Погрешности, возникающие при механической обработке

Вариант 2. 
ПОГРЕШНОСТИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ.

1.- Систематические. Они в свою очередь делятся на постоянные и закономерно изменяющиеся.

2.- Случайные.

Систематические постоянные погрешности.

Остаются неизменными для каждой детали и для партии деталей в целом. Они вызываются постоянно действующими факторами. Характерными их примерами  являются погрешности вызванные неточностью изготовления режущего инструмента (сверла, зенкера, развертки и др.), геометрической неточностью станка и др. Определить величину такой погрешности можно как непосредственным измерением тех элементов, которые являются причиной, так и путем измерения партии обработанных деталей.

Систематические закономерно изменяющиеся погрешности.

Могут оказывать влияние на точность непрерывно в процессе всей обработки либо периодически. Например, погрешности, вызываемые размерным износом инструмента влияет непрерывно, а погрешности от температурных деформаций влияют периодически.

Случайные погрешности.

Для разных заготовок данной партии  имеют различные значения и их появление не подчиняется видимой закономерности. Они вызываются обычно случайными факторами, действующими независимо друг от друга. Определить заранее момент появления и точную величину ее для конкретной обрабатываемой партии деталей невозможно. Например, погрешности, которые вызываются деформациями системы СПИД в результате в результате нестабильности сил резания, погрешности установки, настройки (для нескольких настроек). В настоящее время теоретически не всегда может быть объяснена причинно-следственная связь между погрешностью (случайной) и факторами ее вызывающими. Например, невыяснены факторы, вызывающие отклонение размеров отверстий при обработке их одной разверткой. Из-за случайных погрешностей размеры деталей в партии получаются  различными, т.е. имеет место рассеивание размеров. Определение точности обработки (определение погрешностей) может  производиться  как путем аналитических расчетов, так и опытно-статистическим методом (путем  определения действительных погрешностей деталей).

В некоторых случаях при внедрении новых техпроцессов и оборудования при невыясненной причинно-следственной связи опытно-статистическое исследование точности оказывается единственно возможным. Проявление случайных и некоторых закономерно изменяющихся погрешностей в практике технологии машиностроения  с достаточной точностью подчиняется характерным законам распределения величин теории вероятностей и математической статистики.

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. Основными причинами, вызывающими погрешности при обработке деталей гиромоторов, являются погрешности:

1) от неточности станка и инструмента;

2) вызываемые деформацией упругой  системы станок — деталь—  инструмент;

3) вызываемые температурными деформациями;

4) от деформаций, возникающих под  влиянием внутренних напряжений  в деталях;

5) измерения;

6) из-за износа лезвия инструмента, неточности его формы, размеров  и установки (суммарные).

Погрешности от неточности станка и инструмента

Обычно при проверке на точность станков пользуются соответствующими ГОСТ — «Нормами точности», в которых указываются методы проверки отдельных узлов и полностью станка. У токарных станков проверяются следующие элементы геометрической точности:

— радиальное и торцовое биение шпинделя;

— прямолинейность и параллельность направляющих;

— параллельность оси шпинделя направлению движения стола каретки;

— перпендикулярность плоскостей, геометрических осей и различных элементов станка.

Установленные нормы биения шпинделя токарных станков не удовлетворяют требованиям точности обработки корпусов и крышек некоторых очень точных гидромоторов. Для их обработки, путем регулировки и подтяжки скользящего подшипника шпинделя, доводят его биение до величины, не превышающей 2 мк, при которой обеспечивается необходимая точность обработки корпусов и крышек.

Причины, вызывающие погрешности механической обработки, за висят от многих факторов. Важнейшие из них следующие:

1) неточность станков вследствие  погрешностей в размерах и  формах деталей станков, деформации  их элементов под действием  сил резания и нагрева трущихся  частей станка, погрешностей в  работе автоматических устройств, управляющих работой станков;

2) неточность форм и размеров  рабочих инструментов и приспособлений, их износ, неточность их расположения  на станках, деформация под действием  сил резания и нагрева в  процессе обработки заготовок;

3) неточность установки заготовок  на станках, деформации этих заготовок  под действием сил резания, нагрев  при обработке и вследствие  перераспределения в них внутренних  напряжений, происходящих при обработке, несовпадение измерительных баз  с установочными;

4) погрешности в процессе измерения, вызываемые неточностью измерительных  инструментов и устройств, их  износом, а также влиянием субъективных погрешностей в оценке рабочих показаний измерительных инструментов и устройств.

2. Припуски на механическую обработку.

Заготовка, предназначенная для дальнейшей механической обработки, изготавливается с припуском на размеры готовой детали.

Припуск - это излишек материала, необходимый для получения заданных размеров и чистоты поверхностей деталей. Разность размеров заготовок и детали определяет величину припуска.

Припуски делят на общие и межоперационные. Общий припуск снимают в течение всего процесса обработки данной поверхности от размера заготовки до размера готовой детали. Межоперационный припуск удаляют при выполнении отдельной операции.

Величина припуска зависит от ряда факторов: материал заготовки и способ ее изготовления, размеры заготовки, требования в отношении качества поверхности и точности размеров детали.

На сегодняшний день существующие методы расчета припусков представлены опытно-статистическим, расчетно-аналитическим и интегрально-аналитическим методами. Каждый из этих методов имеет как преимущества, так и недостатки. При определении припусков на обработку необходимо стремиться к их уменьшению, но в разумных пределах, что бы его было достаточно для устранения погрешностей и дефектов предыдущей обработки. В связи с широким распространением в современном производстве компьютерных технологий и систем автоматизированной подготовки производства, использование таблиц и справочников для определения припусков снижает эффективность работы технолога, поэтому возникает необходимость в методе определения припусков, ориентированном на САПР ТП. Целью исследования является автоматизация расчета припусков на обработку заготовок деталей машин.

Для достижения цели работы, необходимо решить следующие задачи:

-опытно-статистическим и расчетно-аналитическим  методом определить величины  припусков на обработку для  различных интервалов размеров  заготовок цилиндрической формы, получаемых следующими методами: литье, штамповка, ковка;

-по полученным данным построить  графики распределения припуска  в зависимости от количества  стадий обработки детали;

-выполнить анализ полученных  результатов, выявить зависимость  распределения припусков по этапам  обработки;

-определить факторы, влияющие на  характер распределения припусков  по этапам обработки;

Объект исследования - припуски на механическую обработку заготовок.

Припуском на обработку называется слой металла, подлежащий удалению с поверхности заготовки в процессе обработки для получения готовой детали.

Размер припуска определяют разностью между размером заготовки и размером детали по рабочему чертежу; припуск задается на сторону.

Припуски подразделяют на общие, т. е. удаляемые в течение всего процесса обработки данной поверхности, и межоперационные, удаляемые при выполнении отдельных операций.

Общий припуск на обработку равен сумме межоперационных при пусков по всем технологическим операциям — от заготовки до размера.

Межоперационный припуск равен сумме припусков, отведённых на черновой, получистовой и чистовой проходы на данной операции.

3. Выбор заготовок деталей машин.

Заготовкой называют исходный материал, из которого должна быть выполнена заданная деталь. 
Выбрать заготовку значит: 
1. Установить способ ее получения;

2.Наметить припуски на обработку каждой поверхности;

3.Рассчитать ее размеры;

1. При выборе заготовки для заданной детали назначают метод ее получения ,определяют конфигурацию, размеры, допуски, припуски на обработку и формируют технические условия на изготовление. По мере усложнения конфигурации заготовки, уменьшения
2. Напусков и припусков, повышении точности размеров и параметров расположения поверхностей усложняется и удорожается технологическая оснастка заготовительного цеха и возрастает себестоимость заготовки, но при этом снижается трудоемкость и себестоимость последующей механической обработки заготовки, повышается коэффициент использования материала. Заготовки простой конфигурации дешевле, так как не требуют при изготовлении сложной и дорогой технологической оснастки, однако такие заготовки требуют последующей трудоемкой обработки и повышенного расхода материала.
3. Заготовки деталей получают литьем, ковкой, штамповкой, сваркой, прессованием, прокаткой, волочением. Заготовки бывают металлические и неметаллические.
4. Неметаллические заготовки в основном получают из пластмасс — синтетических веществ органического происхождения методом литья, прессования и выдавливания (экструзии)

Заготовка - предмет производства, из которого изменением формы, размеров, шероховатости поверхностей и свойств материала изготовляют деталь или неразъемную сборочную единицу (ГОСТ 3.1109-82*). 
Исходной заготовкой называется заготовка перед первой технологической операцией. 
Одно из основных направлений развития технологии механической обработки - использование заготовок с такими конструктивными формами, которые позволяют применять наиболее рациональные и экономичные способы их обработки на металлорежущих станках, т.е. способы, обеспечивающие наивысшую производительность и наименьшие отходы металла. 
Выбрать заготовку - это значит установить ее рациональную форму и размеры, допуски и припуски на обработку, способ получения, а также ряд других параметров, обусловленных дополнительными техническими требованиями и условиями. 
В поточно-массовом и серийном производстве стремятся приблизить конфигурацию заготовки, точность ее размеров и качество поверхностей к готовой детали, что резко сокращает объем механической обработки; коэффициент использования металла Ки.м достигает 0,7...0,8 и более. В условиях мелкосерийного и единичного производства требования к конфигурации заготовки менее жесткие, а желательная величина Ки.м > 0,6. 
В машиностроении в качестве заготовок наиболее часто употребляют отливки, поковки, заготовки, получаемые непосредственно из проката и с применением сварки, сварные комбинированные, металлокерамические и пр.  
Под заготовкой подразумевают предмет производства, из которого посредством изменения формы, размеров, шероховатости поверхности и свойств материала изготовляют деталь или неразъемную сборочную единицу (ГОСТ 3.1109-73). В качестве заготовок деталей машин применяют:

Прокат. Для изготовления деталей машин широко применяется сортовой прокат круглого, шестигранного, квадратного и другого сечения. В зависимости от требований к детали и от условий закрепления при обработке используются горячекатаные или калиброванные прутки разной степени точности.

 - Последние применяются при обработке на автоматах и при сохранении в готовой детали необработанных поверхностей. В условиях крупносерийного и массового производства целесообразно использовать прокат специальных профилей, так как при этом значительно сокращается механическая обработка. Механической обработке заготовок из проката предшествуют правка и отрезка. Отрезка заготовок производится на токарных и токарно - отрезных станках, дисковых, ленточных и ножовочных пилах, -кривошипных и эксцентриковых прессах. При выборе способа-отрезки заготовки учитывают экономическую целесообразность применения того или иного способа.

Заготовки из листового проката отрезают от листа или полосы на гильотинных ножницах, пресс-ножницах, при помощи газовой резки по предварительной разметке или на специальных машинах, работающих по копирам, позволяющим одновременно вырезать несколько заготовок с достаточно высокой точностью. Заготовки деталей из листового металла (плоские детали разной конфигурации) изготовляют путем вырубки, гибки, вытяжки и совмещения этих методов. Штамповку целесообразно применять при изготовлении значительного количества деталей; при этом стоимость изготовления штампов компенсируется снижением затрат на изготовление-- деталей.

Поковки (свободной ковки) применяют для деталей сложной конфигурации большого сечения или для деталей, имеющих большую разницу в сечениях по длине (шестерни, диски, ступенчатые и фланцевые валы). Поковки изготовляют на пневматических и паровоздушных молотах и гидравлических прессах из сортового проката или из слитков. Допуски на размеры поковок, изготовленных свободной ковкой на прессах, составляют-12—72 мм в зависимости от конфигурации и размеров поковки — (ГОСТ 7062—79). Свободной ковкой получают заготовки в индивидуальном и мелкосерийном производстве в тех случаях, когда при применении проката расходуется большое количество металла на стружку, а также для повышения механических свойств материала.

Штамповки. Штампованные заготовки используют для производства деталей сложной конфигурации. При штамповке в закрытых штампах форма и размеры заготовок определяются формой и размерами ручьев штампа. В закрытых штампах можно получить детали сложной конфигурации (с ребрами, выступами, изгибом). Производительность труда составляет 200—400 деталей в час. Высокая точность заготовок позволяет значительно уменьшить припуски на обработку. Штамповка в закрытых штампах применяется только при значительном количестве деталей в серии. Это объясняется высокой стоимостью ковочных и обрезных штампов. Штамповки изготовляют на паровоздушных и фрикционных молотах, на фрикционных, кривошипных и гидравлических прессах и на горизонтально-ковочных и ротационных машинах. При небольших сериях штамповки могут быть изготовлены в подкладных штампах на ковочных молотах. На горизонтальных ковочных машинах изготовляют детали типа клапанов, валов с фланцами, валов шестерен, втулок, рычагов. При этом можно получить заготовки без штамповочных уклонов или с очень малыми штамповочными уклонами, с прошитыми глухими или сквозными отверстиями, а также заготовки с большой разницей сечения по длине. Припуски на штампованных заготовках принимаются в пределах 0,5—5 мм и зависят от способа изготовления и размеров детали; допуски на изготовление обычно не превышают половины, величины, припуска.

Заготовки из пластических масс производятся из термопластичных и термореактивных полимерных материалов. Для придания изделиям определенных физико-механических свойств полимерные материалы прессуются с различными пластификаторами, отвердителями, красителями и наполнителями. В зависимости от назначения и формы изделий и свойств пластмассы заготовки изготовляют методом прессования на прессах с обогреваемыми пресс-формами, в литьевых и шнековых машинах. Заготовки из пластмасс изготовляют с высокой точностью и чистотой поверхности; обработке подвергаются только отдельные поверхности, которые невозможно выполнить в пресс-формах.

Поковки, штамповки, отливки из чугуна, стали и легких сплавов перед механической обработкой часто подвергают термической обработке:

• нормализации;
• отжигу;
• улучшению;
• старению;
• закалке и т. д.

Это позволяет придать материалу заготовок повышенные механические свойства, улучшить обрабатываемость или устранить внутренние напряжения, возникающие при остывании заготовки и вызывающие коробление поверхности деталей в процессе обработки или эксплуатации.

Вид заготовки оказывает значительное влияние на характер технологического процесса, трудоемкость и экономичность обработки. При выборе заготовки желательно, чтобы ее форма максимально приближалась к форме готовой детали. Это позволяет лучше использовать материал и уменьшить затраты труда на снятие припуска. Однако при усложнении формы и повышении точности заготовок увеличивается стоимость изготовления, так как необходимо применять более сложные и дорогие оснастку и оборудование. Поэтому для изготовления одинаковых деталей различных серий выбирают разные заготовки.

В каждом конкретном случае при выборе заготовки следует определить стоимость изготовления детали с учетом затрат труда, материалов и оснастки.

4.Нормирование  токарных работ.

 Основное время - это время в течении которого происходит процесс резания. Время может быть машинным в том случае, если заготовка и режущий инструмент приводятся в движение при помощи станка; машинно-ручным если движение заготовки приводится станком, а режущий инструмент вручную и ручное время. При расчете основного времени необходимо брать во внимание заточку режущего инструмента, марки обрабатываемого материала, вращение шпинделя и подачи.  
В настоящее время многие нормировщики ставят заниженное время, берут данные из разных справочников, написанных еще в 19.. годах и рабочие часто не укладываются в норму времени при изготовлении продукции. С чем это может быть связано? Один специалист рационализатор попробовал тот или иной метод работы, защитил диссертацию и данные расчеты времени записали в справочник не учтя множество факторов после чего возникает множество споров.  
Неучтенные факторы при нормировании времени: мощность того или иного оборудования, его технические характеристики (на одном станке можно точить до 5мм, а на другом всего лишь до 0,5мм), марка обрабатываемого материала точнее его процентное содержание того или иного компонента, заточку режущего инструмента (углы, канавки).  
Вспомогательное время - это время которое расходуется на установку и снятие заготовки, управление станком и перестановку различных измерительных приборов и инструментов. Определить штучно- калькуляционное время при обработке на токарно-винторезном станке (модель 1К62) детали с припуском под термообработку и шлифование. Шероховатость поверхности со всех сторон- Rа 25. Инструмент- резцы с пластинками Т15К6, Т5К10, сверла из стали Р6М5. Заготовка- поковка. Исходные данные приведены на рис.1 и в табл.10, справочный материал,

выполнено нормирование работ проводимых инженерами - технологами; 
определена трудоемкость заготовительных (литейных, кузнечных и сварочных) работ; 
определена трудоемкость механосборочных работ в целом и по каждой группе металлорежущего оборудования в частности; 
определена численность производственных рабочих, необходимая для выполнения этих работ, а также количество технологического оборудования, для их реализации; 
рассчитана укрупнено, на основе данных по трудоемкости механосборочных работ, себестоимость изготовления машины на типовом машиностроительном предприятии; 
выполнено нормирование станочных (токарных, фрезерных, строгальных, и шлифовальных) работ конкретных деталей; 
выполнено нормирование работ по изготовление пяти, наиболее распространенных в машиностроении нормализованных крепежных деталей, выпускаемых в условиях мелкосерийного производства. 
Трудоемкость работ, основное время, подготовительно-заключительное время, время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности, штучно-калькуляционное время.  Режим работы на том или ином токарном оборудовании определяет эффективность деятельности предприятия. Происходит снижение затрат на изготовление деталей, потому техническое нормирование токарных работ крайне важно, независимо от масштабов производства. Рационально подобранный режим резания способен свести к минимуму потери при изготовлении тех или иных деталей.  
   Как правило, речь идет о скорости, глубине резания и подаче. Каждый параметр, независимый сам по себе, связан с остальными моментами. Специалистам известно, например, что снижение скорости на 20% (приблизительно) обусловлено тем, что резание деталей на станках происходит без охлаждения.