12. Влияние жесткости и податливости технологической системы на формирование погрешностей обработки.

Жесткость j технологической системы – способность системы оказывать сопротивление действию деформирующих её сил. Жесткость равна отношению нормальной составляющей силы P_y к суммарному отношению y (j=P_y/y).

Податливость w технологической системы – способность системы упруго деформироваться под воздействием внешних сил. Податливость – величина, обратная жесткости.

Влияние жесткости и податливости системы на точность раз­меров и формы обрабатываемых заготовок можно выяснить на ос­нове анализа схемы обработки, приведенной на рис. 3.2.

Рис. 3.2 Влияние упругих отжатий на размер обрабатываемой заготовки: а — смещение оси заготовки из-за отжатий станка и заго­товки; б — смещение вершины резца от центра заготовки в связи с отжатием и прогибом резца

При настройке станка резец устанавливают в положение, при котором должна осуществляться обточка заготовки на некоторый радиус R_ТЕОР (рис. 3.2, а). Однако в результате упругого отжата и узлов станка у_СТ и отжатия заготовки у_3АГ вращения заготовки смещается из положения О₁ в положение О₃, что приводит к уве­личению фактического расстояния вершины резца до оси вращения заготовки. Одновременно в связи с прогибом и отжатием резца (рис. 3.2, б) расстояние его вершины до центра вращения заготовки дополнительно увеличивается на величину у_ИНСТР.

Упругие отжатия в технологической системе приводят к увели­чению фактического радиуса обточки заготовки (R_ФАКТ = R_ТЕОР + y_СТ + y_ЗАГ +y_ИНСТР) при соответствующем уменьшении факти­ческой глубины резания до величины t_ФАКТ=t_ТЕОР – (y_СТ + y_ЗАГ +y_ИНСТР)

Общее увеличение диаметра равно:

Практически влияние твердости на точность обработки весьма велико, т.к. рассеяние твердости достигает 30-40% от среднего значения твердости. При обработке заготовок различной твердости для уменьшения колебаний силы резания, чистовые проходы делают со снятием минимального сечения стружки. При различной твердости заготовок податливость технологической системы порождает рассеяние размеров обработанных заготовок.

Методы повышения жесткости:

1) Создание жесткой конструкции и изменение размеров элементов технологической системы

2) Уменьшение общего числа звеньев технологической системы

3) Повышение качества механической обработки детали

4) Повышение качества сборки.

5) Правильный режим эксплуатации станков

6) Систематический надзор за оборудованием в процессе его эксплуатации с периодической проверкой жесткости всех элементов технологической системы.

13. Вибрации динамической системы

Изменения величины силы резания, имеющие место в процессе обра­ботки; внешние толчки и сотрясения; дисбаланс вращающихся ча­стей станка, приспособления, заготовки и инструмента и другие причины вызывают появление колебаний элементов динамической системы, сопровождающихся возникновением относительных пере­мещений режущих инструментов по нормали к обрабатываемой поверхности, которые порождают погрешности геометрической формы и волнистость обрабатываемых поверхностей.

Собственные (свободные) колебания элементов упругой системы, вызываемые внешними причинами (резкое изменение нагрузки, толчки, удары и т.п.), в реальных системах являются затухающими колебаниями. В системах с малой диссипацией (рассеянием энергии) ее влияние на частоту свободных колебаний незначительно и ими можно пренебречь, рассматривая свободные колебания как гармони­ческие, характеризующиеся частотой f , периодом колебаний Т и амплитудой А колебания.

При механической обработке заготовок резанием и при трении подвижных соединений большое значение имеет возникновение автоколебаний, не связанных с воздействием внешних периодических сил. Автоколебания – незатухающие колебания неконсервативной системы, установившаяся амплитуда и частота которых определяются свойствами самой системы. Автоколебания системы начинаются одновременно с началом процесса резания и прекращаются после отвода инструмента (причиной их возникновения является сам процесс резания).

Вибрации технологической системы, возникающие при обработке заготовок, оказывают большое влияние на точность обработки и стойкость режущего инструмента. При появлении колебаний режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности его стойкость снижается пропорционально квадрату амплитуды и на заготовке возникают погрешности формы поперечного сечения, образуется волнистость и увеличивается шероховатость обработанной поверхности. Возникшие вибрации по достижении определенных величин амплитуд дополнительно усиливаются в связи с нестабильностью сил резания при врезании и отталкивании режущего инструмента, а также в результате изменения истинных углов резания при относительных колебаниях элементов системы, что приводит к изменениям силы резания и вызываемых ею перемещениях.

Поэтому при проектировании технологических процессов и технологической оснастки ставится задача полного или частичного устранения опасности возникновения колебаний. Наиболее действенным средством борьбы с вибрациями и повышения виброустойчивости динамической системы является увеличение жесткости всех элементов упругой системы.

Важным средством предотвраще­ния вибраций является правиль­ное назначение геометрии режущего инструмента (увеличение углов в плане до 45°, создание виброгасящих фасок и лунок) и (в некоторых случаях) работа перевернутыми резцами, а также установка попарно нескольких инструментов, взаимно уравновешивающих колебания сил резания и т. п. Очень важным средством предотвращения появ­ления вибрации является назначение режимов резания в пределах запаса устойчивости упругой системы по скорости (с целью обеспечения скорости скольжения стружки вне зоны падающей характе­ристики трения в зависимости от скорости), по подаче, глубине резания и ширине среза.

Увеличение глубины резания (как правило) вызывает появление и усиление вибраций.

Подбор оптимальных смазочно-охлаждающих жидкостей, уменьшающих трение в зоне резания, а также трение стружки и передней поверхности инструмента, существенно снижающих уровень усилий резания, в свою очередь может значительно уменьшить интенсивность колебаний динамической системы.

14. Погрешности инструментальной и многошпиндельной обработки.

Одним из важных направлений совершенствования современного машиностроения является концентрация технологических операций посредством применения многоинструментной и многошпиндельной обработки, существенно повышающей производительность и эко­номичность производства. В связи с сокращением числа установов и исключением со­ответствующих погрешно­стей установки погрешность взаимного расположения об­рабатываемых поверхностей (как правило) снижается, однако в этом случае могут возникнуть некоторые специ­фические погрешности, свя­занные с упругими дефор­мациями и динамикой техно­логической системы, снижа­ющие точность размеров и формы обрабатываемых по­верхностей.

Так, например, при мно­горезцовой обработке сту­пенчатого вала с одновремен­ным началом и одновремен­ным окончанием работы всех резцов наладки (см. рисунок) упругие отжатия передней (у_П.Б) и задней (у_З.Б.) бабок станка под действием рав­нодействующей R_У нормаль­ных составляющих усилий резания P_У от каждого резца вызы­вают смещение и поворот оси обрабатываемой заготовки на угол а, что приводит к появлению погрешности диаметра и формы каждой обрабатываемой шейки. При этом по­грешности диаметров и формы обработанного вала уменьшаются на его левой стороне. Расчет численных значений этих погрешностей производится па основе определений отжатий передней и задней бабок станка и линейных размеров обрабатываемого ступенчатого вала.

При многорезцовой обработке ступенчатых отверстий на алмазно-расточных станках вибрации одновременно работающих резцов взаимодействуют друг с другом, увеличивая общую погрешность и шероховатость обработки. При этом величина погрешностей изме­няется в зависимости от количе­ства и взаимного расположения одновременно работающих резцов.

При многошпиндельной обра­ботке шероховатость, некруглость и нецилиндричность отверстий, рас­качиваемых на алмазно-расточных станках, возрастают с увеличением числа одновременно работающих шпинделей. В этом случае при существующей конструкции привода главного движения алмазно-расточных станков каждый шпин­дель, дополнительно вступающий и работу, снижает точность раста­чивания в среднем на 10—15%.

Приведенные примеры показы­вают, что при организации вы­сокопроизводительной мпогоинструментальной и многошпиндельной обработки необходимо учитывать возможность возникновения дополнительных погрешностей, специфических для конкретных ус­ловий проведения подобных операций, которые связаны с динами­кой технологической системы и ее жесткостью.

15. Классификация технологических процессов и оформление технологической документации

Вид технологического процесса определяется количеством изделий, охватываемых процессом:

Единичный технологический процесс — это технологический про­цесс изготовления или ремонта изделия одного наименования, типо­размера и исполнения независимо от типа производства Унифицированный технологический процесс — это технологи­ческий процесс, относящийся к группе изделий (деталей, сборочных единиц), характеризующихся общностью конструктивных и техно­логических признаков. Унифицированные технологические про­цессы подразделяются на типовые и групповые. Унифицированные технологические процессы находят широкое применение в мелкосерийном, серийном и частично в крупносерийном производствах.

Типовой технологический процесс — это технологический процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и техно­логическими признаками. Типовой технологи­ческий процесс характеризуется общностью содержания и после­довательности большинства технологических операций и переходов для группы таких изделий.

Групповой технологический процесс — это технологический про­цесс изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. Представляет собой процесс обработки заготовок различной конфигурации, состоящий из комплекса групповых технологиче­ских операций, выполняемых на специализированных рабочих местах в последовательности технологического маршрута изготовле­ния определенной группы изделий. Групповой технологи­ческий процесс может состоять также из одной групповой операции (однооперационный групповой технологический процесс).

Групповая технологическая операция характеризуется общ­ностью используемого оборудования, технологической оснастки и наладки (при допущении только незначительной подналадки средств технического оснащения). Групповые технологические процессы разрабатывают для всех типов производства только на уровне предприятия.

Перспективный технологический процесс — это технологический процесс, соответствующий современным достижениям науки и тех­ники, методы и средства осуществления которого полностью или частично предстоит освоить на предприятии.

Рабочий технологический процесс — это технологический про­цесс, выполняемый по рабочей технологической и (или) конструктор­ской документации. Рабочий технологический процесс разрабаты­вают только на уровне предприятия и применяют для изготовления или ремонта конкретного предмета производства.

Проектный технологический процесс — это технологический про­цесс, выполняемый по предварительному проекту технологической документации.

Временный технологический процесс — это технологический про­цесс, применяемый на предприятии в течение ограниченного периода времени из-за отсутствия надлежащего оборудования или в связи с аварией до замены на более современный.

Стандартный технологический процесс — это технологический процесс, установленный стандартом. Под стандартным технологи­ческим процессом понимается технологический процесс, выполня­емый по рабочей технологической и (или) конструкторской докумен­тации, оформленный стандартом (ОСТ, СТП) и относящийся к кон­кретному оборудованию, режимам обработки и технологической оснастке.

Комплексный технологический процесс — это технологический процесс, в состав которого включаются не только технологические операции, но и операции перемещения, контроля и очистки обраба­тываемых заготовок по ходу технологического процесса. Комплексные технологические процессы проектируются при создании автомати­ческих линий и гибких автоматизированных производственных систем.

Оформление документации. Разработанные технологические процессы оформляются на соответ­ствующих технологических документах, степень подробности кото­рых устанавливается в зависимости от типа и характера производ­ства, а также от сложности и точности обрабатываемых изделий. В соответствии о ГОСТ 3.1109—82 в технологической документации могут быть приняты приведенные ниже описания технологического процесса.

Маршрутное описание технологического процесса, при котором производится сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указа­ния переходов и технологических режимов.

Операционное описание технологического процесса, при котором дается полное описание всех технологических операций в последова­тельности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов.

Маршрутно-операционное описание технологического процесса, при котором дается сокращенное описание технологических опера­ций в маршрутной карте в последовательности их выполнения с пол­ным описанием отдельных операций в других технологических доку­ментах.

Выбор комплекта форм документов для технологического про­цесса производится в зависимости от типа, и характера производства и видов разрабатываемых и применяемых технологических процес­сов. В соответствии с установленным в ЕСТД положением маршрутная карта является документом общего назначения. В то же время маршрутная карта является обязательным документом. При маршрутном описании технологи­ческого процесса его технологические операции излагаются без указания переходов и технологических режимов. При операционном описании технологического процесса в комплект документов входит также маршрутная карта, являющаяся сводным документом.