На точность механической обработки

 

1. Цель работы

 

Изучение понятия жесткости токарного станка и ее влияния на точность обработки при точении наружных цилиндрических поверхностей, определение коэффициента уточнения и погрешности формы обработанной поверхности.

 

2. КРАТКИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Обработка деталей на металлорежущем станке осуществляется в технологической системе, представляющей собой совокупность самого станка, приспособления, режущего инструмента и обрабатываемой детали.

Одной из главных характеристик технологической системы является ее жесткость. Под жесткостью технологической системы понимают ее способность оказывать сопротивление действию сил, стремящихся ее деформировать. Количественно жесткость системы определяется как отношение составляющей силы резания P_y  к смещению y, отсчитываемому по нормали к обрабатываемой поверхности:

 

                         j = P y / y, кг/мм, или j = P y / y ×10 ⁴, Н/м.                               (1)

 

Смещение y под действием P_y характеризует деформацию системы и при обработке цилиндрических поверхностей обусловливает погрешность обработки Δ, равную

                                                     Δ=2 y.

При обработке деталей на токарном станке величина смещения y зависит от жесткости системы, силы резания и схемы установки. В настоящей работе в качестве исследуемых схем установки примем установку в патроне и установку в патроне с поджимом задним центром. Влияние схемы установки на точность обработки детали проявляется через жесткость детали и приспособления и оценивается как деформация системы под действием различных схем нагружения.

Определение жесткости технологической системы производим с использованием производственного метода, заключающегося в обтачивании ступенчатой заготовки с одного положения режущего инструмента. Ступень заготовки представляет собой грубую единичную погрешность.

При обтачивании ступенчатой заготовки с одного положения режущего инструмента на обточенной поверхности формируется уступ, копирующий грубую погрешность заготовки.

Погрешность заготовки Δзаг определяется как разность диаметров, образующих ступень заготовки:

                                                     Δзаг = D заг - d заг .                                             (2)

Погрешность обточенной поверхности Δ_дет определяется как разность

диаметров, образующих уступ:

                                                      Δдет = d ₁- d ₂.                                                 (3)

 

Отношение одноименных погрешностей заготовки и детали определяет

коэффициент уточнения ε:

                                                    ε =Δзаг/Δдет.                                                    (4)

 

Жесткость технологической системы j определяется по эмпирической

зависимости:

                                                   j = λ C_p s ^0,75 ε, кг/мм,                                   (5)

 

где λ= P y / P z  , C_p – постоянный коэффициент.

В реальных условиях погрешности заготовки обусловливаются колебанием глубины резания в зависимости от колебания размеров заготовки. Колебание размеров обработанных поверхностей детали зависит от жесткости технологической системы, в частности, от коэффициента уточнения ε.

В общем плане погрешность Δзаг представляет погрешность предшествующей обработки, а погрешность Δдет – погрешность выполняемой обработки. В этом случае коэффициент ε может быть определен для любого технологического перехода.

Погрешность Δдет, равная Δ, характеризует точность выполняемого размера вблизи от уступа. Если принять деталь абсолютно жесткой, то найденная погрешность Δ будет оценивать точность всей обработанной поверхности (на всей длине).

Учитывая, что деталь не является абсолютно жесткой, то обработанная поверхность будет иметь и погрешность формы в продольном направлении: конусность, бочкообразность, выпуклость и т.д. Для выявления конкретной разновидности погрешности формы необходимо произвести замеры в нескольких сечениях обработанной поверхности до уступа.

Нормативную величину погрешности формы поверхности T фн в продольном направлении оценивать по формуле

                                                 T фн = 0,3 T р,                                                        (6)

 

где T р–точность выполняемого размера по диаметру.

    Действительную величину погрешности формы обработанной поверхности в продольном направлении определять по формуле

                                          

                                               Т ф ,                                                          (7)

 

причем при обработке в патроне D _maxдолжно соответствовать правому крайнему сечению обработанной поверхности, а при обработке в патроне с поджимом задним центром – среднему сечению обработанной поверхности.

Удовлетворительную точность обработки поверхности по соответствующей схеме установки выявить по соотношению

                                                         .                                                 (8)

 

3. Порядок выполнения работы

 

1. Взять ступенчатую заготовку (рис.1)

Рис. 1. Эскиз заготовки

 

Диаметр заготовки D заг принять равным 20…25 мм, разницу диаметров

 

l заг1/ l заг2 = l заг1/ l заг2 = 5,

 

D заг и d заг   – 8 мм, соотношение l заг3 взять с учетом длины кулачка патрона и обточки D заг с двух сторон на длину по 15 мм, т.е.

                                                   

l заг3 = l к +30, мм.

2. Измерить микрометром диаметры D заги d заг в сечениях А-А и Б-Б, отстоящих от уступа на 5 мм, и вычислить разность диаметров Δзаг:

 

                                                    Δзаг= D заг - d заг, мм.

 

3. Закрепить заготовку в 3-кулачковом патроне по D заг, оставляя вылет по этому диаметру 15 мм. Схема установки для обработки d заг является консольной.

4. Проточить ступени d загна всю длину и D заг на 5-7 мм при одном положении инструмента. Принять скорость резания v = 20 м/мин,подачу s = 0,1 мм/об, глубину резания на малой ступени t = 1 мм.

5. Измерить микрометром диаметры обеих ступеней в сечениях А-А, Б₁-Б₁, Б₂-Б₂, Б₃-Б₃ (см. рис. 2)

 

 

 

Рис. 2. Эскиз обточенной детали

Измеренные диаметры d 1и d 2используются для определения жесткости технологической системы, а диаметры d 2, d 3 и d 4– для определения величины и разновидности погрешности формы в продольном направлении.

Вычислить погрешностьΔдет для определения жесткости технологической системы:

                                                     Δдет = d 1- d 2 

  

и погрешность формы в продольном направлении в сечениях Б2-Б2, Б3-Б3:

                         Т ф2-2 =           и              Т ф3-3 = .

 

 

6. Вычислить коэффициент уточнения   ε =Δзаг/Δдет.

7. Определить жесткость технологической системы:

 

                                                   j = λ C_p s ^0,75 ε, кг/мм,

 

где  , С_р =191, 0,1^0,75=0,18.

8. Нарисовать погрешность формы обработанной поверхности в продольном направлении, учитывая полученные размеры d ₂, d ₃ и d ₄ в сечениях Б₁-Б₁, Б₂-Б₂, Б₃-Б₃ .

9. Оценить удовлетворительность точности формы в продольном направлении, используя соотношения (6) и (8). Точность выполняемого размера принять соответствующей 11-му квалитету.

10. Повторить работу для схемы установки в патроне с поджимом заготовки задним центром. Заготовка устанавливается в патроне по D заг для обработки диаметра d заг с другой стороны.

11. Сравнить жесткость технологической системы j, коэффициенты уточнения ε и погрешности формы в продольном направлении Т фдля обоих способов установки детали.

Сделать выводы.

 

 

4. Оформление отчета

 

В отчете должны быть указаны:

1. Цель работы.

1. Описание проведенных экспериментов, где должны быть отражены:

а) станок (название, модель),

б) эскиз заготовки с размерами, марка материала,

в) схемы установки заготовки на станке,

г) режущий инструмент с указанием материала режущей части,

     д) результаты замеров диаметров ступеней заготовки и расчет Δ_заг,

     е) режим обработки: v, s и t,

     ж) результаты замеров диаметров в сечениях А-А и Б₁-Б₁ и расчет Δ_дет,

     и) значения коэффициентов уточнения ε, жесткости технологической системы j и погрешности формы поверхности в продольном направлении Т _ф для двух вариантов установки обрабатываемой детали,

к) вывод.

 

5. Технологическое оснащение

 

1. Токарный станок.

2. Проходной резец.

3. Заготовка из стали.

4. Микрометр 25-50.

5. Штангенциркуль ШЦ 0-150.

 

СПИСОК ЛитературЫ

 

 1. Маталин, А.А. Технология машиностроения / А.А.Маталин. - Л.: Машиностроение, 1990.

 

  

 

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ НАРУШЕНИИ ЭТАПНОСТИ
ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Исследовать влияние нарушения этапности обработки детали типа вал на погрешности обработанных поверхностей на примере отклонений по радиальному биению.

 

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

В настоящее время процесс обработки детали включает в себя последовательную обработку поверхностей в ходе технологических операций. При этом каждая обработка характеризуется определенными точностными и качественными характеристиками поверхности. В процессе обработки деталь проходит стадии (этапы) обработки, которые в настоящее время не всегда разделяются.

Этап обработки – это стадия обработки детали, характеризуемая определенной точностью и качеством обрабатываемых поверхностей.

Разделяют этапы: черновой Эчр, получистовой Эпч, чистовой Эч, этап повышенной точности Эп, этап высокой точности Э_в и этап особо высокой точности Эов. Каждому этапу обработки соответствует определенная точность обработки и класс точности станка, на котором этот этап обработки выполняют: Н – нормальной точности, П – повышенной точности, В – высокой точности, А – особо высокой точности (табл. 1).

 

Таблица 1. Основные этапы обработки

 

Основные этапы	Обозначение	Квалитет обработки IT	Класс точности станка
Черновой	Эчр	13…12	Н
Получистовой	Эпч	11	Н
Чистовой	Эч	10…9	Н
Повышенной точности	Эп	8…7	П
Высокой точности	Эв	6	В
Особо высокой точности	Эов	5	А

 

Главное правило обработки поверхностей – строгое соблюдение последовательности выполнения этапов. Это означает, что, пока не будут обработаны все поверхности детали соответствующей точности, например чернового этапа Эчр, нельзя переходить к обработке поверхностей точности получистового этапа Эпч. Нарушение этой последовательности вызывает потерю точности ранее обработанной точной поверхности под воздействием деформаций, возникающих при более грубой обработке. Например, обрабатывается двухсторонний ступенчатый валик (рис. 1) сначала с одной стороны до чистового этапа Эч, а затем с другой, опять начиная с чернового этапа Эчр до чистового этапа Эч. При обработке детали возникают деформации под воздействием сил резания. На черновом этапе они максимальны. Под воздействием деформаций происходит перераспределение внутренних остаточных напряжений по всему объему детали, включая ранее обработанные поверхности. Это вызовет их искажения, а значит и потерю точности. Чем большую точность имеет ранее обработанная поверхность, тем она более подвержена потери точности при нарушении этапности обработки. Если этого нарушения нет, то деформации в результате обработки будут воздействовать на поверхности, имеющие точность, соответствующие этапу обработки или грубее. Это минимизирует ухудшение ранее обработанных поверхностей.

В производственных условиях указанным положением часто пренебрегают, при этом точная поверхность, выполненная с нарушением этапности в начале технологического процесса, больше не контролируется. Как показывают исследования, точная поверхность в этом случае теряет свою точность. Если нарушения этапности нет, то это ухудшение минимально, или совсем отсутствует.

 

Рис. 1. Чертеж детали

 

Рассмотрим пример анализа влияния нарушения этапности обработки детали на биение обработанных поверхностей при изготовлении ступенчатого валика, приведенного на рис.1.

В табл. 2 приведены две последовательности технологических процессов обработки ступенчатого валика: с нарушением этапности обработки и без ее нарушения.

 

 

Таблица 2. Последовательность токарной обработки ступенчатого валика

 

С нарушением этапности					Без нарушения этапности
Установ	Переход	Точность обработки	Сторона детали	Этап	Установ	Переход	Точность обработки	Сторона детали	Этап
А	1		1	Эчр	А	1		1	Эчр
А	2		1	Эпч	Б	1		2	Эчр
А	3		1	Эч	В	1		1	Эпч
Б	1		2	Эчр	Г	1		2	Эпч
Б	2		2	Эпч	Д	1		1	Эч
Б	3		2	Эч	Е	1		2	Эч

 

Чтобы определить ухудшение точности поверхностей в результате нарушения этапности, проводятся замеры обработанной детали в указанных сечениях. После обработки первой стороны детали строится график «биение поверхности – этапы обработки». По оси абсцисс откладываются этапы обработки, а по оси ординат – биение поверхности.

Величину биения будем характеризовать его максимальным значением Т бmax. В качестве максимального значения биения поверхности Т бmaxбудем принимать наибольшее из двух, измеренных в указанных сечениях, на этой поверхности.

По результатам замера первой стороны детали строится график (рис.2).

Этапы

Рис. 2. График изменения величины биения Т бmax по этапам обработки

 

После обработки второй стороны детали проводятся замеры биения обработанных поверхностей, а также ранее обработанных поверхностей. Подсчитываются Т бmax и строится график их изменения по этапам при обработке первой и второй сторон детали (рис. 3).

1-я

2-я

Рис. 3. График изменения Т бmax поверхностей при обработке с двух сторон

На рис. 3 пунктиром показаны значения Т бmax для поверхностей первой стороны детали, полученные после обработки второй стороны детали.

Как правило, происходит ухудшение точности поверхностей с первой стороны детали. Это является следствием нарушения этапности обработки.

 

Чтобы оценить ухудшение точности поверхностей для технологического процесса без нарушения этапности обработки, нужно провести аналогичные исследования. Для этого необходимо произвести замеры биения поверхности первой стороны до обработки поверхности со второй стороны. А затем после обработки поверхностей со второй стороны произвести замеры биения поверхностей с первой и второй сторон детали. Выбираются величины Т бmax и строятся графики изменения величин биения Т бmax по этапам обработки (рис.4).

 Рис. 4. График изменения биения Т бmax при обработке детали без нарушения этапности

 

На рис. 4 пунктиром показаны значения Т б_max для поверхностей первой стороны детали, полученные после обработки поверхностей со второй стороны.

Сравнивая графики рис.3 и рис.4, можно сделать вывод, что при соблюдении этапности обработки ухудшение точности поверхностей произошло в значительно меньшей степени, чем когда это нарушение присутствует.

 

При проведении настоящей работы предлагается выполнить два варианта технологических процессов: один с нарушением этапности обработки, второй – без нарушения. При выполнении работы необходимо осуществить следующее:

1. Обработать две группы деталей:

– с нарушением этапности обработки;

– без нарушения этапности обработки.

2. Произвести замеры обработанных поверхностей по приведенной ниже методике. В качестве контролируемой величины принять биение поверхности Т б.

3. Построить графики изменения величин биения Т бmax (рис.2 – рис.4) по этапам обработки для обрабатываемых поверхностей для технологических процессов:

– с нарушением этапности обработки;

– без нарушения этапности обработки.

4. Проанализировать результаты измерений для двух технологических процессов:

– с нарушением этапности обработки;

– без нарушения этапности обработки.

5. Проследить в процентном выражении ухудшение точностных параметров для каждого процесса.

6. Сделать выводы о влиянии нарушения этапности обработки на точность ранее обработанных более точных поверхностей.

 

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОСНАЩЕНИЕ

 

Оборудование: токарно-винторезный станок 1К62.

Инструмент: режущий – токарный резец, оснащенный твердосплавными пятигранными пластинами из сплава Т5К10 с механическим креплением без износостойкого покрытия. Геометрия режущего инструмента: ; ; мм; φ ; φ1 ; пластины без стужколомающих канавок. Обработка без СОЖ;

                     измерительный – биениемер с индикатором часового типа ИЧ-10 ГОСТ 577 с ценой деления 0,01мм; призмы.

Заготовка:    пруток Æ34 из стали 45.

Режимы резания по этапам приведены в табл. 3.

Таблица 3. Режимы резания

 

Этапы	S, мм/об	t, мм	V, м/с
Эчр	0,5	2	0,82
Эпч	0,35	1	0,97
Эч	0,25	0,45	1,47

 

Для проведения эксперимента предлагается конструкция детали, представленная на рис.1, (l / d >5).

Деталь двухсторонняя. С каждой стороны детали имеются поверхности, обработка которых должна проводиться в разных этапах: черновом Э_чр, получистовом Эпч и чистовом этапе Эч.

 

 

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Выполнение работы необходимо проводить на образцах. Образцы (рис.5 – рис.7) должны быть предварительно изготовлены в соответствии с последовательностью обработки, приведенной в табл.2 на режимах резания согласно табл. 3.

Образец №1 получен при выполнении технологического процесса с нарушением этапности при обработке только с первой стороны.

Образец №2 получен при выполнении технологического процесса с нарушением этапности при обработке со второй стороны.

Образец №3 получен при выполнении технологического процесса без нарушения этапности после обработки с первой и второй сторон детали.

Замеры биения поверхностей необходимо проводить в указанных сечениях (рис. 5 – рис. 7). При проведении замеров деталь необходимо зажимать за среднюю часть. Это необходимо делать, чтобы измерительная база совпадала с технологической. Результаты замеров занести в протокол измерений.

В лабораторной работе требуется подсчитать максимальное значение биения Т бmax. В качестве максимального значения биения поверхности Т бmax будем принимать наибольшее из двух, измеренных на этой поверхности.

По результатам замеров первой стороны детали образца №1 строится график (рис.2).

Делаются замеры образца №2 в указанных сечениях. Результаты заносятся в протокол измерений. Определяются максимальные значения биения Т бmax и строится график (рис.3).

Для проведения работы без нарушения этапности делаются замеры образца №3 в сечениях, указанных на рис. 7. При измерениях деталь зажимают за среднюю часть. Результаты замеров заносят в протокол измерений. Определяются максимальные значения биения Т бmax и строится график (рис.4).

 

Рис. 5. Образец №1

Рис. 6. Образец №2

 Рис. 7. Образец №3

Для заполнения протокола и построения графика необходимо учесть, что результаты замеров биения поверхностей первой стороны до обработки поверхностей со второй стороны детали отсутствуют. Учитываем, что биение поверхностей с разных сторон детали, выполненных в одном этапе без нарушения этапности, должны быть равными. Поэтому принимаем биения поверхностей при обработке с первой стороны детали равными биению поверхностей при обработке второй стороны детали. В нашем случае для образца №3 принять биения в сечениях А-А и Б-Б такими же, как в сечениях И-И и К-К; в сечениях Д-Д и Е-Е такими же, как в сечениях Л-Л и М-М.

Результаты замеров биения поверхностей первой стороны детали после обработки поверхностей со второй стороны детали будут характеризовать наличие ухудшения точности обработки поверхностей или его отсутствие.

 

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

1. Цель работы.

2. Эскиз детали.

3. Последовательность токарной обработки валика с нарушением этапности и без ее нарушения.

4. Протоколы измерения деталей.

5. Графики изменения биения Т бmax поверхностей при обработке с нарушением этапности и без ее нарушения.

6. Анализ результатов измерений двух технологических процессов:

7. – с нарушением этапности обработки;

8. – без нарушения этапности обработки.

9. Указать в процентном выражении увеличение Т бmax для каждого процесса.

10. Сделать выводы о влиянии нарушения этапности обработки на точность ранее обработанных более точных поверхностей.

 

ПРОТОКОЛ ИЗМЕРЕНИЙ

для варианта обработки с нарушением этапности обработки

 

Этап	Сторона обработки 1			Этап	Сторона обработки 2		Сторона обработки 1
	Сечение	Биение Т б, мм			Сечение	Биение Т б, мм	Сечение	Повторный замер Т б, мм
Эчр	А-А			Эчр	Ж-Ж		А-А
	Б-Б				З-З		Б-Б
Эпч	В-В			Эпч	И-И		В-В
	Г-Г				К-К		Г-Г
Эч	Д-Д			Эч	Л-Л		Д-Д
	Е-Е				М-М		Е-Е

 

ПРОТОКОЛ ИЗМЕРЕНИЙ

для варианта обработки без нарушения этапности обработки

 

Этап обработки	Сторона обработки	Сечение	Биение Т б, мм
Эчр	1	А-А	-
		Б-Б	-
	2	Ж-Ж
		З-З
	1 (после 2-й стороны)	А-А
		Б-Б
Эпч	1	В-В	-
		Г-Г	-
	2	И-И
		К-К
	1 (после 2-й стороны)	В-В
		Г-Г
Эч	1	Д-Д	-
		Е-Е	-
	2	Л-Л
		М-М
	1 (после 2-й стороны)	Д-Д
		Е-Е

 

 

6. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

 

1. Что такое нарушение этапности обработки и когда оно возникает?

2. К чему приводит нарушение этапности?

3. Как исключить нарушение этапности обработки?

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Метелев, Б.А. Основные положения по формированию обработки на металлорежущем станке: учеб. пособие / Б.А. Метелев - НГТУ. Н. Новгород, 1998. - 110с.

2. Лекции по курсу «Технология машиностроения».

 

V. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

По учебному плану при изучении дисциплины «Технология машиностроения» предусмотрена одна контрольная работа в десятом семестре на тему «Структурная оптимизация при построении технологического процесса обработки детали».

Для выполнения контрольной работы студенты должны изучить материал разделов 1.1-1.7. ЧI настоящего пособия. Примеры проектирования технологических процессов обработки деталей типа «ступенчатый вал» и типа «корпус» приведены в разделе 1.7.

Исходными данными для выполнения контрольной работы служат:

- чертеж детали;

- объем ее выпуска.

При выполнении контрольной работы, практических занятий, курсовых проектов и дипломном проектировании, при формировании проектного варианта реального маршрута для вычисления расчетных значений диаметров и длин при определении t o рекомендуется использовать величины Z maxдоп, приведенные в табл. 1.

Таблица 1. Максимальные допустимые припуски Z maxдоп в зависимости от
              размеров детали при обработке ее по этапам, в мм

 

l/D	Интервалы диаметров (размеров), мм	Эч	Эпч	Эч	Эп	Эв	Эов
До1,5	3-18	1,2	0,5	0,15	0,08	0,06	0,03
	18-50	1,7	0,8	0,2	0,1	0,08	0,06
	50-120	2,0	0,9	0,4	0,13	0,1	0,08
	120-250	2,5	1,1	0,55	0,15	0,13	0,09
	250-500	3,0	1,5	0,7	0,20	0,15	0,11
1,5-6,0	3-18	1,4	0,7	0,18	0,1	0,07	0,04
	18-50	1,7	0,8	0,25	0,11	0,09	0,07
	50-120	2,3	1,0	0,45	0,14	0,11	0,09
более 6,0	3-18	1,6	0,8	0,2	0,12	0,08	0,05
	18-50	1,8	0,9	0,3	0,14	0,1	0,08
	50-120	2,5	1,2	0,6	0,18	0,12	0,1

 

При необходимости оценки Z maxдоп для обдирочного этапа найденное значение Z maxдоп для чернового этапа умножается на два.

 

VI. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Курсовой проект по дисциплине «Технология машиностроения» предусмотрен в 11-м семестре.

Исходными данными для выполнения проекта являются:

- чертеж детали средней сложности (в конструкции детали должны быть 3-4 поверхности, точность которых не грубее 6-7-го квалитета и шероховатость – не более Ra 0,8-1,6 мкм),

- объем выпуска детали,

- номенклатура деталей (количество деталей различного наименования, входящих в предполагаемую группу для обработки на участке в течение года).

Чертеж детали должен выбираться студентом на предприятии по месту его работы и предоставляться на утверждение руководителю курсового проекта.

Структура курсового проекта, а также требования к его выполнению изложены в методическом руководстве к выполнению курсового проекта [1].

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Технология машиностроения: метод. руководство к выполнению курсового проекта студентами всех видов обучения машиностроительного профиля / НГТУ; сост.: Б.А.Метелев и др. Н.Новгород, 2006. - 28 с.

 

VII. КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

 

ЧАСТЬ I