4.2. Неточность станков, приспособлений и режущего инструмента

в ненагруженном состоянии

Погрешность станков. Вследствие неточностей сборки, погрешностей изготовления основных деталей, их из­носа возникают отклонения основных точност­ных характеристик станков от номинальных значений. Величины до­пускаемых отклонений регламентируются нормами точности и при­ведены в стандартах. Точность станков в ненагруженном состоянии называется геометрической. Погрешности от геометрической неточ­ности увеличиваются по мере износа станков.

По точности металлорежущие станки классифицируются на 5 групп. Геометрические погрешности станков более высоких точност­ных групп значительно уменьшаются, а трудоемкость их изготовле­ния резко возрастает. По сравнению со станками нормальной точности относительная трудоемкость изготовления других групп приведена в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Классификация станков по точности
Группа станков	Погрешность, %	Трудоемкость изготовления, %
Нормальной точности (Н)	100	100
Повышенной точности (П)	60	140
Высокой точности (В)	40	200
Особо высокой точности (А)	25	280
Особо точные (С)	16	450

К основным характеристикам геометрической точности станков относят:

- радиальное и торцевое биение шпинделей;

- биение конического отверстия в шпинделе;

- прямолинейность и параллельность направляющих;

- параллельность осей шпинделей станков направле­нию движения кареток в вертикальной и горизонтальной плоскости;

- перпендикулярность осей шпинделей сверлильных станков относительно плоскости столов и др.

Данные о фактических погрешностях заносятся в паспорт станка при его испытаниях и обновляются после проведения ремонтов и пригонок в процессе эксплуатации. Геометрические погрешности станков являются постоянными величинами и не влияют на точность размеров обрабатываемых поверхностей, однако способствуют иска­жению их форм и относительного расположения, поэтому они долж­ны быть учтены при назначении способа обработки. Следует иметь в виду, что точность деталей станков и их взаимного положения долж­ны быть выше требований к точности изготавливаемой детали.

Стандартами предусматривают предельные значе­ния для некоторых геометрических погрешностей станков для всех групп точности:

Необходимо иметь в виду, что стандартом определяются нормы точности для новых станков. Для станков, находящихся в эксплуата­ции необходимо вводить корректировки в эти нормы при расчете точ­ности, учитывающие степень износа узлов станка. Так, износ направ­ляющих токарных станков, используемых для чистовой обработки, за один год составляет 0,04...0,05 мм, а для черновой 0,10...0,20 мм. Обычно максимальный износ направляющих станка имеет место вблизи патрона.

Погрешности геометрической точности станков полностью или частично переносятся на обрабатываемые заготовки в виде система­тических погрешностей. Например, отклонение от параллельности оси шпинделя токарного станка направлению движения суппорта в горизонтальной плоскости приводит к появлению конусообразности у обрабатываемой заготовки; в вертикальной плоскости — к гипербо­лоиду вращения.

Рассмотрим в этом отно­шении наиболее распространенные металлорежущие станки - токарные.

Точность обработки на токарном станке также во многом зависит от точности взаим­ного расположения основных поверхностей шпинделя. Ими являются (рис. 4.3): кониче­ское отверстие для центра или конического хвостовика оправки 1; так называемый центрирующий поясок 2 (для точной фиксации в радиальном направлении патронов и при­способлений, навинчиваемых на шпиндель); торец 3 (для фиксации навинчиваемых приспособлений в осевом направлении); и шейки 4, которые находятся в подшипниках.

На рис. 4.4 схематично изображен шпиндель с осью вращения а-а. Ось б-б центрирующего пояска шпинделя, т. е. в данном случае имеет место биение центрирующего пояска. Следовательно, и ось патрона, которая одновременно является осью поверхности диаметра D заготовки, будет также смещена относительно оси вращения.

Итак, шпиндель вместе с патроном и заготовкой во время об­работки будет вращаться вокруг оси а-а и потому обработанная при этом поверхность диаметра d будет концентрична этой оси. Поверхность же диаметра D, за которую заготовка была зажата в патроне, имеет осью прямую б-б. Таким образом, при обработке в патроне (или в приспособлении, закрепляемом на шпинделе по­добно патрону) на станке, имеющем биение центрирующего пояска, образуется несоосность между обработанной поверхностью и той поверхностью, за которую заготовка была зажата во время обра­ботки.

При биении переднего центра его вершина б не совпадает с осью а-а вращения шпинделя (рис. 4.5 а) и во время работы описывает вокруг этой оси окруж­ность радиуса r. Заготовка при работе в центрах составляет как бы одно целое с передним центром и шпинделем и вращается вместе с ними вокруг оси вращения шпинделя. Обточенные при таких условиях поверхности оказываются цилиндрическими, но со смещением левого центрового отверстия относительно оси аа, которая является осью вращения шпинделя и одно­временно осью обработанных поверхностей. Если эта деталь не будет подвергаться в дальнейшем обработке в центрах и ее цент­ровые отверстия не будут в дальнейшем использоваться, то никакого ущерба от такого смещения левого центрового отвер­стия не будет. Если же предстоит дальнейшая обработка в цент­рах, это может привести к потере точности взаимного располо­жения поверхностей.

Рис. 4.5. Погрешность при биении переднего центра

Допустим, что поверхность 1 после упомянутой выше токар­ной обработки шлифуется в центрах круглошлифовального станка, на котором нет биения переднего центра (рис. 4.5 б), и, следовательно, заготовка будет вращаться вокруг оси ба. В результате ось поверхности 1 (ось ба) окажется расположенной под углом к оси поверхности 2 (ось аа), т. е. появится перекос этих поверхностей.

Биение переднего центра может иметь место по ряду причин из-за биения конусного углубления под центр (в шпинделе) относительно шеек шпинделя, из-за несоосности рабочей части центра и его хвостовика, из-за неточности установки центра (вследствие повреждения хвостовика центра или недостаточной чистоты его или отверстия в шпинделе).

Очевидно, что многое из сказанного выше о влиянии неточности оборудования в ненагруженном состоянии на точность механической обработки применительно к токарным станкам относится и к другим станкам токарной группы (револьверные, карусельные и т. п.).

Нетрудно также по аналогии представить последствия неточного взаимного расположения основных узлов и деталей в стан­ках других типов (фрезерных, сверлильных, расточных, строгаль­ных, шлифовальных и т. д.).

Износ станков приводит к увеличению систематической погреш­ности обрабатываемых заготовок.

Деформации станков при их неправильном монтаже и также под действием сил при оседании фундаментов вызывает дополнительные систематические погрешности обработки заготовок.

Для уменьшения влияния геометрических неточностей станков на качество обработки необходимо:

- выбирать станки соответствующей точности;

- обрабатывать установочные поверхности приспособлений на месте их установки (если необходимо);

- в процессе эксплуатации станка вести регулировку, выбороч­ную подгонку, необходимый ремонт;

- использовать различные компенсирующие и корригирующие устройства, (например, копировальные линейки на координатно-расточных станках), в том числе системы ЧПУ;

- применять подшипники высоких классов точности, вести их доводку; использовать подшипники на гидростатических, пневмати­ческих и магнитных подвесах;

- обеспечивать выборку зазоров в соединениях деталей и частей станка (например, натяг в соединении винт-гайка).

Геометрические неточности режущего инструмента приводят к погрешностям обработки в основном при использовании мерных и фасонных инструментов — разверток, зенкеров, сверл, канавочных резцов, пальцевых и червячных фрез, фасонных резцов, фрез, долбяков, шлифовальных кругов, протяжек и т. д.

Отклонение размеров таких инструментов непосредственно пере­носится на заготовку. Однако при этом часто возникают дополни­тельные погрешности размеров и формы, вызываемые условиями об­работки. Так, при работе мерными инструментами без охлаждения на режимах резания, способствующих нагреву инструмента и наростообразованию, часто появляется положительная разбивка, увеличи­вающая размеры отверстий, пазов, достигающая нескольких сотых долей миллиметра. Так, при точении стальной заготовки канавочным резцом из твердого сплава Т15К6 шириной 5 мм без СОЖ за счет раз­бивки ширина паза увеличивается на 0,01...0,03 мм.

Наименьшая разбивка имеет место при обработке хорошо зато­ченным и доведенным инструментом.

С целью уменьшения влияния погрешностей режущего инстру­мента на точность обработки необходимо:

- выбирать инструмент соответствующей точности;

- выбирать наиболее рациональные режимы резания;

- применять СОЖ;

- правильно устанавливать инструмент;

- использовать кондукторные и направляющие втулки.

Неточность приспособлений. В большинстве случаев неточность приспособлений непосредственно сказывается на точности обрабатываемой заготовки. Так, неточность центрирования заготовки в трехкулачковом патроне приводит к несоосности обрабатываемых поверхностей (см. рис. 4.4, 4.5 б). Неперпендикулярность рабочих (установочных) поверхностей машинных тисков и приспособлений типа угольников к опорным поверхностям приводит к неперпендикулярности обработанных поверхностей к базовым поверхностям заготовок.