Вопрос 4

Причинами возникновения погрешностей являются:

1. неточность изготовления и износ станка и приспособлений;

2. неточность изготовления и износ режущего инструмента;

3. упругие деформации технологической системы СПИД;

4. температурные деформации технологической системы СПИД;

5. деформации обрабатываемой детали под влиянием внутренних напряжений;

6. неточность настройки станка на размер;

7. неточность установки, базирования и измерения.

Неточностями станка, вызывающими погрешность обработки, могут быть биение шпинделя, износ опорных поверхностей шпинделя, задней бабки и направляющих станины, зазоры в сопряжениях деталей различных узлов и др.

Точность изготовления станков регламентируется ГОСТами, в соответствии с требованиями которых производится приемка станков. Неточность изготовления и износ деталей отдельных элементов приспособлений, особенно установочных элементов, определяющих положение обрабатываемой детали в приспособлении, неточность поверхностей корпуса, которыми приспособление устанавливается на станке и др., также оказывают влияние на точность обработки. Неточность изготовления и износ особенно проявляются при обработке мерным инструментом: сверлами, зенкерами, развертками, протяжками, метчиками и др. Неточности изготовления и износ режущей части инструмента непосредственно сказываются на погрешности размера и формы обрабатываемой поверхности.

Упругие деформации системы СПИД (станок—приспособление—инструмент—деталь) возникают под действием сил резания и оказывают влияние на точность размеров и формы обрабатываемых поверхностей. Из трех составляющих силы резания Рх , Ру и Pz наибольшее влияние на точность обработки оказывает составляющая Ру , направленная перпендикулярно к обрабатываемой поверхности. Способность системы сопротивляться действующим силам, стремящимся её деформировать, характеризует жесткость системы.

Величина, обратная жесткости, называется податливостью «w» системы.

Температурные деформации. Температурные деформации, влияющие на точность обработки, возникают в детали, режущем инструменте и станке за счет теплоты, образующейся в зоне резания, теплоты трения движущихся частей станка и внешних источников. Теплота, образующаяся в зоне резания, распределяется между стружкой, обрабатываемой деталью, инструментом и частично рассеивается в окружающую среду. Например при токарной обработке в стружку отходит 50-90% теплоты, в резец 10-40%, в заготовку 3-9%, в окружающую среду 1% [10]. При абразивной обработке из-за низкой теплопроводности абразивного инструмента большая часть теплоты поступает в заготовку. Из-за нагрева резца в процессе обработки удлинение его достигает 30-50 мкм. Отвод теплоты от зоны резания и снижение или даже полное устранение температурных деформаций достигается подачей в зону резания охлаждающей жидкости.

Деформации от внутренних напряжений. Внутренние напряжения возникают при изготовлении заготовок и в процессе их механической обработки. В литых заготовках, штамповках и поковках возникновение внутренних напряжений происходит из-за неравномерного охлаждения, а при термической обработке деталей — по причине неравномерного нагрева и охлаждения и структурных превращений. Для полного или частичного снятия внутренних напряжений в литых заготовках их подвергают естественному или искусственному старению. Естественное старение представляет собой весьма длительное выдерживание заготовки на воздухе. Искусственное старение осуществляется путем медленного нагрева заготовок до 500-600° С, выдержки при этой температуре в течение 1—6 ч и последующего медленного охлаждения. Старение литых заготовок корпусных деталей, как например блоков цилиндров, является весьма важным и, как показывают исследования, из-за отсутствия полного старения соосность постелей коренных подшипников нарушается ввиду остаточных внутренних напряжений. Для снятия внутренних напряжений в штамповках и поковках их подвергают нормализации. Внутренние напряжения в процессе механической обработки возникают в поверхностном слое и могут быть сжимающими или растягивающими. Сжимающие напряжения повышают усталостную прочность деталей, растягивающие снижают. Напряженное состояние приводит к деформированию детали. По мере последовательного проведения всех этапов механической обработки с использованием все более легких режимов резания внутренние напряжения постепенно снижаются и на последнем этапе обработки часто ими можно пренебречь.

Виды погрешностей. Неточность настройки станка на заданный размер связана с тем, что при установке режущего инструмента на размер с помощью измерительных средств или по готовой детали возникают погрешности, влияющие на точность обработки.

Из всего сказанного вытекает, что на точность обработки оказывает влияние большое число разнообразных причин, вызывающих систематические и случайные погрешности.

Производственные погрешности по своему направлению являются различными и при совместном действии в значительной мере компенсируют друг друга, поэтому арифметическое сложение составляющих погрешностей привело бы к завышенному результату. Суммирование погрешностей производится по следующим основным правилам [3]:

1. систематические погрешности суммируются с учетом их знака, т. е. алгебраически;

2. суммирование систематических и случайных погрешностей производится арифметически, поскольку знак (направление) случайной погрешности заранее неизвестен и приходится считаться с наименее благоприятным результатом;

3. случайные погрешности суммируются по формуле

Здесь k₁ ,k₂ ,..., k_n — коэффициенты, зависящие от вида кривой распределения составляющих погрешностей. Если погрешности подчиняются одному закону распределения, то k₁ = k₂ ... = k_n = k.

Тогда

Для анализа и расчета точности применяют статистические методы исследования, которые позволяют оценивать точность обработки по кривым распределения действительных размеров деталей, входящих в партию. При этом методе различают три вида погрешностей обработки:

1. систематические постоянно действующие – они проявляются одинаково у всех деталей партии, например погрешность настройки станка. Этого вида погрешности легко обнаруживаются и устраняются подналадкой станка;

2. систематические закономерно изменяющиеся - в процессе обработки наблюдается закономерность в изменении погрешности деталей, например под влиянием износа лезвия режущего инструмента.

3. случайные - возникают под действием многих причин, не связанных между собой какой-либо зависимостью, поэтому заранее нельзя установить закономерность изменения и величину погрешностей деталей. Случайные погрешности вызывают рассеяние размеров в партии деталей, обрабатываемых в одинаковых условиях.