Погрешность механической обработки и методы достижения точности

В процессе изготовления деталей неизбежно возникают отклонения от заданной геометрической формы, как например: овальность, конусность, вогнутость, непрямолинейность и другие погрешности. Рассмотрим основные причины возникновения погрешностей при обработке деталей и способы их уменьшения. К основным причинам погрешностей, возникающих при механической обработке, относятся: неточность металлообрабатывающих станков, инструментов, приспособлений, деформации обрабатываемых деталей и их нагрев при обработке, неточность настройки станков и измерений, неточность установки детали и др. Как видим, точность обработки па металлорежущих станках зависит от многих факторов, учесть которые не всегда удается полностью. Точность размеров обработанных деталей обеспечивается необходимым технологическим процессом, выбором оборудования и режимами резания.

В процессе обработки деталей на станке вследствие действия сил резания в системе станок — инструмент — деталь возникают упругие деформации, которые оказывают влияние на точность обработки. Величина упругой деформации зависит от сил резания, жесткости системы и температурных деформаций частей станка. Жесткость системы станок — инструмент — деталь характеризуется способностью этой системы сопротивляться силам, действующим в процессе резания. Чем больше жесткость системы, тем меньше погрешность от упругой деформации при обработке. Жесткость станка зависит от жесткости отдельных его узлов. Например, жесткость токарного станка определяется жесткостью суппорта, передней и задней бабок. Для уменьшения величины прогиба при обработке нежестких валов применяют люнеты.

При зажиме обрабатываемых заготовок возникают деформации, величина которых зависит от формы и конфигурации детали, от жесткости заготовок, сил резания и способа крепления заготовок. Для уменьшения величины деформации после черновой обработки вводят чистовую обработку, при которой заготовки закрепляют с меньшим усилием. На точность обрабатываемой детали влияют также и температурные деформации. Например, при нагревании проходного резца на 20—30°С его длина увеличивается на 0,01—0,015 мм, что вызывает уменьшение диаметра обрабатываемой заготовки на 0,02—0,03 мм. Кроме того, в процессе резания нагревается заготовка, причем в одних случаях равномерно, в других неравномерно.

При равномерном нагревании размеры детали изменяются, а геометрическая форма сохраняется; при неравномерном нагревании изменяются и размеры, и геометрическая форма детали. При работе станков тепло, выделяемое от трения вращающихся и перемещающихся зубчатых колес, шпинделей, подшипников и т. д., вызывает температурные изменения в отдельных механизмах станка. Например, при работе токарного станка в течение 1—1,5 ч из-за нагрева шпиндельной бабки происходит изменение положения оси шпинделя на 0,01—0,05 мм.

Точностью изделия в машиностроении называют степень соответствия заранее установленному образцу. Под точностью детали понимается степень соответствия реальной детали, полученной механической обработкой заготовки, по отношению к детали, заданной чертежом и техническими условиями на изготовление, т.е. соответствие формы, размеров, взаимного расположения обработанных поверхностей, шероховатости поверхности обработанной детали требованиям чертежа.

Следовательно, точность понятие комплексное, включающее всестороннюю оценку соответствия реальной детали по отношению к заданной.

При работе на металлорежущих станках применяют следующие методы достижения заданной точности:

— обработка по разметке или с использованием пробных проходов путем последовательного приближения к заданной форме и размерам; после каждого прохода инструмента производится контроль полученных размеров, после чего решают какой припуск необходимо снять; точность в этом случае зависит от квалификации рабочего, например токаря или фрезеровщика;

— обработка методом автоматического получения размеров, когда инструмент предварительно настраивается на нужный размер, а затем обрабатывает заготовки в неизменном положении; в этом случае точность зависит от квалификации наладчика и способа настройки;

— автоматическая обработка на копировальных станках и станках с программным управлением, в которых точность зависит от точности действия системы управления.

Но какой бы станок или способ обработки не применялся, несколько деталей, даже обработанных на одном и том же станке одним и тем же инструментом, будут немного отличаться друг от друга. Это объясняется появлением неизбежных погрешностей обработки, которые служат мерой точности обработанной детали.

Таким образом, к причинам, вызывающим появление погрешностей при обработке резанием, будь-то токарная обработка, сверление или фрезерование, можно отнести следующие:

— неточности самого металлорежущего станка, вызванное погрешностями изготовления его деталей и неточностями сборки;

— погрешности установки заготовки;

— неточности изготовления, установки, настройки и износ режущего инструмента;

— упругие деформации технологической системы;

— тепловые деформации технологической системы;

— остаточные деформации в заготовке;

— изношенность направляющих, ходовых винтов и в целом самого станка и др.

При эксплуатации инструмента по мере его изнашивания наступает такой момент, когда дальнейшее резание инструментом должно быть прекращено, а инструмент отправлен на переточку. Момент затупления инструмента устанавливается в соответствие критериями износа, под которым понимается сумма признаков или один решающий признак. Применяется два критерия: первый — критерий оптимального износа и второй- критерий технологического износа. В обоих критериях за основу принимается линейный износ задней поверхности, так как она изнашивается всегда при обработке любых материалов и при всех режимах резания, и измерение ширины площадки износа гораздо проще, чем глубины лунки износа.

Качество поверхности, обработанной режущими инструментами, определяется шероховатостью и физическими свойствами поверхностного слоя. Обработкой резанием не может быть получена идеально ровная поверхность. Режущие кромки инструментов оставляют неровности в виде впадин и выступов различной формы и размеров.

Поверхностный слой после обработки резанием существенно отличается от основной массы металла, так как под действием инструмента его твердость и кристаллическое строение изменяются. Толщина дефектного поверхностного слоя зависит от материала заготовки, вида и режима обработки и др. От качества поверхности зависят следующие эксплуатационные характеристики деталей: износостойкость поверхностей трущихся пар, характер посадок подвижных и неподвижных соединений, усталостная или циклическая прочность при переменной нагрузке, противокоррозионная стойкость поверхности и др.

Таким образом, даже этот краткий материал по обработке металлов резанием ясно показывает, что на качество обработанной поверхности влияет много факторов: материал обрабатываемой заготовки, вид обработки, жесткость системы станок — приспособление — инструмент деталь, характер, форма, материал и степень остроты или износа режущих инструментов, режим обработки, вид смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), а также квалификация рабочего человека, стоящего у станка, его отношение к делу.

Оптимизация всех факторов, влияющих на качество обработки, обеспечит стабильность получения желаемого результата: качества изделия в конечном итоге, что принесет любому предприятию прибыль и вознаграждение за свой труд, а потребителю экономию за счет снижения эксплуатационных издержек при техобслуживании и ремонте машин.