Погрешности установки. Точность обработки

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.……………………………………………………………….………3

1. Погрешность установки  заготовки…………………………………….……...4

1.1. Погрешность базирования……………………………………….………..5

1.2. Погрешность закрепления……………………………………….………11

1.3. Погрешность приспособления……………………………………….….12

2. Точность обработки, общие  положения………………………………….….14

2.1. Классификация погрешностей  обработки.………………………….…..15

2.2. Сведения о технологическом  процессе обработки 

деталей (заготовок)…………………………………………………….………...16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….……….20

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………….21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Качество полученной после обработки детали характеризуется точностью обработки. От того, насколько точно будет выдержан размер и форма детали при обработке, зависит правильность сопряжения деталей в изделии и, как следствие, надежность изделия в целом. Так как обеспечить абсолютное соответствие геометрических размеров детали после обработки требуемым значениям невозможно, вводят допуски на возможные отклонения.

Технологическую систему характеризуют следующие основные погрешности:

- Установки заготовок  в приспособлении с учетом  колебания размеров баз, контактных  деформаций установочных баз  заготовки и приспособления, точности  изготовления и износа приспособления.

- Колебания упругих деформаций  технологической системы под влиянием нестабильных нагрузок, действующих в системе переменной жесткости.

- Наладки технологической  системы на выдерживаемый размер.

- Износа режущего инстумента.

- Износа станка.

- Колебания упругих обьемных  и контактных деформаций элементов технологической системы вследствие их нагрева при резании, трения подвижных элементов системы, изменения температуры в цехе.

В данной работе наиболее подробно рассмотрены виды погрешности установки заготовки, а также указаны общие положения о точности обработки детали (заготовки).

 

 

1. Погрешность установки  заготовки

 

При механической обработке на заготовку действуют силы резания, поэтому ее необходимо надежно закрепить.

Под установкой заготовок понимается процесс базирования и закрепления заготовок в приспособлении для её обработки, сборки или контроля.

При установке заготовки в приспособлении возникает погрешность установки. Под погрешностью установки понимается отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при установке от требуемого.

Погрешность установки определяется по формуле:

εу = εб + εЗ + εпр

Формула представляет собой векторное выражение, которое значит, что отдельные составляющие (погрешности базирования, закрепления и приспособления) могут как увеличивать погрешность установки, так и уменьшать её. Это зависит от знака этих погрешностей.

Значение погрешности установки в таком случае определяется по следующей формуле:

 

 

 

1.1 Погрешность базирования

 

Погрешность базирования - это отклонение фактически достигнутого положения заготовки при базировании от заданного, или требуемого.

Погрешность базирования возникает в следующих случаях:

1. При несовпадении измерительной  и технологической баз (пример 1.1 и 1.3);

2. При смещении измерительной  базы, вызываемом смещением технологической базы (пример 1.2).

Пример 1.1: Фрезерование паза призматической детали в размеры A и B с использованием концевой фрезы (рис. 1.1.1).

Рисунок 1.1.1. Фрезерование паза призматической детали: 1, 2 - обрабатываемые поверхности; A, B - размеры обработки; C, D - габаритные размеры заготовки; 3, 4 - свободные поверхности; 5, 6, 7 - базовые поверхности.

Перед механической обработкой заготовки на настроенном станке (С, Кс, М производства), режущий инструмент (на рис. 1.1.1 - концевая фреза) настраивается на размеры обработки (на рис. 1.1.1 - размеры A и B), а затем проводится обработка всей партии заготовок (n > 2 шт.). В результате такой "массовой" обработки погрешность базирования входит в допуск на выполняемый размер. Поэтому важно исключить погрешность базирования из процесса обработки.

При нахождении погрешностей базирования необходимо учитывать выбранную схему базирования.

Комплект технологических баз (рис. 1.1.1):

     - установочная  технологическая база (опорные точки 1, 2, 3);

     - направляющая технологическая база (опорные точки 4, 5);

     - опорная технологическая  база(точка 6).

Анализ погрешностей базирования проводится для всех размеров обработки.

В данном случае (рис. 1.1.1) проводится фрезерование паза в размеры A и B.

Анализ погрешностей базирования (рис. 1.1.1):

1. Погрешность базирования  размера A равняется нулю, т.к. измерительная база (поверхность 6) совпадает с технологической базой (поверхность 6). Краткая форма записи этого выражения:

Размер A измеряется между поверхностями 6 и 2, при этом положение поверхности 6 не изменяется, а положение поверхности 2 изменяется при обработке и определяется допуском ITA на размер A.

Поверхность 6 - технологическая база, т.е. поверхность, по которой деталь устанавливается в приспособление.

Поверхность 6 - измерительная база, т.е. поверхность, от которой измеряется полученный размер.

 

2. Погрешность базирования  размера B не равняется нулю, т.к. измерительная база (поверхность 3) не совпадает с технологической базой (поверхность 5):

Положение поверхности 5 остаётся неизменным, а положение измерительной базы (поверхности 3) зависит от размера D и формирует погрешность базирования на размер B:

Вывод: погрешность базирования равна сумме допусков размеров, связывающих измерительную базу с технологической базой.

Чтобы исключить погрешность базирования на размер необходимо при выборе схемы базирования устанавливать опорные точки на измерительные базы.

Так на рисунке 1.1.2 показаны два варианта назначения схемы базирования: в одном случае погрешность базирования возникает, а в другом нет.

Рисунок 1.1.2. Фрезерование паза призматической детали: а - погрешность базирования возникает; б - погрешность базирования отсутствует

Погрешность базирования может быть допущена технологом (рис. 1.1.2, а - "допустимо"), если в итоге погрешность установки меньше допуска на выполняемый размер. При этом нужно учитывать то, что на допуск выполняемого размера влияет набор факторов помимо погрешности установки: погрешности оборудования, наладки, режущего инструмента и т.д. Поэтому необходимо исключить погрешности базирования на стадии проектирования технологического процесса.

Пример 1. 2: Фрезерование паза цилиндрической детали в размер A с использованием концевой фрезы. Установка детали производится в призме (рис. 1.1.3).

Рисунок 1.1.3 Фрезерование паза цилиндрической детали

При фрезеровании цилиндрической заготовки (рис. 1.1.3) диаметром Dmin, положение технологической базы определяется точкой b, а при фрезеровании заготовки диаметром Dmax, положение технологической базы переходит в точку b1.

При настройке режущего инструмента на размер A проводилось фрезерование заготовки диаметром Dmax, и положение измерительной базы определялось точкой a1.

При фрезеровании заготовки диаметром Dmin измерительной базой становится точка a.

В конкретном примере, погрешность базирования размера A возникает за счет изменения положения измерительной базы:

Глубина паза A цилиндрической детали, показанной на рисунке 1.1.3, задаётся конструктором от нижней точки, но возможны и другие варианты проставки этого размера: от верхней точки B или от оси детали C. При этом погрешности базирования этих размеров, когда деталь устанавливается в призму по схеме рисунка 1.1.3, будут различаться (рис. 1.1.4).

Рисунок 1.1.4. Варианты простановки размеров на глубину паза, отверстия,

лыски

 

Из рисунка 1.1.4 видно, что максимальная погрешность базирования возникает в случае простановки глубины паза от верхней точки.

Пример 1.3 : Сверление отверстия ступицы в размер A. Установка детали производится на плоскость и цилиндрический палец (рис. 1.1.5).

Рисунок 1.1.5 Сверление отверстия ступицы: а - зазор распределен равномерно; б - зазор распределен с одной стороны; A, Aн - размер наладки сверла; Aф - фактический размер, получаемый при сверлении; d - диаметр цилиндрического пальца; D - диаметр отверстия заготовки

 

На рисунке 1.1.5 два крайних варианта установки заготовки типа "ступица" на плоскость и цилиндрический палец по посадке с зазором:

1. Случай 1 (рис. 1.1.5, а): заготовка  была установлена рабочим ровно по своей оси, при этом погрешность базирования размера A равняется нулю:

2. Случай 2 (рис. 1.1.5, б): заготовка  была сдвинута рабочим к установочной  поверхности пальца, при этом  возникла погрешность базирования, которая характеризуется несовпадением осей заготовки и пальца при установке:

 

1.2. Погрешность закрепления.

Погрешность закрепления - это отклонение фактически достигнутого положения заготовки при закреплении от заданного.

Погрешность закрепления возникает при совпадении направления выполняемого размера с направлением действия силы закрепления за счет упругих и пластических деформаций в местах контакта заготовки с опорой приспособления.

Каждая заготовка при обработке должна быть не только сбазирована, но и закреплена. Силы закрепления воздействуют на заготовку и опорные элементы приспособлений вызывая их собственные и контактные деформации. В результате этих деформаций измерительная база заготовки смещена и возникает погрешность закрепления - εЗ (рис. 1.2.1).

Рисунок 1.2.1. Схема образования погрешности закрепления

Причем эта погрешность закрепления оказывает влияние на размер Н, т.к. измерительная поверхность под действием сил закрепления Q переместится на величину εЗ  из положения 1-1 в положение 2-2. В то же время на размер А погрешность закрепления не оказывает влияние.

В большинстве случаев, т.к. фактическая площадь контакта заготовки с опорными элементами приспособлений на один-два порядка меньше их геометрических размеров, погрешности закрепления будут определяться контактными деформациями.

В технологии машиностроения для таких расчетов достаточно часто используют эмпирическое уравнение

εЗ = CQm,

где С и m - коэффициенты, зависящие от формы опорных элементов приспособления, твердости материала заготовки и качества ее установочной измерительной поверхности. Их значения приведены в справочной литературе.

Силы закрепления могут вызывать отклонение формы получаемой поверхности (рис. 1.2.2)

 

Рисунок 1.2.2. Погрешность формы обработанной поверхности заготовки, вызываемая её закреплением: а) - заготовка до установки на станке, б) - после закрепления в трехкулачковом патроне, в) - после обработки, г) - после снятия со станка.

1.3. Погрешность приспособления.

Третьей составляющей погрешности установки является погрешность приспособления  εпр. Эта погрешность зависит от точности изготовления приспособлений, износа их опорных элементов и от погрешности установки приспособлений на станках, и определяется следующим выражением:

Особенно ярко проявляется влияние погрешности приспособления на точности межосевого расстояния А, обрабатываемых отверстий заготовки 1 при сверлении по кондукторным втулкам 2 (рис. 1.3.1). В данном случае погрешность приспособления полностью переносится на деталь.

Рисунок 1.3.1. Схема установки заготовки при сверлении отверстий по кондуктору

 

2. Точность обработки. Общие  положения

 

Качество машин в значительной мере определяется точностью их изготовления.

Под точностью обработки понимают соответствие размеров, формы и взаимного расположения поверхности, шероховатости требованиям чертежа и техническим условиям.

По ряду причин при любых методах обработки полученное значение параметра отличается от заданного, и разность этих значений называется погрешностью обработки.

Абсолютная погрешность обработки выражается в единицах рассматриваемого параметра и определяется разностью между действительным размером, полученным значением и его начальным или заданным значением:

∆X = Xдейств - Xнач

Отношение (∆X/ Xнач) · 100% называется относительной погрешностью.

2.1. Классификация погрешностей  обработки.

 

Классификацию погрешностей обработки можно условно представить в следующем виде:

- погрешность размеров  ∆d;

- погрешность расположения  ∆р;

- погрешность формы ∆ф;

- шероховатость поверхности  ∆ш;

- волнистость формы ∆в;

Заданные чертежом допуски, ограничивающие отклонения геометрических поверхностей деталей должны обеспечить служебное назначение машины. Эти допуски устанавливаются в соответствии со стандартами. Стандарты единой системы допусков и посадок (ЕСДП) распространяются на гладкие сопрягаемые и несопрягаемые поверхности и т.д.

Степени точности по единой системе допусков и посадок называют квалитетами. Установлено 19 квалитетов: 01(самый точный);0;1…17(самый неточный квалитет). Допуск квалитета условно обозначается сочетанием прописных букв и номером квалитета.

Термины и определения, относящиеся к основным видам отклонения, допусков и расположения, установлены в ГОСТ.

Под отклонением формы поверхности или профиля понимают отклонение реальной поверхности или реального профиля от формы номинальной поверхности.

Отклонение расположения - отклонение реального расположения рассматриваемого элемента от его номинального расположения.

Существуют суммарные отклонения формы - это отклонения, являющиеся результатом совместного отклонения формы и расположения рассматриваемой поверхности. Например, отклонение от цилиндричности и от округления - отклонения формы; радиальное и торцевое - отклонение от оси.

 

2.2. Сведения о технологическом процессе обработки деталей (заготовок)

 

Чем выше требования к точности изготовления детали, тем сложнее технологический процесс её обработки. Одной из главных задач технолога является обеспечение заданной точности при наименьших затратах труда.

Заданная чертежом точность обработки детали может быть обеспечена двумя принципиально разными методами:

1. Метод пробных рабочих  ходов и промеров.

2. Метод автоматического  получения размеров на предварительно  настроенных станках.

Метод пробных рабочих ходов и промеров характеризуется низкой производительностью и дает точные результаты в том случае, если его использует рабочий высокой квалификации (ремонтное, единичное, мелкосерийное производство).

В серийном и массовом производстве используется метод автоматического получения размеров на предварительно настроенных станках. Этот метод характеризуется высокой производительностью, возможностью многостаночного обслуживания, могут быть привлечены рабочие низкой квалификации.

Независимо от методов достижения заданной точности обработки необходимо знать причины возникновения погрешностей. Основными причинами погрешностей обработки на токарных станках являются: недостаточная точность и жесткость станка; неточность изготовления и недостаточная жесткость режущего и вспомогательного инструмента; погрешности установки заготовки на станке и ее деформация при зажиме или под действием усилий резания и нагрева, погрешности в процессе измерения и др.

 

Рисунок 2.2.1.

 

В процессе обработки система СПИД (станок - приспособление - инструмент - деталь) станка деформируется под действием сил резания. Например, передний центр может сместиться относительно оси 00 ненагруженного станка на величину h1 (рис. 2.2.1), а задний - на величину h2. Деталь при этом прогнется на величину h3, а суппорт с резцом сместится на величину h4. Эти деформации на практике могут проявляться как совместно, так и в отдельности и в результате могут привести к отклонениям формы детали от цилиндричной (рис. 2.2.2).

Рисунок 2.2.2.

 

Для выполнения точностных требований, предъявляемых к готовой детали, последовательность технологических операций назначают, исходя из следующих соображений.

1. Сначала производят  черновую обработку заготовки, при  которой удаляются наибольшие  слои металла. Это позволяет выявить дефекты заготовки и снять с нее внутренние напряжения, вызывающие деформации. Все операции черновой обработки требуют значительных сил резания, значительно влияющих на точность окончательно обработанной поверхности; поэтому их следует выполнять до операций чистовой обработки.

2. Обработку поверхностей, на которых возможные дефекты  заготовок недопустимы, следует  выполнять в начале технологического  процесса при выполнении черновых  операций.

3. Следует в первую  очередь обрабатывать поверхности, при удалении припуска с которых в наименьшей степени снижается жесткость заготовки.

4. Чистовые операции надо  выполнять в конце обработки, так как при этом уменьшается  возможность повреждения уже  обработанных поверхностей.

5. Поверхности детали, связанные между собой точным относительным расположением, необходимо обрабатывать с одной установки и в одной рабочей позиции. При обработке штучных заготовок необходимая точность размеров достигается снятием припуска при последовательных проходах. Перед каждым проходом обрабатываемую поверхность детали измеряют и определяют величину припуска, а затем назначают величину подачи инструмента.  Так повторяют до тех пор, пока фактический размер обрабатываемой поверхности не войдет в пределы допуска на размер по чертежу.

При обработке партии деталей описанным методом обрабатывают только первую деталь, а затем фиксируют взаимное положение механизмов станка и производят обработку остальных деталей партии. Чем выше требования к точности детали, тем выше требования к металлорежущему станку, режущему и вспомогательному инструменту, точности измерения, квалификации рабочего и т. д. То есть получение более высокой точности обработки требует более высоких затрат времени и труда. Поэтому различают экономическую и достижимую точность обработки.

Экономическая точность обработки - понятие условное, определяющее возможность выбора способа обработки деталей с необходимой точностью при минимальных затратах времени и труда. На рисунке 2.2.3 приведена зависимость стоимости обработки детали от точности ее изготовления.

Рисунок 2.2.3.

Достижимая точность - максимальная точность, которая может быть достигнута при обработке детали рабочим высокой квалификации в условиях производства, предназначенных для обработки деталей с заданной точностью. Сравнением экономической и достижимой точности определяют совершенство технологического процесса обработки детали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе рассмотрены составляющие погрешности установки детали (заготовки), приведены примеры расчета данных погрешностей, а также указаны сведения о причинах погрешностей обработки. Эти знания используются при работе на промышленных предприятиях для прогнозирования точности получаемых изделий.

При решении проблемы точности в машиностроении технолог должен обеспечить:

1. Требуемую конструктором  точность изготовления деталей  и сборки машины при одновременном  обеспечении высокой производительности  и экономичности их изготовления.

2. Необходимые средства  измерения и контроля фактической  точности обработки и сборки.

3. Допуски технологических  межоперационных размеров, поставленных  от технологических баз.

4. Исследование фактической  точности установленных технологических  процессов и анализ причин  возникновения погрешностей обработки  и сборки.

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Кован В.М., Корсаков  В.С. Основы технологии машиностроения. – Москва: Машиностроение, 1977.

2.Суслов А.Г. Технология  машиностроения: Учебник для студентов  машиностроительных специальностей  вузов. – 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2007. 430с.

3. Технопом - сайт для технологов-машиностроителей (г.Нижний Новгород). [Электронный  ресурс]: Лекции: Технологическая оснастка.–  Режим доступа: www. technopom.narod.ru