книги / Основы технологии машиностроения

84 Точность в машиностроении

в этих формулах ра — исходное пространственное отклонение^ росгп — остаточное пространственное отклонение.

Чтобы выяснить порядок числовых значений коэффициентов уточнения для последовательных переходов механической обработки, сделаем для примера несколько расчетов. При обработке круглой горячекатаной стали обычной точности прокатки диаметром 130 м м и длиной 780 м м , примем наиболее неблагоприятные условия реза­ ния при допустимом затуплении инструмента и верхнем пределе твердости металла.

При этих условиях, подставляя значения Су , х , // и л из справочной литера­

следовательно, для принятых условий погрешность формы уменьшается после черновой обработки по диаметральному размеру с 1400 м к до 1400-0,082 & 115 м/с.

уменьшает первоначальную погрешность черной заготовки с 1400 лк до 1400-0,0016 ® « 2,3 м к.

При тех же условиях, но при другом положении резца, коэффициенты уточ­

по оси шпинделя вертикально-фрезерного станка, получим по формуле (51а):

При выполнении каждого технологического перехода механи­ ческой обработки возникают погрешности формы и пространственные отклонения в результате геометрических погрешностей станка, погрешностей установки заготовки для обработки на станке и дру­ гих технологических факторов. Результативная погрешность формы обработанной поверхности, а также результативное пространствен­ ное отклонение представляют собой совокупность как остаточных погрешностей заготовки, так и погрешностей, вновь возникших при выполняемом технологическом переходе. Закономерность умень­ шения погрешностей заготовки и владение методом расчета погреш­ ностей, вновь возникающих при выполняемом переходе, дают воз­ можность определять расчетным путем результативную погреш­ ность как формы, так и пространственного отклонения обработан­ ной элементарной поверхности.

Вместе с тем коэффициент уточнения характеризует лишь законо­ мерность уменьшения погрешностей черной заготовки; при этом мы получаем приближенное его значение, так как не учитываем влияния

Всвязи с изложенным приходим к следующим выводам:

1.Коэффициенты уточнения должны рассчитываться в случае надобности применительно к конкретным условиям обработки.

2.После чистовой обработки остаточные погрешности ничтожно малы, и ими можно пренебрегать.

3.Для технологических расчетов приходится прибегать преиму­ щественно к определению остаточных пространственных отклонений.

Погрешности формы, как правило, не рассчитываются, так как они обычно находятся в пределах допуска по выдерживаемому раз­ меру; лишь в исключительных случаях встречается необходимость расчета остаточных погрешностей формы обработанной поверхности.

На закономерном уменьшении погрешностей геометрических форм и коэффициенте уточнения базируются некоторые методы определения жесткости станков при резании металлов. Эти методы могут применяться непосредственно в цеховых условиях 1471.

Не вдаваясь в критику этих методов определения жесткости, укажем, что они дают суммарное значение жесткости системы, тогда как для расчета отжатий необходимо располагать данными о податливости отдельных элементов упругой системы.

Кроме упругих отжатий элементов технологической системы станок — заготовка — инструмент, на отклонения выдерживаемого размера влияют также погрешности, возникающие вследствие гео­ метрических неточностей станка и неточностей его настройки.

Геометрическая точность станков установлена государственными стандартами (ГОСТ). Погрешности, допущенные при изготовлении станков, в процессе эксплуатации увеличиваются; поэтому при расчетах приходится учитывать величины погрешностей не новых станков, а находящихся в эксплуатации. Например, для токарных станков с высотой центров до 175 мм допускается отклонение от парал­ лельности оси шпинделя направляющгм станины в горизонтальной плоскости на длине 300 мм до 0,01 мм для новых станков и до 0,02 мм для станков, вышедших из капитального ремонта. Для новых стан­ ков с большей высотой центров, отклонение от параллельности оси шпинделя направляющим станины в горизонтальной плоскости, допускается от 0,02 до 0,04 мм в зависимости от класса точности станков. Эта геометрическая погрешность станка создает отклонение от цилиндрической формы обработанной поверхности, а именно конусность. При этом разность в диаметрах обработанной поверх­ ности будет зависить от ее длины и может быть определена по формуле

где Дг и Ad — приращение соответственно радиуса и диаметра обра­ ботанной поверхности;

ст — допускаемое отклонение от параллельности оси шпин­ деля направляющим станины на длине L (в данном случае I. = 300 мм)\

lm — длина обработанной поверхности в мм.

Путем соответствующей выверки задней бабки станка при обра­ ботке в центрах можно избежать конусности обработанной поверх­ ности, но при консольном, достаточно жестком креплении заго­ товки (в патроне или цанге) неизбежно получим конусность обра­ ботанной поверхности.

Радиальное перемещение шпинделя токарного станка при вра­ щении, возникающее вследствие овальности его шеек, допускается по стандарту в пределах 0,005 — 0,03 мм, в зависимости от класса точности станка и высоты его центров. При обработке заготовки образуется соответствующая овальность шеек заготовки. Обе погреш­ ности формы — конусность и овальность — создают погрешность размера, которая определяется как арифметическая сумма накла­ дывающихся одно на другое отклонений размеров, являющихся результатом возникших погрешностей формы.

При обработке плоских поверхностей на вертикально-фрезерных станках непараллельность рабочей поверхности стола его продоль­ ным .направляющим создает пространственное отклонение, а именно

непараллельное™ обработанной и установочной поверхностей. Вели­ чина этой погрешности определяется по формуле

Неперпендикулярность оси шпинделя к поверхности стола в про­ дольном направлении вызовет при обработке вогнутость в сечении, перпендикулярном к по­ даче (фиг. 50).

Расчет величины вог­ нутости, вытекающий из геометрических связей, дает завышенные резуль­ таты сравнительно с фак­ тической вогнутостью. Это объясняется тем, что при геометрическом расчете не учитываются отжатия фре­ зерной головки, уменьшаю­ щие вогнутость, а также тем, что величина наклона оси шпинделя изменяется в процессе фрезерования вследствие погрешностей направляющих стола.

Действительная вогнутость не превышает 2 мк при диаметре фрезы до 200.мм и 5 мк при диаметре фрезы до 600 мм.

Оба указанных отклонения — непараллельное™ рабочей поверх­ ности стола его продольным направляющим и неперпендикулярность оси шпинделя к рабочей поверхности стола в продольном направле­ нии — создают погрешности обработанной поверхности и, следова­ тельно, погрешность выдерживаемого размера, которая определяется арифметической суммой погрешностей обработки, вызываемых ука­ занными геометрическими отклонениями элементов станка.

Вместе с тем указанные погрешности создают пространственные отклонения относительно боковых и торцовых поверхностей детали.

В результате геометрических погрешностей станков возникают погрешности формы обработанной поверхности, а также ее простран­ ственные отклонения относительно сопряженных с ней поверхно­ стей. В частности, например, конусность цилиндрической поверх­ ности создает неперпендикулярность ее образующей к торцовым поверхностям; допускаемое отклонение от перпендикулярности нап­ равляющих суппорта к оси вращения шпинделя токарного станка

88 Точность в машиностроении

обусловливает вогнутость подрезаемой торцовой поверхности и ее неперпендикулярность к оси заготовки.

Отклонения размеров, создаваемые погрешностями формы и про­ странственными отклонениями, определяются из геометрических связей при арифметическом суммировании, так как эти отклонения всегда накладываются одно на другое.

Под настройкой станка на выдерживаемый размер следует пони­ мать установку инструмента, рабочих элементов станка и установоч­ ных элементов приспособления в такое взаимное положение, которое обеспечивает с учетом явлений, происходящих в процессе обработки, получение выдерживаемого размера в пределах установленного допуска.

Это взаимное положение элементов технологической системы определяют термином « у с т а н о в о ч н ы й р а з м е р » .

Погрешность настройки станка возникает вследствие того, что при каждой новой настройке невозможно установить рабочие эле­ менты станка и инструмент точно в такое же положение, в котором они находились при предшествующей наладке; тем более невоз­ можна абсолютно одинаковая наладка нескольких станков-дуб­ леров.

Величина погрешности настройки ДН зависит от метода настройки и включает погрешности установки режущего инструмента, приспо­ собления, упоров и других элементов наладки.

Установка инструмента на размер может быть произведена по лимбу или шкале, по эталону, габариту, по обработанной детали или другими методами, в зависимости от которых получим различные погрешности настройки. В частности, эти погрешности определяются ценой деления шкалы или лимба, точностью изготовления эталона или габарита, колебанием зазора между эталоном или габаритом и режущим инструментом, колебанием действительных размеров обработанных заготовок, по которым производится настройка.

Методы настройки станка выбираются в зависимости от прису­ щих им погрешностей и заданного допуска по выдерживаемому размеру.

В тех случаях, когда получение заданных размеров обеспечивается мерными инструментами (сверлами, развертками, протяжками, пазо­ выми фрезами), погрешности наладки станка находятся в зависи­ мости от фактических размеров инструмента, который изготовляется с определенной степенью точности. Например, по ГОСТу 885-41 допуски на сверла диаметром от 1 до 80 мм составляют от 25 до 74 мк. Колебания в размерах сверл окажут при каждой смене инструмента влияние на точность обработки аналогично погрешности наладки.

Настройка станков связана с выбором наиболее целесообраз­ ной величины установочного размера, т. е. размера, определяю­ щего, как уже сказано, взаимное положение рабочих элементов станка, приспособления и инструмента в момент настройки или регулировки.

Под регулировкой установочного размера, называемой на произ­ водстве «подналадкой станка», понимают восстановление устано­ вочного размера, изменившего свою величину вследствие размерного износа инструмента.

Для определения установочного размера необходимо предвари­ тельно рассмотреть вопрос о взаимосвязи действительных размеров заготовок на любой стадии их обработки с действительными разме- ( рами поверхностей, получаемыми при выполняемом технологическом переходе.

Фиг. 51. К расчету установочного размера при обработке наружных поверхностей.

Экспериментально установлено, что при обработке способом автоматического получения размеров наибольшие и наименьшие действительные размеры поверхностей после обработки получаются соответственно из заготовок с наибольшими и наименьшими действи­ тельными размерами.

Действительно, при наибольшем предельном размере заготовки, установленный на выдерживаемый размер инструмент будет рабо­ тать с наибольшей глубиной резания /тах. В этом случае при всех прочих равных условиях получим при обработке резцами РУтях

и, следовательно, в технологической системе возникает наибольшее отжатие Ктах.

Обозначив установочный размер величиной Сн, получим размер обработанной заготовки (фиг. 51);

При наименьшем предельном размере заготовки получим наи­ меньшую глубину резания ^т1п, а следовательно,

(56)

Очевидно, что все действительные размеры, полученные после обработки в пределах от bmin до bmax, будут взаимосвязаны с соот­

90 Точность в .машиностроении

ветствующими действительными размерами заготовок, находящимися в пределах от amin до amax.

Таким образом, во всех случаях, в процессе обработки заготовки вследствие отжатий в упругой системе станок — заготовка — инстру­ мент установочный размер Сн увеличивается.

Однако, если для обработки наружных поверхностей установить инструмент по наименьшему предельному размеру, установочный размер С„ может быть уменьшен в результате погрешности настройки станка, следствием чего будет брак по непроходной стороне калибра. Поэтому погрешность настройки по наименьшему предельному раз­ меру при обработке наружных поверхностей может быть допущена только в сторону увеличения установочного размера.

Очевидно, этому условию будет удовлетворять установочный

где ДН — погрешность настройки; Нср — заданная высота микронеровностей обработанной поверх­

ности.

Учетом Нср компенсируется погрешность положения измери­ тельных баз при настройке на размер (вершина резца) и измерении полученного при обработке размера (вершины микропрофиля, а не его впадины).

Очевидно, что допускаемая погрешность настройки станка рег­ ламентируется допуском по выдерживаемому размеру; при этом чем уже поле допуска на выдерживаемый размер, тем меньшее зна­ чение должна иметь величина допускаемой погрешности настройки ДЯ.

Учитывая некоторый запас надежности, можно приближенно

настройки станка также должны включаться в суммарную погреш­ ность настройки Д/У.

При расчете установочного размера C„min нам заданы bmln и Нср, а величина Ymin зависит от условий обработки. Поэтому, сначала принимаем ориентировочную величину

Сн ^min ticp

и определяем мгновенную глубину резания:

^мгн == ^min ^ н*

при мгновенной глубине резания находим мгновенное отжатие: