Учебное пособие 1720

методами. Наиболее достоверные результаты получаются при сочетании и совместном использовании обоих названных методов.

2.3. Действующие факторы образования погрешностей

Действующие во время обработки факторы, преодолевая сопротивление элементов системы станка, вызывают упругие перемещения звеньев, вибрации, износ. В итоге нарушается заданная траектория относительного движения обрабатываемой детали и режущего инструмента и появляется погрешность, которая получила название погрешности обработки. Среди рассмотренных факторов наибольшее влияние на точность обработки оказывают динамические процессы, протекающие в оборудовании, так как именно они в значительной степени определяют взаимное расположение обрабатываемой детали и инструмента.

Отклонение технологической системы по всем вышеперечисленным параметрам от заданных значений, то есть имеющиеся первичные погрешности системы, полностью устранить (компенсировать) настройкой, регулировкой практически невозможно. Поэтому при работе в системе возникают различные силовые факторы (силы, моменты), например силы тяжести, трения, центробежные и другие. Эти силы в системе под нагрузкой чаще всего имеют значения, отличные от ожидаемых.

Кроме этих сил, в системе при обработке деталей возникают силы резания, силы крепления заготовки и другие. Количество сил, точки их приложения, характер, величина и

41

направление действия определяют состояние технологической системы.

Под действием сил обрабатываемая деталь и режущий инструмент изменяют настроенные положения и траекторию движения: – вначале – за счет выбора зазоров в станках, а затем

– за счет контактных и собственных деформаций деталей технологической системы. Противодействующими указанным силам в системе являются упругие силы конструкций, материала деталей, смазки, силы трения, массы, что приводит систему к динамическому равновесию.

Для решения задач, связанных с повышением производительности в мелкосерийном производстве, необходимо оборудование, способное обеспечить выполнение различных функций и переход на выпуск новой продукции с минимальными затратами времени, то есть обладающее свойствами гибкости и переналаживаемости. Развитие многофункционального, переналаживаемого оборудования обеспечивается за счет применения новых конструктивных и технологических решений при его проектировании. Основные преимущества такого оборудования создаются в основном путем изменения конструкций, что влечет за собой изменение статистических и динамических характеристик. Это в свою очередь требует постоянного совершенствования методов и методик повышения точности оборудования.

С точки зрения обеспечения точности обработки деталей в основе построения наилучшего алгоритма управления ходом технологического процесса лежит знание качественных и количественных связей между действующими в технологической системе факторами, режимами обработки и выходными показателями технологического процесса – качеством

42

изготавливаемых деталей при заданных или равных значениях производительности и себестоимости обработки.

Для этих целей в технологии машиностроения используются как аналитические, так и экспериментальные методы определения информации о данных связях.

Наибольший интерес представляют методы, позволяющие определять заданную точность на этапе проектирования ТП. Несмотря на значительный накопленный в результате многочисленных и широких исследований фактический материал по природе возникновения погрешностей обработки, проблема установления причинноследственных связей между действующими факторами в технологической системе и погрешностью обработки остается одной из главных при обеспечении точности обработки.

Погрешность обработки в основном состоит из двух частей. Первая часть включает погрешности, зависящие от свойств станков, инструментов и заготовок, и не зависит от действия рабочего. Вторая часть погрешности обработки зависит от настройки станка. Погрешности обработки составляют наибольшую часть суммарной погрешности обработки. Основными из них являются: погрешности, связанные с исходным состоянием технологической системы (например, геометрические неточности звеньев технологической системы); погрешности установки и базирования заготовки и инструмента; температурные деформации; износ инструмента и деталей системы; упругие деформации технологической системы и другие. В дальнейшем в работе рассматриваются в основном геометрические погрешности, упругие деформации и погрешности динамической системы

43

2.4.Погрешности обработки, связанные с исходным состоянием технологической системы

Исходное состояние всей совокупности элементов технологической системы включает физико-механические свойства материала, геометрические параметры, качество изготовления, сборки и регулировки станка, приспособления, инструмента и заготовки.

Отклонения от заданной формы и размеров, несоответствие физико-механических свойств материала заготовки приводит, во-первых, к возникновению погрешности установки, а во-вторых, к колебаниям припуска на обработку и, как следствие, к изменению сил резания. Колебания припуска из-за действия принципа «наследственности» может привести к погрешности формы и размеров обрабатываемых поверхностей, а изменения физико-механических свойств материала заготовки – к изменению сил резания, качества и точности обработанных поверхностей.

Уменьшить влияние указанных факторов на точность обработки позволяет входной контроль заготовки перед поступлением ее на обработку. Для контроля размеров заготовки могут быть применены координатно-измерительные машины, а для измерения физико-механических свойств металла – неразрушающие электромагнитные методы. Полученная информация о контролирующих параметрах используется для отбраковки заготовок и совершенствования технологии получения заготовки.

Точность станков регламентируется стандартами, но при этом отклонения различных параметров даже в пределах

44

установленных допусков может оказать значительное влияние на точность обработок деталей.

Рассмотренные стандартами геометрические параметры являются исходными характеристиками точности станков не только потому, что они определяют точность станка в ненагруженном состоянии, но еще и потому, что они в значительной мере в условиях малых сил резания определяют и точность работы станка в процессе резания. Основные требования к точности станков, а также стандарты, которыми они регламентированы, и примеры проверок на точность рассмотрены в гл. 3.

Поэтому для определения погрешностей деталей, являющихся следствием погрешностей станков, необходимо в каждом конкретном случае производить соответствующие расчеты, используя для этой цели аналитические зависимости между погрешностью обработанной детали и неточностью станка. Подобные зависимости приводятся во многих работах

[7 – 9].

В качестве примера рассмотрим «извернутость направляющих», которая может быть результатом изготовления, износа, деформации станины при установке станка. Для определения смещения резца в горизонтальном направлении на токарно-винторезном станке при обработке цилиндрической детали (данное смещение оказывает наибольшее влияние на точность обработки) используется зависимость [9, 13]:

B

где H – высота центров;

B – расстояние между осями направляющих;

45

Для определения величины несоосности обработанных противоположных отверстий корпусной детали на агрегатном или специальном двухшпиндельном расточном станках рекомендуется зависимость:

противоположных головок на длине 100 мм2 ;

l – длина детали в сечении, проходящем через оси отверстий.

Аналогично рассмотренным примерам учитывается влияние погрешности изготовления приспособления, инструмента и оснастки, несущей его. Особенно важно учитывать точность изготовления размерных (сверла, зенкеры, развертки, протяжки, шпоночные и дисковые фрезы, канавочные резцы и пр.), фасонных (фасонные резцы, фрезы и шлифовальные круги) и комбинированных инструментов. Допуски на изготовление специального фасонного и комбинированного режущего инструмента указывается в чертежах на инструмент. Технологические условия на приемку размерного режущего инструмента содержатся в стандартах.

Погрешности обработки, обусловленные геометрическими неточностями станка и приспособления, для настроечной партии деталей являются постоянными систематическими погрешностями, что позволяет во многих случаях компенсировать их величину при настройке.

46

При обработке партии деталей на разных станках погрешности обработки, обусловленные неточностью станков, приспособлений и режущего инструмента будут случайными погрешностями и для их расчета целесообразно использовать вероятностно-статистический метод.

2.5. Упругие деформации технологической системы

Упругие деформации всех элементов, составляющих технологическую систему, есть следствие воздействия на них различных силовых факторов (сил резания, сил тяжести и т.д.). Для оценки деформации системы обычно используется понятие жесткости.

Понятие «жесткость» характеризует способность системы противодействовать силам, стремящимся ее деформировать. С точки зрения точности обработки наибольший интерес представляют те деформации элементов технологической системы, которые изменяют траекторию движения инструмента и заготовки, расстояние между лезвием инструмента и обрабатываемой заготовкой, то есть деформации в направлении нормали к обрабатываемой поверхности. В токарных станках это деформация в направлении оси Y , а

47

При колебаниях значений жесткости в узлах станков от

При известной жесткости конструкции деформацию можно определить по зависимости:

Представляя, что жесткость системы зависит от деформации составляющих ее элементов (станка, инструмента, приспособления и заготовки), а жесткость станка, в свою очередь, от деформации его узлов, можно вывести общую формулу для расчета жесткости технологической системы. Для этого деформации звеньев системы ( y1, y2 , y3, ...), приведенные к точке и направлению, приравниваем к де-

48

Выражение (8) проще, чем (9), поэтому в практике расчетов податливость получила более широкое распространение.

Рассмотрим пример определения жесткости и податливости технологической системы при обработке

49

Рис. 12. Схема обработки гладкого вала

Подставляя в уравнение (8) значения перемещений (11) и (12), получим выражения податливости технологической системы:

50