Шляхи підвищення точності механічної обробки
Підвищення точності під час обробки методом пробних проходів. При використанні методу пробних проходів точність виконання розмірів залежить від кваліфікації робітника та старанного установлення різального інструменту, а точність взаємного положення оброблюваних поверхонь при послідовному виконанні переходів – від старанного установлення положення заготовки або інструменту.
Точність форми оброблюваних поверхонь не залежить, за малим винятком, від кваліфікації робітника, а більше від порушень закономірності рухів заготовки та різального інструменту.
Основною причиною дефекту форми поверхонь є деформація системи ВПІД під впливом сил різання. У результаті непостійності припуску, що викликана похибкою форми заготовки, і змінної жорсткості системи мають місце різні за величиною пружні відтиснення заготовки та різального інструменту. З метою зменшення похибок форми необхідно підвищити жорсткість системи та зменшити нерівномірність по перерізах заготовки. При великій величині похибки форми поверхні заготовки скорочення її до бажаних меж можливе шляхом зменшення подачі або зростання числа проходів при обробці.
Розмірний знос різального інструменту викликає перекручення форми оброблюваної поверхні, наприклад, конусність при обробці циліндричних поверхонь великого розміру. Робітник високої кваліфікації може частково зменшити вплив цього фактора за рахунок своєчасної періодичної подачі інструменту на глибину. При обробці партії невеликих заготовок розмірний знос різального інструменту практично не впливає не точність обробки. Зменшити вплив зносу інструменту на похибку форми можна шляхом застосування більш зносостійкого матеріалу різального інструменту, а також використання інструментів з широкими різальними кромками. Відносно геометричних похибок верстата, то в межах регламентованих ГОСТом похибок вони чинять порівняно слабкий вплив на похибки форми поверхонь.
Вплив температурних деформацій системи виявляється у разі тривалого процесу обробки і коли він охоплює період попереднього розігріву верстата. На точність невеликих деталей вплив цього фактора виключений через дуже незначний тепловий стан верстата при їх обробці.
Похибки форми поверхонь можуть бути наслідком деформації заготовок від сил закріплення, а також у результаті дії залишкових напружень у матеріалі заготовки. Вказані технологічні фактори не чинять вплив на зміну розмірів заготовки, що визначаються похибкою вивірки заготовки під час встановлення на верстатах.
Отже, при обробці методом пробних проходів основна частина технологічних факторів впливає на похибку форми оброблюваної поверхні. На точність розмірів і взаємного положення поверхонь впливає тільки похибка встановлення інструменту та вивірки під час установлення заготовки на верстаті. Першу групу факторів, що пов’язані з виникненням похибок форми поверхонь, слід вважати об’єктивними, а другу – суб’єктивними, тому що їх вплив цілком зв’язаний з кваліфікацією робітника.
Підвищення точності при обробці методом автоматичного отримання розмірів. Цей метод застосовується при обробці значних партій невеликих або середніх заготовок. У цих умовах вплив технологічних факторів буде іншим у порівнянні з розглянутим вище методом пробних проходів.
Обробка на попередньо настроюваних верстатах повністю виключає вплив людського фактора на хід технологічного процесу та якість отриманої продукції. Індивідуальні особливості людини проявляють себе на точності обробки при піднастроюванні верстата на виконуючий розмір, а також закріпленні заготовок.
Деформації технологічної системи під впливом сил різання викликають похибки форми оброблюваних поверхонь, які можна зменшити за рахунок підвищення та вирівняння жорсткості системи, а також поліпшення однорідності фізико-механічних властивостей матеріалу заготовки. Нестабільність припуску в партії заготовок сприяє похибці виконуючого розміру, що обумовлені явищем копіювання. Їх можна скоротити підвищенням жорсткості системи в даному перерізі, зменшенням допуску на розміри вихідних заготовок, підвищенням однорідності механічних властивостей матеріалу.
Похибки встановлення заготовки у пристрої впливають на точність виконуючих розмірів і взаємне розміщення поверхонь деталей, що викликані вибором бази та системи її закріплення. Крім того, на точність розмірів впливають знос різального інструменту, залишкові напруження та температурні деформації системи за період розігріву верстата. Відносно останнього фактора необхідно відзначити наступне. У разі здійснення піднастроювання верстата даний фактор у подальшому можна не враховувати і обробку вести ритмічно без тривалих перерв, тому що довгі зупинки металорізального обладнання (30 хвилин і більше) викликають зміщення центру групування кривої розподілу розмірів.
На похибки форми оброблюваної поверхні та їх взаємного розміщення на деталі впливають геометричні похибки верстатів. Крім того, на перший з відмічених видів похибок впливають деформації тонкостінних і маложорстких деталей, зокрема, тонкостінних гільз, кілець, корпусних та інших деталей, під впливом затискних сил. Зниження їх досягається раціональною схемою встановлення та закріплення заготовки.
Дольове значення перерахованих похибок у загальному балансі сумарної похибки нестале і залежить від характеру операції (попередня або чистова), методу обробки, типу й стану обладнання, його жорсткості та інших факторів. Так, під час попередньої обробки домінуюче значення мають похибки від пружних деформацій системи під впливом сил різання, на які в окремих випадках приходиться до 30% від поля допуску на розмір. При чистової обробці похибка верстата складає 30-40% сумарної похибки, а при попередньої обробці – 20-30%.
Для кожної конкретної операції доцільно проводити самостійний аналіз точності, що виявляє при цьому найбільш ефективні шляхи її підвищення. Подібний аналіз має комплексний характер під час дослідження процесу в цілому. Розрахунок проектованого процесу на точність складається з наступних етапів:
1. докладний аналіз технологічного процесу по всіх операціях і переходах з метою виявлення первинних похибок від окремих факторів;
2. визначення первинних похибок розрахунковим шляхом або за нормативними матеріалами і їх вплив на точність розміру;
3. встановлення загальної похибки обробки на кожній операції;
4. виявлення шляхів усунення або зменшення первинних похибок і на їх основі розробка конкретних заходів щодо підвищення точності виконання окремих операцій.
Точність механічної обробки відчутно залежить від складності кінематичного ланцюга верстата та якості виконання її ланок. При визначенні кінематичного ланцюга для підводу та встановлення різального інструменту на розмір з послідовним відводом його у вихідне положення найменш сприятливий результат отримується при багатоланковому ланцюзі, великих зазорах у спряженнях ланок і відсутності жорсткого упору для каретки інструменту. Для підвищення точності переміщення ланок необхідно прагнути до спрощення кінематичного ланцюга руху подачі, підвищення точності спряження та усунення стрибкоподібного характеру руху супорта, що викликаний відсутністю змазки і зміною коефіцієнта тертя у великому інтервалі. У цьому плані корисним заходом є створення сталого натягу між гвинтом та гайкою, у результаті чого точність переміщень підвищується за рахунок однобічної вибірки зазору в спряженні. Сприятливі умови отримують при обробці циліндричних отворів жорстким інструментом. Точність механічної обробки може бути підвищена поліпшенням конструкції підшипників шпинделів верстатів. Заміна підшипників ковзання на підшипники кочення дозволяє зменшити радіальні зазори та їх вплив на точність обробки.
Підвищення точності при автоматизованій обробці. Питання точності при цьому виді обробки набувають особливої ваги. Задана точність обробки досягається без безперервного впливу людини на технологічний процес і її роль зводиться до спостереження за його ходом і вжиття відповідних заходів у разі появлення певних неполадок і відхилень від її нормального протікання.
Раніше наведені висновки та рекомендації щодо підвищення точності справедливі і для автоматизованого виробництва. Але разом з цим треба відмітити деяку специфіку впливу окремих факторів на первинні похибки обробки.
Похибки, викликані деформаціями технологічної системи під впливом сил різання, аналогічні тим, які виникають на верстатах, що працюють за методом автоматичного отримання розмірів. При однопроходній автоматизованій обробці похибки важко підтримувати на заданому мінімальному рівні у процесі різання за допомогою спеціальних регулюючих або слідкуючих пристроїв, тому що останні значно ускладнюють конструкцію верстата. Для зменшення цих похибок підвищують і вирівнюють жорсткість системи, підвищують точність вихідних заготовок, поліпшують однорідність фізико-механічних властивостей матеріалу, лімітують ступінь затуплення різальних інструментів, що приводить до зменшення зміни сил різання.
Для автоматизованого виробництва характерне виконання принципу постійності баз, що сприяє не тільки вирішенню основного завдання, але й уніфікації пристроїв на різних операціях обробки. Велику увагу приділяють підвищенню зносостійкості пристроїв і очищенню їх від стружки та інших часток, вибору раціональних схем базування та закріплення.
Розмірний знос різального інструменту при обробці невеликих заготовок впливає тільки на точність розмірів. Регламентація цього впливу досягається примусовою зміною інструмента через певний період часу, а також використанням автоматичних підналадчиків. Крім того, на верстатах шліфувального типу широко використовують пристрої для виключення подачі та зупинки верстата по досягненню заданого розміру.
Геометричні неточності верстатів викликають сталі систематичні похибки форми та взаємного розміщення поверхні. Знизити ці похибки можливо за рахунок відповідного зменшення геометричних неточностей обладнання, а також підвищення його стійкості проти спрацювання і застосування зручних засобів регулювання, зокрема засобів активного контролю з автоматичними підналадчиками, що вмикаються через певний інтервал часу. Застосування цих засобів усуває систематичні закономірно-змінні похибки.
Систематичні й випадкові похибки можна усувати за допомогою засобів контролю виконуючого розміру в комплексі з автоматичним підналадчиком, що отримує безперервну команду в процесі обробки заготовки. Відмічений метод широко використовують при шліфуванні та інших видах обробки, при яких забезпечення заданого розміру досягається послідовним наближенням інструменту до заготовки.
Для однопроходної обробки використовують засоби контролю з автоматичним підналадчиками, які отримують команду від однієї або кількох попередньо оброблених деталей. Схеми роботи верстатів з використанням різних автоматичних підналадчиків, зокрема із зворотнім зв’язком і попереднім регулюванням наведені відповідно на рис. 1.20, а і б. У першому випадку (рис.1.20, а) оброблена деталь передається з верстата 1 на вимірювальний пристій 2. Результати вимірювання у вигляді команди передаються на регульований пристрій 3, що коректує настроювання верстата 1.
Рис. 1.20 – Схеми роботи автоматичних підналадчиків:
а – із зворотнім зв’язком; б – з попереднім регулюванням
Керуючий пристрій з попереднім регулюванням (рис.1.20, б) вмикає вимірювальний пристрій 1 для заготовок, що надходять на верстат 2. Результати вимірювання розміру або деяких фізико-механічних властивостей кожної заготовки передаються на регулюючий пристрій 3, що здійснює попереднє коректування настроювання верстата. У результаті вплив випадкових похибок, що виникають через непостійність припуску на обробку, неоднорідність матеріалу заготовки та помилок встановлення їх на верстаті може бути в значній мірі зменшений.
Необхідно зазначити, що можливо й інше сполучення схем, якими можна усунути випадкові сталі систематичні й систематично-змінні похибки обробки.
Запитання для самостійного контролю
1. Що розуміють під точністю реальної деталі, які вирішують питання точності в машинобудуванні?
2. Перелічіть технологічні фактори, що впливають на сумарні похибки механічної обробки заготівки
3. Які застосовують методи заданого отримання розмірів з урахуванням типа виробництва?
4. Чим викликаються похибки, якими методами забезпечується точність складання?
5. Як впливає знос верстата, пристрою та інструменту на точність обробки?
6. У чому полягає сутність жорсткості й податливості системи “верстат-пристрій-інструмент-деталь”?
7. Який вплив на точність обробки мають температурні деформації, які шляхи їх зменшення?
8. Перелічіть види залишкових напружень оброблюваної заготовки
9. Як впливають неточності засобів і методів вимірювання, а також налагоджування верстатів у процесі обробки різанням?
10. Як визначають сумарну похибку механічної обробки заготовки методом автоматичного отримання розміру?
11. Чому дорівнює поле розсіювання виконуючого розміру індивідуально оброблюваної заготовки методом пробних проходів?
12. Перелічіть види похибок, що виникають при механічної обробці
13. У чому сутність статистичного методу дослідження та закону нормального розподілу (крива Гаусса)?
14. Дайте характеристику закону розподілу суттєво додатних величин і методу точкових діаграм
15. Які існують зони досягнення точності з урахуванням методів обробки?
16. Перелічіть шляхи підвищення точності при механічної обробці методом пробних проходів
17. Назвіть напрямки, що сприяють підвищенню точності й обробці методом автоматичного отримання розмірів
18. Які існують способи зниження впливу специфічних для автоматизованої обробки факторів на первинні похибки?
19. Які використовують способи контролю точності з автоматичними підналадчиками?