4. Точность в машиностроении
4.1. Понятие точности в машиностроении
Под точностью понимается степень соответствия производимых машиностроением изделий, их заранее установленному эталону. Точность понятие комплексное. Оно характеризует не только геометрические пара-метры машин и ее элементов, но и единообразие различных свойств изго-товленных изделий (упругих, динамических, электрических, магнитных и т. д.). В целом точность характеризует единообразие качественных показателей машин (КПД, мощность, производительность и т. д.). Абсолютную точность достичь невозможно, так как на всех этапах изготовления изделия неиз-бежны погрешности. В свою очередь все возникающие погрешности взаимо-связаны между собой. Например, точность сборки машин зависит от точности изготовления деталей. Точность механической обработки зависит от точности изготовления заготовок и т. д.
Точность и качество машин зависят от точности и качества исходного материала, полуфабрикатов, комплектующих изделий, поступающих от смежных предприятий. Точность определяет эксплуатационные качества машин и механизмов и построение технологических процессов их изготовления. Повышение скоростей и нагрузок современных машин и механизмов может быть достигнуто только за счет увеличения точности обработки деталей. Кроме того, повышение точности увеличивает надежность машин, что в свою очередь сокращает затраты на их эксплуатацию и обслуживание. Повышение надежности машин позволяет уменьшить их выпуск и соответственно высвободить производственные площади.
Конструктор задает точность машин и механизмов в виде допуска на оценочные показатели точности:
точность размеров и взаимное расположение поверхностей;
шероховатость обрабатываемых поверхностей по ГОСТ 2789-73;
качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей.
Технологическая служба разрабатывает варианты технологического обеспечения заданной точности на основе максимальной производительности и минимальных затрат (себестоимости) на изготовление деталей или изделий.
Точность в машиностроении имеет важное значение для повышения эксплуатационных свойств машин и построения технологического процесса их изготовления. Следует помнить, что трудоемкость изготовления изделия в значительной степени зависит от требуемой точности. Увеличение трудоемкости ведет к увеличению затрат на изготовление (себестоимости). Если выразить графически зависимости трудоемкость и затраты на изготовление в зависимости от точности (в виде допуска), то получим кривые показанные на рис. 4.1.
Допуск, δ
Рис. 4.1. Зависимость трудоемкости и затрат на изготовление изделия от точности
Из рис. 4.1. видно, что с уменьшением допуска на изготовление трудоемкость и затраты (себестоимость) увеличиваются, причем себестоимость изготовления растет быстрее. Это связано с необходимостью привлечения к выполнению работ рабочих более высокой квалификации, а также применять станки более высокой точности.
Рассмотрим подробнее точность механической обработки. Используе-мые методы обработки деталей на станках, казалось бы, исключают появ-ление каких-либо погрешностей их формы и отклонение от точности. Например, при обработке деталей на токарном станке должна получиться идеальная цилиндрическая поверхность, так как деталь вращается вокруг одной оси, параллельно которой перемещается режущий инструмент в направлении подачи. По идеальной схеме режущая кромка инструмента должна сформировать точную цилиндрическую поверхность детали одина-кового размера по всей ее длине. В действительности режущая кромка инструмента, из-за ряда причин отклоняется от заданной траектории, что вызывает появление погрешностей размеров и формы детали (овальность, некруглость, конусообразность, седлообразность, бочкообразность и т . д.). Следовательно, погрешность обработки можно рассматривать как следствие отклонения режущей кромки инструмента от ее идеальной траектории.
В производственных условиях точность обработки зависит от многих факторов. Устранить эти факторы не представляется возможным, а иногда и нецелесообразно с экономической точки зрения. В связи с этим, в машиностроении различают два вида точности: экономическую и достижимую.
Экономическая точность это точность, которая достигается при минимальной себестоимости (минимальных затратах) обработки, в нормальных производственных условиях, предусматривающих работу на исправных станках (с применением необходимых инструментов и приспособлений) при нормальной затрате времени и нормальной квалификации рабочих, соответствующей характеру выполняемой работы. Изготовление деталей с экономической точностью позволяет получать машиностроительную продукцию с требуемыми выходными параметрами.
Под достижимой точностью понимают точность, достигаемую в особых условиях обработки (наиболее благоприятных и необходимых для данного предприятия) высококвалифицированными рабочими, при значительном увеличении затрат времени, не считаясь с себестоимостью (затратами) обработки. Достижимую точность получают при изготовлении особо точных машин и механизмов (летательные аппараты, космические аппараты, высокоточные приборы и т. д.).
На точность механической обработки деталей влияют ряд факторов, являющихся следствием движения режущей кромки инструмента по обрабатываемой поверхности. К этим факторам относятся:
погрешность настройки инструмента на заданный размер, характеризующая неправильное положение режущего инструмента относительно заготовки, а также неточность настройки технологической системы;
погрешности работы станка, возникающие вследствие неточности кинематической схемы станка, свойств инструмента и заготовки
Основными причинами возникновения погрешностей обработки являются:
геометрические неточности станка и его кинематической схемы;
неточность настройки инструмента на заданный размер;
деформация упругой технологической системы СПИД (станок − приспособление – инструмент − деталь);
неточность режущего инструмента и его линейный износ в процессе работы;
температурные деформации технологической системы станка, обрабатываемой заготовки и режущего инструмента;
остаточные напряжения в заготовке;
погрешность измерения в процессе механической обработки на всех ее этапах.
Суммарную погрешность механической обработки можно представить функцией
(4.1)
где ΔУ – погрешность от упругих деформаций технологической системы СПИД (станок – приспособление − инструмент − деталь); εу – погрешность установки заготовки в приспособление; ΔН – погрешность настройки инструмента на заданный размер; ΔU – погрешность от размерного износа режущего инструмента; ΔТ –погрешность от температурных деформаций технологической системы; ΣΔФ – суммарная погрешность формы детали.
Рассмотрим подробнее факторы, входящие в формулу (4.1).