Похибка обробки, що спричиняється неточністю виготовлення та розмірним зносом різального інструмента

Поняття настроювання, розміру настроєння. Сутність способу настроювання верстата з використанням спробних заготовок. Сутність способу настроювання верстата за еталоном (статичного настроювання). Визначення розміру настроєння і похибки настроєння.

Розмірне настроювання верстатів для обробки партії деталей. Похибка настроєння

У серійному і масовому виробництві обробку деталей здійснюють на попередньо настроєних верстатах. Така обробка забезпечує автоматичне отримання розмірів, які залежать у цьому випадку тільки від положення вершини інструмента відносно опор верстатного пристрою і, відповідно, відносно технологічних баз заготовки.

Задача настроювання верстатів полягає у встановленні вершини різального інструмента у таке положення, яке забезпечувало б розміщення значень дійсних розмірів деталей усієї партії або її частини в межах поля допуску Т. Таким чином, в результаті настроювання верстата вершина різального інструмента повинна бути встановлена у таке положення, щоб на самому початку обробки партії заготовок забезпечувався певний, попередньо розрахований розмір, який називають розміром настроєння.

Величина розміру настроєння залежить від умов і факторів, що характеризують технологічний перехід, для якого визначається цей розмір. Визначаючи розмір настроювання, враховують як систематичні, так і випадкові похибки обробки.

Схема, що пояснює підхід до визначення розміру настроєння для обробки (точіння, круглого та безцентрового шліфування) зовнішніх циліндричних поверхонь з урахуванням розмірного зношування різального інструмента, показана на рис. 25.

Рис. 25. Схема визначення розміру настроєння для точіння зовнішніх циліндричних
поверхонь з урахуванням розмірного зношування різця.
N — порядковий номер оброблюваної заготовки

У відповідності з рис. 25 номінальне значення розміру настроєння для обробки зовнішніх циліндричних поверхонь визначається за формулою

, (35)

де – найменший допустимий діаметральний розмір поверхні згідно з операційним ескізом; – середньоквадратичне відхилення дійсних розмірів обробленої поверхні, спричинене випадковими похибками, що виникають під час виконання технологічного переходу; – похибка настроєння (поняття і визначення цієї похибки розглядатиметься нижче).

Величина має бути визначена попередньо в результаті виконання статистичного аналізу точності обробки на даному технологічному переході.

Номінальне значення розміру настроєння для обробки отворів відповідно складе

, (36)

де – найбільший допустимий діаметральний розмір отвору згідно з операційним ескізом.

Номінальне значення розміру настроєння для обробки плоских поверхонь визначається за формулою

, (37)

де – найменший допустимий технологічний розмір, який координує розташування оброблюваної поверхні відносно вимірювальної бази.

У випадках якщо знос різальної кромки інструмента не впливає на розташування обробленої поверхні відносно вимірювальної бази, то номінальне значення розміру настроєння береться рівним середньому значенню технологічного розміру. На рис. 26 показаний приклад технологічної операції з розточування отвору в деталі типу «корпус підшипника». Оскільки знос різця не впливає на розташування осі оброблюваного отвору, то за номінальне значення розміру настроєння береться середнє значення технологічного розміру. Таким чином, у цьому випадку номінальне значення розміру настроєння складе 80 мм.

Рис. 26. Схема, що пояснює визначення розміру настроєння у випадках, коли знос різальної кромки інструмента не впливає на розташування обробленої поверхні відносно вимірювальної бази

В машинобудуванні застосовуються два способи настроювання верстатів – за спробними заготовками і за еталоном.

Розглянемо спосіб настроювання верстатів за спробними заготовками. Сутність цього способу полягає в тому, що вершина різального інструмента встановлюється на розмір настроєння в процесі обробки т спробних заготовок (найчастіше т = 5…6 шт.). Під час обробки першої спробної заготовки верстат настроюється для отримання зазделегідь визначеного розміру настроювання за допомогою способу спробних робочих ходів і промірів. Після цього з незмінним розташуванням вершини інструмента обробляють решту спробних заготовок. Дійсні розміри оброблених заготовок визначають за допомогою універсальних вимірювальних інструментів з ціною поділки (— допуск отримуваного розміру).

Розрахований попередньо розмір настроєння розглядається як номінальний розмір. Оскільки під час обробки групи спробних заготовок відбувається розсіювання розмірів, то потрібно за фактичний (отриманий) розмір настроєння прийняти середнє арифметичне значення дійсних розмірів цих заготовок. Величина характеризує центр “миттєвого” розсіювання в початковий період роботи верстата, тобто одразу після його настроювання.

Настроєння вважається задовільним, якщо виконується умова

, (38)

де – допуск настроєння, який визначається за формулою

. (39)

де – похибка регулювання; – похибка вимірювання.

Похибка регулювання

,

де – ціна поділки лімба регулювального пристрою верстата (в діаметральному вимірі).

Похибка вимірювання

, (40)

де – ціна поділки універсального вимірювального інструмента, яким вимірюються спробні заготовки.

Установити вершину різального інструмента під час виконання декількох настроювань строго в одне і теж саме положення неможливо. Тобто, матиме місце певний розкид (розсіювання) положень вершини інструмента. Поле цього розсіювання називають похибкою настроєння.

Для способу настроювання верстата за спробними заготовками похибку настроєння знаходять за формулою

,

де — поле імовірного зміщення розташування вершини кривої розподілу дійсних розмірів спробних заготовок.

Сутність способу настроювання верстатів за еталоном полягає в тому, що вершина різального інструмента встановлюється на розмір настроєння на зупиненому верстаті за допомогою спеціально виготовленої деталі — еталону. Таким чином, під час настроювання вершина інструмента підводиться до відповідної поверхні еталона на певну відстань, яка контролюється щупом.

Оскільки під час установлення інструмента на розмір обробки верстат не працює, то настроювання за еталоном є статичним способом. Пружні зміщення елементів системи ВПІД під дією сил різання враховують, підбираючи розмір еталона.

Цей спосіб найчастіше використовується для настроювання токарних і фрезерних верстатів на операціях чорнової і напівчистової обробки, оскільки він забезпечує дещо меншу точність у порівнянні зі способом настроювання за допомогою спробних заготовок. Разом з тим, настроювання за еталоном менш трудомістке, може виконуватись робітниками невисокої кваліфікації, його можна здійснювати поза верстатом за наявності змінних інструментальних блоків і револьверних головок, а також спеціальних пристроїв.

На рис. 27 показано приклад настроювання фрезерного верстата для обробки площини. Еталон встановлюється у верстатний пристрій замість заготовки. Фреза підводиться до доторкання зубцями до металевого щупу таким чином, щоб щуп можна було переміщувати з незначним зусиллям.

Рис. 27. Схема, яка пояснює настроювання фрезерного верстата за еталоном

Похибка настроєння верстата з використанням настроювання за еталоном залежить від похибки регулювання положення вершини інструмента і похибки вимірювання розміру деталі .

Похибка настроєння для діаметральних розмірів може бути розрахована за формулою

, (41)

а для розмірів, які координують розташування плоских поверхонь за формулою

Коефіцієнти і враховують відхилення законів розподілу величин та від нормального закону розподілу. Можна прийняти, що = 1,14...1,73 і = 1.

Похибка регулювання

, (42)

де – похибка виготовлення еталона; – похибка установлення інструмента на еталон; – коефіцієнт, який враховує відхилення законів розподілу величин та від нормального закону розподілу.

Похибка вимірювання визначається за формулою (42).

Похибка виготовлення еталона = 10...20 мкм.

Похибка установлення інструмента на еталон може змінюватись в достатньо широких межах і суттєво залежить від способу регулювання положення різця в процесі настроювання. Якщо для установлення інструмента на еталон використовується металевий щуп, то = 7...10 мкм.

За характером виявлення похибка настроєння є випадковою похибкою.

Вважається, що для настроювання верстатів на розмір обробки мають бути використані такі способи і засоби, щоб (для 6…8 квалітетів точності) і (для 9…11 квалітетів точності).

Визначаючи похибку настроєння, слід враховувати, що ця похибка впливає на точність певного розміру тільки тоді, коли перед обробкою партії заготовок передбачене настроювання верстата або різального інструмента на цей розмір. Наприклад, якщо оцінюється вплив похибки настроєння на діаметральний розмір отвору, то слід враховувати, яким саме різальним інструментом цей отвір оброблятиметься – якщо нерегульованим (свердлом, зенкером, розверткою тощо), то похибка настроєння не виникатиме, бо відсутній сам процес настроювання; якщо ж регульованим (настроюваним), наприклад, розточувальною головкою або оправкою, то похибка настроєння впливатиме на точність діаметрального розміру. Похибка настроєння, таким чином, не впливає на забезпечення вимог відносного розташування (співвісності, биття, паралельності, перпендикулярності тощо) і на показники точності форми поверхонь (площинності, прямолінійності, циліндричності, круглості тощо) бо для забезпечення цих показників точності верстат не настроюється.

Вплив неточності виготовлення різального інструмента на точність механічної обробки. Поняття розмірного зносу різального інструмента, похибки обробки, що ним спричиняються. Шляхи зменшення розміного зносу інструментів на точність механічної обробки.

Похибки виготовлення мірних різальних інструментів (свердел, розверток, зенкерів, протяжок, шпонкових фрез, фасонного інструменту та ін.) безпосередньо переносяться на оброблювані заготовки і зумовлюють появу систематичних постійних похибок розмірів та форми оброблюваних поверхонь. Разом з тим, реальна точність виготовлення таких інструментів на інструментальних заводах та в інструментальних цехах машинобудівних підприємств достатньо висока і тому похибками обробки, що зумовлена неточністю виготовлення різальних інструментів, зазвичай нехтують.

Причинами зносу лезового різального інструмента є тертя його задньої поверхні об оброблювану поверхню заготовки. Тому зношування відбувається переважно по задній поверхні інструмента. Це призводить до того, що в процесі обробки партії заготовок на настроєному верстаті отримуваний розмір буде поступово змінюватися (розмір першої заготовки буде відрізнятися від розміру останньої на величину розмірного зносу и).

Розмірний знос визначають у напрямку нормалі N (рис. 28) до оброблюваної поверхні.

Розмірний знос строго не підпорядковується лінійному закону
(рис. 29). Перший нетривалий період роботи інструмента (зона І), під час якого відбувається приробка леза інструмента після заточування, супроводжується викришуванням окремих нерівностей і загладжуванням рисок — слідів заточки різальних граней. Перший період характеризується інтенсивним зношуванням. Початковий знос і довжина шляху різання , яка йому відповідає, залежать від матеріалу різальної частини інструмента і матеріалу заготовки, якості заточування і режимів різання. Зазвичай величина складає 500…2000 м.

Рис. 28. Схема утворення розмірного зносу різця

Рис. 29. Залежність розмірного зносу від довжини шляху, пройденого лезом
інструмента під час обробки

Другий (основний) період характеризується нормальним експлуатаційним зношуванням інструмента (зона ІІ). Характеристика зношування у зоні ІІ прямолінійна і нахилена до осі абсцис під невеликим кутом. Інтенсивність зношування інструмента у цій зоні оцінюють відносним (питомим) зносом (мкм/км), який визначається за формулою

.

Відносний знос залежить від способу обробки, матеріалів заготовки та різального інструмента, конструкції різального інструмента, режимів різання, кутів різальної частини, жорсткості технологічної системи. З підвищенням жорсткості технологічної системи відносний знос помітно зменшується. Орієнтовні кількісні значення відносного зносу для деяких технологічних умов наведені в таблиці 5) [8].

Під час третього період роботи інструмента (зона ІІІ) відбувається
швидке зношування різальної кромки, спричинене розростанням мікротріщин і перетворенням їх в макротріщини. Робота в зоні ІІІ є неприпустимою, оскільки через короткий проміжок часу відбувається руйнування різальної кромки.

Розрахунок зносу різального інструмента в зоні нормального експлуатаційного зношування здійснюють за формулою

, (43)

де — довжина шляху різання, м.

Для точіння і розточування циліндричних поверхонь довжина шляху різання під час обробки однієї деталі складе

, (44)

де — відповідно діаметр і довжина оброблюваної поверхні, мм; — подача, мм/об.

Для торцевого фрезерування довжину шляху різання, який проходить один зуб в процесі обробки однієї деталі можна наближено знайти за наближеною формулою

,

де — відповідно довжина і ширина оброблюваної поверхні, мм; — кількість зубців фрези; — подача фрези, мм/зуб.

У відповідності з [8], зношування різального інструмента під час торцевого фрезерування відбувається інтенсивніше, ніж під час точіння, оскільки зубці фрези багатократно врізаються в оброблювану заготовку. Тому відносний знос для торцевого фрезерування пропонується визначати за емпіричною формулою

, (45)

де — відносний знос під час точіння, визначений за таблицею 5.

Розрахунок за формулами (43) і (45) стосується умов нормального зношування різального інструмента. Визначити знос нового інструмента або інструмента, встановленого на верстат після заточування можна за формулою

. (46)

У формулі (46) — додаткова довжина різання, яка враховує початковий знос (див. рис. 29). Для якісно заточених алмазним кругом інструментів можна прийняти = 500 м.

Таблиця 5

Відносний знос різців і режими чистового точіння і розточування
з глибиною різання 0,1…0,3 мм для досягнення шорсткості Ra = 3,2 мм

Матеріал заготовки	Матеріал різальної частини інструмента	Режими різання	Стійкість за шорсткістю в метрах шляху різання	Відносний знос знос, мкм/км
Швидкість різання, м/хв	Подача, мм/об
Сталі вуглецеві конструкційні якісні	Т30К4 Ельбор	100…180 550…600	0,04…0,08 0,04…0,06		6,5 3,0
Сталі високолеговані корозійностійкі, жаростійкі і жароміцні	Т30К4 Ельбор	120…180 450…500	0,02…0,04		4,7
Сталеві виливки	Т30К4 Ельбор	80…120 200…220	0,04…0,06		8,5 7,0
Сталі вуглецеві конструкційні після поліпшення (28…31,5 НRCэ)	Т30К4 Ельбор	120…180 350…400	0,04…0,08 0,04…0,06		8,5 4,5
Сталі вуглецеві конструкційні після гартування (41,5…46,5 НRCэ)	Т30К4 Ельбор	70…150 300…350	0,02…0,05 0,02…0,04		10,0 5,0
Чавун сірий	ВК3М ЦМ-332 Ельбор	100…160 300…350 500…550	0,04…0,08 0,03…0,06 0,04…0,06		6,0 3,5 2,5

Оскільки знос різального інструмента підпорядкований цілком визначеній функціональній залежності (див. рис. 29), то зумовлена ним похибка обробки має систематичний характер, що закономірно змінюється.

Якщо інструмент новий або встановлений на верстат після заточування, то визначити кількісне значення похибки, що спричиняються розмірним зносом різального інструмента, можна за формулою

, (47)

де — довжина шляху різання (м), яка відповідає обробці певної кількості заготовок без під настроювання різального інструмента.

Якщо інструмент працює в зоні нормального зношування, то величина

. 48)

Дата добавления: 2014-01-07