Точность при различных способах обработки

Точность обработки

Качество обработки деталей машин определяется двумя критериями: точностью обработки и шероховатостью обработанных поверхностей.

Под точностью обработки понимают степень соответствия изготовленной детали заданным размерам и форме. В большинстве случаев форма деталей определяется комбинацией известных геометрических тел: цилиндрических, конических, плоскостей и т. д. Можно установить следующие основные критерии соответствия детали заданным требованиям:

• точность формы, т. е. степень соответствия отдельных поверхностей детали тем геометрическим телам, с которыми они отождествляются;
• точность размеров поверхностей детали;
• точность взаимного расположения поверхностей

Отклонения формы и расположения поверхностей

Отклонение формы реальной поверхности от номинальной, т. е. заданной чертежом, оценивается наибольшим расстоянием D между точками реальной поверхности и номинальной, измеренным по нормали к последней. Отклонения формы и расположения поверхностей регламентируются ГОСТом. Наиболее часто встречающиеся из них:

Отклонения от плоскостности:

• Выпуклость — отклонение от прямолинейности, при котором удаление всех точек реального профиля от прилегающей прямой уменьшается от края к середине (рис. 1, а, в);
• Вогнутость — отклонение от прямолинейности, при котором удаление всех точек реального профиля от прилегающей прямой увеличивается от края к середине (рис. 1,б,г).

Отклонения от круглости:

• Овальность — отклонение от круглости при котором реальный профиль представляет собой овалообразную фигуру, наибольший и наименьший диаметры которой находятся во взаимно перпендикулярных направлениях (рис.1, д);
• Огранка — отклонение от круглости при котором реальный профиль представляет собой многогранную фигуру (рис.1,е).

Рисунок 1. Определение величины отклонения формы

Отклонения профиля продольного сечения — характеризуются непрямолинейностью и непараллельностью образующих:

• Конусообразность – отклонение профиля, при котором образующие прямолинейны, но не параллельны (рис. 2,а);
• Бочкообразность — отклонение профиля, при котором образующие непрямолинейны, а диаметры увеличиваются от краёв к середине сечения (рис. 2,б);
• Седлообразность — отклонение профиля, при котором образующие непрямолинейны, а диаметры уменьшаются от краёв к середине сечения (рис. 2,в).

Рисунок 2. Отклонения профиля продольного сечения

Рисунок 3. Отклонения расположения

Отклонения расположения характеризуется отклонением реального расположения поверхностей (осей) от их номинального расположения:

• Торцовое биение – разность D наибольшего и наименьшего расстояний от точек реальной торцовой поверхности, до плоскости, перпендикулярной базовой оси вращения (рис. 3,а);
• Радиальное биение – разность наибольшего и наименьшего расстояний от точек реальной поверхности до базовой оси вращения в сечении, перпендикулярном этой оси;
• Неперпендикулярность осей или оси и плоскости – расстояние D (Рис. 3,в) между осями или осью и плоскостью на заданной длине; Например: =0,025 мм на 100 мм длины.
• Непараллельность оси вращения и плоскости – разность А-В наибольшего и наименьшего расстояний между осью и прилегающей плоскостью на заданной длине (Рис. 3,г);
• Несоосность – наибольшее расстояние D (Рис. 3,е) между осью рассматриваемой поверхности и осью базовой поверхности на всей длине рассматриваемой поверхности или расстояние между этими осями в заданном сечении.

Факторы, определяющие точность обработки

Погрешность обработки — Отклонение параметров реальных поверхностей детали от заданных на чертеже ещё называется погрешностью. В результате несоответствия действительных движений заготовки и инструмента движениям, предусмотренным кинематической схемой станка, возникает погрешность обработки.

В состав погрешности обработки входят:

• погрешность работы станка, возникающая вследствие неточности кинематической схемы станка и его отдельных узлов;
• погрешность настройки, возникающая от неправильности взаимного расположения инструмента и заготовки, а также от неточности регулировки упоров и остановов.

Погрешность настройки складывается из:

• неточности настройки режущего инструмента;
• износа режущего инструмента;
• упругих деформаций технологической системы станок—приспособление—инструмент—деталь (СПИД);
• температурных деформаций узлов станка, обрабатываемой заготовки и режущего инструмента.

Рисунок 4.

Точность настройки станка и режущего инструмента

При смещении резца на размер а вверх-вниз относительно оси станка (рис. 4) диаметр D заготовки увеличивается.

Биение вращающихся центров станка приводит к биению обрабатываемых поверхностей заготовки относительно оси центральных отверстий. При перестановке обработанной заготовки на другой станок с другим биением центров может возникнуть отклонение от соосности у заготовок, обрабатываемых в разных условиях.

Жёсткость технологической системы

Жёсткостью технологической системы называют отношение радиальной силы резания Py, направленной перпендикулярно обрабатываемой поверхности, к смещению y режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности заготовки в том же направлении:

Под влиянием силы резания возникает упругая деформация элементов технологической системы СПИД (изгиб и сжатие резца, изгиб заготовки и т.п.). Если бы под действием сил резания заготовка и инструмент не деформировались, то обработанная поверхность имела бы форму цилиндра диаметром d (рис.5).

Однако, в результате упругих деформаций резца и заготовки диаметр обработанной поверхности будет отличаться от заданного на величину погрешности — . Эта погрешность тем больше, чем больше величины сил , чем больше вылет резца. В различных точках обрабатываемой поверхности жёсткость технологической системы различна. Например, при консольном закреплении в 3-х кулачковом патроне жёсткость детали будет уменьшаться по мере удаления от патрона. Следовательно, при обработке с продольной подачей стрелка прогиба детали от действия сил резания будет изменяться по длине обработанной поверхности, и мы получим погрешность формы детали — конус вместо цилиндра (см. рис. 6).

Деформации режущего инструмента, зависящие от величины его вылета из резцедержателя, особенно сказываются при растачивании глубоких отверстий (рис. 8).

Повышение жёсткости технологической системы — непременное условие применения высокопроизводительных режимов резания и повышения точности обработки.

Влияние на точность обработки температуры и других факторов

В процессе резания звенья технологической системы нагреваются, что приводит к возникновению температурных погрешностей. Так, вследствие нагрева инструмента удлиняется его режущая часть, что приводит к возникновению погрешности формы и размеров при обработке длинных поверхностей.

Выделение тепла при резании приводит к нагреву обрабатываемой заготовки, причём — чем длиннее заготовка, тем неравномернее она нагревается. Следовательно, изменяется её форма и размеры, что вносит дополнительную погрешность обработки.

Температура нагрева обрабатываемой заготовки зависит от количества теплоты, поступающей в заготовку, которая в свою очередь зависит от массы заготовки, теплоёмкости её материала, режима резания. Чем больше масса заготовки, тем меньше она подвержена температурным деформациям.

При работе станка выделяется теплота из-за трения в узлах и подшипниках, вследствие чего нагреваются детали станка и его механизмы. У токарно-винторезного станка главным образом нагревается передняя бабка. Задняя бабка, суппорт и станина нагреваются незначительно. Ввиду больших масс частей станка происходят медленные температурные деформации, которые незначительно влияют на точность обработки.

Большое влияние на точность обработки оказывает размерный износ режущего инструмента в направлении нормали к обрабатываемой поверхности. Величина износа зависит от пути, пройденного резцом за период его стойкости, т.е. пути резания:
[м], где скорость резания, м/мин.

Характеристикой интенсивности размерного износа является относительный износ (мкм), т.е. размерный износ приходящийся на 1000 м пути резания:

Рисунок 9.

Рисунок 10.

Относительный износ имеет сложную зависимость от скорости резания (см. рис. 9). В зоне низких скоростей (50 м/мин) он довольно велик; при возрастании скорости резания он уменьшается, достигая минимума при оптимальном значении . Дальнейшее возрастание скорости резания приводит к увеличению относительного износа.

Зависимость скорости изнашивания от времени работы инструмента имеет следующий вид (см. рис. 10). В начале работы резец изнашивается значительно интенсивнее. Начальный износ можно учесть, прибавляя к пути резания длину .

Тогда размерный износ может быть определён по формуле:

Источник

Точность обработки деталей на станках: определение понятия, характеристики отклонений от заданных параметров

Любое производство всегда должно соответствовать определенным параметрам. И одно из них – это точность обработки деталей. От этого аспекта зависит сразу множество факторов. Эксплуатационный срок продукции, возможность осуществления замены, темпы и эффективность финальной сборки машинным методом. Без соответствия нормам обеспечить процесс бесперебойного производства просто невозможно. Ведь при темпах выпуска готовых агрегатов детали проходят через машину даже не за минуты, а за секунды. И любое изменение станет критичным, особенно если для установки метиза придется его дополнительно подгонять слесарным методом.

Понятие о точности обработки

Под этим термином принято подразумевать соответствие детали установленным чертежом параметром. Этот аспект касается формы, размеров, корректности взаимного расположения частей, состоянию поверхности (уровень шероховатости или ее полное отсутствие).

Добиться 100% соответствия на самом деле не представляется возможным. Всегда будут наличествовать отступления в некоторой степени. Поэтому важным параметром становится допуск. В одной партии деталей он возможен до сотых миллиметра, в другой — до десятых долей Мкм.

Соответственно, необходимо уместиться в заданный диапазон. И это становится возможным при сочетании высококачественного оборудования и квалифицированных специалистов, осуществляющих работу. Ведь некоторые станки просто изначально имеют погрешность, которая не позволит подогнать метиз под параметры допуска. Только при случайном результате. В итоге чем жестче становятся требования, тем более дорогостоящим становится производство. И материалы, и само оборудование, используемые в процессе, будут дороже. Не говоря уже про оплату труда высококвалифицированных кадров. Величина отклонений показывает тот факт, насколько высокие требования к взаимозаменяемости. Чем они выше, тем точнее придется подгонять детали. И уровень квалитета вырастает соответственно. Чтобы приобрести необходимое техническое обеспечение с высокими качественными показателями, обращайтесь в нашу компанию «Сармат». Мы предоставляем широкую линейку станков металлообрабатывающего оборудования.

Так в различных отраслях для эффективности существуют нормативы, на которые необходимо ориентироваться. Это ГОСТы, в частности, для этого аспекта характерен документ 7713-55.

Допуск изначально указывается в самом чертеже, он обозначается знаком плюса или минуса. Что показывает, в какую именно сторону допустимо выйти за грани значений, указанных схемой. Посмотрим на примере. Длина деревянного бруска в документации указывается, как 20-0.4мм. В этом случае мы понимаем, что заданный размер – 20 миллиметров, но если ошибка будет в меньшую сторону на 0.4, то деталь все равно будет в зоне допуска. То есть, 19.6 мм – это нормально. Также при размерах, указанных как 30+0.3мм, мы можем отклониться на определенный отрезок от примера. Выточить брусок длиной 3.3мм. Но любое отступление свыше этого параметра – будет уже серьезным нарушением, что спровоцирует повторную работу.

Так, мы можем выявить, что такое точность обработки — определение звучит, как соответствие в определенном диапазоне квалитета параметрам размера, геометрической формы, структуры поверхности, расположения составных частей по отношению друг к другу у готовой детали и чертежа. И основной целью всего этого понятия мы назвали возможность осуществления автоматического производства и сборки. И чем корректнее получилось изделия, тем в более скоростных процессах дальнейшего производства оно способно принять участие. Степень соответствия – прямой показатель качества. Наличие необходимости механической доработки любым методом – это серьезная ошибка, нарушение в процессе изготовления. А если погрешность станка для указанного уровня квалитета вполне укладывается в диапазон, значит, неточность стала следствием человеческого фактора. То есть, банальной халатности или некомпетентности оператора.

Характеристика точности обработки

Разберемся в базовых терминах, которые характеризуют понятие. Первый из них – это номинальный размер. Это параметр длины, ширины, высоты указанный в начальной документации. На схеме, по которой идет производство. Он обычно заявляется с отступлениями, но они не считаются его частью. Так, при значениях в 35-05мм номинальным размером будет только первое. Соответственно, 25 миллиметров.

А вот действительным уже называют размер, полученный после процесса производства. Он выявляется с помощью измерения получившегося метиза. И для выяснения необходимости дальнейшей доработки, нужно обращаться к еще одному понятию — предельный размер. Он уже указывается, как номинальное значение с отклонением. В нашем примере – это 34.5 мм. В большую сторону, 35.5 мм. Диапазон между этими параметрами считается допуском.

Но допустимые изменения также могут быть верхними и нижними. Разность между предельными и номинальным размером определяется в большую сторону либо в меньшую, исходя из вектора предела. Так, при 35-05мм у нас 35 – 34.5 = 0.5, получается положительный знак, верхний предел. А при 35+0.5 мм, выходит 35 – 35.5 = — 0.5, наблюдается нижний.

Взаимозаменяемость деталей

При современных темпах производства на сбор конструкций отводятся максимально урезанные сроки. Машины работают в активном ритме. Это характерно для сбора велосипедных, мотоконструкций, машиностроения, двигателей и во множестве иных областей. И для проведения подобных процессов нужно огромное внимание уделить тому, подходят ли метизы по уровню квалитета. В противном случае это скажется на скорости. Останавливать производственный процесс для подгонки изделий никому не захочется.

И по итогу, точность обработки детали – это:

• • Возможность удешевить финальный и смежный этап сбора конструкций.
• • Способ снизить конечную себестоимость продукции.
• • Метод повышения скорости деятельности в десятки раз.
• • Экономия человеческих ресурсов с помощью уменьшения работы, направленной на подгонку.

Также этот аспект исключительно важен в вопросах ремонта. Ведь взаимозаменяемость тут тоже становится центральным фактором. Если сломанную деталь невозможно заменить на новую без подгонки, значит:

• • Процедура окажется значительно дольше.
• • Стоимость работы вырастет в разы.
• • Деталь теоретически может настолько отклониться, что даже после подгонки не встанет нормально.
• • Процесс не сможет провести непрофессионал. А по статистике, очень часто замену производит владелец самостоятельно. И если такой возможности у него не будет, то он крайне неохотно будет приобретать подобный товар.

Сопряжение

Еще один важный аспект. Точность обработки поверхностей детали демонстрирует свою важность как раз в сопрягаемых элементах — тех, что соприкасаются друг с другом поверхностями на определенной площади. Помимо того, что они обязаны быть взаимозаменяемыми, стоит понимать, что сопряжение требует идеально подобранной поверхности. В противном случае появится повышенное трение, неучтенный расход энергии, ведь метизы будут тормозить ход. А также сильно пострадает эксплуатационный срок. При интенсивной работе особенно. В этом ракурсе срок службе может быть снижен в десятки раз. Что опять же, ударит по экономике предприятия.

Как видно, практически все изменения в первую очередь наносят урон экономической составляющей. Корректное соблюдение параметров – это отличный способ сократить издержки. Да и стоит понимать, что сильные отклонения – это шанс получить санкции от контролирующих органов, в частности, Роспотребнадзора. Ведь полученная продукция не будет соответствовать заявленной по начальной сделке. А это скажется в форме нарушений прав конечного потребителя.

Зазоры и натяги

При наличии широких диапазонов допуска, это вполне расхожая ситуация. В принципе понятие точности обработки деталей тесно связано с ними.

Чтобы понять, что это такое, представим брусок из металла или дерева с размерами в 30-02мм. И он должен быть помещен в паз, предназначенный для него. Но габариты этого слота следующие – 30-0.2+0.2мм. Что получится после того, как мы поместим туда брусок? В лучшем случае их характеристики будут идеально соответствовать. Тогда это не наш случай. Гораздо чаще возникает ситуация, когда брусок окажется меньше, чем паз. Теоретически он слот может оказаться больше на 0.4мм. А значит, объект будет вполне свободно двигаться. Его допустимо прижать к одной или другой стороне. Такая постановка как раз и называется свободной.

Но вполне часто появляется и обратная ситуация. Собственно, если слот окажется меньше, чем брусок. Опять же игра с допустимыми габаритами. И заметьте, все в пределах ГОСТа и квалитета чертежа. Вставить объект напрямую не получится, он слишком большой. Придется забивать его, заталкивать, прессовать. Суть в том, что зазор будет отрицательным.

Обе ситуация не несут положительного эффекта. Но это тот минус, с наличием которого придется смириться. И чем выше диапазоны допускаемых значений, тем сильнее будут натяги и зазоры. Получается этакий баланс. Чем лучше подогнаны метизы, чем меньше проблемы со сбором. Но дороже само производство, станки, сотрудники. А если удешевить работу, то переплатить придется в правке зазоров и натягов. Исходя из этого и дается определение понятию точность обработки. Получается, своего рода и некий механизм, позволяющий найти баланс между экономическими затратами и получаемой выгодой.

Посадка изделий

Это способ соединения метизов. Он характеризуется как наличием свободы движения, так и ее отсутствием. Все зависит от того, насколько габариты двух составных частей соответствуют друг другу. Обычно подразумевается один метиз, который помещается в паз или слот.

Посмотрим, как у нас будет меняться посадка, если изначальные размеры не соответствуют объектам. То есть, появляется зазор или натяг. И каким образом это может сказать на дальнейшем процессе сбора.

Посадка с зазором

В части случаев это строго необходимое требование. Как вариант, шпиндель на подшипниках во фрезерном станке. Тут зазор положен по регламенту. Но небольшой. А вот при размещении колец на отправке в том же агрегате, положен серьезная свобода. И если поменять их местами, то шпиндель не сможет нормально работать на скорости. А кольца не дадут ход, слишком туго затянувшись.

Получается, что, отклоняясь от норм зазора, проблемы становятся еще неприятнее, чем при обычном выходе метиза за пределы допуска.

Посадка с натягом

Обратная ситуация. Тут значение расхождений не так важно, при работе ощущается гораздо менее явно. Но есть свой нюанс. Ведь если натяг в итоге получится слишком крупным, то поместить изделие в паз будет невозможно. Подогнать пару десятых миллиметра – это вполне реализуемо даже без специальных приспособлений. А вот справиться с расхождением в 0.7-1 мм, просто нереально. Придется заново снимать стружку, иначе оба объекта при прессовке деформируются или треснут. Зависит от материала, который был задействован при их создании.

Точность обрабатываемых деталей по классам

Мы уже поняли, насколько важно, чтобы вышедшее из-под станка изделие соответствовало параметрам, заявленным чертежом. Но эта значимость в различных случаях отличается. Легко понять, что черенок от граблей не обязан быть подходящим по размеру под стальную часть до сотой Мкм. И при этом составляющие станка должны быть очень точно подобраны, не выходить за размерные рамки. А ювелирные весы имеют и еще более высокие требования. Все подстраивается под конечную цель финального прибора. И в зависимости от этого фактора, принято выявлять классы. И их сейчас по современным регламентам ровной десять штук. И к высокоточным относится ровно половина — с первого по пятый. К диапазону среднего уровня принадлежат шестой и седьмой класс. А оставшиеся три считаются неточными.

Перед установкой настроек для работы важно не только обращать внимание на схему, точные значения, но и класс. Хотя этот фактор зачастую учитывается при формировании чертежа. Но уточнить на всякий случай все же стоит. То есть, получается новый алгоритм, как определить точность обработки детали на станке. Не только указанные диапазоны изменений в чертеже имеют значение, но и характеристика по классу.

Применение по областям

Указанные выше группы используются повсеместно. Сейчас чуть меньше, ведь появились и иные ориентиры. А вот еще 25-30 лет назад это были главные факторы, на которые все ориентировались при определении отклонений.

Посмотрим, где сейчас используются классы:

• • 1 – это высокоточные и измерительные приборы. Обычно в сфере работают только лучшие специалисты с высокой квалификацией.
• • 2-3 – зачастую машиностроение и создание различных станков.
• • 4-5 – техника для сельского хозяйства, крупная строительная.
• • Грубые метизы. В основном литые.

Причины неточностей

Мы уже частично упоминали эти факторы. Но давайте скомпилируем полученные знания. Неточность зачастую возникает:

• • При ошибках, халатном отношении сотрудника.
• • Ввиду недостатка квалификации работника. Он просто не способен работать с данным классом.
• • Из-за серьезных погрешностей станка. Обычно, если на нем пытаются выполнить более тонкую работу, чем та, на которую он рассчитан.
• • При банальной экономии на расходниках.
• • Ошибки в начальной документации, некорректный чертеж.
• • Неправильные условия производства, нарушен температурный режим, уровень влажности.

Таблица допусков

При работе с деревом обычно заявленные требования становятся ниже, чем для стали. Ведь этот материал подразумевает наличие различных неровностей после процедур, шероховатостей, деформаций по годовым кольцам или возможных микротрещин. Диапазоны у них более щадящие. Да и доработка проводится легче. При этом существует определенный запас для натяга. Деформация древесных волокон происходит проще, чем стальных элементов.

В данной таблице приведены значения исключительно для древесного материала, шпона, массива. Для финальной сверки используются различные измерительные инструменты. Линейки, штангенциркули и обычные метры.

Источник