Основы технологии машиностроения. Учебное пособие для вузов

Приняв, в частном случае, L =800мм, 0С и

α =0,000012, получим L =0,1 мм.

Такая величина может вызвать значительную погрешность механообработки на настроенном станке, если ее не компенси- ровать периодическими подналадками станка. С увеличением времени работы и частоты оборотов шпинделя станка темпера- турные деформации увеличиваются.

Температурные деформации заготовок. Нагрев заготовок происходит в результате выделения тепла в процессе резания. Многочисленные исследования показали, что основное количе- ство тепла аккумулируется в стружке. В обрабатываемую заго- товку переходит незначительное количество тепла. Это положе- ние справедливо для точения, фрезерования, строгания, расточ- ки, протягивания. При обработке отверстий большая часть тепла остается в заготовке.

При токарной обработке в стружку уходит 50-86%, а при вы- соких скоростях резания свыше 90%; 10-40% тепла переходит в резец; 3-9% остается в заготовке и до 1% рассеивается в окру- жающую среду.

При сверлении в стружку уходит 28% тепла, 52.5% остается в заготовке, 14.5% переходит в сверло, 3% уходит в окружающую среду.

Температурное расширение (деформация) в направлении ин-

тересующего нас линейного размера L можно определить по формуле (3.14).

Анализ практических случаев показывает, что температурные деформации массивных заготовок малы и их влиянием на точ- ность обработки можно пренебречь. Наибольшие температур- ные деформации возникают при обработке тонкостенных дета- лей с большой глубиной резания. Уменьшение температурных деформаций обрабатываемых деталей может быть достигнуто:

- достаточно обильным подводом охлаждающей жидкости в зону резания;

51

-повышением скорости резания, в результате чего большая доля тепла отводится в стружку;

-чередованием операций с большим и меньшим нагревом де- тали;

-устранением накопленного ранее в деталях тепла достаточ- ной по времени выдержкой на транспортирующем устройстве;

-шлифование деталей кругами больших диаметров;

-закреплением детали с возможностью односторонне на- правленной компенсации их температурных деформаций (при- менение пружинных или пневматических устройств для поджи- ма заднего центра при обтачивании).

Температурные деформации режущего инструмента. Не-

смотря на то, что при обработке резанием в инструмент перехо-

дит сравнительно небольшая доля образующегося тепла (при обычном точении 10-20%, а при скоростном - 1-2%), он во мно-

гих случаях все же подвержен интенсивному нагреву.

В начале обработки температура резца быстро поднимается (до 700-850 0С), затем этот рост замедляется и через непродол- жительное время достигает состояния теплового равновесия. При обычных условиях работы удлинение резца может дости- гать 30-50 мкм. Сложность теплового процесса затрудняет по- лучение практических данных и расчетных зависимостей темпе- ратурного удлинения режущего инструмента.

На основании изложенного можно сделать следующие выво- ды:

-если обработка ведется методом пробных проходов и сопут- ствующих им пробных измерений, то температурные деформа- ции не влияют на точность размеров при обработке, так как ра- бочий может учесть их при выполнении данной операции;

-влияние температурного фактора практически устраняется также при использовании средств прямого активного контроля;

-температурные деформации влияют на точность размеров при обработке на предварительно настроенных станках по мето-

52

ду автоматического получения размеров, при работе по жестким упорам, а также при использовании некоторых методов косвен- ного активного контроля.

3.9. Погрешности обработки от геометрической неточности оборудования

Каждый металлорежущий станок состоит из ряда узлов, представляющих собой отдельные звенья единой технологиче- ской системы. Одни узлы связаны с обрабатываемой заготовкой, другие - с режущим инструментом. Погрешности взаимного по- ложения неподвижно закрепленных или перемещаемых узлов станка, вызванные неточностями его сборки, являются причи- ной возникновения погрешностей механообработки.

Помимо неточности сборки и неправильной обработки ос- новных деталей станка, его геометрические погрешности могут быть следствием износа.

Допустимые геометрические погрешности станков приводят- ся в нормах точности ГОСТа на их приемку. В этих же нормах приводятся меры проверки точности.

Погрешности обработки могут быть вызваны и неточностью изготовления «мерных» и фасонных инструментов. К первым относятся канавочные резцы, дисковые кольцевые фрезы, свер- ла, зенкеры, развертки и протяжки, ко вторым - фасонные резцы и фрезы, протяжки, резьбонарезной инструмент. Работа режу- щих инструментов обоих типов основана на методе копирова- ния, так как их размер и профиль непосредственно передаются обрабатываемой детали.

При обработке наблюдается увеличение размера обрабаты- ваемого профиля по сравнению с размером режущего инстру- мента (например, прорезанная канавка шире ширины резца, диаметр отверстия больше диаметра сверла). На размеры режу-

53

щего инструмента (его геометрию) устанавливаются допуска соответствующими ГОСТами.

3.10. Погрешности настройки станка

Периодическая смена затупившегося инструмента вызывает необходимость каждый раз настраивать станок на выполняемый размер. При узких допусках приходится делать одну или не- сколько поднастроек за время стойкости инструмента путем ре- гулировки его положения относительно детали для компенсации размерного износа. Задача настройки и поднастройки в том, чтобы выполняемые размеры всех деталей данной партии нахо- дились в пределах поля допуска. Известны два принципиально различных метода настройки. По первому методу - установка режущего инструмента производится последовательным при- ближением к заданному размеру в результате обработки на станке пробных деталей, размеры которых проверяются универ- сальными измерительными средствами. По данным проверки пробных деталей определяется величина и направление необхо- димого смещения инструмента. По второму методу - режущий инструмент устанавливается в требуемое, заранее рассчитанное положение по эталону (высоте, габариту). Установка инстру- мента производится в нерабочем (статическом) состоянии стан- ка или вне его (при использовании съемных суппортов, расточ- ных скалок, револьверных головок).

Погрешность настройки станка может быть определена по за- висимости:

54

3.11. Суммарная погрешность механической обработки

Суммарную погрешность или поле рассеивания выполняемо- го размера можно выразить в общем виде функциональной зави- симостью:

где y - погрешность (поле рассеивания) выполняемого размера в данном сечении, которая возникает в результате упругих от- жатий звеньев технологической системы, y - находится по то- му сечению заготовки, где эта величина получается наибольшей (жесткость технологической системы - минимальная); ε - по- грешность установки; н - погрешность настройки станка - раз- ность предельных положений режущего инструмента на станке при настройке его на выполняемый размер. (для каждой партии заготовок текущее значение настроечного размера является ве- личиной случайной, распределение которой подчиняется нор- мальному закону или закону, по характеру близкому к нему);

u - размерный износ инструмента. Размерный износ система- тически изменяет положение режущей кромки инструмента от- носительно исходной установочной базы заготовок в процессе обработки. В результате этого выполняемый размер непрерывно изменяется между двумя сменами или поднастройками инстру- мента. Приближенно можно считать, что u изменяется по за- кону прямой. (Закон равной вероятности - кривая распределения

u ); τ - погрешности выполняемого размера, вызываемые температурными деформациями системы СПИД; δ - допуск на размер обрабатываемой поверхности.

Задачу определения суммарной погрешности механообработ- ки можно сравнить с задачей определения замыкающего звена размерной цепи.

При решении этой задачи по максимуму и минимуму, сум- марная погрешность равна:

55

Вычисленное значение общ по этой формуле получается за- вышенным. Даже при большом количестве обрабатываемых за- готовок предельные размеры, соответствующие величине общ будут встречаться крайне редко. Принятие технологического допуска по этой величине общ приводит к увеличению проме- жуточных и общих припусков на обработку. Рекомендуется

общ определять по зависимости:

где t - коэффициент, определяющий процент риска получения

брака при обработке: при t =l процент риска равен 32; при t =2 процент риска 4,5, при t =3 процент риска 0,27; K1, K2 ,..., K5 -

коэффициенты, зависящие от формы кривых распределения со- ответствующих первичных погрешностей.

Для кривой распределения, близкой к нормальной, K = 19 . Для кривой равной вероятности и для случая, когда о форме кривой распределения ничего не известно K = 13 .

Распределение величин y,ε, н близко к нормальному, тогда

K1 = K2 = K3 = 19 , распределение величины u - равной веро- ятности - K4 = 14 .

Характер распределения величины τ малоизучен, поэтому K5 = 13 , тогда при t =3

Удельные значения слагаемых в суммарной погрешности для основных методов обработки поверхности на различных стадиях обработки представляется возможным определить лишь в экс- перименте, однако, общая рекомендация для их снижения - по- вышение точности обработки за счет применения более опти- мальных технологических решений с учетом конструктивных

56

особенностей деталей и конкретных условий выполнения опе- раций механообработки.

57

4. РАСЧЕТ ПРИПУСКОВ И РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВОК

4.1 Понятие припуска на обработку деталей Классификация припусков

Припуском называется слой материала, который удаляется в процессе обработки детали.

Припуск может быть и без удаления материала, а следствием деформации. В этом случае за величину припуска принимают величину деформации поверхностного слоя.

Уменьшение припусков на обработку является одним из средств экономии материала и снижения трудоемкости процесса механообработки. Однако, недостаточные припуски на обработ- ку не обеспечивают возможности удаления дефектных поверх- ностных слоев материала и получения требуемой точности и чистоты обработанных поверхностей, а в ряде случаев создает неприемлемые технологические условия для работы режущего инструмента в зоне твердой корки или окалины. В результате недостаточных припусков возрастает брак, что, естественно, по- вышает себестоимость выпускаемой продукции. Слишком ши- рокие допуски на размеры заготовок осложняют выполнение технологических операций механообработки на предварительно настроенных станках, вынуждая прибегать к сортировке обраба- тываемых заготовок по размерам, и снижают точность обработ- ки в приспособлениях.

Установление оптимальных величин припусков на обработку и технологических допусков на размеры заготовок по всем пе- реходам является одной из основных задач, правильное решение которой имеет весьма существенное технико-экономическое значение.

По функциональному назначению припуски подразделяются на два вида: промежуточные (межоперационные) и общие.

58

Промежуточным припуском ( Zi ) называется слой материала, снимаемый за один проход. Величина его определяется как раз- ница размеров между предшествующим и выполненным пере- ходом.

Общий припуск( Z0 ) - слой материала, необходимый для вы-

полнения всей совокупности технологических переходов (всего процесса обработки данной поверхности от размера заготовки до готовой детали).

Между этими видами припусков существует связь

n

Z0 = ∑Zi , i=1

где i - число технологических переходов (операций).

В зависимости от формы обрабатываемой поверхности, при- пуски делятся на симметричные и асимметричные.

Симметричный припуск - припуск, который принимается при обработке цилиндрических наружных и внутренних поверхно- стей, а также при параллельной обработке противолежащих плоских поверхностей (рис. 4.1, 4.2).

Рис.4.1. Рис.4.2.

Схемы для расчета припусков при обработке наружных и внутренних цилиндрических поверхностей

59

2Z = da − db для наружных поверхностей; 2Z = la − lb

2Z = db − da для внутренних поверхностей

2Z = lb − la

Асимметричный припуск - припуск, который имеет различную ве- личину на каждой стороне обрабатываемой поверхности и поверхно-

сти обрабатываются последовательно, независимо друг от друга

(рис. 4.3. 4.4).

Рис.4.3

Рис.4.4

Схемы для расчета припусков при обработке наружных и внутренних плоских поверхностей

Z = a − b - для наружной плоской поверхности Z = b − a - для внутренней плоской поверхности

60