1.2. Влияние условий обработки на точностные параметры

В процессе резания звенья технологической системы нагреваются, что приводит к возникновению температурных погрешностей.

Так, вследствие выделения теплоты резания нагревается режущий инструмент и, следовательно, удлиняется его режущая часть.

Часть резца у его вершины нагревается значительно быстрее, чем остальная, поэтому температура в разных точках резца различна, что приводит к температурным деформациям.

При работе станка возникает теплота трения, которая частично нагревает части станка, прилегающие к местам выделения теплоты, и частично поглощается окружающей средой.

Изменение теплосодержания станка вызывает медленные температурные деформации ввиду больших масс частей станка.

На точность обработки влияют температурные деформации, направленные по нормали к обрабатываемой поверхности. У токарно-винторезного станка нагревается главным образом передняя бабка вследствие теплоты трения в подшипниках и зубчатых передачах. Задняя бабка, суппорт и станина нагреваются незначительно, и их температурные деформации несущественно влияют на точность обработки.

В процессе резания нагревается также обрабатываемая заготовка: при равномерном нагреве изменяются ее размеры при неизменности формы; при неравномерном нагреве изменяется также и форма заготовки.

Температура нагрева обрабатываемой заготовки зависит от количества теплоты, поступающей в заготовку, ее массы, удельной теплоемкости материала заготовки, режима резания. Чем больше масса обрабатываемой заготовки, тем меньше она подвержена температурным деформациям.

Чистовая обработка заготовки непосредственно после черновой может привести к уменьшению размеров заготовки против заданных, так как нагрев при обработке со снятием больших припусков и последующее охлаждение приводят к температурным деформациям.

Наибольшие температурные деформации возникают при обработке с большими припусками тонкостенных заготовок.

Температурные деформации звеньев системы СПИД зависят также от длительности работы станка и периодичности включений - остановов, причем температурные деформации возрастают и убывают неравномерно: непосредственно при изменении режима - ускоренно, а затем - медленно, до наступления температурного равновесия. В дальнейшем и температурные деформации, остаются неизмененными.

Периодичность работы станка снижает температурные деформации. На точность обработки большое влияние оказывает также размер износ режущей кромки инструмента в направлении нормали к обрабатываемой поверхности, зависящей от пути, пройденного инструментом, т. е. пути резания

Наряду с этим на величину относительного износа влияют механические свойства обрабатываемого материала: чем выше твердость, тем ниже оптимальная скорость резания и тем выше относительный износ.

1.3. Методы обеспечения точности

Необходимая точность обработки может быть достигнута следующими методами.

Метод пробных рабочих ходов заключается в индивидуальной выверке устанавливаемой на станок заготовки, последовательном снятии стружки путем пробных рабочих ходов, измерении полу­чаемых размеров. Скорректировав по результатам измерений поло­жение режущего инструмента, производят окончательную обра­ботку заданной поверхности. Метод пробных ходов трудоемкий, так как требует много времени на выверку заготовки и на коррек­тировку положения режущего инструмента. Метод применяется в единичном и, реже, в мелкосерийном производстве.

Метод автоматического получения заданного размера заклю­чается в том, что партию заготовок обрабатывают на предвари­тельно настроенном станке с установкой заготовок в приспособлении без выверки их положения, а режущий инструмент при наладке станка устанавливают на определенный размер, называемый настроечным. Заданный размер получают за один рабочий ход, т. е. при однократной обработке. Этот метод более производителен, чем метод пробных рабочих ходов, но требует специальных приспособлений и более стабильных по размерам исходных заготовок. Метод автоматического получения заданных размеров широко применяют в серийном и массовом производстве.

Расчетно-аналитический метод обеспечения точности обрабатываемых заготовок позволяет более экономично подойти к решению этого вопроса /2/.

Изучение причин (факторов), вызывающих погрешности при обработке заготовок на металлорежущих станках, позволило установить связь между этими причинами и величинами погрешностей и таким образом управлять погрешностями, снижая или устраняя их совсем. В некоторых случаях можно воздействовать на факторы, вызывающие погрешности, так, чтобы они взаимно понижали или ликвидировали отдельные погрешности. Однако так можно поступать, если известен закон действия каждого фактора в отдельности.

В результате совокупного действия всех факторов возникает так называемая результирующая погрешность, определяющая отступление от заданного размера. Эту результирующую погрешность надо знать заранее и не допускать, чтобы ее величина была больше допуска, установленного на заданный размер.

Погрешности в пределах данной совокупности размеров можно разделить на: систематические постоянные погрешности, т. е. погрешности, имеющие одинаковое значение для всей рассматриваемой совокупности, систематические переменные погрешности, закономерно изменяющиеся по ходу технологического процесса, и случайные погрешности (погрешности рассеивания), имеющие различные значения при невыясненных причинах их появления.

Так, например, если отверстия у заготовок всей партии обработаны разверткой, имеющей неправильный размер, то погрешность в размере отверстия является систематической, имеющей постоянный характер.

Так как развертка в процессе работы подвергается износу, что приводит к уменьшению ее диаметра, то и размер отверстия при переходе к обработке каждой последующей заготовки будет закономерно уменьшаться, при этом погрешность будет меньше систематической, но с переменным характером.

Однако, обрабатывая отверстия заготовок одной и той же разверткой в номинально одинаковых условиях, размеры этих отверстий будут все-таки неодинаковы, в пределах допуска на определенный размер, иначе говоря, получается рассеивание размеров отверстий заготовки, которые характеризуются погрешностями рассеивания, имеющими случайный характер.

Для определения результирующей погрешности необходимо суммировать все погрешности по величине и знаку.

В зависимости от характера погрешностей - систематических или случайных, порождающих рассеивание размеров, их суммируют различными способами.

Систематические постоянные погрешности суммируют алгебраически (с учетом их знаков), что в результате может привести как к увеличению, так и к уменьшению погрешностей или к их компенсации.

Систематические переменные погрешности (любого знака: «+» или «-») суммируют арифметически, причем при определении суммарной погрешности исходят из наименее выгодных условий.

К этому виду погрешности относятся: погрешности формы обрабатываемой заготовки, зависящие от жесткости системы СПИД, погрешности, связанные с износом инструмента, и погрешности настройки

Случайные погрешности суммируют по правилу квадратного корня.

При симметричном распределении составляющих погрешностей результирующая погрешность ∆ составляет

,

коэффициенты, зависящие от вида кривых распределения составляющих погрешностей.

где k₁, k₂, k₃, ... k_m - коэффициенты, зависящие от вида кривых распределения составляющих погрешностей.