Методы обеспечения точности механической обработки заготовок

В настоящее время весьма важным направлением в повышении эффективности производства является моделирование процессов управления точностью и снижения погрешностей механической обработки заготовок.

Эта задача решается по трем основным направлениям:

1. Выбор метода обработки и настройки станков и проведением точностных расчетов, обеспечивающих минимизацию систематических погрешностей;

2. Выбор (расчет) оптимальных режимов обработки с учетом жесткости ТС, скоростных характеристик станков, оптимизации размеров заготовок и мето-дов их получения;

3. Применение станков с числовым программным управлением (ЧПУ) особенно типа «обрабатывающий центр», обеспечивающих возможность резкого повышения производительности обработки и мобильности наладки и подналадки станков в реальных условиях производства.

Для реализации технологической операции необходимо:

1. Разработать технологически процесс изготовления детали и программное обеспечение станочного парка;

2. Обеспечить ТП необходимым составом станочных приспособлений, режущего и мерительного инструмента, объемом заготовок;

3. Произвести предварительную наладку (настройку) станка с соответст-вующими эксплуатационными характеристиками (в условиях крупносерийного и массового производства) – обеспечение точности взаимного расположения режущих инструментов, приспособлений и др.

Наладкой (настройкой) называют процесс подготовки технологического обо-рудования и оснастки (приспособлений, режущего и мерительного инструмен-та) к выполнению определенной технологической операции.

Применяемые методы настройки ТС:

– статическая настройка по калибрам, копир-пластинам, эталон-деталям, настройка режущего инструмента (резцовых блоков) вне станка, настройка режущего (вернее, фиксация и ввод координат инструмента в управляющую программу) на станках с числовым программным управлением;

– настройка по пробным заготовкам с помощью рабочих калибров (мери-тельные пробки, скобы и др.);

– настройка по пробным заготовкам с помощью универсального мерительного

инструмента (штангенциркули –глубиномеры, микрометры, нутромеры и др.)

Сделаем краткий анализ методов настройки ТС.

1. Методы статической настройки заключается в установке режущих инст-рументов на станке по калибрам или эталон - деталям, которые, в свою очередь, устанавливаются вместо обрабатываемой заготовки в станке.

Закрепив калибр (пробка с размером поверхности будущей поверхности де-тали, набор мерных плиток, копир) либо эталон-деталь (деталь, изготовленная по чертежу с точными размерами и закаленными поверхностями) в станке, под- водят к поверхностям соответствующий режущий инструмент (которым будет обрабатываться та или иная поверхность или несколько последовательно обра-батываемых поверхностей) до соприкосновения с этой поверхностью и режу-щий инструмент закрепляется (при этом часто используются дополнительные индикаторные устройства для точной координаты касания режущего инстру-мента).

Следует отметить, что при механической обработке возникают погрешности размеров заготовки из-за температурных деформаций, колебания сил резания и других факторов. Поэтому для компенсации этих погрешностей (частично) по-верхности установочных калибров или эталон – деталей изготавливаются с не-которой поправкой на размер.

Расчетный настроечный размер поверхности калибра или эталон – детали чаще всего принимают:

L_{н. расч} = L_{пов. мах} – · , (2.23)

где L_{пов. мах} – максимальный размер поверхности детали по чертежу;

– максимальная величина допуска на размер поверхности по

чертежу;

– коэффициент доли допуска (для охватываемых поверхностей
= 0,75,охватывающих поверхностей = 0,25).

Примечание. Допуск на расчетный настроечный размер поверхности калибра или эталон – детали в 2-3 раза более жесткий, чем на обрабатываемую поверхность.

Например. Размер L_пов = 50^+0,1 (наружная поверхность) и L_пов = 50_-0,1 (внут-ренняя поверхность).

Расчетный настроечный размер первой поверхности

L_{н. расч1}= L_{пов.1 мах} – 0,75 ₁ = 50,1 – 0,75·0,1 = 50,025мм.

Расчетный настроечный размер второй поверхности

L_{н. расч2}= L_{пов.2 мах} – 0,25 ₁ = 50,0 – 0,25·0,1 = 49,975мм.

Однако подобная настройка ТС обеспечивает точность обрабатываемых по-верхностей заготовок не лучше 8-9 квалитетов. Поэтому для обеспечения более точной обработки поверхностей (7-8 квалитетов) необходима дополнительная регулировка координат режущих инструментов с учетом погрешностей первых партий заготовок.

При настройке режущего инструмента вне станка с ЧПУ на специальной установке фиксируют или регулируют точную координату вершины инстру-мента по отношению к установочной поверхности резцового блока (рис.2.10) и вводят эту координату в управляющую программу. После чего производится обработка поверхности 1 ^ой заготовки и, при необходимости, корректировка размера обработки на пульте управления станка, что обеспечивает высокую точность обработки определенной партии заготовок.

Наиболее совершенной (но и дорогостоящей)

является фиксация координат режущего инстру- h_y±….

мента на станках с ЧПУ типа «обрабатывающий

центр - специальный щуп – наконечник, сопри-

касаясь с вершиной режущего инструмента, оп- Рис. Схема установки ради-

ределяет его координату по осям с автоматичес- альной координаты резцового

ким вводом этих координат в управляющую блока станка с ЧПУ

программу системы ЧПУ. После чего соответствующий инструмент автома-

тически устанавливается на размер обработки и изготавливает поверхность.

Время на процедуру фиксации координат вершины режущего инструмента не превышает 2-4 с.

2. Настройка ТС по пробным заготовкам с помощью рабочего калибра

В средне- и крупносерийном производстве иногда (при значительных полях допуска на размер) применяется метод настройки ТС по рабочему калибру, которым будет пользоваться оператор станка при механической обработке заготовок.

При этом оператор, регулируя положение режущих инструментов на самом станке, обрабатывает поверхности с контролем их размеров рабочими калибра-рами (т.е. жесткими пробками, скобами и др.). Если полученные размеры пер-вой или нескольких заготовок находятся в пределах допусков этих калибров (а калибры выбираются по номинальным размерам и допускам обрабатываемых поверхностей заготовки), то настройка считается правильной и разрешается обработка всей партии заготовок.

Такой метод настройки ТС относительно прост, быстродействующий, но в виду малой настроечной партии пробных заготовок (2-5 шт.) и жесткости кали-бров далеко не всегда гарантирует точность обработки всей партии заготовок даже, если поле рассеивания ω < T (Т – поле допуска на размер), т. к. поле рас-сеяния настроечной партии заготовок смещено относительно центра группиро-вания всей партии заготовок более 3σ.

3. Настройка ТС по группам пробных заготовок с использованием универсального мерительного инструмента.

Сущность метода – установка режущих инструментов производится на оп-ределенный настроечный размер обрабатываемой заготовки, среднее арифмети-ческое размеров которой находится в пределах допуска на настройку Т_н < T (Т – поле допуска на размер поверхности партии заготовок).

Если рассеяние размеров всей партии обработанных заготовок подчиняется закону нормального распределения (закону Гаусса), то среднее квадратичное

отклонение размеров настроечной партии из m штук

σ_н = σ /Ö m,(2.24)

где σ - среднее квадратичное отклонение размеров всей партии заготовок.

Допуск настройки (после допуска на размер поверхности настройки на настроечную партию из m заготовок):

Т_н = Т - 6 σ ( 1+1 /Ö m ). (2.25)

Если Т = Т_н + 6 σ ( 1+1 /Ö m ), то обработка заготовок будет осуществляться без брака.

Число деталей для настроечной партии m > [6σ/(Т – 6σ)]².

Например. Обработав 1 ^ю партию заготовок из 20 шт с полем допуска на размер Т = 0,07мм, средне квадратичное отклонение размеров σ = 0,02мм. Распределение размеров подчиняется закону нормального распределения. Число деталей в настроечной партии, по которым можно настраивать ТС на обработку без брака всей партии

m>

Принимаем m=6 шт.

Допуск (поле допуска) на среднее групповых настроек

Т_н = 1,2Ö ω²_рег + ω²_изм + ω²_см , (2.26)

где ω_рег - цена дискреты регулирования режущего инструмента на размер;

ω_изм - погрешность мерительного инструмента, которым контролируется

обработанная поверхность заготовки;

ω_см = ω_м /Öm - величина смещения центра групповых средних (ω_м – величи-

на мгновенного рассеяния вида обработки).

Пусть дискрета регулирования радиального смещения резца ω_рег = 0,005мм, погрешность микрометра типа МК ω_изм = 0,012мм, величина мгновенного рас-сеяния размеров обработки поверхности на токарном станке с ЧПУ ω_м=0,01мм.

Тогда Т_н = 1,2Ö0,005² + 0,012² + 0,01² = 0,02мм.

Расчеты показывают, что при настройки ТС на настроечную партию дета-

лей допуск настройки (т.е. среднего размера поверхностей заготовок из m=6 шт) должен быть T_н 0.02мм (в то время, как допуск на поверхность всей партии заготовок Т=0,07 мм). В этом случае обработка будет без брака.

4. Регулирование точности обработки

Главными факторами, влияющими на точность обработки поверхности, яв-ляются радиальная составляющая силы резания Р_у и жесткость элементов тех-нологической системы (главным образом, жесткость заготовки, поперечного

a

1 ^ый проход 2 ^ой проход 3 ^ий проход 1 ^ый проход: S₁»0,3¸0,5мм/об;

R_z6 V ₁»150 м/мин;

t₁»2¸3мм.

2 ^ой проход: S₂»0,15¸0,20мм/об;

DH7 V ₂»200 м/мин;

t₂»0,3¸0,5мм.

3 ^ий проход: S₃»0,03¸0,05мм/об;

V ₃»250 м/мин;

t₃»0,1¸0,2мм.

  S_i:(мм/об) 0,4 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10

б

ΔR^max»0,4мм при S = 0,3мм/об.

R_z» …….. max

Дата добавления: 2014-11-29