_Sysoev_TMS_-lekcii

на исходный размер Аи должен быть меньше допуска Тк на конструкторский размер Ак, то есть

Ти ≤ Тк – λик

Рис. 2.16. Пример несовмещения баз с конструкторским размером Ак

При несовмещении исходной базы с установочной базой (ИБ ¹ УБ) в исходном размере Аи возникает погрешность λиу (см. рис. 2.17, б). Поэтому для предотвращения брака деталей по исходному размеру Аи допуск Ти на этот размер должен быть уменьшен на величину λиу по сравнению с тем, каким он мог быть при совмещении баз (т. е. при λиу=0).

Рис. 2.17. Пример несовмещения трех баз

Несовмещение всех трех баз (ИБ¹КБ¹УБ на рис. 2.17, в) вызывает погрешность λик в чертежном размере Ак погрешность λиу. В этом случае для предотвращения брака при обработке детали допуск Тк и на величину λик и на величину λиу необходимо уменьшать по сравнению с допуском Тк : Ти ≤ Тк –

λик – λиу.

2.2.2 Последовательность выполнения операций

Операции и переходы в технологическом процессе следует выполнять в следующей последовательности:

каждая из двух поверхностей, связанных на чертеже детали одним размером, является конструкторской базой по отношению к другой. Роль установочной базы и исходной базы должна выполнять другая поверхность. Обработанная поверхность, как более точная, должна служить установочной и исходной базой на следующей операции.

третьей по порядку может обрабатываться лишь та поверхность, которая связана с одной из двух уже обработанных.

91

четвертой по порядку следует обрабатывать поверхность, связанную с третьей или с одной из двух ранее обработанных.

Условия выбора установочной базы:

установочной базой должна служить та поверхность заготовки, относительно которой в рабочем чертеже детали координирована обрабатываемая поверхность.

точность, форма и размеры установочной базы должны обеспечивать простоту необходимого приспособления

Для уменьшения погрешности от несовмещения баз следует при-

держиваться следующих правил:

из двух взаимно связанных поверхностей детали в первую очередь должна быть обработана та, которая более пригодна для установочной базы; в качестве установочной базы необходимо использовать ту из поверх-

ностей заготовки, которая наиболее точно расположена относительно КБ.

Правило единой установочной базы

Две поверхности (первую, обрабатываемую в данной операции, и вторую, являющуюся по отношению к ней конструкторской базой) обрабатывают, пользуясь одной и той же УБ.

Принцип постоянства установочной базы

Обработку всех поверхностей (или группы поверхностей) детали выполняют, пользуясь на всех операциях одной и той же (постоянной) установочной базой.

При выборе исходной базы при несовмещении УБ и КБ учитывают,

какая из двух баз (УБ или КБ) будет лучшей измерительной базой:

При таком совмещении (ИБ = КБ) связь между операционным размером и размером на рабочем чертеже детали получается очевидной, и ее легко проследить при разработке технологического процесса;

Любая другая простановка размера (ИБ ¹ КБ) потребует увеличения объема послеоперационного контроля деталей. Однако отклонить эти два соображения и совместить исходную базу с установочной (ИБ = УБ) следует тогда, когда для этого есть весомые причины:

1)когда необходимо контролировать исходный размер в процессе наладки станка на операцию;

2)когда конструкторская база непригодна для роли измерительной

базы.

2.2.3 Выбор баз

Обработку заготовки начинают с создания черновой технологической базы (необрабатываемую либо обрабатываемую в дальнейшем). Она должна обеспечивать: равномерное снятие припуска; более точное взаимное положение обработанных и необрабатываемых поверхностей. Черновые базы должны: быть по возможности гладкими, не иметь штамповочных и литейных

92

уклонов, литников, прибылей, плоскостей разъёма литейных форм и штампов.

Основные правила выбора баз:

необходимо обеспечить принцип совмещения и постоянства баз;

в чертеже следует проставлять размеры от одной достаточно устойчивой измерительной базы; за новую базу следует выбирать более точно обработанные поверхности.

Если при этом базовая поверхность не является измерительной, производят проверочный расчёт погрешности размера или перерасчёт допусков на размеры базовых поверхностей, т.е. назначают более жесткие технологические допуски на размеры;

выбирать технологические базы, обеспечивающие устойчивость и жёсткость установки заготовки, требуемую ориентацию обрабатываемой заготовки в приспособлении. Для этого заготовка не должна иметь сдвиг и вращение относительно трёх координатных осей, тогда она лишается трёх степеней свободы. Число установочных элементов (точек) должно быть равно шести, а их положение должно обеспечивать достаточную устойчивость заготовке. Количество точек для базирования в некоторых случаях может быть и менее 6, но на эскизах карт наладок механической обработки заготовок следует указывать полный комплект баз (табл. 2.2).

2.3 Точность обработки деталей

Точность обработки (механической, электрофизической и др.) – это степень соответствия размеров и формы заготовки, а также относительного положения ее поверхностей чертежу. На точность обработки деталей влияет ряд факторов, являющихся следствием движения режущей кромки инструмента по обрабатываемой поверхности:

погрешность настройки, возникающая от неправильного взаимного расположения инструмента и заготовки в начале перехода и неточности настройки технологической системы;

погрешность работы станка, возникающая вследствие неточности кинематической схемы станка, свойств инструмента и заготовки.

Основными причинами погрешности обработки являются: неточности кинематической схемы станка; геометрическая неточность станка в ненагруженном состоянии; неточность режущего инструмента и его износ; деформация упругой системы СПИД;

температурные деформации узлов станка, обрабатываемой заготовки и режущего инструмента;

остаточные напряжения заготовки; неточность измерения в процессе обработки; неточность настройки на размер.

93

Таким образом, точность механической обработки зависит от большого числа факторов (первичных погрешностей). Характер и степень влияния этих факторов определяется методом обеспечения точности и видом обработки.

При механической обработке на предварительно настроенном станке суммарная погрешность в общем случае складываются из следующих основ-

где ωy3i - погрешность, возникающая при установке заготовки; ωy - погрешность, возникающая в результате упругого отжатия звеньев технологической системы вследствие нестабильности сил резания; ωH - погрешность настройки станка; ωИ - погрешность, вызываемая размерным износом режущего инструмента; ωτ - погрешность, вызываемая тепловыми деформациями системы; ∑ωФ - суммарная погрешность формы обработанной поверхности.

Учитывая, что распределение погрешностей ωy, ωy3i и ωH близко к нормальному, распределения погрешностей ωИ и ωτ подчиняются закону равной вероятности, при риске 0,27% формула суммарной погрешности обработки принимает вид:

Рассмотрим подробнее факторы, входящие в формулу (2.2).

2.3.1 Погрешность установки

Погрешность установки - это часть операционной погрешности, связанная с базированием и установкой заготовки на станок или приспособление.

Основными факторами, влияющими на точность установки заготовки являются:

упругие и пластические деформации установочной поверхности заго-

товки. При установке детали для фрезерования поверхности Б (рис. 2.18) под действием сил зажима Q и силы резания Py происходит упругая и пластическая деформация поверхности Б в месте контакта её с установочными элементами приспособления. Плоскость Б опускается на величину y. Величина деформации зависит от степени шероховатости поверхности, механических свойств материала, величины сил зажима, поэтому:

ω y/ 3i = ymax − ymin .

По экспериментальным данным:

ωy3i=0,005....0,01 мм - при установке на чисто обработанную поверхность; ωy3i=0,05...0,08 мм - при установке на необработанную поверхность.

Для уменьшения ωy3i применяют притирку установочных поверхностей приспособлений и обеспечивают постоянство зажимных сил.

94

Рис. 2.18. Схема образования погрешности за счёт деформации опорной поверхности

влияние геометрических и динамических неточностей приспособления:

а) силы зажима, возникающие при вращении винта (гидропривода или пневмопривода), образуются силами реакции, действующими от заготовки на губки тисков (рис. 2.19), в результате чего заготовка с губками тисков приподнимается и теряется контакт нижней плоскости с установочными элементами на величину y. Условия закрепления изменяются, поэтому:

ω y 3i =y max −ymin

По экспериментальным данным:

ω//y3i=0,01.....0,02 мм для мало изношенных и малогабаритных тисков; ω//y3i=0,1......0,15 мм для старых тисков и крупных заготовок.

б) при закреплении заготовки в самоцентрирующем патроне возникает смещение оси заготовки на величину l, т.е. при повороте шпинделя будет биение ///y3i=2l, которое приведёт к неконцентричности обработанной цилиндрической поверхности относительно базирующей поверхности.

Рис. 2.19. Схема образования погрешности установки от деформации приспособления от сил зажима.

влияние неточности размеров и формы базирующей поверхности.

а) Задача: прошлифовать наружную поверхность втулки (рис. 2.20) с установкой заготовки по отверстию на оправке с зазором.

Максимальная величина зазора:

95

Smax = Smin + dопр + dD,

где Smin - минимальный зазор, гарантирующий возможность одевания втулки на оправку; dопр - допуск на диаметр оправки; dD - допуск размер базирующей поверхности.

Рис. 2.20. Образование погрешности установки за счет зазора

ωy3i = 2е = δmin + δопр + δD.

б) Если заготовка имеет овальность wф = Dmax - Dmin , то при установке в трехкулачковый патрон происходит смещение оси на: е = 0,25 ωф, а полное поле погрешности установки будет ωy3i = 2е = 0,5ωф.

влияние несовмещения исходной (ИБ) и установочной (УБ) баз. Это значит ИБ ¹ УБ (рис. 2.21).

Задача: фрезеровать заготовку в размер А. Исходная база - ИБ, установочная УБ. Расстояние от ИБ до УБ колеблется от Nmax до Nmin, следовательно

ωА =δN.

Рис. 2.21. Погрешность от несовмещения установочной и исходной баз

2.3.2 Погрешности, возникающие в результате упругой деформации технологической системы под действием сил резания

Механическая обработка заготовок на металлорежущих станках выполняется с использованием приспособлений и инструментов. Все устройства, участвующие в процессе обработки, и обрабатываемая деталь образуют технологическую упругую систему СПИД (станок - приспособление - инструмент - заготовка). C точки зрения увеличения точности изготовления система

96

СПИД должна обладать определённой жесткостью, т.е. способностью оказывать сопротивление действию деформирующих её сил. Жесткость упругой технологической системы СПИД выражается формулой:

где Py - усилие резания; y - смещение лезвия инструмента относительно заготовки.

Упругие деформации технологической системы возникают под действием всех составляющих сил резания Pz, Py, Px, но формула жесткости (2.3)

учитывает влияние только составляющей Py, т.к. y = Pjy влияет на точность

размера непосредственно, а Pz и Px влияют незначительно.

Для практических целей удобнее пользоваться понятием податливости:

Жесткость системы зависит от податливости составляющих его элементов: станка, приспособления, инструмента и заготовки.

Пример 1 Задача: обработать гладкий вал в центрах на токарном станке (рис. 2.22).

Суммарное перемещение лезвия инструмента относительно заготовки в сечении А:

yA = yАп б + yАз б + усAуп + yАз аг ,

где введены следующие обозначения: пб - передняя бабка; зб - задняя бабка; суп - суппорт; заг - заготовка.

Рис. 2.22. Структура перемещений системы СПИД под действием силы резания Py

После преобразования получим:

где Е – модуль упругости материала заготовки; J – момент инерции сечения заготовки.

97

Следовательно, податливость (жесткость) системы изменяется по длине обработки.

Жесткость станка (или податливость) определяют экспериментально. Податливость заготовки можно рассчитать при установке:

Таким образом, податливость заготовки меньше в третьем случае.

В результате упругих деформаций под действием сил резания изменяется расстояние между режущей кромкой инструмента и базовой поверхностью (линией, осью) заготовки. Если резец до начала резания был установлен на размер D0 (рис. 2.23), то в результате деформаций системы при резании расстояние между вершиной резца и осью вращения увеличивается на y=Pyw, тогда действительный диаметр после обточки будет: D=Do+2y.

Рис. 2.23. Погрешности формы заготовки в результате изменения жесткости системы по длине обработки.

Если бы Py и w были постоянными во всех сечениях и направлениях обработки, а также при обработке всех деталей партии, то можно было бы заранее определить величину упругой деформации системы и скорректировать положение резца при настройке, т.е. установить его ближе к оси детали на величину y. Но такая корректировка невозможна вследствие того, что Py и w изменяются, в результате чего возникают погрешности форм, размеров и расположения обрабатываемых поверхностей.

Поскольку аналитически учесть одновременное влияние Py на точность обработки довольно сложно, то разделим это влияние на два частных случая.

1. Определение погрешности обработки при Py=const, w=var.

Пользуясь общим уравнением податливости (2.5) рассмотрим два вари-

анта:

а) если на станке с большой податливостью обрабатывать заготовку с малой податливостью, то w системы в начале и конце обработки будет больше, чем в середине, тогда заготовка получит вогнутость по образующей.

98

б) если на станке с малой податливостью обрабатывать нежёсткий вал, то закон изменения податливости по длине получит обратную картину - получим бочкообразную деталь (рис. 2.23),

т.е. ωф = DA - DБ, но DA = Do + 2yA и DБ = Do + 2yБ,

тогда ωф =2(yA+yБ).

Деформация системы в точках А и Б определяется из соотношений:

yA=PywA и yБ=PywБ.

Так как wA>wБ , то yA>yБ , следовательно

ωф =2Py( A- Б).

При уменьшении Py погрешность формы ωф уменьшается.

При обработке заготовки на токарном станке с установкой в патроне с увеличением вылета заготовки податливость увеличивается, поэтому появляется конусность.

В некоторых случаях податливость системы изменяется за время одного оборота шпинделя с заготовкой или инструментом, тогда возможно появление овальности, гранённости и т.д.

2.Определение погрешности при ωф =const, Py=var.

Впроцессе обработки одной заготовки или отдельных заготовок в партии величина сил резания непрерывно изменяется из-за: изменения глубины резания; притупления инструмента; изменения механических свойств мате-

риала; изменения геометрии инструмента (углов ϕ и γ, радиуса при вершине

r ).

Рассмотрим случай, когда Py=var от изменения глубины резания, а заготовка имеет исходную овальность (рис. 2.24).

Из схемы видно, что глубина резания t непрерывно изменяется от максимального значения t1 в сечении 1-1 до минимального t2 в сечении 2-2. Так-

же будет изменятся и составляющая силы резания Py - от P1ymax до P2ymin. Для упрощения расчета принимаем:

Py=λPz=λCpz txpzSypz.

При обработке стали Xpz,≈1,0, тогда:

P1y=λCpzt1Sypz,

P2y=λCpzt2Sypz.

99