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.