Обработки

ПРИЧИНЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ ПОГРЕШНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ

Основными причинами погрешностей механической обработки являются:

1. Неточность и износ станков;

2. Неточность и износ инструментов и приспособлений;

3. Деформации обрабатываемой заготовки под действием сил резания и закрепления, нагрева в процессе обработки и перераспределения внутренних напряжений;

4. Погрешности, возникающие при установке инструментов и их настройке на размер;

5. Жесткость технологической системы.

Неточность и износ станков.

Металлорежущий станок, как и всякую машину, изготовить абсолютно точно практически невозможно. Это объясняется тем, что невозможно изготовить основные детали станка абсолютно точно и невозможно собрать узлы станка без погрешностей.

Собственная точность металлорежущих станков, т. е. точность их в ненагруженном состоянии, регламентирована ГОСТами. Так, например, по ГОСТу радиальное биение шпинделей токарных и фрезерных станков допускается до 0,01 – 0,05 мм; торцовое биение шпинделей – до 0,01 – 0,02 мм; прямолинейность и параллельность направляющих токарных и продольно-строгальных станков на длине 1000 мм – до 0,02 мм; то же на всей длине 0,05 – 0,08 мм и т. д.

Для выполнения особо точных работ промышленность выпускает станки с повышенной точностью, так называемые прецизионные, степень точности изготовления которых приблизительно в 2 – 3 раза выше по сравнению с точностью обычных станков.

По мере износа собственная неточность станка возрастает. Особое значение имеет износ подшипников и шеек шпинделей, а также направляющих станин.

Вследствие износа шпинделя и подшипников у станков токарного типа появляется биение шпинделя, придающее неточность геометрической форме обрабатываемой детали. Износ направляющих токарного станка вызывает несовпадение центров бабок, что также приводит к погрешности геометрической формы обрабатываемой детали.

Неточность и износ инструмента. Точность обработки непосредственно связана с точностью изготовления режущего инструмента в двух случаях:

1. При работе мерным инструментом, когда размер инструмента непосредственно передается детали;

2. При работе фасонным инструментом, когда его профиль переносится на деталь.

В промышленности применяют большое количество немерных режущих инструментов проходные резцы, торцовые фрезы и др. Погрешность изготовления этих инструментов непосредственного влияния на точность обработки не оказывает.

Рис. 5 Виды износа режущего инструмента

Существенно влияет на точность обработки износ режущего инструмента. В процессе обработки режущие инструменты изнашиваются как по задней поверхности (рис. 5а), так и по передней (рис. 5б). Следствием износа резца по задней поверхности на величину V (рис. 5б) является изменение размера детали на величину W. Такой износ получил название размерного износа. В технологии машиностроения размерный износ, инструмента принято выражать в зависимости от пройденного им пути резания L, определяемого по формуле:

где L – длина пути резания, в м; D – диаметр обрабатываемой детали, в мм; l – длина обрабатываемой детали, в мм; s – подача, в мм/об.

Размерный износ инструмента протекает неравномерно. В первый период участок I на рис. 5 г) работы режущего инструмента происходит повышенный износ, называемый первоначальным износом. Время работы на этом участке небольшое, а путь резания l₁ не превышает 1000 м. Во второй период (участок II) работы режущего инструмента, когда он проходит наибольшую честь всего пути резания, происходит нормальный износ. Путь резания на этом участке достигает 30000 м.

Интенсивность размерного износа на участке II можно характеризовать тангенсом угла наклона, а этого участка к оси абсцисс. Данную величину принято называть относительным (удельным) износом U_o:

где U ₂ – размерный износ, полученный за время второго периода работы инструмента. Размерность для величины U _o принята мкм. Третий период (участок III), когда происходит интенсивный износ инструмента, непродолжителен. На протяжении этого периода вершина резца разрушается, поэтому в конце участка III прибегают к смене инструмента. Заменив кривую износа прямой, можно упростить расчет для определения размерного износа. Прямая совпадает с кривой на участке II и отсекает на оси ординат отрезок U _н, называемый начальным износом. Зная, для конкретных условий обработки, значения U _н, можно определить размерный износ на длине пути резания L по формуле:

Величина относительного износа U _o зависит от способа обработки и обрабатываемого материала, материала режущего инструмента, режима резания и геометрии режущего инструмента.

Неточность и износ приспособлений. Приспособления, применяемые для установки деталей, также являются источником погрешностей. Дело в том, что сами приспособления имеют неточность изготовления. Кроме того, увеличивается их износ с течением времени и деформацией в процессе обработки. Возникают также погрешности и в результате неточного ориентирования обрабатываемой детали в приспособлении.

Точность изготовления приспособлений должна, быть выше точности обрабатываемой детали. При точных работах (6 – 8-й квалитеты) обычно допуски на размеры приспособлений берутся равными 0,5 – 0,1 допусков на соответствующие размеры детали. При грубых работах (9 – 10-й квалитет и ниже) относительная точность приспособлений может быть выше (0,3 – 0,1) Т _дет.

Деформации обрабатываемой заготовки. Под действием усилий закрепления заготовки и резания, собственного веса, нагрева в процессе обработки и перераспределения внутренних напряжений появляются те или иные деформации, детали, вызывающие соответствующие погрешности.

При чистовой обработке на точность изготовления в значительной мере влияет усилие закрепления детали. При обработке длинных деталей типа валов в центрах давление центра задней бабки станка вызывает сжатие и продольный изгиб детали. При обработке внутренних поверхностей тонкостенных деталей (втулок, колец, гильз и т. п.) в трехкулачковом патроне усилие закрепления искажает их цилиндрическую форму. В этом случае не следует пользоваться трех- или четырехкулачковыми патронами, а лучше применять приспособления, которые обеспечивают более равномерное распределение усилия закрепления по поверхности детали и получение сравнительно небольших удельных давлений. К таким приспособлениям относятся пневматические зажимные устройства, различные цанговые зажимы, разрезные втулки и т. п.

Деформации обрабатываемой детали под действием усилий резания приводят к существенным погрешностям. Усилия резания больше всего сказываются при обработке деталей с большим отношением длины к диаметру и при малой их жесткости. Они приводят не только к изменению размеров, но и к погрешности формы и относительного положения обрабатываемой поверхности. Применение люнетов и использование режущих инструментов с большими углами в плане уменьшают погрешности. Увеличение, например, угла в плане до 75 – 90° приводит к резкому уменьшению радиальной составляющей резания, которая и является в данном случае основным источником возникновения погрешностей.

При механической обработке детали нагреваются. При равномерном распределении тепла по длине и толщине детали изменяются только размеры детали, а при неравномерном распределении может изменяться также и ее форма.

При черновой обработке, деталь нагревается до более высокой температуры, чем при чистовой. Если чистовую обработку производят сразу после черновой, то погрешности в данном случае будут велики. Поэтому необходимо разделение черновой и чистовой обработки. Соблюдение известного перерыва между этими операциями приводит к остыванию детали, что является наиболее эффективным средством борьбы с погрешностями, вызываемыми температурными деформациями.

На точность обработки оказывает существенное влияние перераспределение внутренних напряжений в материале детали. Внутренние напряжения возникают при горячей обработке заготовок из-за неравномерного охлаждения и структурных изменений в материале, при обработке давлением в холодном состоянии и при обработке резанием. С течением времени внутренние напряжения постепенно выравниваются и исчезают, но при этом заготовка деформируется. Для уменьшения влияния перераспределения внутренних напряжений на точность обработки часто применяют для литых и кованых заготовок термический процесс старения или низкотемпературный отжиг.

При обработке резанием, когда снимается большой слой металла за один проход, существенно нарушается равновесие внутренних напряжений и происходит значительная деформация детали, заключающаяся в искривлении ее осей и плоскостей. В данном случае необходимо отделение черновых операций механической обработки от чистовых.

Дата добавления: 2014-01-04