1.2.4 Точность станков, инструментов и приспособлений; жесткость технологической системы. Температурные погрешности

Рассмотрим влияние некоторых факторов на точность обработки деталей.

Точность станков. Металлорежущие станки, как и все изделия, изготовляют с определенной степенью точности. Точность станка в ненагруженном состоянии называют геометрической точностью. Геометрическая точность новых станков определяется стандартами.

Точность станков определяется главным образом точностью подшипниковых узлов, точностью направляющих, точностью кинематических цепей, точностью передач коробки скоростей и коробки подач.

В процессе эксплуатации отдельные детали и узлы станка изнашиваются, нарушаются отдельные регулировки. При этом более интенсивно изнашиваются те детали и узлы, которые испытывают наибольшие удельные нагрузки. Вследствие износа, например, подшипников качения вала шпинделя токарного станка появляется биение обрабатываемой детали и образование неточности ее геометрической формы. Биение вращающихся центров станка также приводит к биению обрабатываемых поверхностей заготовки относительно оси центральных отверстий. Кроме того, возникают упругие деформации отдельных частей станка от действия сил резания. Величина упругой деформации тем больше, чем больше силы резания и меньше жесткость узлов станка.

В процессе работы станков могут возникать погрешности обработки, вызванные нагруженным состоянием их отдельных деталей и узлов. Например, при отклонении от соосности центров станка в плоскости, параллельной направляющей станины, получается деталь с погрешностью геометрической формы – конусообразность, а при отклонении от соосности центров станка в плоскости, перпендикулярной к направляющим станины, получается деталь вогнутой, т.е. седлообразной формы.

На точность обработки влияет также изменение линейных размеров частей станка при нагреве их под действием сил трения в опорах, что обуславливает отклонение от геометрической точности станков и приводит к появлению погрешности обработки.

Точность инструмента. Точность обработки в значительной степени зависит от точности изготовления режущего инструмента. Инструмент изготавливается с определенными погрешностями размеров, формы и взаимного положения его отдельных элементов. Погрешности инструментов (зенкеров, разверток, протяжек, фрез и др.) влияют впоследствии на точность формы или размера обработанной поверхности. Поэтому чем точнее изготовлен инструмент, тем точнее и размеры деталей, полученные после обработки этим инструментом.

В процессе резания инструмент изнашивается. Точность инструмента в процессе изнашивания снижается, что приводит к искажению его формы и размеров. В связи с этим износ инструмента существенно влияет на точность обработки. Следует заметить, что инструмент изнашивается быстрее, чем детали станка. Интенсивность изнашивания инструмента в значительной степени зависит от режимов обработки, вида инструмента, геометрии его режущей части, материала инструмента и заготовки и от других факторов. Затупленный резец, например, вызывает увеличение радиальной составляющей силы резания, и, как следствие, увеличение деформаций отдельных деталей станка и обрабатываемой заготовки. При обтачивании длинного вала износ резца приводит к увеличению диаметра обработанного вала на конечном участке. Восстановление режущих свойств инструмента производят последующей его заточкой. Время работы (в минутах) между переточками называют стойкостью инструмента.

Жесткость системы СПИД. Станок, приспособление, инструмент и деталь (заготовка) образуют систему, которая под воздействием сил резания упруго деформируется. Величина деформации зависит от силы резания и от жесткости системы. Неравномерное распределение припуска на поверхности заготовки, эксцентричное положение заготовки, неравномерная твердость обрабатываемого материала, большая длина заготовки и режущего инструмента способствуют увеличению деформации системы СПИД.

Часто в жесткости системы СПИД одно из звеньев играет решающую роль. Так, при обработке длинных валов жесткость токарного станка имеет второстепенное значение, решающим является прогиб заготовки. При фрезеровании цилиндрической фрезой и при обработке корпусных деталей на расточных станках жесткость деталей обычно велика, наибольший прогиб имеет оправка или борштанга. При выполнении сверлильных работ жесткость сверла намного меньше жесткости заготовки. Жесткость Системы СПИД часто является фактором, ограничивающим режим обработки. С увеличением жесткости системы может быть повышена производительность и точность обработки резанием.

Погрешности, возникающие в результате упругих деформаций системы СПИД, могут достигать 20...80% от суммарной погрешности обработки.

Наиболее существенное влияние на размер обрабатываемой заготовки оказывают перемещение звеньев СПИД в направлении, нормальном к обработанной поверхности, которые в основном обусловлены действием составляющей силы резания. Поэтому жесткостью системы СПИД принято называть отношение радиальной составляющей резания к смещению лезвия инструмента обработанной поверхности, при действии всех составляющих силы резания.

Погрешности заготовки вызывают увеличение рассеивания размеров заготовки в связи с колебаниями величины припуска и неравномерным распределением его на поверхности заготовки, смещениями отверстий в отливках, перекосом плоскостей и т. д. В связи с погрешностями формы и расположения поверхностей заготовки имеют место неравномерные припуски, что также приводит к упругим деформациям элементов СПИД.

Температурные погрешности. В процессе резания механическая энергия расходуется на деформирование срезаемого слоя металла и на преодоление сил трения, возникающих при контакте сходящей стружки и изделия с режущим инструментом. В результате превращения механической энергии в тепловую выделяется большое количество тепла, поглощаемого стружкой, обрабатываемой заготовкой, режущим инструментом и окружающей средой. При этом температура рабочей поверхности резцов в зоне резания составляет 800…1000С и выше.

Повышение температуры обрабатываемой заготовки и инструмента приводит к температурным деформациям, вызывающим соответствующие погрешности обработки. Например, нагрев проходного резца средней величины на 20С приводит к увеличению его длины на 0,01 мм, что вызывает уменьшение диаметра обрабатываемой заготовки на 0,02 мм. Кроме того, заготовка в процессе резания может нагреваться неравномерно, что приводит к изменению не только ее размеров, но и формы. Средняя температура заготовки при этом во многом зависит от ее размеров, материала, режимов резания, условий закрепления и продолжительности работы. Тонкостенные заготовки нагреваются при обработке в большей степени, чем массивные, что обусловливает более значительную их деформацию.

Для уменьшения температурных деформаций обрабатываемых заготовок необходимо тщательно подбирать режим резания, осуществлять качественную заточку режущего инструмента, чистовую обработку производить после черновой и получистовой обработки с перерывом, достаточным для охлаждения заготовки, а также применять обильное охлаждение смазочно-охлаждающими жидкостями.

Важное значение для повышения точности механической обработки имеет правильный выбор материала для изготовления инструмента или его режущей части.