Методы обеспечения точности в машиностроении, виды погрешностей по характеру их проявления.

Точность в машиностроении, степень соответствия изготовляемых изделий (деталей, узлов, машин, приборов) заранее установленным параметрам, задаваемым чертежом, техническими условиями, стандартами. На всех этапах технологического процесса изготовления деталей и сборки узлов и машин неизбежны погрешности, поэтому достижение абсолютной Т. невозможно. На практике для определения Т. пользуются классами точности, которые устанавливаются на отдельные параметры деталей и на изделия в целом. В зависимости от предъявляемых к машине (прибору) требований, а также условий работы деталей в узле и узлов в машине назначают Т. изготовления деталей. Различают: Т. формы (степень соответствия поверхностей детали определённым геометрическим телам); Т. размеров детали; Т. взаимного расположения поверхностей детали. Т. детали определяется отклонениями от заданных форм и размеров. Погрешности формы деталей в виде тел вращения выражаются в овальности, огранке, бочкообразности и седлообразности, конусности, изогнутости. Для деталей, имеющих плоские поверхности, отклонениями формы являются непрямолинейность и неплоскостность, о которых можно судить по выпуклости или вогнутости поверхностей. Погрешности размеров деталей регламентируются предельными отклонениями в соответствии с системой допусков. Отклонения взаимного расположения поверхностей характеризуются непараллельностью и неперпендикулярностью осей и плоскостей, несимметричностью поверхностей и т.п. Т. деталей машин определяет технологию их изготовления, сборки, а также влияет на выбор измерительных средств.

По причине возникновения

· Инструментальны е / приборные погрешности — погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора.

· Методические погрешности — погрешности, обусловленные несовершенством метода, а также упрощениями, положенными в основу методики.

· Субъективные / операторные / личные погрешности — погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора.

В технике применяют приборы для измерения лишь с определённой заранее заданной точностью — основной погрешностью, допускаемой в нормальных условиях эксплуатации для данного прибора.

Если прибор работает в условиях, отличных от нормальных, то возникает дополнительная погрешность, увеличивающая общую погрешность прибора. К дополнительным погрешностям относятся: температурная, вызванная отклонением температуры окружающей среды от нормальной, установочная, обусловленная отклонением положения прибора от нормального рабочего положения, и т. п. За нормальную температуру окружающего воздуха принимают 20 °C, за нормальное атмосферное давление 101,325 кПа.

Обобщённой характеристикой средств измерения является класс точности, определяемый предельными значениями допускаемых основной и дополнительной погрешностей, а также другими параметрами, влияющими на точность средств измерения; значение параметров установлено стандартами на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств, так как точность зависит также от метода измерений и условий их выполнения. Измерительным приборам, пределы допускаемой основной погрешности которых заданы в виде приведённых основных (относительных) погрешностей, присваивают классы точности, выбираемые из ряда следующих чисел: (1; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0)*10n, где показатель степени n = 1; 0; −1; −2 и т. д.

 

 

3.6 Методы определения припусков, расчет предельных значений припусков и операционных размеров.

Общим припуском на обработку называется слой материала удаленный с поверхности исходной заготовки в процессе механической обработки с целью получения готовой детали.

Установление правильной величины припуска на обработку является ответственной задачей. Назначение чрезмерно больших припусков приводит к непроизводительным потерям материала, превращаемого в стружку, увеличению трудоемкости механической обработки, повышение расхода режущего инструмента и электроэнергии к увеличению потребности в оборудовании и рабочей силе.

Операционный припуск - это слой материала удаляемый с заготовки при выполнении одной технологической операцию. Определяется как сумма промежуточных припусков, снимаемых на отдельных переходах, входящих в операцию.

Допуск припуска - это разность между максимальным и минимальным значением припуска.

Номинальный (или расчетный) - z_ном - это разность номинальных размеров изделия до и после обработки на данной операции. При уменьшении припуска на обработку приходится уменьшать допуски на размеры до и после обработки, т.е. повышать точность, а, следовательно, и стоимость предыдущих операций. В связи с этим при назначении операционных припусков должны быть решены следующие задачи:

1) операционный припуск должен быть не слишком большим, чтобы не удорожать данную операцию снятием чрезмерно большого слоя материала, и не слишком малым, чтобы не удорожать предыдущую операцию в следствии повышения ее точности.

2) операционный допуск дожен быть достаточно широким, чтобы облегчить выполнение данной операции увеличения припуска для последующей операции и соответственно ее удорожания.

Порядок расчета припусков.

Расчет припусков на обработку начинается с определения по формулам минимального припуска, удалением которого с обрабатываемой поверхности необходимо для обеспечения требуемой точности и эксплуатационных качеств детали. При этом для конкретных условий обработки формы могут видоизменятся:

случай 1: при обработке отверстий самонапраляющимся инструментом(развертка со сферической опорой, протяжка, хонингование, доводка, калибровка) и при бесцентровом шлифовании:εу=0; 2zmini=(R_zi-1+h_i-1+ ρ_i-1)

случай 2: при суперфинишировании и полировании валов и отверстий, когда не ставится задача повышение точности, а идет лишь уменьшение высоты микронеровности и устранение дефектов поверхностного слоя, уже 2е составляющие равны 0, тогда формула примет вид:εу=0; ρi-1=0; εу=0; 2_zmini=(R_zi-1+h_i-1)

случай 3: при чистовом шлифовании детали после предварительной механической или термической обработки и при отсутствии дефектного слоя, формула сильно упрощается:

2z_mini=R_zi-1

После определения минимального припуска устанавливают величину максимально возможного, при благоприятных соч. размеров максимального припуска.

По методу автоматического получения:z_max= z_min+ T_заг- T_{разм.дет}; z_max= z_min+ T_заг+ T_{разм.дет}

Величину минимального и максимального припусков можно определить, применив теорию размерных цепей. Это делают тогда, когда значение припуска зависит от нескольких размеров и его величина может рассматриваться в качестве замыкающего звена размерной цепи. После расчета промежуточных минимальных и максимальных припусков определяют предельные размеры заготовки по всем технологическим переходам.

Промежуточные расчетные размеры устанавливают в порядке обратном ходу технологического процесса обработки этой поверхности от размера готовой детали к размеру исходной заготовки путем последовательного прибавления для наружной поверхности к размеру готовой детали промежуточных припусков, или путем последовательного вычитания для внутренних поверхностей от размера готовой детали промежуточных припусков. Наименьшее для наружных поверхностей, и наибольшее для внутренних поверхностей предельные размеры по всем технологическим переходам определяют путем округления в сторону увеличения(для наружных поверхностей) и в сторону уменьшения (для внутренних) расчетных размеров(минимальных для наружных и максимальных для внутренних поверхностей).

Наибольшие предельные размеры для наружных поверхностей и наименьшие предельные размеры для внутренних поверхностей определяют путем прибавления допуска к округленному наименьшему предельному размеру для наружных поверхностей, или вычитанием допуска от наибольшего предельного размера для внутренних поверхностей.

Округление проводится с точностью до того знака, с каким дается допуск в мм.

Общие припуски макс и мин определяют как сумму промежуточных.

Выбор общих и промежуточных припусков на обработку заготовки

Припуск – это слой металла, удаляемый с обрабатываемой поверхности заготовки. Припуски назначают для заготовок: отливок, поковок, сортового проката как на диаметры наружные, внутренние, так и на длины общие, уступов и другие поверхности, подлежащие механической обработке.

 

3.7. Методы настройки технологической системы, статистическая на­стройка, настройка по пробным заготовкам с помощью рабочего калибра, настройка по пробным заготовкам с помощью универсального мери­тельного инструмента.

 

Для осуществления технологической операции прежде всего необходимо произвести наладку (настройку) системы ЗИПС.

Для осуществления технологической операции необходимо произвести предварительную наладку (настройку) станка. В условиях единичного и мелкосерийного производств, когда требуемая точность изделия достигается методом пробных ходов и промеров, задачи настройки сводятся:
1) к установке приспособления и режущих инструментов в положения, обеспечивающие наивыгоднейшие условия резания (т. е. при теоретически правильных статических и динамических углах), под которыми понимаются хорошие условия стружкообразования, высокую производительность обработки, стойкость режущего инструмента и требуемое качество обрабатываемой поверхности;
2) к установке режимов работы станка.
При крупносерийном и массовом производстве, когда требуемая точность достигается методом автоматического получения размеров на настроенных станках, задачами настройки являются:
1) установка приспособления и режущих инструментов в положения, при которых создаются наивыгоднейшие условия резании;
2) установка режимов работы станка;
3) обеспечение точности взаимного расположения режущих инструментов, приспособления, кулачков, упоров, копиров и другиx устройств, определяющего величину и траекторию перемещения инструментов относительно обрабатываемого изделия.
Третья задача, решение которой в значительной степени определяет точность обработки, является наиболее сложной и ответственной. В настоящее время применяются следующие методы настройки станков; статическая настройка; настройка по пробным заготовкам с помощью рабочего калибра или универсального мерительного инструмента.

Наладкой (настройкой) называется процесс подготовки технологического оборудования и технологической оснастки к выполнению технологической операции (ГОСТ 3.1109).

В тех случаях, когда требуемая точность достигается методом автоматического получения размеров на настроенных станках, основной задачей настройки является обеспечение точности взаимного расположения элементов технологической системы ЗИПС, определяющих требуемую траекторию перемещения режущих кромок инструментов относительно образующихся в процессе обработки на данной операции поверхностей заготовки. Эта задача, решение которой в значительной мере определяет точность обработки, является наиболее сложной и ответственной, требующей проведения специальных расчетов.

В настоящее время применяются следующие методы настройки технологической системы:

¢ статическая настройка,

¢ настройка по пробным заготовкам с помощью рабочего калибра,

¢ настройка с помощью универсального измерительного инструмента по пробным заготовкам.

Метод статической настройки заключается в установке режущих инструментов по различным калибрам и эталонам на неподвижном станке.

Для сокращения времени настройки установка инструмента производится по детали – эталону или специальному калибру, которые располагаются на станке вместо обрабатываемой заготовки. Инструмент доводится до соприкосновения с поверхностью калибра и закрепляется. Одновременно устанавливаются соответствующие упоры.

При статической настройке в связи с деформациями в упругой технологической системе, зависящими от действия сил резания, температурного режима системы и других факторов, размер обрабатываемой заготовки оказывается больше (для охватываемой поверхности) или меньше (для охватывающей поверхности) требуемого.

Для компенсации изменения фактических размеров обрабатываемых заготовок установочные калибры или эталонные детали при статической настройке изготавливаются с отступлением от чертежа заготовки на величину некоторой поправки.

Настройка по пробным заготовкам с помощью рабочего калибра

Статическую настройку с помощью рабочего калибра нельзя считать удовлетворительной, так как даже в наиболее благоприятном случае, когда допуск на обработку значительно превосходит поле рассеяния, нет гарантии того, что значительная часть заготовок партии не окажется за пределами установленного допуска, т.е. будет браком. Кривая рассеяния, к которой принадлежит размер пробной заготовки, может занимать внутри поля допуска различные положения и при изготовлении одной пробной заготовки нельзя определить, какому участку поля рассеяния она соответствует.

Точки и могут принадлежать кривым 1 и 2, расположение которых исключает опасность брака, но могут также относится и к кривым 1а и 2а в значительной части выходящими за пределы допуска и связанными с появлением большого количества брака (заштрихованные участки).

При увеличении числа пробных заготовок вероятность появления значительного числа бракованных заготовок снижается, однако, опасность появления брака не устраняется.
В настоящее время на большинстве машиностроительных заводов получил распространение метод настройки по тому же рабочему калибру, которым пользуется в дальнейшем рабочий при обработке изделия. После настройки рабочий обязан изготовить одну или (реже) несколько заготовок. Если размеры находятся в пределах допусков, предусмотренных рабочим калибром, то настройка считается правильной и разрешается обработка всей партии заготовок. Такой метод настройки нельзя считать удовлетворительным, так как даже в наиболее благоприятном случае, когда допуск на обработку значительно превосходит поле рассеивания, нет гарантии того, что значительная часть заготовок партии не окажется за пределами установленного допуска, т. е. будет браком.
При увеличении числа пробных заготовок вероятность появления значительного брака снижается, однако опасность появления брака не устраняется. Для исключения опасности появления брака при настройке станка в случае, когда поле допуска превышает поле рассеивания, необходимо обеспечить совпадение середины поля рассеивания с серединой поля допуска. Метод настройки станков по рабочим калибрам при небольшом числе пробных заготовок эту задачу решить не может. Сущность данного метода настройки станков заключается в том, что установка режущих инструментов и упоров станка производится на определенный рабочий настроечный размер. Расчет настройки без учета переменных систематических погрешностей. Пренебрегая износом инструмента, можно считать, что среднее арифметическое размеров пробных заготовок может отличаться от среднего арифметического всей совокупности (партии) заготовок не более чем 3.

Настройка по пробным заготовкам с помощью универсального измерительного инструмента

Сущность этого метода настройки заключается в том, что установка режущих инструментов и упоров станка производится на определенный рабочий настроечный размер, а правильность настройки устанавливается обработкой некоторого количества пробных заготовок. Настройка признается правильной, если среднее арифметическое размеров пробных заготовок находится в пределах некоторого допуска на настройку. Задачей настройки в этом случае является определение поля допуска настройки.

 

 

Расчет настройки с учетом переменных систематических погрешностей
В процессе обработки крупных партий заготовок, сопровождаемой достаточно интенсивным износом режущего инструмента, при настройке возникает задача наиболее рационального расположения кривой рассеивания в поле допуска с целью использования значительной части этого поля для компенсации переменных систематических погрешностей обработки. Таким образом удается увеличить срок работы станка без поднастройки, а следовательно, и повысить производительность. Некоторая часть общего поля допуска используется для компенсации погрешностей настройки.
Вторая часть общего поля допуска предназначается для компенсации случайных погрешностей, вызывающих рассеивание размеров. Остальная часть общего поля допуска используется для компенсации погрешностей, порождаемых совокупным действием систематически действующих факторов, постоянных по величине и изменяющихся во времени по определенным законам (например, износа режущего инструмента). В процессе обработки партии заготовок в связи с износом режущего инструмента происходит изменение положения кривой рассеивания. После обработки некоторого количества заготовок кривая рассеивания размеров заготовок пересекает линию наибольшего предельного размера и возникает опасность появления брака. В этот момент следует производить поднастройку станка, при которой кривая рассеивания возвратится вниз в свое исходное положение, созданное первоначальной настройкой.
При данной настройке, очевидно, нельзя определять настроечный групповой средний размер по величине среднего арифметического, а необходимо вычислить его по значениям предельных размеров. При увеличении с целью упрощения и ускорения настройки при прочих равных условиях приходится сокращать величину, что приводит к возрастанию числа необходимых поднастроек и снижает производительность операции. Поэтому производить расширение поля допуска на настройку обычно целесообразно при условии изменения других факторов, входящих в приведенные выражения, в частности при расширении общего поля допуска 6 или уменьшении рассеивания. Решение о настройке станка с заведомым технически возможным исправимым или неисправимым браком можно принять только на основе точного расчета экономической целесообразности данного варианта обработки.

 

 

Расчеты режимов резания, обеспечивающих достижение требуемой точности
Фактическая точность размеров и геометрической формы обработанных заготовок зависит от отжатий в упругой технологической системе, вызываемых колебаниями нормальной составляющей усилия резания. При этом на абсолютную величину погрешности обработки, обусловленную колебаниями суммарных отжатий технологической системы, в значительной мере влияет абсолютная величина приращения составляющей усилия резания, определяемой в свою очередь уровнем применяемых режимов резания. Таким образом, при режимах работы, характеризующихся снятием тонких стружек, влияние основных причин, обусловливающих рассеивание размеров, появление погрешности геометрической формы заготовок (колебание твердости обрабатываемого материала, непостоянство припусков, погрешности формы заготовок) и переменной систематической погрешности, связанной с затуплением режущего инструмента, уменьшается.
Таким образом, с точки зрения достижения наивысшей и стабильной точности изготовления деталей чистовую обработку следует вести при минимальных режимах резания. Однако для обеспечения роста производительности обработки и снижения ее себестоимости требуется всемерное повышение режимов резания. В настоящее время перед технологами возникает задача нахождения некоторых оптимальных режимов резания, достаточно тонких для обеспечения требуемой точности и одновременно достаточно производительных, обеспечивающих экономичное изготовление деталей. При круглом наружном шлифовании в центрах одним из главных параметров режима резания, определяющим точность размеров и геометрической формы обработанной заготовки, является глубина шлифования.
Так как фактическая глубина шлифования (в связи с упругостью технологической системы) значительно отличается от номинальной глубины, установленной по лимбу шлифовального станка, для уменьшения погрешностей обработки, связанных с отжатнем технологической системы, расчет следует производить с учетом допустимого для данной заготовки отжатия системы: При проведении расчета вначале задаются номинальной глубиной шлифования, исходя из требуемой шероховатости, затем подсчитывают значение коэффициента, и после этого окончательно находят номинальную глубину шлифования, при установке которой по лимбу станка отжатие в технологической системе не будет превышать допустимой величины. Работа по созданию методов расчетов режимов резания, обеспечивающих достижение требуемой точности обработки, начата совсем недавно, и ее дальнейшее развитие имеет большое значение для повышения точности и производительности механической обработки.