Вказівки з техніки безпеки. 7.7.1 Перед проведенням експериментальної частини перевірити надійність закріплення пристрою на столі верстата

⇐ Назад

7.7.1 Перед проведенням експериментальної частини перевірити надійність закріплення пристрою на столі верстата, заготовки та фрези на верстаті.

7.7.2 Закріплювати і розкріплювати заготовку проводити при вимкнутому верстаті та відведеному інструменті із зони обробки.

7.7.3 Стружку прибирати за допомогою щітки.

7.7.4 При обробці заготовки користуватись захисними окулярами. Дозвіл на початок обробки дає викладач.

Література

[1], с. 164...166.

[2], с. 64...65.

[3], с. 286...288.

[9], с. 145...152.

Лабораторна робота №8

Дослідження похибки міжосьових розмірів отворів

Мета роботи

Вивчити технологічну оснастку, яка використовується для обробки отворів, а також види кондукторних втулок; розраховувати точність міжосьових (МО) розмірів між отворами, які обробляються в накладному кондукторі; експериментально визначити похибку МО розмірів між отворами, які отримані з використанням розмічання, накладного кондуктора та верстата з ЧПК; порівняти точність МО розмірів, отриманих різними методами і охарактеризувати причину відмінності.

Обладнання, прилади та інструменти

8.2.1 Настільно-свердлильний верстат.

8.2.2 Накладний кондуктор.

8.2.3 Заготовки.

8.2.4 Свердла різного діаметру.

8.2.5 Слюсарний інструмент.

8.2.6 Штангенрейсмус.

8.2.7 Малий інструментальний мікроскоп МИМ-1.

Методичні вказівки

Найчисленнішу групу технологічної оснастки для свердлильних робіт становлять кондуктори різних конструкцій.

Більшість кондукторів (за винятком найпоширеніших – накладних) є пристроями так званого закритого типу. В таких пристроях заготовка поміщається в середині простору обмеженого елементами конструкції пристрою. В кондукторах (рис. 8.1) – між кондукторною плитою з напрямними (кондукторними) втулками і опорами. Це ускладнює встановлення і зняття заготовки і часто потребує виконувати кондукторну плиту рухомою – знімною, поворотною, відкидною тощо. А це, в свою чергу, ускладнює як конструкцію пристрою, так і досягнення точності розміщення кондукторних втулок відносно опор (їх виконавчих поверхонь, що контактують з технологічними базами заготовки) і, отже, забезпечення точності відповідних міжосьових розмірів деталі (розмір на рис. 8.1).

Рисунок 8.1 – Схема конструкції пристрою:

1– кондукторна втулка, 2 – кондукторна плита,

3 – заготовка, 4 – опори

Найпоширенішими серед кондукторів для дрібносерійного типу виробництва є накладні кондуктори. Накладний кондуктор – це найпростіша конструкція для обробки отворів з паралельними осями (рис. 8.2).

Подібні конструкції називають “накладними” тому, що кондуктор кладуть на заготовку, а не заготовки в кондуктор, як це має місце в інших випадках. У корпусі накладного кондуктора розміщують опорні та затискні елементи, кондукторні втулки, але він не має приєднувальних поверхонь. Їх функцію виконують поверхні самої заготовки, а якщо такі поверхні заготовки незручні для установки, то на відповідній підставці для заготовки, що забезпечує потрібне

положення заготовки разом з кондуктором.

Рисунок 8.2 – Загальний вигляд накладного кондуктора

Простота накладної конструкції порівняно з іншими особливо суттєва при обробці отворів великих заготовок. Часто такі заготовки навіть не потрібно закріплювати на столі або підставці.

Основні конструкції кондукторних втулок стандартизовані. Розрізняють три види стандартизованих втулок: постійні, змінні та швидкозмінні.

Постійні втулки виконуються без бурта за ГОСТ 18429–73 (рис. 8.3, а) і з буртом – за ГОСТ 18430–73 (рис. 8.3, б).

Їх застосовують тоді, коли отвір на операції оброблюють лише одним інструментом (свердлом або зенкером). В кондукторну плиту втулки запресовують з посадкою H7/n6 згідно з ГОСТ 25346–89.

Рисунок 8.3 – Стандартизовані кондукторні втулки

Змінні втулки виготовляють за ГОСТ 18431–73 (рис. 8.3, в). Як і постійні, вони використовуються при обробці отворів одним інструментом, але тільки в тих випадках, коли потрібна порівняно часта їх заміна внаслідок спрацювання. Це звичайно буває в умовах великосерійного та масового виробництв. Орієнтовний термін служби кондукторної втулки складає 10⁴...1,5x10⁴ свердлінь, а при обробці грубих отворів – 1,5x10⁴...4x10⁴ свердлінь. Змінні втулки 2 встановлюють у проміжну втулку 3 (ГОСТ 18433–73 або 18434–73) з посадкою або за ГОСТ 25346–89 і для запобігання провертання та підйому при обробці їх закріплюють гвинтами 1. Проміжні втулки 3 запресовують в кондукторну плиту з посадкою , допускається посадка (ГОСТ 25346–89).

Швидкозмінні втулки виготовлюють відповідно до вимог ГОСТ 18432–73 (рис.8.3, г). Як і змінні, їх встановлюють у проміжні втулки з посадкою або (ГОСТ 25346–89).

Швидкозмінні втулки застосовують у тих випадках, коли отвір оброблюють послідовно декількома інструментами, наприклад свердлом, зенкером і розверткою. Для направлення кожного з них передбачається відповідно своя швидкозмінна втулка (розвертання іноді виконують без направлення втулкою). Буртик у втулці виконують високим з накаткою для зручного їх утримування при знятті та встановленні. На буртику є наскрізний поздовжній паз, який дає змогу швидко вийняти і встановити втулку при заміні, а також боковий виступ під головку гвинта, що утримує її від виштовхування стружкою. Щоб зняти втулку, її потрібно повернути проти годинникової стрілки до суміщення паза з головкою гвинта і підняти вверх.

Різальний інструмент (свердла, зенкери та розвертки) розміщують в отворах усіх кондукторних втулок по посадці з зазором. При цьому інструмент приймають за основний вал (з номінальним розміром рівним діаметру напрямної частини інструмента), а отвір у втулках виконують в системі вала – потрібна посадка забезпечується за рахунок відповідних відхилень отвору. Для направлення свердел, зенкерів та чорнових розверток рекомендуються використовувати основні відхилення F7 або F8, у випадку підвищених вимог – G7 за ГОСТ 25346–89: а для чистових розверток – G7, F7, у випадку підвищених вимог – G6 за ГОСТ 25346–89.

Матеріал втулок розміром мм – сталь 9XС, – сталь У10A; мм – cталь 20Х. Термообробка для сталей 9ХС і У10А – гартування з наступним низькотемпературним відпуском, а для 20Х – цементація на глибину мм і гартування з наступним низькотемпературним відпуском. Твердість 61...66. Допускається виготовлення втулок із сталі інших марок, механічні властивості яких не нижчі, ніж у рекомендованих.

Обробка отворів в кондукторах не потребує розмірного налагодження, а їх точність практично не залежить від геометричної точності та жорсткості верстатів, розмірного спрацювання інструментів (крім точності форми й діаметра), теплових і силових деформацій технологічної системи та від точності встановлення пристрою на верстаті. Параметрами точності обробки, які залежать від конструкції кондуктора і які регламентуються конструкторською документацією на виріб є міжосьові (МО) розміри , а саме:

– розміри між осями оброблених в кондукторі отворів (розмір на рис.8.2);

– розміри між віссю обробленого отвору та технологічною базою (розмір на рис.8.2).

Часто в конструкторській документації точність МО розміру задається не допуском на сам розмір, а позиційним допуском.

Обидва способи регламентації точності еквівалентні щодо розрахунку на точність. Лише у випадку задання залежного допуску відносно бази (отвору чи шийки) складова похибки базування від допуску на діаметр бази заготовки має бути виключена з рівняння балансу точності.

Розглянемо визначення точності МО розмірів для розміру . Величина залежить виключно від розмірів і розміщення виконавчих поверхонь кондукторних втулок.

Складовими сумарної похибки на розмір є:

– допустима похибка пристрою, що включає лише – допуск на МО розмір отворів постійних кондукторних втулок. Запас на спрацювання задають, як правило, в межах . При цьому величина є межею спрацювання пристрою. Тому в розрахунках точності її слід вважати систематичною;

– похибка зміщення осі отвору внаслідок перекосу інструмента відносно осі кондукторної втулки. Як видно з рис. 8.4, гранична величина перекосу визначається за формулою (причому ), де – найбільший зазор між інструментом і отвором кондукторної втулки. Цей зазор складається з зазору на діаметр напрямної частини інструменту , допуску на виготовлення отвору кондукторної втулки , гарантованого зазору “отвір – інструмент” і гарантованого запасу на спрацювання отвору кондукторної втулки , тобто

, (8.1)

У випадку обробки заготовки з отвором, перпендикулярним до поверхні входу інструмента, зміщення є випадковим як за величиною, так і за напрямком. Тому для кожного отвору похибка зміщення осі має визначатися як сума випадкових величин . Розмір пов’язує два отвори, тому

. (8.2)

Рисунок 8.4 – Зміщення (а) і перекос(б) свердла в кондукторній втулці

У разі обробки нахиленого отвору інструмент під впливом радіальної сили різання під час врізання завжди буде зміщуватися у крайнє положення з боку схилу. Тому похибка зміщення осі отвору є величиною систематичною, односторонньою і рівною . Якщо схил поверхні заготовки двосторонній (наприклад, коли поверхня входу свердла є циліндричною), то . При цьому усі складові , за винятком мають систематичний характер. Для пари отворів, пов’язаних розміром , величина залежатиме від напрямку нахилу площин входу інструмента для кожного з них і відносно напрямку розміру . В загальному випадку похибку зміщення можна визначити за формулою

, (8.3)

де коефіцієнт може змінюватися в межах від 0 до 2 залежно від нахилу отворів. Так, якщо схил поверхні входу односторонній і паралельний напрямку , то ; якщо односторонній і перпендикулярний напрямку , то (крім того в рівнянні (8.3) можна опустити складові і ); якщо схил протилежно спрямований і перпендикулярний до напрямку , то . Підкреслимо ще раз, що формули (8.2) і (8.3) відрізняються не лише коефіцієнтом, а й характером проявлення похибки. Для кондукторів зі змінними кондукторними втулками охоплює дві додаткові складові: – похибку від ексцентриситету отвору змінної втулки та її опорної поверхні в діаметральному вираженні (величина випадкова для кожної втулки), і – граничний зазор між постійною та змінною втулками. Величину допустимо вважати випадковою в зв’язку з високою зносостійкістю втулок. З цієї ж причини запас на спрацювання спряжених поверхонь втулок звично задають у межах сумарного поля допуску на їх виготовлення. При цьому, як показує практика, це спрацювання не є лімітуючим для працездатності кондукторів.

До складу сумарної похибки може бути включена похибка вимірювання МО розміру заготовки (див розділ 3.1 [9]).

Отже, рівняння балансу точності обробки в кондукторні з використанням швидкозмінних втулок для розміру (допуск ) матимуть вигляд:

для обробки нахилених отворів

; (8.4)

для обробки отворів, перпендикулярних до поверхні входу інструментів

. (8.5)

Якщо точність розміщення отворів заготовки і в кондукторі задається позиційним допуском , то враховуючи, що , рівняння (8.5), наприклад, перетвориться в

(8.6)

Величина залежить як від розмірів і розміщення виконавчих поверхонь кондукторної втулки відносно опорної поверхні кондуктора, так і від похибки установки заготовки. Склад сумарної похибки обробки залежить від конструктивних особливостей кондукторів.

Сумарна похибка розміру охоплює:

– допустиму похибку пристрою, яка рівна сумі – допуску на розмір “вісь отвору постійної втулки – опорна поверхня пристрою” і – зміні розміру через зміщення опорної поверхні пристрою внаслідок її спрацювання. – визначає межу спрацювання пристрою, тому вона і її складові в розрахунку точності вважаються систематичними;

, , , – див. пояснення до утворення точності ;

– похибку базування для розміру . Характер проявлення її складових, як правило, випадковий – у переважній більшості випадків для кондукторів не проявляється чинник систематичного характеру. Якщо такий чинник діє (ним може бути вага заготовки з її базуванням по вертикальній або похилій площині, спеціальний притискач), то складові мають систематичний характер;

– похибка закріплення рівна нулю, якщо напрямок дії сили закріплення збігається з віссю інструмента; інакше, розраховують за рекомендаціями, викладеними в [9]. Слід нагадати, що величина є результатом зміни положень вимірної бази (яка на рис 8.1 збігається з технологічною базою) внаслідок зміни контактних деформацій стику “заготовка – пристрій” від зміни сили закріплення. Оскільки в кондукторах немає можливості коректувати (підналагоджувати) ТС для врахування середнього значення деформацій стику “заготовка – пристрій” , то саме на цю величину має відрізнятися номінальний розмір від номінального розміру заготовки . Корекцію бажано здійснювати для врахування односторонньої зміни положення заготовки внаслідок спрацювання опорної поверхні , а також для випадку обробки нахиленого отвору на величину . У загальному випадку номінальний розмір між віссю кондукторної втулки та опорною поверхнею складатиме

. (8.7)

Вибір знаку перед величинами корекції залежить від напрямку впливу на розмір контактної деформації, перекосу інструмента й спрацювання опорної поверхні.

Дослідженнями точності обробки заготовок на металорізальних верстатах встановлено, що дійсні їх розміри є випадковими величинами і зазвичай підпорядковуються закону нормального розподілу. З практичним полем розсіювання, рівним ( – середнє квадратичне відхилення розміру) і розміщенням симетрично ( ) відносно середнього значення розміру (центру групування випадкової величини).

Статистичну оцінку точності розміщення отворів в заготовках, просвердлених за розміткою, в накладному кондуктору та на верстаті з ЧПК, виконують експериментально.

Міжосьові розміри (типу ) отворів вимірюють на інструментальному мікроскопі. При цьому визначають діаметри отворів та і відстані між найбільш або найменш віддаленими точками отворів. Міжосьовий розмір визначається з співвідношень:

(8.8)

або . (8.9)

Статистична обробка даних зводиться до визначення середнього арифметичного (центру групування)

(8.10)

та емпіричної дисперсії

, (8.11)

де – кількість вимірювань розміру (кількість оброблених заготовок).

Оскільки дисперсія отримана з вимірювань обмеженого числа заготовок (з невеликої вибірки), то для розрахунку точності процесу обробки отворів потрібно оцінити середньоквадратичне відхилення . В теорії математичної статистики доказано, що не перевищує , тобто, що найбільше можливе значення можна визначити за формулою

, (8.12)

де – коефіцієнт (табл. 8.1), який залежить від прийнятого рівня надійності статистичної оцінки (в технологічних дослідженнях зазвичай приймають 95% рівня надійності) і числа ступенів вільності K (K=N-1).