3,10,2011Точность механической обработки

Точность – это степень соответствия реальной поверхности детали некоторой идеальной схеме положенное в основу данного метода обработки. Точность обработки является технологическим параметром который характеризует на сколько полученная при обработке деталь соответствует требованиям чертежа. От чтосночти зависит надежность и долговечность, работы узлов и механизмов. Повышать точность следует до такого уровня при котором деталь будет удовлетворять своему служебному назначению чрезмерное повышение точности экономически не оправдано а ее снижение приводит к браку и выходу механизма из строя. Основная задача технолога состоит в том чтобы обеспечить требуемую точность с минимальными затратами, но производительность обработки при этом должна быть максимальной таки образом задача проектирования технологического процесса является оптимизационной так как необходимо обеспечить экстремум функции цели(технологическая себестоимость при удовлетворении возможных ограничений на процесс)

Точность является комплексным параметром она включает в себя:

1. точность размера

2. формы

3. взаимное расположение поверхностей

при этом необходимо отметить что высокий класс точности как правило связан с высоким классом шероховатости в противном случае деталь не будет обладать надежностью и долговечностью при работе

Методы достижения заданной точности обработки

В условиях производства существуют 2 принципиально различных способа получения размеров

1. способ индивидуального получения размеров (метод пробных проходов) – используется главным образом в условиях мелкосерийного и индивидуального производства. Очень часто связан с предварительной разметкой детали перед обработкой припуск снимаемый при обработке обычно делится на несколько равных частей и соответственно после каждого прохода осуществляют замер получаемого размера при этом на каждой глубине резания не осуществляется обработка всех деталей. Снимается лишь только малая часть длины (делается пробный рез) после чего измеряется получаемый размер для выполнение подобных работ требуется высоко квалифицированая рабочая сила а также затрачивается достаточно большое время на обработку. Но данный метод считается универсальным соответственно номенклатура обрабатываемых деталей может быть достаточно большой.

2. Метод автоматического получения размеров (обработка на настроенном станке) – используется в условиях крупносерийного и массового производства при использовании данного метода полностю исключается разметка детали а также выверка ее положения на станке сама даталь помещается в спецпальное приспособление которое автоматически обеспечивает необходимую ориентации в детали перемещение инструмента как правило осуществляется до определенных упоров по этому необходимые размеры обеспечиваются автоматически.

Схема наладки станка настровенная на автоматическое получение размеров в партии обрабатываесях деталей

Ориентация рписпособления обеспечивают выполнение зхаданных размеров при этом настройка инструмента обеспечивает его установку относительно упоров либо конечных датчиков. Сама настройка приспособления должна осуществляться высоко квалифицированными рабочими – наладчиками по этому на долю рабочего оператора станка остается выполнение работ по установке деталей перед обработкой включение и выключение станка и контроль получаемых размеров. Соответственно от оператора не требуется высокая квалификация поэтому оплата его труда крайне низка. Подабные приспособления называются специальными соответственно она не могут быть использованы на любой другой операции и тем более для другой любой детали.

Основные источники возникновения погрешностей механической обработки

1. Приближенность реальной кинематической схемы обработки к идеальной.

2. Приближенность реального профиля режущего инструмента к идеальному.

3. Кинематические и статические неточности станка и приспособления.

4. Не точность исполнительного размера и износ режущего инструмента.

5. Деформация технологической системы от действия сил резания и усилий закрепления

6. Температурные деформации станка инструмента и детали

7. Деформация деталей вызванные действием внутренних напряжений

8. Не точность настройки инструмента в размер

9. Неточность измерений

10. Погрешность установки детали на станке

Приближенность реальной кинематической схемы обработки к идеальной.

Любая схема обработке на станке подразумевает то что необходимо получить некоторую геометрическую фигуру которая будет соответствовать определенной схеме обработки например при токарной обработке необходимо получить цилиндрическую поверхность образующая которой является примой линией. Реально полученная поверхность представляет собой резьбу геометрические параметры которой зависит от условий обработки и геометрией использованного инструмента (рис 1)

При нарезании зубчатых колес червячными фрезами необходимо получить профиль зуба который будет очерчен по эвольвенте (метод обкатывания) реально же полученая поверхность представляет собой ломаную линию которая огибает теоретическую эвольвенту . для того чтобы максимально приблизить ломанную к эвольвенте у инструмента необходимо увеличить число режущих зубьев но при этом сам зуб становаиться более тонким и соответсвенно уменьшается его прочность.

В случае если необходимо обеспечить более точный профиль зуба в место фрезерования используют зубодолбление (обработка зуборезным долбимом). инструмент относительно детали совершает возвратно поступательные движения при этом сама деталь и сам инструмент вращаются. Число двойных ходов долбника бесконечно большое поэтому профиль полученной эвольвенты будет более плавным чем при зубофрезировании

Бла бла бла

07.10.11

Рис 1

Практически было установлено величина угла наклона должна приниматься из таких соображений что бы зазор дельта не превышал 0.1 мм

Приближенность реального профиля режущего инструмента к идеальному. Наиболее ярким примером данной погрешности является нарезание зубьев зубчатых колес методом копирования. Сущьность процесса обработки состоит в том что специальный режущий инструмент прорезает впадины зубьев соответственно его профиль соответствует впадине зуба каждая впадина обрабатывается последовательно по этому для поворота обрабатываемой заготовки используется специальные делительные механизмы которые обеспечивают необходимый угол поворота шестерни

Рис 2

Дисковые модульные фрезы используются в условиях мелкосерийного и индивидуального производства по этому их рабочий профиль имеет лишь определенную степень приближения к необходимому профилю эвольвенты. Сами фрезы изготавливаются таким образом что каждый типа размер фрезы рассчитан на несколько смежных чисел зубьев нарезаемых колес в определенном интервале. Соответственно для каждого модуля изготавливаются наборы дисковых фрез которые охватывают все числа зубьев и диаметров нарезаемых колес. Как правило изготавливаются 3 набора дисковых фрез из 8, 15 и 26 инструментов которыми можно нарезать зубчатые колеса с разным числом зубьев чем больше модуль зубчатого колеса тем больше будут сказываться неточности обработки. Соответственно для выполнения работ с минимальной точностью используется набор из восьми фрез а для самых точных набор из 26 фрез.

Неточности станка и приспособления детали станков и приспособлений изготавливаются с определенной точностью по этому после сборки технологического оборудования имеют место определенные погрешности относительного расположения отдельных рабочих поверхностей именно они являются источниками данных погрешностей например: не прямолинейность направляющих станины токарного станка приводит к искажению формы обрабатываемого вала в продольном сечении биение посадочного отверстия шпендиля искожает форму вала в поперечном сечении по этому с целью минимизации данных погрешностей технологическое оборудование подлежит проверки. Существуют специальные стандарты которые описывают методы и технологию проверки. Численное значение возможных погрешностей оборудования приводятся в паспортах на него по мере эксплуатации оборудования на него оно подвергается износу. Например износ направляющих станины токарного станка приводит к их не прямолинейности по этому технологическое оборудование периодически подлежит обслуживанию и текущему ремонту существует специальная система плановых предупредительных ремонтов ППР в которой указывается график проверки и ремонта каждого станка после ремонта все технологическое оборудование заново проверяется на точность

Не точность исоплнительно размера и износа режущего инструмента не точности изготовления режущего инструмента проявляются в 2х случаях

1. При обработке мерным инстументом (сверла зенкиры метчики плашки) в этом случае над погрешностью обработки влияют не только погрешности рабочей части но и погрешности изготовления других элементов инструмента напрямер хвостовика

2. При работе фасонных инструментов (фасонные резцы шлифовальные круги) рабочий профиль инструмента полностью переносится на форму обрабатываемой поверхности по этому допуски на изготовление фасонного инструмента в 4-5 раз жесче чем допуски обрабатываемой детали износ режущего инструмента оказывает непосредственного влияния наточность выполняемого размера так как изменяется пораметр связанный с настройкой самого инструмента например при токарной обработке износ вершины резца приводит к увеличению размера обрабатываемой детали. Рис 3 наибольшее влияние на точность окащзывает износ инструментов по задней поверхности например при обработке длинных валов износ инструмента приводит к появлению конусности наружной поверхности вала если же обрабатывается партия мелких деталей то износ инструмента постепенно увеличивает размер от одной детали к другой. Общая закономерность износа может быть представлена следующим образом ГРАФИК на данной кривой выделяют 3 участка: 1й участок приработки инструмента - наблюдается интенсивный износ режущих кромок при котором отдельные гребешки шороховотости выкрашиваются или сглаживаются продолжительность данного участка зависит от свойств материла детали и инструмента а также режимов обработки например при точении продолжительность проработки составляет от 500 до 1500 метров .2й участок – участок нормальной работы инструмента (нормального износа) характеризуется тем что величина износа возрастает прямо пропорционально пути резания очень часто данный участок характеризуют относительным или удельным износом. Его обозначают h2 l2. Длина участка данного износа состовляет 40000 метров. 3й участок – участок критического износа сопровождается выходом инструмента из строя или его поломкой работа инструмента на этом участке недопустима. При проектировании новых режущих инструментов необходимо стремиться минимизировать длину первого участка а длину второго участка сделать максимальной. Влияние износа на точность обработки также проявляется в увеличении сил резания в частности износ по задней поверхности приводит к возрастанию радиальной составляющий силы резания что в свою очередь уменьшает точность обработки рис 4

При моделировании процессов обработки принято рассматривать взаимодействия элементов связанных с обработкой детали между собой таким образом выделяют понятие технологическая система (которое объединяет станок приспособление инструмент и деталь как правило рассматривают силовые взаимодействия связанные с процессом резания соответственно рассматриваются понятия деформации технологической системы то есть это возможные перемещения отдельных элементов технологической системы между собой. Одним из главных критериев которые характеризуют данные деформации является жесткость технологичксой системы. Жесткость – это способность технологической системы противостоять действию сил вызывающих данные деформации жесткость обозначается j=P/Y., w=1/j. С точки зрения точности деформации как правило рассматриваются в направлении направляемого размера то есть по нормали к обрабатываемой поверхности. Если кинематическая схема обработки станка является достаточно сложная на результирующую погрешность обработки оказывают влияние все 3 состовляющие требовании (Py Px Pz) (рис 5) Pz – косательная сила резания. Px – осевая составляющая.

Pe=Px+Py+Pz

понятие жесткость технологической системы может рассматриваться и для отдельных ее элементов среди которых как правило находится минимальная величина или минимальная жесткость. При моделировании подобных систем все остальные элементы ехнологической системы являются абсолютно жесткими

21.10.11

Достижимая и экономическая точность обработки

Достижимой называют точность механической обработки которые могут обеспечить высококвалифицированные наладчики при работе на новом оборудовании. Причем сама обработка будет связана с достаточно большими затратами времени. В условиях крупносерийного и массового производства используют как привило среде экономическую точность достигается это оптимальным сочетанием производительности и затрат на выполнение обработки экспериментально установлена закономерность стоимости изготовления детали от точности обработки она имеет гиперболический вид. При этом каждый способ обработки имеет свою экономически целесообразную точность превышение которой будет связано с неоправданно высокими затратами на изготовление детали. Данные границы зависят от типа производства особенности его организации соответственно находятся как правило экспериментально

(рис 1)точка дельта1 это наименьшая допустимая точность при которой целесообразно использовать для обработки операции точения и соответственно дельта2 это наименьшая допустимая точность при которой целесообразно использовать операции шлифования. Интервал равный дельта1 – дельта2 характеризует экономическую точность шлифования. В целом данное понятие является относительным соответственно применяется для сопоставления различных способов обработки однородных поверхностей. В случае если данный метод обработки является уникальным данное понятие не используется.

Определение результирующей погрешности механической обработки

Все погрешности механической обработки разделяют на случайные и систематические.

Систематические это закономерно изменяющиеся погрешности которые позволяют их исследовать и определить закономерность их изменения при обработки партии детали (см рис2)

Случайными называются погрешности у которых не возможно заранее предсказать те значения которые они будут иметь. В основном данные погрешности связаны с влиянием случайных факторов таких как колебание припуска при обработки наличие на обрабатываемой поверхности раковин либо твердых включений (см рис3)

Суммирование погрешности обработки производятся следующим образом

1. Систематические погрешности между собой складываются алгебраически то есть с учетом знака и направления

2. Систематические погрешности со случайными складываются арифметически то есть по абсолютной величине

3. Случайные погрешности между собой складываются среднеквадратические(формула)

Использование метода кривых распределения для оценки точности обработки партии деталей

Случайные поверхности обработки считаются непрерывными величинами по этому они могут принимать любое численное значение в определенном интервале

Согластно положениям теории вероятности нерперывные величины подчиняются закону нормального распределения следовательно можно утверждать что согластно теореме Ляпунова А. М. что Х является множеством функции отдельных ее составляющих то сама величина ее составляющих подчиняются закону нормального распределения и чем больше данных составляющих тем ближе данное распределение к нормальному. Суммарная погрешность механической обработки так же зависит от большого числа технологических форторов по этому она так же подчиняется закону нормального распределения основной характеристикой данного закона является дифференциальная функция нормального распределения (плотность вероятности). Математичес ки данную зависимость можно записать следующим образом (формула2)

M – частота …

N – общий объем выборки деталей

Х четртой – координита центра групирования случайных величин

Форма кривой нормального распределения зависит от величины сигмы. Чем меньше величина среднеквадратического отклонения тем кривая становится более вытянутой и ветви ее сближаются площадь ограниченная кривой нормального распределения находится ее интегрированием она определят вероятность того что случайная величина окажется в пределах данного интервала (формула2). Для условий массового и крупносерийного производства принято ограничивать возможный диапазон изменения размеров x+-3сигма в данную область попадают 99,73%. Метод кривых распределения может быть так же использован при определенных допущения и длч условий серийного и единичного производства. Для условий серийного производства используется закон Симптсона а для условий единичного производства закон равной вероятности

(законы)

Метод точечных диаграмм

Существенным недостатком метода кривых распределения является то что он не учитывает последовательность обработки детали соответственно не дает наглядного представления о том как изменяются размеры при обработки от одной детали к другой в этих случаях используется метод точечных диаграмм (диаграмма) метод точечных диаграмм позволяет отделить случайные погрешности от систематических кроме того дает наглядное представление о резких отклонениях в ходе выполнения технологического процесса. Соостветсвенно могут быть выявлены причины появлеиня данных погрешносей. Если бы на размер обрабатываемой детали влияли только случаные погрешности то точечная диаграмма не давала бы дополнительной информации по сравнению с методом кривых распределения. В условиях массового производства объемы выборки деталей бывают достаточно большие по этому рекомендуется на точечной диаграмме откладывать не размер каждой детали а средний размер группы деталей в этом случае тенденция изменения размеров выглядит более отчетливо как правило в массовом производстве исследуются объем выборки деталей в пределах 25% при этом их общего потока деталей выделяют определенные группы пробы и по результатам их изменения строя точечную диаграмму если средне групповой размер выборки выходит за контрольные границы (за допуск) необходимо осуществлять подналадку оборудования. Иногда используются системы оперативного управления процессом обработки на станке которые позволяют в процессе обработки у каждой детали определять получаемый размер и отценивать его с точки зрения брака

28.10.11