Основы ТМ пособие ч1

Из анализа формулы определения жесткости видно, что жесткость зависит от радиальной составляющей Ру и деформации у. В процессе обработки точка приложения сила Ру постоянно изменяется, поэтому изменяется и величина деформации. Инструмент с течением времени подвергается износу, в связи с чем сила Ру также изменяется (рис. 104, а). Изменение величины Ру также может быть вызвано колебанием твердости обрабатываемого материала (рис. 104, б), колебанием припуска на обработку поверхности.

Рис. 104. Графики зависимости радиальной силы Ру:

а – от износа инструмента; б – твердости обрабатываемого материала

На основании изложенного ранее можно констатировать, что жесткость технологической системы является величиной переменной.

Погрешности детали вследствие недостаточной жесткости. Под действием силы Ру возникает погрешностьобработки детали ∆, которая равна

В качестве параметра, характеризующего влияние жесткости на точность обработки, используется коэффициент уточнения ε, который определяется отно-

шением одноименных погрешностей заготовки ∆заг и обрабатываемой детали ∆дет

Известна эмпирическая формула для определения жесткости оборудования

где λ – постоянный коэффициент, характеризующий отношение РуPz 0.4…0.5;

Ср – постоянный коэффициент, характеризующий условия обработки. Определяя из формулы (37) величину ε, получим

откуда видно, что жесткость влияет на точность прямо пропорционально: чем больше жесткость, тем выше точность обработки.

81

Примеры погрешностей деталей от недостаточной жесткости технологи-

ческой системы. На рис. 105 приведены примеры возникновения конусности (а), бочкообразности (б) и седлообразности (в).

Рис. 105. Примеры погрешностей деталей от недостаточной жесткости технологической системы:

а– обработка в патроне; б – обработка в центрах: центры – жесткие, деталь – нежесткая;

в– обработка в центрах: центры – нежесткие, деталь – жесткая

На рис. 106. показано изменение растачиваемого отверстия в нежесткой втулке.

Рис. 106. Деформации нежесткой втулки при установке в патроне:

а – до обработки; б – в момент зажима; в – после обработки, деталь еще закреплена в патроне; г – после обработки, деталь раскреплена и снята

Методы экспериментального определения жесткости станков

До настоящего времени жесткость станков определяется эмпирическим путем. Выделяются два метода:

метод статического нагружения;

производственный метод.

Сущность метода статического нагружения: узел нагружают статическими силами с помощью специальных динамометров (рис. 107).

Деформация измеряется индикаторными приборами, нагрузка производится силами, аналогичными по своему направлению силам, действующим на данный узел при эксплуатации станка, однако в расчет вводятся только силы, нормальные к обрабатываемой поверхности. По результатам измерений строится график изменения жесткости станка в зависимости от силы нагружения (рис. 108).

82

Пути повышения жесткости технологической системы

Жесткость технологической системы может быть повышена на разных стадиях существования станка.

1. Стадия конструкторской разработки.

Создание жесткой конструкции оборудования: за счет улучшения конструкции подбором высокопрочных материалов, подбором размеров деталей с целью увеличения их сечений, а также за счет создания малых вылетов детали.

Обеспечение жесткой конструкции приспособления.

Правильный выбор посадок в соединениях деталей станка и приспособлений. 2.Стадия изготовления деталей.

На стадии обеспечивается получение оптимальных величин шероховатости и волнистости соединяемых поверхностей, выбор рациональных схем установок при обработке с целью обеспечения минимальных вылетов детали, применение дополнительных опор, обеспечивающих минимальные величины погрешностей формы и расположения.

3. Стадия сборки станка.

При сборке плотность соединения поверхностей должна быть вполне определенной, по данным некоторых исследований удельное давление в неподвижных соединениях с натягом после приложения нагрузки должно быть не менее

15кг/см², а в соединениях подвижных − 1…2 кг/см². 4.Стадия эксплуатации.

Выбор правильного режима эксплуатации станков. Работу на станке начинать после стабилизации условий его работы по температуре, качеству и состоянию смазки.

Пример: средняя жесткость шпиндельной бабки круглошлифовального станка при нормальной температуре неработающего станка составляет 1540 кг/мм, через 30 мин разогрева на холостом ходу жесткость повышается до 2280 кг/мм, т. е. увеличивается на 44%.

3.6.8.Неточность настройки станка на размер

Вединичном производстве сам метод достижения точности порождает неточность обработки. В серийном, крупносерийном и массовом производстве при автоматическом методе достижения точности погрешности обработки зависят от неточности настройки инструмента.

Величины погрешности настройки по результатам измерений обрабатываемых деталей

где εH – погрешность настройки станка, ∆изм – погрешности измерения мери-

тельного инструмента; ∆рег – погрешности, определяемые точностью устройства, применяемого для регулирования; К – коэффициент, учитывающий отклонение закона распределения погрешностей измерения и регулирования от нормального.

При настройке по эталонам

84

где ∆этал – погрешность изготовления эталона, уст.ин – погрешность установки инструмента.

Разновидности способов настройки станка на размер. В различных условиях производства настройка на размер осуществляется по-разному.

Вмелкосерийном производстве настройка на размер производится по упорам или по нониусу, точность установки по нониусу зависит от его цены деления и составляет 0,05; 0,15;0,03 мм. Точность установки по упорам: по жесткому упору

–0,02 - 0,05 мм, по индикаторному упору – 0,01 - 0,02 мм.

Всерийном производстве настройка инструментального блока производится вне станка с помощью концевых мер, а установка его на станке осуществляется по эталону со щупом или без щупа. Точность установки по эталону и щупу – 0,015 - 0,045 мм, точность установки по эталону без щупа – 0,02 - 0,05 мм.

Вкрупносерийном и массовом производстве используют три способа настройки станков:

статическая настройка;

настройка по пробным деталям с использованием рабочего калибра;

настройка по пробным деталям с помощью универсального мерительного инструмента.

Статическая настройка.

Установка режущего инструмента по эталонам или по установам на неработающем станке. При статической настройке не обеспечивается высокой точности обработки.

Настройка по пробным деталям с использованием рабочего калибра.

Рабочий настраивает инструмент по обработанной ранее детали, проверка производится обработкой одной или нескольких деталей и, если размеры этих деталей находятся в пределах допусков, то настройка считается правильной. Недостаток – невозможность контролирования настроечного размера, настроечный размер получается расположенным у верхней границы поля допуска.

Настройка по пробным деталям с помощью универсального мерительного инструмента.

Производится установка режущих инструментов на настроечный размер Lн. Правильность этой установки проверяется обработкой некоторого количества пробных деталей (от двух до восьми).

Назначение настроечного размера.

В том случае, если преобладающими погрешностями являются случайные, то основным принципом назначения настроечного размера является совмещение центра рассеивания размеров и середины поля допуска (рис. 110). При этом систематические погрешности являются постоянными ∆сис=const.

85

Для наружных цилиндрических поверхностей деталей типа вал Lн определяется по формуле

3.6.9. Определение суммарной погрешности при механической обработке

Суммарная погрешность при механической обработке обусловливается действием всех ранее перечисленных первичных погрешностей и определяет величину технологического допуска на рассматриваемую поверхность. Методика расчета суммарной погрешности зависит от метода достижения точности (от типа производства) и метода расчета.

При расчетно-аналитическом методе расчета и работе методом пробных рабочих ходов и замеров (в единичном производстве) суммарная погрешность определяется по формуле

где ∆j - погрешность из-за недостаточной жесткости технологической системы, ∆в – погрешность выверки, ∆з – погрешность закрепления, ∆и – погрешность от износа режущего инструмента, ∆изм – погрешность измерения, ∆т – погрешности из-за температурных деформаций, ∆н – погрешности, вызванные действием остаточных напряжений, ∆ст – погрешности из-за геометрических неточностей станка.

При работе на настроенном станке при автоматическом методе достижения точности (для мелкосерийного производства) погрешность определяется по формуле

где εу – погрешность установки детали в приспособлении, εн – погрешность наладки на размер.

Данная формула применяется в том случае, когда величина партии обрабатываемых деталей не велика.

В серийном, крупносерийном и массовом производстве, когда партия обрабатываемых деталей относительно велика, расчет общей погрешности обработки производится с учетом практического рассеивания отдельных погрешностей.

Как показывает практика, погрешности ∆j, εу, εн, ∆и, ∆изм подчиняются нормальному закону распределения; погрешности ∆т и ∆н − закону равной вероятности. Коэффициент, зависящий от закона распределения, называется коэффициентом относительного рассеивания Кi . Для нормального закона распределения погрешностей К1=1, для равновероятного – К2=1,73. Тогда суммарная погрешность обработки будет определяться как

87

При статистическом методе обработки суммарная погрешность определяется из оценки случайных и систематических погрешностей

где εн – погрешность наладки и установки инструмента, ∆сис – погрешности вследствие износа режущего инструмента и станка.

3.6.10. Пути повышения точности обработки

Для повышения точности обработки можно воздействовать на систематические и случайные погрешности, а также соблюдать этапность обработки. Рассмотрим воздействие через систематические погрешности.

1. Поднастройка режущего инструмента.

Рис. 112. Повышение точности обработки путем поднастройки режущего инструмента

Под влиянием переменных систематических погрешностей таких, как износ инструмента и нагрев элементов технологической системы, происходит смещение положения центра рассеивания детали из состояния I в II. Возникает опасность появления брака. Для того, чтобы брака не было, производят поднастройку станка, в результате которой восстанавливается первоначальное положение инструмента и детали (состояние III), т. е. инструмент перемещают на величину смещения центра рассеивания кривой, вызванную систематическими погрешностями

(рис. 112).

2. Увеличение точности обработки можно достигнуть за счет уменьшения интенсивности износа режущего инструмента αi , что определяется свойствами ин-

струментального материала (рис. 113).

88

стых способов уменьшения случайных погрешностей является непосредственное измерение размеров и твердости заготовок перед их обработкой с последующей сортировкой их на группы. При обработке каждой группы вносится необходимая поправка в размер статической настройки станка, учитывающая величину упругих отжатий технологической системы. Эта поправка может вноситься вручную или автоматически. Недостатком регулировки по данному способу является трудность осуществления малых перемещений узлов станка при его поднастройке.

Другим способом повышения точности, основанном на принципе компенсаций упругих отжатий в технологической системе, является обеспечение постоянной величины отжатия. Постоянство величины отжатия системы при неизменных условиях резания (геометрии инструмента, скорости резания, СОЖ) обеспечивается за счет изменения подачи. Как известно, величина отжатия определяется силой резания, а последняя определяется в зависимости от глубины резания t и НВ по формуле

Из анализа приведенной формулы видно, что единственным параметром, который может компенсировать t и НВ является подача. Управление подачей можно осуществлять как вручную, так и автоматически. В общем случае можно уменьшить поле рассеивания обрабатываемой поверхности от трех до девяти раз.

Недостатком данного способа является изменение шероховатости обрабатываемой поверхности.

Данный способ противоречит нормативному подходу формирования обработ-

ки.

Существенным путем увеличения точности обработки детали является соблюдение этапности обработки.

1. Соблюдение этапности обработки детали по ее основным поверхностям. Нарушение этапности способствует появлению непрогнозируемых погрешностей, приводящих к увеличению рассеивания размеров, погрешностей формы и погрешностей расположения. Соблюдение этапности при обработке одной поверхности предполагает строгое чередование этапов: Эоб; Эчр; Эпч; Эч; Эп; Эв; Эов, причем квалитетность переходов nкв не должна превышать их нормативных значений.

Квалитетность технологического перехода определяется как разность квалитетов предшествующего и выполняемого переходов

90