размеров по мере износа инструмента изменяются и размеры деталей. Схема изменения размеров деталей в процессе работы станка с учетом износа режущего инструмента (без брака за время t) показана на рисунке 4. Область, ограниченная кривой распределения действительных размеров детали при постоянном размере режущего инструмента, учитывает случайные погрешности. В связи с износом инструмента средний случайный размер при обработке валов смещается в сторону увеличения, при обработке отверстий — в сторону уменьшения. Рис. 4. Схема измерения размеров детали с учетом износа режущего инструмента: F—кривая суммарного распределения размеров в партии деталей при одной настройке 21 Предельные положения площадей, ограниченных кривыми распределения действительных размеров, определяются с учетом допуска. Поэтому при обработке валов желательно настроить станок на средний случайный размер Н ср , расположенный близко к наименьшему предельному размеру, а при обработке отверстий — близко к наибольшему предельному размеру. При таких условиях износ инструмента будет вызывать изменение размера в сторону поля допуска и станок длительное время будет работать без поднастройки. Степень приближения среднего случайного размера к предельно допускаемому определяется рассеиванием случайных размеров и допускаемым процентом брака. Чем больше допускаемый процент брака, тем дальше за пределы поля допуска можно сместить кривые рассеивания действительных размеров деталей. Процент возможного брака выражается площадью, образуемой участком кривой рассеивания, выходящим за пределы поля допуска. Погрешность настройки станка зависит от погрешности регулирования положения режущего инструмента по лимбу или по жесткому упору и от погрешности применяемого при настройке измерительного инструмента. Так, погрешность при установке положения резца по лимбу составляет 10—15 мкм при цене деления лимба 0,02 мм и 15—30 мкм при цене деления 0,05 мм. Износ режущего инструмента в пределах нормальной зоны изнашивания пропорционален длине пути относительно поверхности резания и зависит от обрабатываемого материала, материала инструмента и условий обработки. Длина пути резания L (в м) до допускаемого износа инструмента определяется по формуле где h доп — допускаемый износ инструмента (радиальный), мкм; h н — начальный износ инструмента, характеризующийся завершением процесса его приработки, мкм; v и — скорость изнашивания инструмента, определяемая тангенсом угла наклона линии нормального изнашивания на графике зависимости h=f(L), мкм/1000 м; l н — длина пути резания до завершения приработки заточенного инструмента, м. Допускаемый износ резца может соответствовать моменту, когда необходимо произвести поднастройку станка с целью обеспечения заданного размера детали в пределах допуска, или моменту полного затупления резца и потери его режущей способности. В первом случае определяется количество деталей, которое может быть обработано без поднастройки станка, во втором случае — количество деталей, обработанных до полного затупления инструмента N = L/l д , где l д — путь резания для одной детали; N — количество деталей, обработанных в пределах допускаемого износа h доп Погрешность заготовки. Погрешности формы и взаимного расположения поверхностей заготовки (смещения отверстий в отливках, перекосы плоскостей и т. д. увеличивают рассеивание размеров детали из-за появления неравномерных 22 припусков, которые вызывают переменные деформации элементов СПИД. В этом случае происходит копирование погрешности в определенном масштабе. Погрешность закономерно уменьшается после каждого технологического перехода. Значение погрешности, вызываемое неравномерным припуском на обработку, определяется по формуле где Y max и Y min — наибольшая и наименьшая упругие деформации (отжатия) элементов системы СПИД. Погрешность установки заготовки на станке. Эта погрешность вызывается действием нескольких факторов и определяется суммой погрешностей: базирования Δ б закрепления Δ 3 и приспособления Δ пр . В связи с тем, что указанные погрешности могут иметь различные направления в пространстве и носят случайный характер, их результирующая — погрешность установки — определяется по формуле Погрешность базирования Δб возникает вследствие несовмещения установочной технологической базы с измерительной при обработке методом автоматического получения размера. Эта погрешность равна разности предельных расстояний между измерительной и установочной поверхностями в направлении выдерживаемого размера. На рисунке 5 показана схема обработки уступа призматической детали при базировании по двум плоскостям. Если при обработке уступа заданы и выдерживаются размеры Л и В, то погрешности базирования для этих размеров равны нулю, так как измерительные базы совпадают с установочными. Для размеров же С и D погрешности базирования имеют место, так как измерительные и установочные базы не совпадают. Для размера С погрешность базирования Δ б =б н — допуску на размер Н, для размера D погрешность базирования Δ б = б Е — допуску на размер Е. Рис. 5. Схема обработки уступа призматической детали при базировании по двум плоскостям. На рисунке 6 показаны два варианта базирования поршня двигателя при растачивании отверстия в бобышке под поршневой палец режущим инструментом, предварительно настроенным на заданный размер. При обработке необходимо обеспечить точное получение размера h. Когда измерительная и установочная базы совпадают (рис. 6,а), погрешность базирования равна нулю. В ином случае (рис. 6, б) 23 размер h получается как разность размеров Н—h и погрешность базирования равна допуску б Н . Рис. 6. Возможные варианты базирования поршня при растачивании отверстия под поршневой палец; а — измерительная и установочная базы совпадают; б — измерительная и установочные базы не совпадают. При базировании детали на цилиндрической оправке (с упором в торец) с зазором (рис. 9) погрешность базирования численно равна половине зазора. Погрешность базирования в совокупности с другими погрешностями не должна превышать допуска на размер детали (во избежание брака). Погрешность закрепления Д 3 определяется предельными положениями заготовки, вызываемыми действием зажимных сил. Она возникает в процессе закрепления заготовки в приспособлении в связи с колебанием значений контактных деформаций в стыке заготовка — опоры приспособления. Рис. 7. Схема образования погрешности базирования при установке заготовки на цилиндрической оправке с зазором: s — зазор; Δ б — погрешность базирования; 1 — центровая цилиндрическая оправка; 2— заготовка (втулка); 3 — быстросменная шайба; 4 — зажимная гайка. Погрешность приспособления Δ пр возникает в результате неточности его изготовления и износа при эксплуатации. Она оказывает влияние на положение детали относительно режущего инструмента и на направление режущего 24 инструмента. Трехкулачковый самоцентрирующий патрон допускает погрешность 0,05— 0,1 мм, зажимная цанга — 0,02—0,04 мм, цилиндрическая оправка — 0,005— 0,01 мм. Погрешности от деформаций, вызванных перераспределением внутренних напряжений, возникают, если в обрабатываемой заготовке имеются остаточные напряжения, т. е. напряжения, существующие при отсутствии каких-либо внешних воздействий на заготовку. Остаточные напряжения появляются в процессе получения заготовок литьем, ковкой, штамповкой или прокаткой. Обычно эти напряжения взаимно уравновешиваются и внешне не проявляются. При нарушении равновесия, например, при снятии слоя металла происходит перераспределение остаточных напряжений, в результате чего заготовка деформируется. Для уменьшения остаточных напряжений в литых заготовках конструктивную форму детали разрабатывают с учетом создания условий равномерного остывания всех частей заготовки. Для ликвидации остаточных деформаций процесс обработки резанием разделяют на несколько операций с возможно большим интервалом времени между черновыми и чистовыми операциями. Для уменьшения остаточных напряжений в заготовках применяют искусственное или естественное старение металла. |