16. Суммарная погрешность механической обработки, её структурные составляющие, методика их расчета.
влияния причин, вызывающих появление погрешностей. Определить суммарную погрешность простым арифметическим сложением составляющих погрешностей нельзя, так как направление погрешностей может быть различным. Одна и та же причина в одних условиях может вызвать увеличение, а в других уменьшение размера детали после обработки. Меняется и степень влияния причин на точность обработки, т. е. величина получающейся погрешности. Поэтому чаще всего отдельные погрешности, возникающие при механической обработке, рассматривают как случайные, т. е. такие, о которых нельзя заранее сказать, когда они появятся и каково будет их действительное значение при обработке очередной заготовки.
Суммарная погрешность, получающаяся в результате совместного действия ряда случайных погрешностей,
где к — коэффициент, учитывающий закон распределения случайных погрешностей; бх, б2, . . бп — составляющие погрешности.
При обработке резанием возникают следующие погрешности: бс — геометрическая погрешность станка (погрешность станка в ненагруженном состоянии), вызванная погрешностями изготовления деталей и сборки; Ьу — погрешность установки заголовки в приспособлении; 6П — погрешность изготовления инструмента; бн — погрешность настройки инструмента на размер; бр — погрешность измерений; би — погрешность, связанная с размерным износом инструмента; бд — погрешность, связанная с упругими деформациями технологической системы; бт — погрешности, вызываемые тепловыми деформациями элементов технологической системы; б0 — погрешности, вызванные внутренними напряжениями в заготовке.
17. Вибрации в технологических системах, их влияние на точность и производительность обработки.
При определенных условиях процесс резания теряет устойчивость. Потеря устойчивости технологической системы характеризуется возникновением вибраций - вредных периодических колебательных движений. Колебания инструмента относительно заготовки (или, наоборот, заготовки относительно инструмента) вызывают периодическое изменение толщины срезаемого слоя и сил резания, изменение величины и характера нагрузок на станок, возрастающих в несколько раз по сравнению с устойчивым резанием. При вибрациях возникает шум, утомляющий рабочих, ухудшается качество обработанной поверхности. Стойкость инструмента, особенно твердосплавного и минералокерамического, значительно снижается. Знакопеременные динамические нагрузки снижают долговечность станка. При возникновении вибраций приходится уменьшать режимы резания, вследствие чего снижается производительность и полностью не используется мощность станка.
Возникновение вибраций при обработке резанием характеризуется возмущающими силами и свойствами упругой системы; соотношение между этими параметрами определяет как возможность возникновения вибраций, так и их интенсивность, т.е. амплитуду и частоту.
Колебания (вибрации) при резании бывают, как правило, двух типов: вынужденные, когда причиной колебаний является периодически действующая возмущающая сила, и автоколебания, совершающиеся без воздействия внешней периодической возмущающей силы (колебания, самовозбуждающиеся в процессе стружкообразования).
Вынужденные колебания возникают вследствие наличия в технологической системе внешней периодической силы, вызывающей колебательный процесс с частотой, равной частоте возмущающей силы. Эти силы могут быть разделены на две группы:
переменные силы, обусловленные процессом резания, возникающие при снятии неравномерного припуска, прерывистом характере резания и т.п.;
переменные силы, возникающие в системе вне зоны резания. К этой группе относятся колебания, вызванные дефектами механизмов станка: перекосом осей, погрешностями зубчатых или клиноременных передач, повышенными люфтами и т.п.; дисбалансом его отдельных вращающихся частей: заготовок, приспособлений, инструментов и т.п., а также колебаниями, передаваемыми на станок от других работающих машин.
Способы борьбы с вынужденными вибрациями хорошо известны - необходимо устранить действие периодической возмущающей силы.
Это достигается балансировкой инструмента (шлифовальных кругов, фрез, резьбовых головок) и заготовок, виброизоляцией фундаментов станков и т.д.. Значительно более сложной задачей является гашение вибраций, имеющих автоколебательный характер.
Автоколебания - процесс, при котором переменная сила, поддерживающая колебательное движение, создается и управляется самим движением и при прекращении этого движения исчезает. Автоколебания характеризуются тем, что они возникают и поддерживаются источниками энергии, не обладающими колебательными свойствами. Частота автоколебаний почти не зависит от режимов резания, а определяется, главным образом, жесткостью системы и величиной колеблющихся масс.
Интенсивность вибраций при резании металлов, характеризуемая высотой вибрационных волн, зависит от многочисленных факторов: элементов режима резания, геометрических параметров инструмента, жесткости системы СПИД, демпфирующей способности обрабатываемого материала и материала инструмента. Интенсивность вибраций растет с увеличением ширины "b" и уменьшением толщины "а" срезаемого слоя. Существует "критическая зона" скоростей резания, в пределах которой усиливаются автоколебания. Ширина "критической зоны" зависит от жесткости системы, параметров "b" и "а" срезаемого слоя, геометрии инструмента и свойств обрабатываемого материала.
Колебательная система является системой с распределенными параметрами и поэтому имеет бесконечное число степеней свободы. Для упрощения задачи рассматривают ее, как систему с конечным числом степеней свободы. В металлорежущем станке обычно рассматривают две основные (доминирующие) колебательные системы: систему заготовки (заготовка, шпиндель, пиноль и др.) и систему инструмента (инструмент, резцедержатель, суппорт и др,).
Обе системы имеют различные частоты собственных колебаний. Поэтому автоколебания при резании делят на два вида: вибрации первого рода - низкочастотные (50-300 Гц) колебания заготовки, вызывающие звук низкого тона и создающие грубую волнистость обработанной поверхности, и вибрации второго рода (до 3 000 Гц) колебания инструмента, сопровождающиеся звуком высокого тона и создающие мелкую рябь на обработанной поверхности.
Причинами возникновения автоколебаний при резании могут быть: уменьшение сил трения при увеличении скорости резания, образование и срыв нароста, периодический процесс упрочнения материала, запаздывание сил резания при перемещениях инструмента.