Тема 2 технологические основы обработки на металлорежущих станках
2.1. Детали, обрабатываемые на станках
Деталь, как объект изготовления на металлорежущих станках, характеризуется параметрами качества. Эти параметры определяются служебным назначением, конструктивными особенностями и технологией изготовления детали. На пример при анализе служебного назначения деталей типа станин устанавливаются следующие группы параметров:
требуемое относительное положение присоединяемых неподвижных сборочных единиц и деталей;
требуемые относительные движения устанавливаемых подвижных сборочных единиц и деталей;
допустимые статические и динамические нагрузки;
допустимые типовые воздействия;
допустимые внешние воздействия и воздействия окружающей среды;
требуемый период эксплуатации до ремонта и общий срок эксплуатации;
регламент обслуживания;
эргономические, эстетические, экономические требования;
требования по габаритам, массе и т.п.
При анализе служебного назначения для каждой конкретной детали определяется необходимый и достаточный качественный состав параметров по всем группам, а по каждому параметру качества ‑ полная количественная оценка (номинальные значения, допускаемые отклонения, а в некоторых случаях и вероятностные характеристики).
Связь параметров служебного назначения изделия (токарный станок) и требований точности к детали (станина токарного станка) приведена на рис. 2.1.
Точность движения характеризуется:
точностью направления, положения и формы траектории, например, отклонения от прямолинейности;
точностью позиционирования (выхода в заданную точку);
постоянством скоростей, ускорений и т.п. величин.
Рабочие нагрузки характеризуются силами и моментами сил, вызывающими упругие деформациями как следствие изменения относительного положения и движения устанавливаемых деталей и сборочных единиц. Тепловые воздействия при работе изделия могут приводить к изменению относительного положения и движения устанавливаемых деталей и сборочных единиц. Внешние воздействия и воздействия окружающей среды характеризуются физико-химическими свойствами среды (влажность, запыленность, концентрация химически активных элементов), а также температурой, давлением, наличием тепловых, магнитных, электрических полей, вибрациями.
Чтобы обеспечить требуемые показатели качества детали, станина, например, должна обладать совокупностью определенных свойств, в том числе:
геометрической точностью поверхностей основных и вспомогательных баз и точностью их относительного положения (координатных
систем xBh ym, zm и хв2, ук>, гвг>\
стабильностью этой точности во времени, отсутствием коробления;
статической и динамической жесткостью (форма детали, размеры, параметры шероховатости поверхностей);
износостойкими направляющими (форма, материал, размеры, параметры шероховатости поверхностей);
тепловой стабильностью (термосимметричность детали, материал);
малым и стабильным коэффициентом трения по направляющим (материал, параметры шероховатости поверхностей).
Рис. 2.1. Связь параметров служебного назначения (СН) в требований точности (ТТ) к обрабатываемой детали с требованиями точности к токарному станку
(на примере обработки станины)
Необходимые свойства обеспечиваются техническими требованиями к детали. Технические требования регламентируют допустимые отклонения размерных параметров и характеристик свойств материалов, соблюдение которых гарантирует выполнение деталью служебного назначения при минимальных затратах.
Требования к свойствам материала детали включают требования к марке материала, его химическому составу и физико-механическим свойствам, однородности, плотности, иногда к микроструктуре и твердости по всему объему или отдельным поверхностям (частям) детали.
Требования по размерным параметрам относятся как правило к поверхностям вспомогательных и основных баз деталей, их рабочим поверхностям, поверхностям технологических и измерительных баз. Эти требования обуславливают состав поверхностей деталей, подлежащих механической обработке резани ем, а также технологический процесс получения отдельных поверхностей и их совокупности. Деталь на чертежах представляют в виде сочетаний идеально точных объемов, ограниченных цилиндрическими, плоскими, винтовыми и другими номинальными поверхностями.
В процессе изготовления деталей и эксплуатации механизмов возникают отклонения размеров, расположения и формы номинальных поверхностей. Кроме того, режущие элементы любого инструмента оставляют на образуемых поверхностях следы чередующихся выступов и впадин, т.е. создают шероховатость и волнистость поверхностей. В чертежах форму и размеры задают с отклонениями от идеально правильных поверхностей и размеров, т.е. с отклонениями, обеспечивающими служебное назначение. Реальные поверхности деталей отличаются от номинальных как по размерам, так и по форме, расположению, шероховатости и волнистости поверхности.
Степень приближения детали к геометрически правильному прототипу, описанному чертежом и техническими требованиями, характеризует его точность.
Стандартами установлены следующие показатели точности деталей:
точность размеров, т.е. расстояний между различными элементами;
отклонения формы поверхности, т. е. отклонение формы реальной поверхности (реального профиля) от номинальной поверхности (номинального профиля).
В общем случае в отклонение формы входит волнистость поверхности и не входит шероховатость Отклонения формы поверхностей (профилей) отсчитывают от точек реальной поверхности (профиля) до прилегающих поверхностей (профиля) по нормали к ним.
Конструктивные формы деталей, их размеры бесконечно многообразны. Однако все детали от миниатюрных деталей часов и приборов до многометровых деталей судов, самолетов, турбин включают относительно небольшую номенклатуру обрабатываемых поверхностей, в том числе: плоские поверхности, цилиндрические и конические поверхности, винтовые поверхности, зубчатые поверхности. Обычно рабочие и базовые поверхности деталей формируют из указанных номинальных поверхностей и их сочетаний.
Как правило, рабочие и базовые поверхности в процессе изготовления детали обрабатывают несколько раз. В зависимости от технических требований к соответствующей поверхности эта обработка может проводиться "металлическим" инструментом, (инструментом из твердого сплава, керамики), абразивным инструментом; различными методами доводки и электрофизикохимическими и лазерными методами.