Методика расчета ожидаемой погрешности обработки.

Общая (суммарная) погрешность обработки является следствием влияния ряда технологических факторов, вызывающих первичные погрешности. К их числу относят: погрешности, вызываемые неточной установкой обрабатываемой заготовки на станке; погрешности обработки, возникающие в результате упругих деформаций технологической системы станок—приспособление—заготовка — инструмент под влиянием сил резания; погрешности, возникающие под влиянием сил закрепления заготовки; погрешности, вызываемые размерным износом режущего инструмента; погрешности настройки станка; погрешности, обусловливаемые геометрическими неточностями станка (и в некоторых случаях приспособления); погрешности, вызываемые неточностью изготовления инструмента; погрешности обработки, возникающие в результате тепловых деформаций технологической системы. Возникают также погрешности от действия остаточных напряжений в материале заготовок и готовых деталей. Они достигают больших значений при малой жесткости обрабатываемых заготовок.

Одной из причин, вызывающих погрешности выполняемого размера и отклонения взаимного положения поверхностей обрабатываемой заготовки, является погрешность ее установки на станке. Погрешность установки , как одна из составляющих общей погрешности выполняемого размера, суммируется из погрешности базирования , погрешности закрепления , и погрешности положения заготовки , вызываемой неточностью приспособления.

Погрешностью базирования называется разность предельных расстояний измерительной базы относительно установленного на размер инструмента. Погрешность базирования имеет место при несовмещении измерительной и установочной баз заготовки; она определяется для конкретного выполняемого размера при данной схеме установки.

Для устранения и уменьшения погрешности базирования следует: совмещать установочные и измерительные базы, повышать точность выполнения размеров установочных баз, выбирать рациональное расположение установочных элементов и назначать правильно их размеры, устранять или уменьшать зазоры при посадке заготовок на охватываемые или охватывающие установочные элементы.

Погрешностью закрепления называется разность предельных расстояний измерительной базы относительно установленного на размер инструмента в результате смещения обрабатываемых заготовок от действия зажимной силы. Для партии заготовок эта погрешность равна нулю, если величина смещения хотя и велика, но постоянна; в этом случае положение поля допуска выполняемого размера может быть скорректировано настройкой станка.

По своей величине погрешность закрепления заготовки часто сопоставима с погрешностью базирования. Ее можно уменьшить путем: применения зажимных устройств, обеспечивающих постоянную силу зажима заготовок (пневматические, гидравлические и другие устройства); повышения однородности поверхностного слоя и материала заготовок; рационального выбора направления зажимной силы.

Сила зажима должна надежно прижимать базовую поверхность заготовки к установочным элементам приспособления. При неправильной схеме закрепления, когда сила зажима не обеспечивает плотного прижатия заготовки к опорам может произойти ее поворот или смещение на более или менее значительную величину от исходного положения.

Погрешность положения заготовки _пр, вызываемая неточностью приспособления, определяется ошибками изготовления и сборки его установочных элементов _ус, их прогрессирующим износом _и, а также ошибками установки и фиксации приспособления на станке .

Величины _ус, _и и _с характеризуют расстояние между предельными проекциями измерительной базы обрабатываемых заготовок на направление выполняемого размера. В проектных технологических расчетах их можно рассматривать как поля рассеяния случайных величин, распределение которых в первом приближении можно принять по нормальному закону. При этом условии

Погрешность установки как суммарное поле рассеяния выполняемого размера найдем по аналогичной формуле

Величины _б, ₃ и _пр часто сопоставимы по своим значениям. Уменьшение величин ₃ и _пр важно при точной обработке. Их анализ позволяет обосновать схему приспособления и сформулировать технические условия на его изготовление.

Погрешность обработки связанная с инструментом: изготовлением, износом, настройкой.

Погрешностимеханической обработки могут быть вызваны неточностью изготовления мерных и фасонных режущих инструментов.

К первым относятся канавочные резцы (например, для прорезки канавок под поршневые кольца), дисковые и пальцевые фрезы для обработки шпоночных пазов, сверла, зенкеры, развертки и протяжки, ко вторым — фасонные резцы и фрезы, специальные протяжки, резьбонарезной инструмент, а также профильные абразивные круги. Работа режущих инструментов обоих типов основана на методе копирования, так как их размер и профиль непосредственно передаются обрабатываемой детали.

Размерный износ режущего инструмента. В процессе обработки наблюдается износ режущего инструмента. При чистовой обработке происходит износ по задней поверхности. Следствием этого является как бы отдаление режущей кромке от обрабатываемой поверхности.

Величина относительного износа зависит от метода обработки, обрабатываемого материала, материала режущего инструмента, режимов резания и геометрии режущего инструмента. Обрабатываемый материал и, в частности, его твердость оказывают большое влияние на относительный износ инструмента. С повышением твердости материала относительный износ возрастает.

Погрешности настройки. Периодическая смена затупившегося инструмента вызывает необходимость каждый раз настраивать станок на выполняемый размер. При малых допусках приходится делать одну или несколько поднастроек за время стойкости инструмента путем регулировки его положения относительно детали для компенсации размерного износа. Задача настройки и поднастройки заключается в том, чтобы выполняемые размеры всех деталей партии находились в пределах поля допуска.

В настоящее время известны два принципиально различных метода настройки. По первому методу установку режущего инструмента производят последовательным приближением к заданному настроечному размеру в результате обработки на станке пробных деталей, размеры которых проверяют универсальными измерительными инструментами или предельными калибрами. По данным проверки пробных деталей определяют величину и направление необходимого смещения инструмента. По второму методу режущий инструмент устанавливают в требуемое, заранее рассчитанное по эталону положение

Погрешности геометрической формы, возникающие от действия силы резания. Основной причиной возникновения погрешностей геометрической формы под действием силы резания является недостаточная жесткость обрабатываемых деталей. Вследствие погрешностей изготовления основных деталей, их износа, неточностей сборки возникают отклонения основных точностных характеристик станков от номинальных значений. Величины допускаемых отклонений регламентируются нормами точности и приведены в стандартах. Точность станков в ненагруженном состоянии называется геометрической. Погрешности геометрической точности увеличиваются по мере износа станков.

В процессе эксплуатации приспособления в нем возникает ряд явлений, которые искажают положение заготовки, которое она имела в момент установки, вызывая тем самым динамические погрешности, т. е. погрешности, изменяющиеся во времени.Динамические погрешности приспособления возникают в процессе эксплуатации и определяются динамикой сил резания и колебаниями технологической системы. Они являются следствием главным образом двух причин:

воздействия постоянной составляющей сил резания на стыки элементов приспособлений, вызывающей дополнительную упругую деформацию стыков опора — заготовка;

воздействия переменной составляющей сил резания, вызывающей колебания технологической системы. Колебания на стыке опора — заготовка вызывают пластические деформации, определяющие дополнительную погрешность установки.

При механической обработке станок, приспособление, инструмент и обрабатываемая деталь представляют собой замкнутую упругую систему, которую далее будем называть т е х н о л о г и ч е с к о й системой СПИД. В процессе обработки сила резания изменяется в результате неравномерности глубины резания из-за непостоянства размеров заготовок в партии, нестабильности механических свойств материала заготовок и прогрессирующего затупления инструмента. Сила резания при обработке вызывает упругие отжатия элементов технологической системы. Их величина зависит как от силы резания, так и от жесткости элементов, т. е. их способности противостоять действующей силе.

С увеличением жесткости повышается точность и производительность обработки. Увеличение жесткости достигается: уменьшением количества стыков в конструкциях станков и приспособлений; предварительной затяжкой неподвижных стыков посредством резьбовых креплений; тщательной пригонкой сопряженных поверхностей и уменьшением зазоров; уменьшением длины консоли, высоты или вылета элементов технологической системы и увеличением размеров их опорной поверхности; использованием дополнительных опор, люнетов, направляющих скалок и других элементов для заготовок и инструментов.

Суммарная погрешность механической обработки является следствием влияния ряда рассмотренных ранее технологических факторов, каждый из которых вызывает появление отдельной первичной погрешности. Суммарная погрешность необходима для правильного определения технологического допуска при проектировании технологических процессов. Рассмотрим определение суммарной погрешности обработки достаточно большой партии заготовок на предварительно настроенном станке методом автоматического получения размера. Будем считать, что установка заготовок производится в приспособления, и обработка всей совокупности заготовок ведется за большое количество настроек.

Суммарную погрешность, или поле рассеяния выполняемого размера, можно выразить в общем виде следующей функциональной зависимостью:

Каждая из стоящих в скобках величин не зависит одна от другой идля данного конкретного случая определяется условиями построения технологической операции.

Величина представляет собой погрешность (поле рассеяния) выполняемого размера в данном сечении, которая возникает в результате упругих отжатий звеньев технологической системы под влиянием нестабильности сил резания. Ранее отмечалось, что

В то же время у равно разности предельных значений упругих отжатий технологической системы.

Аналогичный характер имеет погрешность установки заготовки , суммирующаяся из погрешности базирования , погрешности закрепления ₃ и погрешности положения заготовки , вызываемая неточностью приспособления.

Погрешность настройки станка является разностью предельных положений режущего инструмента на станке при настройке его на выполняемый размер. Значение для данного метода обработки регламентируется вполне определенной величиной. Для каждой партии заготовок текущее значение настроечного размера н является величиной случайной, распределение которой также подчиняется нормальному закону или закону, близкому к нему.

Размерный износ инструмента систематически изменяет положение его режущей кромки относительно исходной установочной базы заготовок в процессе обработки. В результате этого выполняемый размер непрерывно изменяется между двумя сменами или поднастройками инструмента. Величина регламентируется определенными значениями для каждого метода обработки в зависимости от допустимого износа инструмента.

Первые четыре члена выражения (а) представляют собой пределы изменения погрешностей, вызываемых теми или иными технологическими факторами. Последний, пятый, член равен сумме погрешностей формы данного элемента, вызываемых геометрическими неточностями станка, деформациями заготовки под влиянием сил закрепления и неравномерным по различным сечениям заготовки упругим отжатием технологической системы (под действием сил резания).

Задачу определения суммарной погрешности механической обработки можно сравнить с задачей определения допуска на замыкающее звено размерной цепи. При

При решении этой задачи по максимуму и минимуму члены выражения алгебраически складываются.