5.1. Погрешность установки заготовок в приспособлении
Погрешность установки – это часть погрешности, связанная с базированием и установкой заготовки на станок или в приспособление. Погрешность установки складывается из трех основных элементов: εб, εз и εп.
При механической обработке деталей, возникающие погрешности неизбежны, что связано с множеством неточностей, сопровождающих любой производственный процесс. Уже на начальной стадии разработки конструкции изделия, а именно при разработке рабочих чертежей, конструктор, учитывая отклонения размеров деталей в процессе производства, назначает допуски на их изготовление. На чертеже допуски указываются в виде предельных отклонений. Чем меньше разность этих отклонений, тем более ближе действительный размер к расчетному, и тем более совершенны машины, собираемые из деталей с такими размерами.
Погрешности возникают на всех этапах изготовления деталей и определяются многими факторами: установкой заготовок в приспособлениях, настройкой инструмента на заданный размер, не жесткостью технологической системы “станок – приспособление – режущий инструмент – обрабатываемая заготовка”, температурными деформациями и т. д. Все методы расчета точности обработки исходят из положения, что сумма возможных погрешностей, возникающих при обработке деталей не должна превышать величину допуска на получаемый размер. Из всех погрешностей, возникающих в процессе обработки, наиболее весомую часть составляют погрешности установки заготовки в приспособлении, обусловленные погрешностями базирования, закрепления и собственно самого приспособления.
При обработке плоских поверхностей деталей эта погрешность определяется по формуле
.
(5.1)
При обработке деталей класса тел вращения погрешность установки определяется
,
(5.2)
где εу − погрешность установки заготовки в приспособлении; εб – погрешность базирования заготовки в приспособлении; εз − погрешность, возникающая под действием сил закрепления; εп – погрешность положения заготовки в приспособлении относительно режущего инструмента, настроенного на заданный размер.
Иногда в расчет погрешности установки вводят поправочный коэффициент К, указывающий на то, что действительные размеры установочных элементов не равны предельным (обычно принимается К = 0,8…0,85). Тогда уравнение (5.2) принимает вид
. (5.3)
Если допуск на размер детали равен Тд, то должно выполняться условие
.
С учетом этого уравнение (5.3) принимает вид
(5.4)
При обработке плоских поверхностей уравнение (5.3) имеет вид
.
(5.5)
Погрешность базирования – это отклонение фактического положения заготовки относительно требуемого. Возникает погрешность базирования в результате не совмещения установочной и измерительной баз. По величине погрешность базирования представляет собой расстояние между предельными положениями проекций измерительной базы на направление выполняемого размера. Величина εб не является абстрактной, а относится к конкретно выполняемому размеру при данной схеме установки заготовки в приспособление. Расчет погрешности при наиболее часто встречающихся схемах базирования приведен в главе 2.
Погрешность закрепления зависит от типа зажимного устройства приспособления и обрабатываемой детали. Усилия закрепления, как силы резания вызывают упругие деформации заготовок, порождающие погрешность их обработки. При постоянстве размеров заготовки и усилии закрепления погрешности формы деталей являются систематическими постоянными и могут быть вычислены по соответствующим формулам. Рассмотрим упругую деформацию тонкостенной втулки при обработке ее на токарном станке, закрепленную в трех кулачковом патроне (рис. 5.1).
При закреплении втулки в трех кулачковом патроне происходит ее деформация (рис. 5.1, а). В точке А (точке контакта кулачка с втулкой) происходит сжатие, а в точке В растяжение. После обработки, отверстие принимает правильную форму (рис. 5.1, б). После открепления втулки, отверстие примет вид, как показано на рис. 5.1, в. Это происходит в результате снятия упругих деформаций, которые были при сжатии втулки в кулачках патрона.
Погрешность формы отверстия втулки Δ определяется разностью наибольшего r1 и наименьшего r2 радиусов отверстия (рис. 5.1, в).
. (5.6)
Рис. 5.1. Схема возникновения погрешности тонкостенной втулки
а – упругая деформация втулки после закрепления в трех кулачковом патроне;
б – форма отверстия после обработки; в – форма отверстия после открепления
втулки.
При закреплении в трех кулачковом патроне погрешность втулки Δ может быть велика. Например, для втулки 80х70х20 при величине усилия закрепления Q = 147 Н (Q = 15 кгс) погрешность формы отверстия составляет порядка 0,08 мм.
Погрешность формы обрабатываемой заготовки, связанная с ее упругой деформацией при закреплении в кулачковых патронах зависит от числа кулачков. По исследованиям проф. В. С. Корсакова увеличение количества кулачков в кулачковом патроне существенно уменьшает погрешность формы втулки. Например, если погрешность геометрической формы тонкостенной втулки после обработки с закреплением в двух кулачковом патроне принять за 100 %, то при закреплении в трех кулачковом патроне она составит 21 %, в четырех кулачковом патроне – 8 %, в шести кулачковом патроне – 2 %. Если форму кулачка патрона изготовить соответствующую форме закрепляемой заготовки и обеспечить их плотное прилегание к поверхности заготовки, то погрешность геометрической формы детали также снизится.
В определенных условиях обработки причинами возникновения погрешностей обрабатываемых заготовок могут быть: силы тяжести (деформация заготовки под действием собственной массы); центробежные силы (деформации неуравновешенных масс отдельных частей заготовки в момент их обработки) и остаточные напряжения в заготовке. При одностороннем снятии припуска или снятии неравномерного припуска в обрабатываемой заготовке происходит перераспределение внутренних напряжений, образующихся в исходных заготовках при их изготовлении (литьем, ковкой, штамповкой), а также при термической обработке и других технологических операциях.