При настройке станка невозможно достичь строго одного и того же настроечного размера. Поле рассеяния настроечного размера называется погрешностью настройки.

При настройке станка первым способом (по пробным заготовкам) погрешность настройки связана с неточностью измерения пробных заготовок и с неточностью регулирования (корректировки) положения инструмента.

Если принять, что составляющие изменения и регулирования определяются наличием только случайных погрешностей, то суммирование их возможно по правилу квадратного корня. В этом случае при односторонней обработке погрешность настройки

∆н= К √∆²изм+ ∆²рег,

 

где К = 1,1 - 1,2—коэффициент, учитывающий отклонение закона распределения погрешностей ∆изм и ∆рег от закона нормального распределения.

При обработке поверхностей вращения составляющая ∆изм относится к диаметру, а составляющая ∆рег к радиусу, поэтому

∆н=2 К √(∆изм/2)²+ ∆²рег.

 

Допускаемые погрешности измерения и регулирования инструмента находятся в зависимости от допуска на получаемый размер, в соответствии с чем выбираются измерительные средства и методы регулирования положения инструмента. Так, например, при обработке по 9-му квалитету точности возможно применение обычного микрометра, а при обработке по 7-му квалитету необходим микрометр с ценой деления 0,002 мм. При обработке по II—13-му квалитетам точности можно использовать штангенциркуль.

Погрешность регулирования (установки) режущего инструмента по лимбу с ценой деления 0,02 мм составляет 10- 15 мкм, а при установке по жесткому упору — 20 - 50 мкм.

На координатно-расточных станках используют оптико-механические, электромеханические и другие устройства для отсчета координат расположения шпинделя, позволяющие повысить точность регулирования до 2—3 мкм.

При настройке станка по эталону погрешность настройки зависит от погрешности изготовления эталона ∆эт и погрешности выверки положения инструмента при использовании эталона ∆в. Погрешность настройки по эталону при односторонней обработке рассчитывается по формуле

∆н= К √∆²эт+ ∆²в,

 

а при обработке тел вращения

∆н=2 К √(∆эт/2)²+ ∆²в.

Обычно ∆эт == 10— 12 мкм, а ∆в с использованием щупа, который располагается между эталоном и режущей частью инструмента, составляет 15 -45 мкм. Коэффициент К = 1, 2.

Настройка станка по пробным заготовкам обеспечивает хорошую точность, но трудоемка и допустима при обработке заготовок небольших размеров. Настройка по эталону менее трудоемка, обеспечивает получение стабильных результатов и весьма эффективна при наладке многоинструментальных обработок (настройке многорезцовых станков, инструментальных блоков для агрегатных станков н др.).

2. Упругие деформации элементов технологической системы под влиянием силы резания. Под технологической системой понимается комплекс, включающий станок, приспособление, заготовку и инструмент. В процессе обработки сила резания вызывает смещения (отжатия) элементов технологической системы. Эти отжатия включают собственные деформации отдельных деталей системы и контактные деформации сопряженных поверхностей, которые смещают элементы системы из исходного (ненагруженного) состояния. Анализируя влияние смещений элементов системы на точность обработки, следует рассматривать эти смещения в направлении получаемого, размера, т.е. в направлении, перпендикулярном к обработанной поверхности. Способность системы или ее элемента сопротивляться приложенной статической нагрузке характеризует жесткость данной системы (элемента) и имеет размерность Н/мм или Н/мкм:

 

j = Py / y,

 

где Py— составляющая силы резания, направленная по нормали к обработанной поверхности; у — отжатие системы или элемента в том же направлении.

При расчете упругих отжатий силу резания умножают на коэффициент динамичности К. Этот коэффициент для предварительной обработки принимают в пределах 1,2—1,4, а при чистовой - в пределах 1 - 1,2.

При точностных расчетах используют также понятие податливости системы w, имеющей размерность мм/Н или мкм/Н:

 

w =1/ j = y / Py.

Величинами j и w обычно пользуются при ориентировочных расчетах точности обработки.

Статическая податливость узлов и суммарная податливость станков приводятся в справочной литературе. Жесткость новых станков составляет 20 -100 кН/мм, что соответствует податливоcти 0,05-0,01мм/кН.

На рис.3.22. показана схема отжатий элементов технологической системы от силы резания для случая продольного точения: у1— смещение заготовки; у2 — смещение инструмента (на рис.3.22, а - позиция инструмента до начала резания, на рис.3.22, б - в процессе резания).

Р и с. 3.22. Упругие деформации технологической системы

Для определенного сечения фактическая глубина резания

 

t ф= t_з -(y 1+ y 2),

 

где t_з—заданная глубина резания.

y1=Pyω1; y2=Pyω2,

где ω1 — податливость элемента технологической системы, включающего заготовку, станочное приспособление и узел станка, на котором закреплено приспособление; ω2 — податливость элемента системы, включающего инструмент, приспособление для установки инструмента и узел станка, на котором закреплено это приспособление; Ру — радиальная составляющая силы резания, определяемая из уравнения

 

Py=Cyt^xфPS^y PHBⁿ,

 

где Су —постоянная для данных табличных условий резания; Хр, Yр и п—- показатели степени у глубины резания tф подачи S и твердости НВ заготовки.

Сумма смещений y1+y2=y представляет собой погрешность получаемого размера. Подставив развернутые значения y1 и y2, получим погрешность для определенного сечения при обработке индивидуальной заготовки:

 

y = t ₃ – t ф = Py (ω1 + ω2)= Py ωс

 

где ωс — податливость технологической системы в данном сечении.

С помощью этого уравнения можно определить погрешность получаемого размера при обработке партии заготовок; погрешность формы обрабатываемой поверхности у индивидуальной заготовки; степень уменьшения первичных погрешностей на выполняемой операции.

Из приведенных зависимостей видно, что точность обработки повышается с увеличением жесткости технологической системы и с повышением стабильности силы резания.

В результате изменения податливости технологической системы по длине обработки от наибольшего значения (ωmax) до наименьшего (ωmin) появляется продольная погрешность формы обрабатываемой поверхности.

Для уменьшения погрешности формы обрабатываемой поверхности следует стремиться к выравниванию значений податливости системы в различных сечениях и к уменьшению силы резания Ру. Уменьшение силы Ру может быть достигнуто улучшением геометрических параметров режущей части инструмента или обработкой поверхности за два рабочих хода и более.

Одним из способов выравнивания жесткости технологической системы является обработка с непрерывно изменяющейся подачей: изменение подачи по определенному закону приводит к соответствующему изменению силы резания с таким расчетом, что колебание упругих отжатий технологической системы по длине обработки будет незначительным.

На станках с программным управлением повышение точности формы можно достичь путем заведомо скорректированной траектории движения режущего инструмента, определяемой программоносителем.

3. Размерный износ режущего инструмента. В процессе механической обработки режущий инструмент подвергается изнашиванию. С точки зрения влияний износа на точность обработки следует рассматривать так называемый размерный износ, измеряемый в направлении нормали к обрабатываемой поверхности (сечение I—I на рис.3.23. ).

Р и с. 3.23. Размерный износ резца

 

При обработке деталей на настроенном станке размерный износ приводит к постепенному изменению размеров обрабатываемых заготовок. Если же заготовка имеет значительную протяженность (например длинный вал), то при ее обработке (обтачивании) появляется погрешность в виде конусности с возрастанием диаметрального размера к передней бабке.

Изнашивание инструмента в зависимости от пути резания характеризуется кривой, приведенной на рис.3.24, а. Процесс изнашивания можно разделить на три периода: первый период (отрезок I) кратковременный и характеризуется активным изнашиванием в связи с приработкой инструмента; второй период (отрезок //) — это нормальное изнашивание инструмента, когда наблюдается примерно линейная зависимость износа от пути резания; третий период (отрезок ///) характеризуется резким возрастанием износа, за которым следует вскоре разрушение режущей кромки. Износ инструмента по окончании второго периода изнашивания называют предельно допустимым износом (И_пр).

На втором (основном) участке кривой размерного износа его интенсивность характеризуется значением тангенса угла наклона кривой к оси абсцисс, называемым относительным (удельным) износом И_о:

И_o=tgα=И₂/ L ₂,

 

где И₂ — размерный износ за второй период работы инструмента; L ₂ — путь резания, соответствующий второму периоду работы инструмента.