Основы технологии машиностроения. Учебное пособие для вузов

3. ТОЧНОСТЬ В МАШИНОСТРОЕНИИ

3.1. Понятие о точности и производственных погрешностях

Точность в машиностроении - степень соответствия обра- ботанных деталей установленным требованиям.

Погрешность - величина, которая отличает размеры иде- альной детали от обрабатываемой.

Допуск - мера погрешности.

Погрешности, возникшие на различных этапах технологиче- ского процесса, взаимосвязаны. Так, точность сборки машины зависит от точности изготовления еe деталей, а последняя в свою очередь от точности изготовления заготовок. Поэтому во- просы точности должны решаться не изолированно, а комплекс- но для всего технологического процесса.

Точность в машиностроении имеет большое значение для по- вышения эксплуатационных характеристик машин и для по- строения техпроцесса их изготовления. Например, зубчатые ко- леса, изготовленные с незначительной точностью, не могут ра- ботать при высоких скоростях, так как при этом в передаче воз- никают дополнительные ударные нагрузки.

Повышение точности изготовления заготовок снижает трудо- емкость последующей механообработки и сокращает расход ма- териала из-за уменьшения припусков на ее выполнение. Повы- шение точности механообработки сокращает трудоемкость сборки машин благодаря частичному или полному устранению пригоночных работ.

Повышение точности обеспечивает лучшую взаимозаменяе- мость деталей и узлов машин. Особое значение имеют вопросы точности при автоматизации производства. В этом случае необ- ходимое качество продукции должно получаться не вследствие

31

искусства рабочего, а в результате устойчивой и надежной рабо- ты технологического оборудования.

С развитием автоматизации производства проблема получе- ния продукции стабильного качества становится все более акту- альной. Ее решение должно базироваться на глубоком исследо- вании технологических факторов, тщательном изучении усло- вий работы оборудования и оснастки, а также на изыскании но- вых прогрессивных технологических методов.

При решении вопросов точности в машиностроении:

-устанавливают необходимую точность изготовления маши- ны и ее элементов, исходя из предъявляемых к ней требований и

еефункционального назначения. Эта задача решается конструк-

тором на базе теоретических и экспериментальных данных с учетом опыта эксплуатации машин аналогичного типа. Точность изготовления должна назначаться с учетом затрат на изготовле- ние машины, сроков ее службы, а также затрат и условий экс- плуатации;

-определяют необходимые методы и средства контроля на базе заданной точности изготовления. Эта метрологическая за- дача непосредственно связана с технологией изготовления дан- ного изделия;

-обеспечивают заданную точность изготовления машины и

ееэлементов соответствующим построением техпроцессов с

учетом наибольшей производительности и наименьших затрат на их выполнение;

-устанавливают значения технологических допусков (допус- ков на промежуточные размеры заготовок) и допусков на так

называемые вспомогательные базы при выполнении операций механообработки;

-определяют фактическую точность при лабораторных и производственных исследованиях действующих или новых тех- нологических методов и процессов;

32

- выявляют причины невыдерживания заданной точности в производственных условиях и изыскивают пути ее повышения с разработкой соответствующих мероприятий.

3.2. Характеристики точности обработки

Точность в машиностроении характеризуется:

-точностью выполнения размеров;

-точностью формы поверхностей;

-точностью взаимного расположения поверхностей. Точность выполнения размеров деталей (диаметр наружной и

внутренней цилиндрической поверхности, глубина отверстия, угол конуса и др.) регламентируются допусками, проставляе- мыми на рабочих чертежах детали.

Под точностью формы поверхностей понимается степень их соответствия геометрически правильным поверхностям, с кото- рыми они сравниваются.

Цилиндрическая поверхность может иметь небольшую ко- нусность, некруглость поперечного сечения, искривление оси. Плоскость может иметь небольшие выпуклости, вогнутость. От- клонение формы сопрягаемых поверхностей имеет часто боль- шее значение для работы деталей в механизме, чем погрешности выполнения их размеров. Допускаемая величина отклонения формы поверхностей нередко задается частью допуска на ее размер. При обработке шеек валов допустимая овальность и ко- нусность на всей их длине обычно составляет не более полови-

ны допуска на диаметральный размер (ГОСТ 24642-81, ГОСТ

24643-81).

К погрешностям взаимного расположения поверхностей де- талей относятся: эксцентричное (несоосное) расположение уча- стков ступенчатого вала, непараллельность расположения про- тиволежащих граней (поверхностей), неперпендикулярность ци-

33

линдрической поверхности к его торцу, погрешности располо- жения отверстий в корпусных деталях.

Допускаемые отклонения расположения поверхностей часто устанавливаются на основе опытных данных, полученных в ре-

зультате обобщений материалов по эксплуатации машин (ГОСТ

24642-81, ГОСТ 24643-81).

3.3. Факторы, определяющие точность обработки

Общая (суммарная) погрешность является следствием влия- ния ряда технологических факторов, вызывающих первичные погрешности. К числу этих факторов можно отнести:

-погрешности, вызываемые неточной установкой обрабаты- ваемой заготовки на станке;

-погрешности обработки, возникшие в результате упругих деформаций технологической системы станок-приспособление- заготовка (деталь) - инструмент (система СПИД) под влиянием сил резания;

-погрешности, возникающие в результате деформации заго- товки и других элементов технологической системы под влия- нием сил закрепления;

-погрешности обработки, вызываемые размерным износом режущего инструмента;

-погрешности обработки, возникающие в результате темпе- ратурных деформаций отдельных звеньев технологической сис- темы;

-погрешности, обуславливаемые геометрическими неточно- стями станка (и в некоторых случаях приспособления) и неточ- ностью изготовления инструмента;

-погрешности настройки станка.

Возникают также погрешности в результате действия оста- точных напряжений в материале заготовок и готовых деталей. Эти погрешности могут достигать больших значений при недос-

34

таточной жесткости обрабатываемых деталей и приводят к ко- роблению детали при обработке.

Точность, заданная рабочим чертежом детали, может быть обеспечена различными технологическими методами:

- в условиях единичного производства точность обеспечива- ется индивидуальной выверкой устанавливаемых на станок за- готовок и последовательным снятием стружки пробными про- ходами, сопровождаемыми пробными промерами. Заданный размер получается методом последовательного приближения, а точность обработки зависит от квалификации рабочего. В усло- виях серийного и массового производства обеспечивается мето- дом автоматического получения размеров на предварительно настроенном станке. Установку заготовок осуществляют без вы- верки приспособления на заранее выбранные базовые поверхно- сти. При достаточно большой партии деталей этот метод более производителен, так как обработка ведется за один проход, а за- траты времени на предварительную настройку станка расклады- ваются на большое количество заготовок. Точность обработки в этом случае зависит от квалификации наладчика, так как ему приходится производить периодически настройку станка при смене затупившегося инструмента, а при узких допусках на об- работку выполнять, кроме того, поднастройку станка за время стойкости инструмента.

В обоих рассмотренных случаях на точность обработки влия- ет субъективный фактор. При первом методе это влияние - ин- дивидуально в процессе обработки каждой детали, при втором - на партии деталей, снимаемых со станка между его настройками на заданный размер.

Влияние субъективных факторов на точность обработки уст- раняется применением «мерных» режущих инструментов (раз- вертки, протяжки, фасонные фрезы). Точность выполнения раз- меров не зависит от квалификации станочника или наладчика, так как при смене инструмента не происходит изменения «на-

35

строечного» размера.

Существует три метода работы с мерным инструментом:

-установка мерного инструмента в исходное положение по лимбу, а обработка за один проход. Нужное деление лимба оп- ределяется пробной обработкой;

-работа «мерным» инструментом с автоматической подна- ладкой системы на заданный размер;

-работа «мерным» инструментом с приданием ему формы обрабатываемой поверхности (протяжки, фасонные фрезы).

3.4. Базирование и базы в машиностроении

Базирование - ориентирование и установка заготовки (дета- ли) относительно станка (приспособления).

Способы базирования:

-установка деталей непосредственно на станок выверкой её положения;

-установка деталей по разметке;

-установка деталей в приспособления.

Первый и второй способы применяются для обработки с ин- дивидуальным получением заданных размеров. Третий способ применяется для обработки при автоматическом получении за- данных размеров.

При этом способе обычно применяются специальные приспо- собления, под которыми понимаются устройства, состоящие из установочных, зажимных и направляющих инструмент элемен- тов, смонтированных в общем корпусе.

Базирующими поверхностями (базами) называются поверх- ности или выполняющие ту же функцию сочетание поверхно- стей, ось, точка, принадлежащая заготовке (детали), и исполь- зуемые для базирования.

В данном подразделе рассматриваются из всей номенклатуры баз (ГОСТ 21495-76) только конструкторские и технологиче-

36

ские, с которыми непосредственно связаны процессы конструи- рования и технологии изготовления изделий.

Конструкторские базы - поверхности детали, которые ори- ентируют ее положение относительно других деталей при ра- боте в изделии.

Технологические базы используются для определения поло- жения заготовки (детали) в процессе изготовления.

К технологическим базам могут быть отнесены исходные, ус- тановочные и измерительные.

Исходные базы - поверхности, линии или точки, относитель- но которых координируется положение остальных поверхно- стей на эскизе технологической карты.

Установочные базы – поверхности, линии или точки детали, которые при установке на станке или в приспособлении созда- ют определенное ее положение относительно режущего инст- румента.

Измерительные базы - поверхности, линии или точки детали, от которых производятся измерения выдерживаемых при об- работке размеров.

При применении приспособлений возможно образование по- грешности установки, то есть погрешности положения детали на станке (в приспособлении).

Погрешность установки - ε, как одна из составляющих об- щей погрешности выполняемого размера при обработке детали, складывается из погрешности базирования - εб , погрешности

закрепления - εз и погрешности положения детали (заготовки),

вызываемой неточностью приспособления - εпр .

Погрешность базирования - разность предельных расстоя- ний измерительной базы относительно установленного на раз- мер инструмента.

Погрешность базирования имеет место при несовпадении из- мерительной и установочной баз детали (заготовки). Она не яв- ляется величиной абстрактной, а относится к конкретному вы-

37

полняемому размеру. Поэтому величине εб в расчетах надо присваивать индекс соответствующего размера. Погрешность базирования - εб зависит также от погрешности формы базовых поверхностей.

Рассмотрим схему фрезерования паза (рис. 3.1).

Рис.3.1 Схема фрезерования паза

Фреза установлена на размеры A=const, C=const относитель- но установочных элементов приспособления. Независимо от ко- лебания размера «В» имеем δба =0, так как в этом случае уста- новочная и измерительная базы совмещены. Колебание размера «a» в партии заготовок обрабатываемых фрезой, будет вызвано только явлениями, имеющими место в процессе обработки (от- жатие, износ фрезы). При выполнении размера «h» погрешность обработки возрастет вследствие непостоянства положения изме-

38

рительной базы в партии заготовок. Из рисунка следует, что по- грешность базирования, отнесенная к размеру «h»

εδh = δH ,

где δH - допуск на размер «H» заготовки.

Погрешность закрепления - разность предельных расстояний измерительной базы относительно установленного на размер инструмента в результате смещения обрабатываемых заготовок от действия зажимной силы. Для партии заготовок погрешность равна нулю, если величина смещения хотя и велика, но постоян- на, в этом случае координаты смещения середины поля допуска выполняемого размера могут быть скорректированы настройкой станка.

Погрешность закрепления по отношению к размеру «a» не равна 0 ( εза ¹ 0 ), тогда как для размера «h» она равна 0 ( εзh ), так как верхняя измерительная плоскость перемещается при за- креплении заготовки в собственной плоскости. Смещение изме- рительной базы заготовки происходит в результате деформации звеньев цепи, через которые передается зажимное усилие (заго- товка, установленные элементы, корпус приспособления). По- грешность положения заготовки εпр - является следствием не- точного изготовления приспособления, износа его установочных элементов, а также ошибок установки приспособления на ста- нок. Эта величина регламентируется определенными нормами и периодически контролируется в процессе эксплуатации приспо- соблений.

Погрешности εб , εз и εпр определяются как величины, имеющие направленность выполняемого размера.

Погрешность установки при обработке плоских деталей оп-

где εб - погрешность базирования; εз - погрешность закрепле- ния; εпр - погрешность приспособления.

39

Погрешность установки при обработке цилиндрических дета- лей определяется по зависимости:

На практике погрешность установки для любых деталей не рассчитывается по приведенным зависимостям, а выбирается по справочным материалам в зависимости от вида заготовки (дета- ли), схемы установки и размера установочной базы.

Различаются базы черновые для первой операции, когда нет еще никаких обработанных поверхностей, и чистовые.

Правила выбора черновых баз:

-для деталей, не обрабатывающихся кругом, в качестве чер- новых баз следует принимать поверхности, оставшиеся в черном виде (совсем без обработки), так как эти поверхности будут иметь наименьшие смещения относительно обработанных по- верхностей;

-при обработке деталей, обрабатывающихся кругом, за чер- новые базы - поверхности, которые имеют припуски, что дает гарантию для обеспечения припуска на остальные поверхности

вслучае перекоса;

-черновые базы должны быть по возможности ровными и чистыми;

-черновые должны наиболее надежно получаться в процессе

изготовления заготовок в смысле минимального их смещения относительно поверхностей, подлежащих обработке;

-черновые базы после обработки первых поверхностей должны быть заменены обработанными базами.

Правила выбора чистовых баз:

-за базы при точной обработке следует по возможности вы- бирать конструкторские базы, а не вспомогательные;

-за чистовую базу следует выбирать ту поверхность, от кото- рой дан допускной размер, определяющий положение данной обрабатываемой поверхности, в этом случае погрешность бази- рования равна нулю;

40