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

станков в ненагруженном состоянии (ошибки шага винта, зубчатых колес и т. д.), ошибки, допущенные при наладке

и не имеющие определенной закономерности, например при обработке партии деталей при одной и той же настрой­ ке станка без видимых изменений размеров и формы ин­ струмента все детали данной партии имеют различные размеры, т. е. происходит рассеивание размеров. К слу­ чайным погрешностям относятся погрешности, возникаю­ щие вследствие различной твердости заготовок, колебания припуска на длине обрабатываемой поверхности, неточ­ ности закрепления заготовки в приспособлении и т. п.

Случайные погрешности, несмотря на их разнообразие, обладают общими особенностями, а именно:

1)малые погрешности встречаются чаще, чем большие;

2)для данного способа обработки случайные погреш­ ности не превосходят определенной величины;

3)положительные погрешности встречаются так же часто, как и отрицательные;

4)с увеличением числа деталей в партии среднее ариф­ метическое из этих погрешностей стремится к нулю.

Пользуясь методом математической статистики, можно установить закономерность как случайных, так и систе­ матических погрешностей, возникающих при обработке. Для наглядного представления характера рассеивания размеров и графического определения точности обработки партии деталей производят измерение фактических раз­ меров и по полученным данным строят кривую распреде­ ления. При небольшом количестве деталей в партии по­ строение кривой ведут непосредственно по полученным размерам деталей. Для упрощения построения кривой при большом количестве деталей в партии полученное поле рассеивания размеров, т. е. разность между наиболь­ шим и наименьшим фактическими размерами измеренных деталей, разбивают на равные интервалы и определяют количество деталей, размеры которых находятся - в пре­ делах данного интервала, т. е. определяют абсолютную частоту или, иначе, количество одинаковых по размерам деталей или количество деталей с размерами, входящими

вданный интервал.

Построение кривой распределения проводят в следую­ щем порядке: по оси абсцисс откладывают в выбранном масштабе поле рассеивания размеров или поле допуска,

30

разделенное на принятое количество интервалов, а по оси ординат — абсолютную частоту. Поскольку в пре­ делах каждого интервала находятся детали с разными размерами (отклонениями), то для построения точек кри­ вой определяют среднее арифметическое значение данного интервала и из найденной таким образом точки восстав­ ляют перпендикуляр.

После соединения точек получают ломаную линию. При увеличении количества деталей в партии ломаная ли­ ния приближается к плавной кривой, которая называется кривой распределения.

Построение графика распределения размеров может быть продемонстрировано следующим примером. На то­ карном полуавтомате модели 1712, настроенном на диа­ метр 20_о14, была обработана партия валиков. При из­ мерении фактических размеров, взятых на выборку 100

Для упрощения построения кривой распределения полученные величины рассеивания размеров разбивают на пять интервалов и для каждого интервала определяют среднюю арифметическую величину размеров деталей.

-ДЗсе данные заносят в табл. 4.

По полученным результатам строят кривую распреде­ ления фактических размеров (рис. 9), для этой дели по оси ординат откладывают абсолютную частоту, а по оси абсцисс — среднее арифметическое значение размеров де-

31

талей каждого интервала. Соединяя точки пересечения, получают ломаную линию /. Очевидно, при исследовании большего количества деталей ломаная линия будет стре-

тически приближаясь к оси абсцисс.

Систематические погрешности в пределах данной на­ стройки станка для изготовления партии деталей не ока­ зывают влияние на форму кривой распределения, вызывая только смещение всей кривой вдоль оси абсцисс. На рис. 10

32

показаны кривые распределения размеров двух партий деталей, изготовленных при одинаковых условиях, но при разных настройках станка. Величина смещения /, очевидно, показывает отличие установки инструмента на требуемый размер при первой и второй настройках или отличие в размерах применяемого инструмента в этих двух случаях. Например, при первой настройке исполь­ зовали новую развертку, а при второй настройке — изно­ шенную в допустимых размерах.

При нормальном ходе технологического процесса полу­ ченная кривая рассеивания случайных погрешностей приближается к кривой нормального распределения Гаус­ са, уравнение которой имеет вид

х!

где у — частота появления погрешностей;

а— среднее квадратическое отклонение аргумента, равное квадратному корню из средней арифме­

тической суммы квадратов всех отклонений;

е— основание натуральных логарифмов, равное

2,718;

х— отклонение действительных размеров от средних, равное разности между размером каждой детали и средним

арифметическим размером, т. е.

хL*j Lcp,

здесь L( — фактические размеры каждой детали в партии; Lcр — средний арифметический размер деталей

в партии.

При дискретном (прерывном) значении полученных размеров деталей в зоне рассеивания, средний арифмети­ ческий размер детали Lcp в партии равен среднему арифме­ тическому из размеров деталей всей партии:

Среднее квадратическое отклонение о определяют по формуле

Из уравнения кривой нормального распределения сле­ дует, что среднее квадратическое отклонение о является

степень влияния случайных погрешностей.

На основании исследований установлено, что в интер­

ного распределения почти сливается с осью абсцисс, т. е. отклонения действительных размеров от среднего размера

сделать вывод, что если допуск на обработку деталей б больше 6а, то точность процесса соответствует тре­ бованиям. Если допуск на обработку меньше бег, то часть деталей не соответствует требуемым размерам, и, очевидно, принятый процесс обработки деталей не­ приемлем.

Исследования с помощью математической статистики позволяют:

34

1)определить точность технологических процессов (при

этом основным критерием точности является условие

2) определить вероятность получения количества де­ талей с размерами в интервалах поля допуска. Для этой цели определяют относительную частоту (вероятность) путем деления абсолютной частоты на количество деталей в партии:

где у' — относительная частота (вероятность); N — количество деталей в партии;

у — абсолютная частота случаев.

Например, вероятность получения валов в интервале

X 100 == 17% и т. д.;

3) определить количество возможного брака при вы­ бранном процессе.

Определение вероятности получения годных и брако­ ванных деталей может быть осуществлено аналитическим расчетом или графически. В последнем случае площадь, ограниченная полем допуска 6 = 0,14 (рис. 9) и кри­ вой, представляет собой число годных деталей, соответ­ ствующих допуску;

4)определить величину рассеивания размеров при осуществлении технологического процесса;

5)установить возможную точность работы оборудова­

ния.

Понятие о средней экономической точности. Выполне­ ние операций технологического процесса можно осуще­ ствлять различными методами и на станках различных типов, например, обработку вала с точностью 3-го класса можно производить на токарном или на круглошлифо­ вальном станке. Если в этом случае в отношении обеспе­ чения требуемой точности валы одинаковые, то затраты времени и стоимость обработки различные. Объясняется это тем, что на любом круглошлифовальном станке точ­ ность 3-го класса обеспечивается без применения какихлибо специальных приемов и режимов, причем рабочим средней квалификации. Изготовление вала с такой точ­

35

ностью на токарном станке потребует создания ряда усло­ вий, а именно: обработку надо вести на высокоточном станке с режимами резания, отличными от обычно при­ меняемых, а работу должны выполнять рабочие высокой квалификации.

Технологический процесс, устойчиво обеспечивающий требуемую точность обработки, очевидно, не может быть выполнен, если изготовление деталей производить с точ­ ностью, превышающей точностные возможности метода обработки и оборудования, поэтому обработку стремятся вести не с достижимой, а с так называемой средней эко­ номической точностью.

Под достижимой точностью понимают такую точность, которой можно достичь при обработке деталей в условиях, отличных от обычно применяемых, рабочими высокой квалификации и с повышенными затратами времени. Например, применяя напильник и абразивное полотно, можно достичь на токарном станке точности 3-го и даже 2-го класса.

Под средней экономической точностью понимают та­ кую точность, которая при минимальной себестоимости обработки деталей достигается в нормальных производ­ ственных условиях.

Под нормальными производственными условиями сле­ дует понимать работу на исправном оборудовании с при­ менением необходимых приспособлений, инструментов, выполняемую по расчетным режимам и нормам времени рабочими соответствующей квалификации.

При проектировании технологических процессов точ­ ность различных методов обработки оценивают с помощью таблиц средней экономической точности, составленных на основании опытных данных. Таблицы характеризуют такую точность обработки, которая экономически дости­ жима в обычных производственных условиях. Оче­ видно, как всякие опытные данные, таблицы средней экономической точности следует рассматривать как ре­ комендуемые.

В справочной литературе средние экономические точ­ ности, приведенные в таблицах, либо даны непосредственно в величинах допусков, либо определяются классами точ­ ности. Средняя экономическая точность, определяемая классами точности, является принципиально более пра­ вильной, так как допуски на готовые детали и операцион­ ные размеры должны приниматься в соответствии с клас-

36

сами точности. Кроме того, назначаемые для контроля деталей предельные калибры и режущий инструмент,

вбольшинстве случаев принимаются по классам точности

всоответствии с ГОСТом.

Средняя экономическая точность основных, наиболее распространенных видов обработки приведена в табл. 5.

Таблица 5

Средняя экономическая точность основных видов обработки

Средняя экономическая точность прочих методов меха­ нической обработки указана в соответствующих спра­ вочниках.

Использование таблиц средней экономической точности позволяет правильно назначить метод обработки, обеспе­ чивающий требуемую точность изготовления детали, или, что особенно важно для технологов, назначить операцион­ ные допуски по технологическому процессу.

37

5. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ

Качество поверхности характеризуется двумя основ­ ными факторами:

1) физико-механическими свойствами поверхностного слоя металла;

2) формой поверхности.

Физико-механические свойства поверхностного слоя зависят от механических свойств металла, т. е. от его твер­ дости и структуры, а также от способа термообработки. Кроме того, при механической обработке поверхностный слой металла под воздействием режущего инструмента претерпевает значительные пластические деформации, вы­ зывающие уплотнение поверхностного слоя металла, та­ кое уплотнение обычно называют наклепом (нагартовкой). Глубина наклепа зависит от выбранного метода обработки, режимов резания и свойств обрабатываемого материала. Например, при точении толщина наклепанного слоя уве­ личивается с увеличением глубины резания и подачи, при шлифовании — за счет неправильного подбора харак­ теристики абразивных кругов и режимов возможно по­ вышение твердости поверхностного слоя и образование прижогов.

Форма поверхности по геометрическим признакам определяется: а) отклонениями от правильной геометри­ ческой формы (макрогеометрия); б) волнистостью, т. е. периодически повторяющимися неровностями, возникаю­ щими вследствие вибрации с постоянной амплитудой ко­ лебаний частей станка, биения вращающегося режущего инструмента и других причин; в) шероховатостью по­ верхности (микрогеометрия). Класс чистоты поверхности определяется шероховатостью, т. е. наличием на по­ верхности детали неровностей в виде выступов (гре­ бешков) и впадин, представляющих собой следы воздей­ ствия режущего инструмента на обрабатываемую поверх­ ность.

Величина и характер неровностей зависят от способа обработки, режимов резания, геометрии режущего ин­ струмента, структуры и механических свойств обрабаты­ ваемого металла.

При обработке режущими инструментами, имеющими металлические лезвия: фрезами, резцами и т. д., поверх­ ность детали имеет шероховатость, различную в продоль­ ном (рис. 12, а) — по направлению движения режущего

38

фрезеровании и строгании зависит от величины подачи, радиуса при вершине резца, а также от углов ср и <pj.

Продольная шероховатость при обработке резанием возникает вследствие образования нароста на режущей части инструмента, вызывающего вырывы частиц металла, а также за счет трения задней поверхности инструмента по обрабатываемой поверхности и вибрации.

Рис. 12. Продольная и поперечная шероховатость:

а — при строгании; б — при точении

Критерием оценки класса чистоты обрабатываемой по­ верхности является высота неровностей, поэтому оценку шероховатости поверхности производят в том направле­ нии, в котором высота гребешков наибольшая.

Для большинства видов механической обработки, на­ пример точения, поперечная шероховатость примерно

в2—3 раза больше продольной и оценку.шероховатости

вэтом случае производят в поперечном направлении.

Для многих видов чистовых способов обработки шеро­ ховатость как в продольном, так и в поперечном направ­ лении может быть одинаковой. Например, при чистовом шлифовании продольная и поперечная шероховатости примерно равны. Измерение класса чистоты поверхности в таких случаях производят в двух направлениях, по наи­ большему значению неровностей определяют класс чи­ стоты поверхности.

Для объективной оценки шероховатости поверхностей деталей как после любого вида механической обработки, так и в процессе их эксплуатации установлен государ­ ственный общесоюзный стандарт на шероховатость по­ верхности — ГОСТ 2789—59. Этим стандартом установ­

39