Лабораторная работа. Точность механической обработки. Методичка

Рис. 46. Эпюра изменения интенсивности нагрузки

Рис. 47. Схема измерения деформации втулки

Погрешность установки уст в общем случае складывается из трех элементарных погрешностей:

- базирования заготовки в приспособлении б;

- закрепления з;

- приспособления :

Погрешности изготовления и установки приспособления на станок учитываются при наладке, поэтому

Погрешности процесса обработки проявляются в виде отклонений размера, формы (расположения), шероховатости поверхности деталей. Выделяют две группы погрешности обработки:

1. Без нагружения технологической системы силами резания;

2. При нагружении технологической системы силами резания.

К первой группе относятся погрешности станка, приспособле­ний и инструмента; базирования и закрепления заготовки; настройки инструмента и станка на размер; погрешности средств измерения. Вторую группу составляют погрешности от упругих деформаций тех­нологической системы иод влиянием силы резания, от размерного из­носа режущего инструмента и от температурных деформаций ТС, а также возникающие под влиянием внутренних напряжений в материа­ле заготовки.

Суммарную погрешность процесса обработки диаметраль­ных размеров определяют по формуле

где i - суммарные геометрические погрешности стайка; j - сум­марные погрешности от упругой деформации элементов ТС; н - по­грешности настройки станка и инструмента; т - погрешности уста­новки заготовки в приспособлении; и - погрешности от температур­ных деформаций заготовки, инструмента станка; - погрешности от размерного износа режущего инструмента.

При обработке на станке с ЧПУ дополнительно возникают по­грешности: позиционирование суппорта, резцедержки и отработки коррекции. Сведение к минимуму всех погрешностей дает суммарную погрешность 20 мкм, что позволяет обеспечить точность размера по JT7, а точность формы и расположения на уровне не ниже А. Из трех видов воздействия на технологическую точность с целью умень­шения погрешностей - устранение, компенсация и учет - самым дейст­венным методом является устранение погрешностей (табл. 37).

Оно сводится к исключению причин их образования. Реализа­ция мер воздействия па производстве связана с большими затратами средств и времени. Устранить можно грубые погрешности, в опреде­ленных условиях - систематические погрешности.

Компенсировать можно как систематические, гак и случайные погрешности. Для уменьшения погрешностей геометрических и от деформации элементов ТС применяют средства компенсации: специ­альные приспособления, корректировка параметров режима резания, применение станков более высокого класса точности.

Учет погрешностей рекомендован в тех случаях, когда устране­ние их регламентируется затратами. Учесть можно систематические погрешности.

Погрешности станка, возникающие в ненагруженном состоянии, зависят от неточностей, допущенных при изготовлении отдельных деталей и сборке. Они поддаются контролю и не должны превышать установленных стандартом норм. Для этого станки проверяют на соот­ветствие нормам точности. Показатели точности для токарно-винторезных станков нормируются по ГОСТ 18097-88, консольно-фрезерных станков - по ГОСТ 17734-88.

Таблица 37

Виды и средства воздействия на погрешности

Элемен­ты техно­логи чес­кой сис­темы	Виды и средства воздействия на погрешности
	устранение	компенсация	учет
Заготов­ка	Введение коррекции в управляющую про грамму по изменении стрелы прогиба.	Изменение геометрии режущего инструмента. Изменение параметров режи­ма резания. Использование подвижного или неподвиж­ного люнета. Консольное закрепление с меньшим вылетом заготовки.
Токар­ный ста­нок	Введение коррекции в управляющую программу по нежесткости суппорта и бабок.	Изменение геометрии режущего инструмента. Изменение параметров режи­ма резания. Использование станка более высокого класса точности.	Вве­де­ние кор­рек­ции на не­жест- кость

Продолжение табл. 37

Элемен­ты тех­нологи­ческой системы	Виды и средства воздействия на погрешности
	устранение	компенсация	учет
Фрезер­ный станок	Введение коррекции в управляющую программу по неже­сткости шпиндель­ной части и стола.	Изменение геометрии ре­жущего инструмента. Из­менение параметров ре­жима резания. Использо­вание станка более высо­кого класса точности, бо­лее точного приспособле­ния.	Введение коррек­ции на нежест­кость шпин­дельной части.

К ним относятся: геометрическая точность траекторий переме­щения рабочих органов станка, несущих заготовку в инструмент точ­ность координатных перемещений рабочих органов станка; стабиль­ность некоторых параметров при повторных испытаниях; точность геометрических форм и расположения обработанных гговерхностей образца изделия, шероховатость образца изделия и др. Например, не­прямолинейность продольного перемещения суппорта в горизонталь­ной плоскости т₂т для токарного станка (рис. 48, а) приводит к по­грешности формы

При этом

ТД - допуск формы детали в продольном сечении;

ТД г_2Т - допуск прямолинейности для токарного станка.

При обработке заготовок под действием сил резания и других факторов элементы ТС упруго деформируются. Величина деформации зависит от жесткости, т.е. способность оказывать сопротивление действию внешних сил. Из трех составляющих силы резания Рх, Ру, Pz наибольшее влияние на точность обработки оказывает величина Ру. определяемая по формуле

где t - глубина резания, мм; S_o - подача инструмента, мм/об.

Величина деформации У пропорциональна величине Р_у. Коэф­фициентом пропорциональности для ТС служит коэффициент жестко­сти или жесткость J. Он определяется как отношение Р_у к У.

При расчетах точности обработки удобнее пользоваться выра­жением податливости со величиной обратной жесткости

В данном исследовании в состав ТС входят только станок с его элементами и заготовка.

Эффективное использование точности станка требует, чтобы упругие деформации заготовки не превышал значения деформации элементов станка

где У_пб- У_ЗБ - соответственно деформации ггередней и задней бабок станка.

При обработке в центрах жесткость ТС по лине обрабатываемой заготовки переменна, что вызывает изменение величины отжатая ТС, а, следовательно, и формы обрабатываемой заготовки.

При обработке нежесткого вала (I/d>10) величины У_Пб и У_ЗБ малы, а величина У_заг значительна. В этом случае погрешность формы вала в продольном сечении - бочкообразность рис. 44 (кривая 1).

При высокой жесткости заготовки вала (I/d>10), а величины У_Пб и У_Зб значительны, то погрешности формы в виде седлообразности (кривая 2) с наименьшим диаметром в середине заготовки. Сум­марная погрешность при выполнении указанного условия ггриводит к уменьшению отклонения формы (кривая 3).

Показатели жесткости станка контролируются и не должны превышать установленных допусков для проверок. Общие требования к испытаниям станков на жесткость устанавливаются ГОСТ 7035-75.

Основными показателями жесткости токарных станков по ГОСТ 18097-88 являются относительные перемещения под нагрузкой резце­держателя и оправки, установленной в шпинделе или пииоли задней

бабки, для консольно-фрезерных станков по ГОСТ 17734-88 - переме­щение под нагрузкой относительно оправки, закрепленной в шпинделе станка.

Рис, 48. Влияние смещения центров станка на погрешность формы

Рис, 49. Схема деформации технологической системы

Величины относительных перемещений jnб и Jзб определяются в соответствии с методикой, приведенной в табл. 34.

Результаты двукратного измерения записываются в бланк отче­та и определяются средние значения jnб и Jзб, которые сравнивают­ся с допустимыми (см. табл. 34).

Соответствие или несоответствие станка заданной норме жест­кости устанавливаются на основании неравенств (равенств) jnб<Tjпб и jзб<Тjпб. И дается заключение в бланке отчета. В случае несоот­ветствия нормам жесткости необходимо указать мероприятия, повы­шающие жесткость станка.

Погрешность обработки в наибольшей степени зависит от гео­метрических неточностей станка r и упругой деформации элементов ТС - j. Тогда выражение суммарной погрешности станка можно представить в виде

Погрешность г согласно определяется по формуле

где С - допустимое отклонение от параллельной оси шпинделя на­правляющим станины в плоскости выдерживаемого размера на длине; l - длина обрабатываемой поверхности.

Для станков нормальной точности при наибольшем диаметре обрабатываемой поверхности до 250 мм величина С=20 мкм на длине l=300 мм.

Составляющая i определяется значением результирующей деформации ТС по формуле

где Утсmax и Утсmin - наибольшая и наименьшая деформации ТС

Деформация Утc определяется деформацией входящих в нее элементов

Величины деформаций Уст и заготовки Узаг для разных спосо­бов установки заготовки в приспособлениях рассчитываются по соот­ветствующим формулам табл. 36.

В формулах для определения Уст неизвестные параметры ωсуп, ωпб и ωзб определяются расчетом для соответствующих значений Усуп, Упб и Узб. полученных из эксперимента.

При выполнении работы на ЭВМ расчет выполняется в соответ­ствии с алгоритмом, блок-схема которого представлена на рис. 50.

Блок-схема алгоритмов содержит выполнение следующих эта­пов.

В блоке 1 вводятся исходные данные:

d, L - диаметр и длина вала в мм; EJ - коэффициент жесткости и; Уcуп, Упб и Узб - значения деформаций суппорта, передней и задней бабок, мм; Кφ - коэффициент, учитывающий влияние угла резания в плане φ; S_o - подача, мм/об; t -глубина резания, мм.

В блоке 2, 4 - вычисление значений Ру нормальной составляю­щей усилия резания: податливости элементов ωсуп, ωпб и ωсзб де­формаций элементов станка Уст, заготовки Узаг, технологической сис­темы Усист.

Блок 3 включает ввод измененных значений Кφ, S_o и t.

В блоке 5 - проверяется выполнение условий обеспечения за­данной точности размера () и формы

Блок б - вывод на экран значений величины деформации эле­ментов технологической системы, суммарной деформации системы и параметров режима резания, при которых точность обеспечивается.

Блок-схема алгоритма

Рис. 50. Блок-схема алгоритма расчета параметров режима, обеспечи­вающих заданную точность обработки детали

По запросу машины "Введите числа" ввести с пульта значения! d, L, Е, J, взятые из табл. 31 задания, Усуп, Упб и Узб, определенны! предварительно из экспериментального исследования Кφ=1 (при угле φ = 45°), взятое из табл. 38, So и t, принятые по табл. 33.

После нажатия «ENTER» па экране высвечивается таблица значений Уст, Узаг и Усист в пяти точках по длине вала и значения Кφ, So и t, если заданная точность размера и формы обеспечивается.

В случае если заданная точность не обеспечивается, то по запросу ЭВМ необходимо вводить новые, измененные значения Кφ, So и t, которьге берутся из соответствующих таблиц до тех пор, пока ус­ловия обеспечения точности не будут выполнены.

Вели эти условия не выполняются, то следует указать по каж­дому из них мероприятия, способствующие их выполнению.

Таблица 38

Влияние угля на значение коэффициента Кφ

Значение коэффициента Кφ
при значении утла резца в плане φ, град
45	60	70	90
1	0,77	0.62	05

Возникающая в процессе базирования и установки заготовок в приспособлениях погрешность базирования Еб влияет на точность выполнения размеров, взаимного расположения поверхностей. Она равна разности предельных расстояний между конструкторской базой и установленным на размер режущим инструментом или ударом. По­грешность базирования возникает при несовмещении баз.

Величина Еб зависит от принятой схемы базирования и точно­сти выполнения базовой поверхности заготовок.

Для различных схем установок Еб определяется соответствую­щими геометрическими расчетами или анализом уравнений размерных цепей.

Если обработать несколько партий деталей на одном станке при постоянных условиях, но различных схемах базирования, допустив, что сумма первичных погрешностей, за исключением Еб, одинаковы, то погрешность базирования при выполнении размера h_o можно выде­лить из суммы первичных погрешностей.

Если при установке по одной из схем (рис. 44, а) совместить из­мерительную и технологическую базы (Е_о=0), то получим уравнение для определения Еб

где ωi - поле рассеивания размеров деталей при первой схеме базиро­вания; ωj - поле рассеивания размеров деталей для схемы базирования.

При выполнении размера h_o у валика, установленного на приз­ме рис. 45, определить влияние на погрешность базирования Ебho угла призмы и построить графическую зависимость.

Точность обработки в гулок, установленных в трехкулачковом патроне, зависит от величины усилия зажима и жесткости заготовок.

Упругие деформации заготовок, вызванные усилиями зажима, исчезают в процессе снятия припуска и в конце обработки полу чаю г правильную форму поверхности. После открепления (снятия усилия зажима) форма обработанной поверхности искажается.

У тонкостенных втулок I/R<4, где I и R-соответственно длина и радиус втулки, наибольшие деформации возникают в местах приложе­ния усилия зажима рис. 51, а, а при большой длине втулки на ее сво­бодном конце возникает выпучивание рис. 51,6.

Погрешность формы при любой длине втулки определяется по формуле

где δ - величина смещения в месте приложения усилия зажимов; δ = - 0,895δ.

Величина 5 определяется из предположения о нерастяжимости срединной поверхности и сохранении прямолинейности образующей по формуле

где Р - усилие зажима на кулачке:, v-компонента смещения в направ­лении касательной к окружности поперечного сечения втулки (v = 0,25); К - отношение интенсивности нагрузки при Х=1 и Х=0, рис.43; Н -толщина стенки втулки.

Смещение на свободном конце втулки при известном ее прогибе в месте приложения усилия зажима и заданном соотношении l/R оп­ределяется по формуле

Численные значения К можно получить из опыта путем измерения величин δ и δ1 с помощью индикаторов, рис. 49.

К мероприятиям, направленным на уменьшение отклонений фор­мы тонкостенных втулок от неточности зажимного усилия, относятся

- увеличение ширины и длины кулачков до 0.5 длины обра­зующей втулки:

- поджатие свободного конца втулки вращающимся центром, установленным в пиноли задней бабки станка;

- закрепление втулки по наружной и внутренней поверхностям, одновременно.

Рис. 51. Схема нагружения и деформации втулки до и после закрепле­нии в трехкулачковом патроне: а - короткая втулка; б - длинная втулка

Библиографический список

1. Технология машиностроения: Учебник для вузов: В 2т. / В.М. Бурцев, А.С. Васильев, A.M. Дальский и др./ Под ред. A.M. Дальского. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998.- 564 с, ил.

2. Общемашиностроительные нормативы времени на слесарную обработку деталей слесарно-сборочные работы по сборке машин. Мелкосерийное и единичное производство. - М.: Машиностроение, 1974.-219с.

3. Климов А.Г., Кононенко Л.И., Матвеев А.П. Сборка узла ма­шины: Методические указания. - М.: МИХМ, 1986.- 16 с.

4. Справочник технолога-машиностроителя: В 2 т./Под ред. А.Г. Косиловой. - М.: Машиностроение, 1982.- 320 с.

5. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Ч. 1. -М.: Машиностроение, 1974,- 416 с.

6. Режимы резания металлов: Справочник/Под. ред. Ю.В. Бара­новского. - М.: Машиностроение, 1972.- 407 с.

7. Маталин А.А. Технология машиностроения. - Л.: Машино­строение, 1985.- 496 с

8. Митрофанов СП. Групповая технология машиностроитель­ного производства. - Л.: Машиностроение, 1983.- т.1,- 404 с; т.2,-376 с.

9.Справочник технолога-машиностроителя: Под ред. А.Г'. Коси­ловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1986,- т.1. -656 с; т.2.- 496 с.

10. Никифоров А.Д. Точность в химическом машиностроении. -М.: Машиностроение, 1969. - 216 с.

11. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. - М.: Машиностроение, 1979. - т.1. -728 с.

12. Тараненко В.А., Митрофанов В.Г., Косов М.Г. Технологи­ческие способы и средства повышения точности обработки нежест­ких деталей. /ЦИНТИСТАНКОПРОМ. - М.: 1987.- 64 с.

13. Сборник задач и упражнений по технологии машинострое­ния: Учебное пособие для машиностроительных вузов /В.И. Аверченков. - М.: Машиностроение, 1988.-192 с.

14. ГОСТ 21495-76. Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1976,- 35 с.

15. Основы технологии машиностроения. /Под ред. В. С. Корса­кова. - М.: Машиностроение, 1977.- 416 с.

16. Справочник технолога машиностроителя./ Под ред. А. Г. Ко­силовой. - М.: Машиностроение, 1972.- т.1.- 694 с.