Материал: Технология машиностроения. Пачевский В.М

1.2.2. Факторы, влияющие на точность обработки

На точность обработки существенно влияет ряд факторов, являющихся следствием движения режущей кромки инструмента по обрабатываемой поверхности, выполняемого в соответствии с кинематикой станка.

В результате некоторого несоответствия действительных движений заготовки и инструмента движениям, предусмотренным кинематической схемой станка, возникает погрешность обработки.

При использовании автоматических подач погрешность обработки не зависит от действий рабочего, а определяется свойствами станка, инструмента и обрабатываемых заготовок и характеризует тем самым погрешность работы станка.

Погрешность работы станка, не зависящая от нагрузки, возникает вследствие неточности кинематической схемы станка и его отдельных узлов.

В состав погрешности обработки входит также погрешность, возникающая от неправильности взаимного расположения инструмента и заготовки в начале перехода, а также от неточности регулировки настройки

Погрешность обработки - это следствие ряда причин, основными в которых являются: неточность кинематической схемы станка; геометрическая неточность станка в ненагруженном состоянии; неточность режущего инструмента; износ режущего инструмента; деформация упругой системы станок - приспособление - инструмент - деталь; температурные деформации узлов станка, обрабатываемой заготовки и режущего инструмента; остаточные формации заготовки; неточность измерений в процессе обработки;

1.2.3. Методы исследования точности

Изучение причин (факторов), вызывающих погрешности при обработке заготовок на металлорежущих станках, позволило установить связь между этими причинами и величинами погрешностей и таким образом управлять погрешностями, снижая или устраняя их совсем.

В результате совокупного действия всех факторов возникает так называемая результирующая погрешность, определяющая отступление от заданного размера. Эту результирующую погрешность надо знать заранее и не допускать, чтобы ее величина была больше допуска, установленного на заданный размер.

Погрешности в пределах данной совокупности размеров можно разделить на: систематические постоянные погрешности, т. е. погрешности, имеющие одинаковое значение для всей рассматриваемой совокупности, систематические переменные погрешности, закономерно изменяющиеся по ходу технологического процесса, и случайные погрешности (погрешности рассеивания), имеющие различные значения при невыясненных причинах их появления.

Для определения результирующей погрешности необходимо суммировать все погрешности по величине и знаку.

В зависимости от характера погрешностей - систематических или случайных, порождающих рассеивание размеров, их суммируют различными способами.

Систематические постоянные погрешности суммируют алгебраически (с учетом их знаков), что в результате может привести как к увеличению, так и к уменьшению погрешностей или к их компенсации.

Систематические переменные погрешности (любого знака: «+» или «-») суммируют арифметически, причем при определении суммарной погрешности исходят из наименее выгодных условий.

К этому виду погрешности относятся: погрешности формы обрабатываемой заготовки, зависящие от жесткости системы СПИД, погрешности, связанные с износом инструмента, и погрешности настройки.

Технологический процесс может быть устойчивым или неустойчивым, налаженным или разлаженным, вследствие чего качество заготовок может получаться однородным или неоднородным.

При однородном качестве заготовки имеют незначительные колебания, в то время как неоднородное качество характеризуется большими колебаниями в размерах, форме или свойствах заготовок.

С помощью метода построения кривых распределения исследуют точность обработки законченного этапа технологического процесса. При этом не может быть учтена последовательность обработки заготовок, так как все заготовки данной партии как бы перемешиваются и систематические постоянные и переменные погрешности не отделяются от случайных и влияние, как тех, так и других выражается в общем виде как рассеивание размеров.

Статистический метод исследования точности обработки с построением точечных диаграмм свободен от этих недостатков и позволяет исследовать технологический процесс значительно глубже, чем метод кривых распределения; при этом оказывается возможным разделить влияние случайных и систематических погрешностей (как постоянных, так и закономерно изменяющихся).

Точечные диаграммы можно строить не только для одной партии заготовок, но и для нескольких последовательно обрабатываемых партий, при этом партии разбиваются на группы по несколько штук последовательно обрабатываемых заготовок в каждой группе, и тогда по оси абсцисс откладываются не номера заготовок (проб), а номера групп, но при этом рассеивание средних значений групп (средних арифметических значений размеров заготовок, входящих в группу) будет меньше, чем рассеивание размеров отдельных заготовок.

1.2.4. Методы обеспечения заданной точности

Необходимая точность обработки может быть достигнута следующими методами.

Метод пробных рабочих ходов заключается в индивидуальной выверке устанавливаемой на станок заготовки, последовательном снятии стружки путем пробных рабочих ходов, измерении полу­чаемых размеров. Скорректировав по результатам измерений поло­жение режущего инструмента, производят окончательную обра­ботку заданной поверхности. Метод пробных ходов трудоемкий, так как требует много времени на выверку заготовки и на коррек­тировку положения режущего инструмента. Метод применяется в единичном и, реже, в мелкосерийном производстве.

Метод автоматического получения заданного размера заклю­чается в том, что партию заготовок обрабатывают на предвари­тельно настроенном станке с установкой заготовок в приспособлении без выверки их положения, а режущий инструмент при наладке станка устанавливают на определенный размер, называемый настроечным. Заданный размер получают за один рабочий ход, т. е. при однократной обработке. Этот метод более производителен, чем метод пробных рабочих ходов, но требует специальных приспособлений и более стабильных по размерам исходных заготовок. Метод автоматического получения заданных размеров широко применяют в серийном и массовом производстве.

1.3. Качество поверхности

1.3.1. Основные понятия и определения

Взаимодействие деталей при внешнем трении и их изнашивание зависит от качества их поверхностей.

Под качеством поверхности понимают совокупность геометрических и физико-механических характеристик поверхностных слоев, определяющих состояние поверхности.

Физико-механические свойства поверхности определяются наклепом и внутренними или остаточными напряжениями.

Наклеп поверхностного слоя характеризуется критериями качественной оценки пластической деформации: степенью наклепа и глубиной наклепного слоя. Степени наклепа представляют собой отношения поверхностной твердости (микротвердости) к твердости исходного материала. Поверхностная твердость в результате наклепа, в том числе при механической обработке, может повышаться более чем в 2 раза. Глубина наклепного слоя может изменяться от нескольких микрометров до 1 мм и выше. Микротвердость поверхности, определяющая степень наклепа, измеряется царапаньем или вдавливанием алмазной пирамиды при небольших нагрузках. В исследовательской практике для этой цели используются микротвердомер ПМТ-3.

Остаточные напряжения подразделяются на остаточные напряжения растяжения и сжатия. Кроме этого, остаточные напряжения бывают первого, второго и третьего родов. Наибольшее влияние на изменение формы детали оказывает остаточное напряжение первого рода, которое при изменении состояния детали (например, увеличении температуры) могут привести к существенной деформации детали. Остаточные напряжения первого рода определяются методом травления образцов, вырезанных из исследуемого участка. Скорость изгиба образца характеризует величину напряжения.

Эксплуатационные свойства деталей машин и долговечность их работы в значительной степени зависят от геометрического состояния их поверхности.

В отличие от теоретической поверхности деталей, изображаемых на чертеже, реальная поверхность всегда имеет неровности различной формы и высоты, образующиеся в процессе обработки.

Высота, форма, характер расположения и направление неровностей поверхностей обрабатываемых заготовок зависят от ряда причин: режима обработки, условий охлаждения и смазки режущего инстру­мента, химического состава и микроструктуры обрабатываемого ма­териала, конструкции, геометрии и режущей способности инстру­мента, типа и состояния оборудования, вспомогательного инструмента и приспособлений.

Различают следующие отклонения от теоретической поверхности: макрогеометрические, волнистость и микрогеометрические.

Макрогеометрические отклонения - единич­ные, не повторяющиеся регулярно отклонения от теоретической формы поверхности, характеризующиеся большим отношением протяженно­сти поверхности L к величине отклонения h, которое больше 1000.

Макрогеометрические отклонения характеризуют овальность, конусообразность и другие отклонения от правильной геометрической формы.

Волнистость поверхности представляет собой сово­купность периодически чередующихся возвышений и впадин с отно­шением шага волны . Волнистость является следствием вибрации системы СПИД, а также неравномерности процесса резания.

Микрогеометрические отклонения, или микронеровности, образуются при обработке заготовок в результате воздействия режущей кромки инструмента на обрабатываемую поверхность, а также вследствие пластической деформации обрабатываемого мате­риала в процессе резания. Микронеровности определяют шероховатость (негладкость) обработанной поверхности. Микрогеометрические отклонения характеризуются небольшим зна­чением отношения шага микронеровностей S к их высоте h, которая должна быть менее 50.

1.3.2. Параметры оценки и измерение шероховатости

поверхности

Шероховатость поверхности - это совокуп­ность неровностей с относительно малыми шагами (расстоянием между вершинами характерных неровностей измеренного профиля), образую­щих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого выбирается в зависимости от характера поверхности и равна базовой длине. Для оценки шероховатости поверхности установ­лены следующие два параметра: среднее арифметическое отклонение профиля - R_а и высота неровностей - R_z.

Шероховатость поверхности следует измерять в направлении, которое дает наибольшее значение Ra или Rz, если заранее не указано какое-либо другое определенное направление измерения шероховатости.

Различные дефекты поверхности (царапины, раковины и т. п.) при измерении шероховатости не учитывают. Числовое значение шероховатости поверхности (табл. 1.1) ограничивает только максимальную величину шероховатости.

Таблица 1.1

Классификация шероховатости поверхности