книги из ГПНТБ / Мовчин, В. Н. Технология производства измерительных инструментов и приборов учебник

промышленности. Условные обозначений опор и зажимных усилий приведены в табл. 1, а примеры применения услов­ ных обозначений технологических баз (опор) и зажимных усилий — в табл. 2.

4. ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ

Под точностью обработки понимают получение размеров и формы детали в соответствии с чертежом и техническими требованиями.

Конструктор, исходя из условий работы машины или прибора, а также учитывая технологические возможности производства, устанавливает нормы точности как на из­ готовление отдельных деталей, так и на их взаимное рас­ положение относительно друг друга в собранной конструк­ ции. Нормы точности изготовления деталей оговариваются Допусками на размеры и допустимыми отклонениями формы Детали от теоретической.

Технологические возможности современного произ­ водства огромны, но все же при осуществлении технологи­ ческих процессов возникают погрешности, т. е. отклоне­ ния фактически полученных при обработке размеров де­ талей от заданных чертежом.

Все погрешности размеров и формы деталей можно раз­ делить на три группы.

1. Отклонения действительных размеров от номиналь­ ных, ограничиваемые полем допуска на изготовление.

2. Отклонения от правильной геометрической формы, которые также ограничиваются полем допуска, а для особо высокоточных деталей измерительных приборов и инстру­ ментов — техническими требованиями. К погрешностям геометрической формы деталей относятся отклонения от цилиндричности, круглости, перпендикулярности, пря­ молинейности и т. д.

3. Отклонения от точного взаимного положения от­ дельных деталей и узлов в собранной конструкции, обычно оговариваемые допускаемыми отклонениями от параллель­ ности, перпендикулярности, соосности и т. п.

В реальных производственных условиях отклонения размеров и формы деталей зависят от многих причин, при­ водящих к невозможности получения одинаковых по раз­ мерам и форме деталей, даже в пределах партии из несколь­ ких штук. Установление величины отклонений, возникаю­ щих в процессе выполнения технологического процесса,

21

является основой для оценки точности различных методов обработки.

Виды погрешностей и причины их возникновения.

Все погрешности обработки на металлорежущих станках делят на следующие основные виды:

1. Т е о р е т и ч е с к и е п о г р е ш н о с т и , т. е. з а р а н е е д о п у щ е н н ы е о т к л о н е н и я г е о ­ м е т р и ч е с к о й ф о р м ы д е т а л е й от т е о ­ р е т и ч е с к о й . Например, при обточке деталей дис­ ковыми фасонными резцами или нарезании резьбы дис­ ковыми резьбовыми резцами, изготовленными без коррек­ тирования профиля, возникают искажения профиля обта­ чиваемой детали и ее размеров или искажения профиля нарезаемой резьбы, при фрезеровании цилиндрических зубчатых колес с различными числами зубьев, наборами дисковых модульных фрез возникает искажение эвольвентного профиля зубьев, так как профиль зуба каждой фрезы теоретически соответствует только одному числу зубьев данного модуля.

Величины возникающих погрешностей можно рассчи­ тать заранее, но обычно для неответственных деталей этими погрешностями пренебрегают из-за их малой ве­ личины.

2. П о г р е ш н о с т и , в о з н и к а ю щ и е от н е ­ т о ч н о с т и р а б о т ы с т а н к о в, т. е. погрешности, вызванные наличием зазоров в подшипниках, непараллельностью или неперпендикулярностью направляющих станка к оси шпинделя и т. д.

Погрешности, зависящие от работы станков, можно рассматривать в ненагруженном их состоянии и под на­ грузкой. Погрешности, возникающие в ненагруженном состоянии, зависят в основном от неточностей, допущенных при изготовлении отдельных деталей станка и при его сборке. Погрешности самого станка в ненагруженном со­ стоянии поддаются контролю и не должны превышать норм точностей в соответствии с требованиями стан­

дартов.

Погрешности, возникающие в процессе работы станков под нагрузкой, зависят от многих причин, не связанных между собой какой-либо зависимостью, и поддаются ис­ следованию только путем математической статистики, т. е. наблюдением за точностью выполнения технологи­ ческих процессов и математической обработкой получен­ ных данных.

22

Неточности, возникающие в ненагруженном состояния станков, увеличиваются по мере износа их частей и ока­ зывают существенное влияние как на точность получения размеров, так и главным образом на возникновение по­ грешностей геометрической формы; причем отдельные погрешности станков оказывают различное влияние на по­ грешность геометрической формы обрабатываемых деталей.

Например, при несоосности центров станка в плоско­ сти, параллельной направляющим станины, получается

Рис. 7. Погрешности геометрической формы детали при несоос­ ности центров станка

конусная форма детали (рис. 7, а), при несоосности цен­ тров станка в плоскости, перпендикулярной к направ­ ляющим станины, получается вогнутая форма детали (гиперболоид вращения) (рис. 7, б).

Для того чтобы представить геометрическую форму детали, получаемую в последнем случае, рассмотрим два сечения (траектория движения резца условно расположена между линиями центров станка). Если в сечении А— А (рис. 7, в) резец только касается образующей цилиндра, то в сечении Б— Б он находится ниже центра и не касается образующей.

Если резец переместить в радиальном направлении так, чтобы он касался заготовки в сечении Б— Б (рис. 7, г), то при его перемещении вдоль оси детали в сечении А— А будет обтачиваться поверхность диаметром, равным диа­ метру заготовки, уменьшенному на величину 2а. Оче­ видно, проведя еще несколько сечений, можно убедиться в характере получаемой формы детали.

23

Биение шпинделя станка также является одной из причин образования овальной формы детали.

Плохая балансировка частей станка, приспособления и обрабатываемой детали вызывает вибрацию станка, быстрый износ подшипников и как следствие возникнове­ ние огранки на обрабатываемой детали.

Непараллельность или неперпендикулярность стола по отношению к шпинделю, а следовательно, и к инстру­ менту чаще всего вызывает конусную форму детали или непараллельность поверхностей.

При обработке деталей на металлорежущих станках тех­ нологическая система упруго деформируется под действием сил резания, усилий зажима и ряда других факторов. Возникновение деформации объясняется наличием зазоров

встыковых соединениях частей станков, упругой дефор­ мацией отдельных деталей станков, деформацией при­ способления, инструмента и детали. Упругие деформации системы СПИД вызывают рассеивание размеров деталей

вобрабатываемой партии, а также являются основной при­ чиной возникновения волнистости.

Характерным примером действия упругих деформаций является обработка на шлифовальных станках. Чистовое шлифование даже на совершенно новых станках, как правило, выполняют с выхаживанием, т. е. производят

несколько проходов без подачи шлифовального круга на деталь. В процессе выхаживания шлифовальный круг продолжает срезать слой металла, уменьшающийся с каждым проходом. Очевидно, продолжающееся неко­ торое время резание без подачи, объясняется тем, что шпиндель шлифовального станка во время работы нахо­ дится под действием сил резания и за счет зазоров в под­ шипниках несколько отжат. В процессе выхаживания шлифовальный круг срезает слои металла до тех пор, пока шпиндель не займет нормальное положение.

Величина деформации зависит от способности узлов и деталей оказывать сопротивление действующим силам и определяется жесткостью.

Жесткостью упругой системы СПИД называют отноше­ ние действующих сил резания, направленных по нормали к обрабатываемой поверхности, к величине смещения ре­

24

жущей кромки инструмента, отсчитанному в том же на­ правлении. Жесткость определяют по формуле

Определение жесткости и величины деформации упру­ гих систем СПИД, представляющей собой сумму дефор­ маций отдельных деталей и узлов станка, приспособления, инструмента и детали из-за непостоянства действующих

определена по соответствующим формулам из курса со­

ностей геометрической формы под действием сил резания

является недостаточная жесткость обрабатываемых де­ талей.

При обработке валов, установленных в центры токар­ ного или круглошлифовального станков, под действием радиальной составляющей силы резания Ру возникает Деформация вала, очевидно имеющая наибольшее значение в его середине (рис. 8, а), таким образом, режущий инстру­ мент, установленный на определенный размер, снимает различные слои металла — большие в сечениях, близких к центрам, и меньшие в середине вала, т. е. в сечении, обладающем наименьшей жесткостью. Вал в данном слу­

25

чае имеет бочкообразную форму с диаметром в наиболь­ шем сечении, увеличенном на удвоенную величину де­ формации оси вала f (стрела прогиба) (рис. 8, б).

Величину деформации вала можно приближенно вы­ числить (без учета ряда факторов, вызывающих дополни­ тельную деформацию: затупление инструмента, неравно­ мерное распределение припуска, вызванное ошибками при центровании заготовки и погрешностью ее геометрической

Рис. 8. Схема деформации валов под дей­ ствием сил резания

формы), рассматривая вал как балку, лежащую на двух опорах и нагруженную силой Ру.

Наибольший прогиб (стрелу прогиба) определяют по формуле

м м -

где Ру — радиальная составляющая силы резания в кгс;

Допускаемая погрешность геометрической формы вала не должна превышать величины допуска на диаметр, сле­

довательно, 2/ ^ б или / ^ - у .

26

При обработке валов с закреплением их в патроне или цанге под действием силы резания Ру также может воз­ никнуть погрешность геометрической формы. На рис. 8, в показано положение заготовки в начале обработки и на рис. 8, г — возможная форма детали после обработки, полученная вследствие отжатия заготовки силой Ру. Искажение формы детали объясняется тем, что жесткость детали увеличивается по мере приближения резца к пат­ рону, а следовательно, отжим детали от резца меняется от максимального значения до минимального. Величину прогиба можно определить, если принять деталь за кон­ сольную балку, тогда

ррур ,

3E J ММ’

где Ру — радиальная составляющая силы резания в кгс;

/— длина вала в мм;

Е— модуль упругости кгс/мм2; J — момент инерции в мм4.

Для уменьшения влияния сил резания на погрешности геометрической формы обрабатываемой детали необходимо:

а) производить расчленение операции на предвари­ тельную и окончательную, что позволит уменьшить при­ пуск на чистовую обработку и тем самым повысить точ­ ность и, кроме того, сохранить точное оборудование, используя его только на окончательных операциях; б) под­ бирать геометрическую форму режущего инструмента, обеспечивающую наиболее благоприятное распределение сил резания. Например, приняв для токарных резцов угол ф = 90°, можно изменить соотношение сил резания: увеличить Рх и уменьшить силу Ру, вызывающую прогиб Детали, обеспечить высокое качество заточки инструмен­ тов и для увеличения жесткости детали ввести дополни­ тельные опоры. На практике установлено, что при токар­ ной обработке валов с отношением длины к диаметру более 10 возникают затруднения в обеспечении правильной гео­ метрической формы, поэтому при высоких требованиях к форме валов необходимо применять дополнительные опоры в виде подвижных и неподвижных люнетов.

погрешностей базирования, возникающих при несовпаде­ нии установочной с конструкторской или измерительной базами, могут, возникнуть смещение и деформация заго­ товки под действием сил зажима. В этом случае большое

27

значение имеет правильный выбор опорных поверхностей, точек приложения сил зажима и жесткости приспособ­ ления.

6. Т е м п е р а т у р н ы е п о г р е ш н о с т и , т. е. изменения размеров и формы деталей под действием тем­ пературы. Причинами возникновения температурных де­ формаций, являются: а) метеорологические условия (усло­ вия воздушной среды на производстве); б) нагрев обраба­ тываемой детали за счет выделения тепла при резании.

Увеличение размеров деталей за счет тепла зависит от линейных размеров детали и коэффициента линейного расширения металла и может быть определено по формуле

I — размер обрабатываемой детали;

а — коэффициент линейного расширения;

t — t0— изменение температуры нагрева за время обработки.

Для уменьшения деформаций, вызванных влиянием температуры, можно рекомендовать:

а) тщательный подбор режимов резания и обеспечение качества заточки режущего инструмента;

б) применение смазочно-охлаждающих жидкостей, очистку которых от металлических и других загрязнений следует производить путем фильтрации или с помощью магнитных устройств. При выполнении особо точных работ необходимо охлаждать жидкость до я=Л0° С.

7. П о г р е шн о с т и , в ы з в а н н ы е в н у т р е н - н и м и н а п р я ж е н и я м и . Внутренние напряжения возникают под действием различных факторов, например, в литых и кованых заготовках в результате неравномер­ ного охлаждения; при механической обработке вследствие перераспределения внутренних напряжений после уда­ ления поверхностного слоя металла. Для уменьшения влияния внутренних напряжений на размеры и форму деталей механическую обработку обычно расчленяют на черновые и чистовые операции, а точные детали подвер­ гают искусственному или естественному старению.

8. П о г р е ш н о с т и в ы з в а н н ы е у с и л и я ­ ми з а ж и м а . При закреплении заготовок на станке или в приспособлении под действием сил зажима проис­ ходит деформация как самой детали, так и поверхностного слоя металла. Величина сил зажима и точки их приложе­

28

ния особо большое значение имеют при закреплении де­ талей сложной формы, тонкостенных втулок, длинных ва­ лов с недостаточной жесткостью и т. д.

Уменьшение деформации закрепляемой детали обычно достигается за счет правильного выбора установочных баз, расположения точек зажима над опорными поверх­ ностями, введения дополнительных подводимых опор и т. д.

Расчет точности технологических процессов. Как было указано ранее, точность обработки зависит от ряда факторов. Каждый из них оказывает разное влияние на точность, и погрешности, возникающие от их действия, в каждом отдельном случае могут суммироваться или взаимно погашаться. Например, при фрезеровании паза дисковой трехсторонней фрезой, изготовленной по тол­ щине с наименьшим допустимым размером, но имеющей после установки на оправке торцовое биение, размер паза можно получить близким к наибольшему предельному размеру.

Основным требованием, предъявляемым к технологи­ ческим процессам, является обеспечение заданной точ­ ности изготовления детали. При проектировании техно­ логического процесса, гарантирующего требуемую точ­ ность, необходимо знать, какую точность обеспечивают те или иные методы обработки.

Существуют два метода расчета точности технологи­ ческих операций:

1) аналитический, основанный на расчете всех первич­ ных погрешностей обработки. Этот метод требует иссле­ дования всех первичных погрешностей, возникающих при обработке. Сложность выявления величин первичных погрешностей, их разнообразие и большое количество вы­ зывают затруднения при определении точности техноло­ гических процессов. Поэтому такой метод может быть при­ менен только в отдельных случаях для выявления точности отдельных величин или элементов технологических про­ цессов;

2)статистический, основанный на теории вероятности

иматематической статистике, позволяющих установить закономерность погрешностей.

Все погрешности, возникающие при механической

кающие от действия вполне определенных факторов и имеющие закономерный характер, например погрешности

29