Влияние качества обработки на показания измерений.

Если поверхность детали имеет большую шероховатость, то при контроле размера измерение может быть произведено или по гребешкам шероховатости или по их впадинам, что не дает правильного представления о действительном размере. Кроме этого гребешки поверхности при эксплуатации детали быстро сминаются (изнашиваются) и действительный размер детали резко изменяется. Таким образом, точность обработки будет неопределенной, если качество поверхности не соответствует точности. Поэтому при назначении шероховатости поверхности в подавляющем большинстве случаев необходимо пользоваться специальными таблицами в которых шероховатость рекомендуется в зависимости от квалитета (точности) и номинального значения размера, а также от точности формы. Эти данные приводятся в технической литературе.

 

Деформации станков.В процессе работы станка его детали перемещаются друг относительно друга, при этом возникает сила трения. Ее работа превращается в теплоту. Поэтому температура деталей станков в процессе работы постепенно возрастает. Если до начала работы станка температура его деталей равна температуре цеха (16—20°), то в дальнейшем она может повыситься до 60° и даже больше. При повышении температуры детали станка (корпуса бабок, шпиндели и другие) расширяются. Изменяется положение оси шпинделя и обрабатываемой детали (фиг. 10) относительно образующей режущей кромки инструмента, чем вносится погрешность в размер диаметра обтачиваемой детали: первоначально установленный диаметр D₁ уменьшится и примет новое значение D₂.

Фиг. 10. Погрешности обработки, возникающие в связи с тепловой деформацией шпинделя.

Величина температурных деформаций зависит от режима работы станка, продолжительности работы, конструкции его узлов и других причин. Обычно она незначительна, но на станках, предназначенных для обработки деталей с высокой точностью, влияние ее может быть весьма существенным. Так, на бесцентровом станке 3А182 величина температурного смещения оси режущего круга в направлении приближения его к детали достигает 0,12 мм. На таком станке обычно обрабатывают детали по второму классу точности с допуском 0,01—0,04 мм, и величина смещения 0,12 мм будет весьма существенной. В первые часы работы станка, пока температура его деталей не приняла постоянного значения, смещением оси шпинделя может быть обусловлено уменьшение размеров деталей. На гидрокопировальных станках вследствие нагрева масла и деталей станка наблюдаются погрешности копирования, выражающиеся в постепенном уменьшении размеров обрабатываемой детали после настройки и начала работы.

Нагрев самой детали в процессе ее обработки также является причиной появления погрешности обработки, так как при этом линейные размеры и диаметры увеличиваются. Если, например, чистовое точение вала или его шлифование следует тотчас после черновой обработки без предварительного охлаждения, то диаметр вала получается заниженным. Тонкостенные детали — трубы, гильзы, планки и другие — в процессе обработки нагреваются до более высокой температуры, и поэтому влияние температурных деформаций на точность обработки таких деталей сказывается в большей степени.

Режущий инструмент нагревается в процессе обработки детали, поэтому изменяются его линейные размеры и положение, что также вызывает погрешность обработки. Например, первоначально установленный диаметр вала Z), (фиг. 11) вследствие теплового удлинения резца в процессе резания будет постепенно уменьшаться и к концу обточки достигнет размера D₂ = D₁+2ξ. Если диаметр D₁ был равен наименьшему из допускаемых размеров или близок к нему, то диаметр D₂ выйдет за допускаемые пределы.

Фиг. 11. Погрешность обработки, возникающая при точении в связи с термическим удлинением резца.

Температура инструмента и величина температурных деформаций его зависят от скорости и глубины резания, величины подачи, размеров инструмента, условий теплоотвода, степени затупления инструмента и от других причин. Чем выше режимы резания, меньше поперечное сечение резца, больше его вылет и степень затупления, тем больше температурные деформации. При износе резца по задней грани, равном например 0,8 мм, удлинение его в течение первых семи минут резания равно 55 мк. Тот же резец, но заточенный, удлиняется за это же время лишь на 22 мк.

Исследования показывают, что тепловые деформации деталей станка возрастают в течение первых двух-трех часов работы. Затем наступает тепловое равновесие, и они становятся постоянными, не оказывая после этого существенного влияния на точность обработки. Тепловые деформации режущих инструментов стабилизируются в более короткие сроки: 10—25 мин. Чтобы избежать погрешности обработки, вносимой температурными деформациями деталей станка, в особенности при обработке деталей с высокой степенью точности, следует учитывать время стабилизации деформаций. В течение этого времени необходимо чаще контролировать размеры обрабатываемых деталей и соответственно корректировать настройку станка. Проверять правильность настройки следует, ориентируясь по размерам охлажденных до нормальной температуры обработанных деталей. Уменьшить погрешности обработки от температурных деформаций можно применением обильного охлаждения, установлением оптимальных режимов резания и величины износа. При точении с этой же целью следует применять резцы с большим поперечным сечением и возможно меньшим вылетом.

 

Деформации РО

 

Рис.6.

Несмотря на то что в РИ уходит сравнительно небольшое количество тепла резания (10-20%) его нагрев все же значителен. Например, рабочая часть проходного резца из быстрорежущей стали Р18 нагревается до 700-800^оС, что для резца средних размеров может привести к его

удлинению на 30-50 мкм. Картина нагрева и охлаждения РИ носит специфический циклический характер (см. рис.6). Здесь «ОПД»-обработка первуй детали, а “ОВД”- обработка второй детали. “Пер.”- перерыв в работе в процес се котрого происходит охлаждение РИ. Естественно, это отразится на точности обработки. Как видно из рис.6, вначале работы РИ сравнительно быстро нагревается и достигает теплового равновесия (стационарный режим) при котором идет процесс обработки. После остановки РИ медленно охлаждается и после начала следующей обработки довольно быстро выходит на тепловое равновесие. Если обработка имеет большую продолжительность во времени тепловые деформации могут вызывать погрешности формы детали. Уменьшить или исключить это влияние можно за счет:

1.- обильным подводом СОТС;

2.- достижением ритмичности в работе (одинаковыми промежутками времени обработки и между обработкой);

3.- малыми промежутками выстоя между обработкой смежных деталей.

Проявление температурного фактора системы СПИД приводит к погрешностям при работе на настроенных станках и при работе по лимбу. В случае же обработка методом пробных ходов и промеров и с использованием систем с обратной связью температурный фактор не влияет на точность размеров, но приводит к погрешностям формы деталей.

При повышении V,S и t температура резания растет, а, следовательно, растет и удлинение резца (Dl). Уменьшение вылета резца с 40 до 20мм приводит к резкому уменьшению его удлинения (с 28 до 18мкм). Удлинение РИ обратно пропорционально площади поперечного сечения стержня (державки) резца. Кроме этого увеличение толщины пластинки ТС тоже снижает Dl, которое прямо пропорционально твердости обрабатываемого материала.

3. Погрешности от тепловых деформаций системы
Источниками тепловыделения в технологической системе являются:
" трение стружки о переднюю поверхность режущего инструмента;
" трение задней поверхности режущего инструмента по обработанной поверхности детали;
" потери на трение в подвижных механизмах станка (подшипниках, зубчатых передачах и т.п.),
" тепловыделение из зоны резания.
Весь расчет чаще всего сводится к определению тепловых деформаций инструмента.
Выделяющееся в зоне резания тепло частично уносится с СОЖ, частично рассеивается в окружающем пространстве лучеиспусканием и конвективным теплообменом, а также передается заготовке и режущему инструменту, а также станку. Это приводит к разогреву станка, заготовки и режущего инструмента и нарушению взаимного положения заготовки и режущей кромки инструмента.
Наибольшее влияние на точность механической обработки оказывают тепловые деформации режущего инструмента и обрабатываемой заготовки; влиянием остальных составляющих, как правило, можно пренебречь.
Тепловые деформации обрабатываемой заготовки(детали) _ТД зависят от количества теплоты, поступающей в заготовку из зоны резания, массы и удельной теплоемкости материала заготовки. Количественно они могут быть определены по известной зависимости.

где α - температурный коэффициент линейного расширения материала заготовки;
d - диаметр обрабатываемой заготовки, мм; - соответственно исходная и текущая (в i-й момент времени) температура детали.
Тепловые деформации инструмента _ТИ, приводят к удлинению державки, а следовательно, к смещению режущих кромок и изменению размеров (уменьшению) обрабатываемых диаметров, т.е. образованию погрешности обработки.
На рисунке показана схема уменьшения диаметра обрабатываемых деталей в партии из-за температурного удлинения резца.
Зависимость тепловых деформаций резцов от времени их работы, иллюстрирует процесс образования погрешности обработки от изменения размеров применяемого инструмента.
Точка А на графике и соответствующее ей время
показывают момент установления теплового равновесия системы.
Участок ОА, изменяющийся по экспоненциальному закону может быть описан зависимостью:

где С - эмпирический коэффициент (С = 4...4,5);
l_p - вылет резца, мм;
F - площадь поперечного сечения тела резца, мм²;
- предел прочности обрабатываемого материала детали, кг /мм²;
v - скорость резания (), м/мин;
t,S - соответственно глубина резания и подача;
- время работы резца (до точки А), мин.
Тепловое равновесие (при котором прекращается удлинение резцов) наступает примерно через 12...24 минут непрерывной работы, а общее тепловое равновесие всей технологической системы наступает примерно через 2-3 часа работы.
Практически же в условиях производства неизбежны перерывы в работе, поэтому с учетом перерывов (станок и инструмент успевают охладиться):

где - соответственно продолжительность машинного времени и времени перерывов, мин.
Для снижения влияния тепловых деформаций инструмента и обрабатываемой детали на точность механической обработки применяют: различные смазочно-охлаждающие жидкости.
Погрешности обработки, вызванные тепловыми деформациями могут достигать 30...40% от суммарной погрешности обработки.
При обработке среднеуглеродистых сталей диаметром до 50 мм, их температурные деформации могут достигать 20-25 мкм.

 

Тепловые деформации заготовки. Характерным распределением потока тепла резания, например, при точении является следующее: стружка-60-80%; РИ- 10-14%; заготовка- 3-9%; внешняя среда-1%. При сверлении характер другой: стружка- 28%; сверло- 15%; заготовка- 50-55%; окружающая среда- 3%.

Таким образом, заготовки в процессе нагреваются значительно. Их деформация (погрешность) зависят от размеров и массы, коэффициентов линейного расширения.

Мелкие заготовки очень быстро достигают температурного равновесия. Заготовки большой массы в процессе обработки могут вообще не выйти на стационарный режим и тогда температурный фактор проявляется в большей степени (особенно при черновых режимах). Из этого следует, что чистовую обработку не следует проводить вслед за черновой (обоснование принципа поэтапности ТП).

Нагрев заготовки может приводить как к изменению линейных размеров, так и к изменению формы и взаимного расположения поверхностей. Например, при обработке длинных нежестких планок (Рис.4), тонкостенных цилиндров (рис.5) и т.д. Нагрев заготовки может приводить как к изменению линейных размеров, так и к изменению формы и взаимного расположения поверхностей. Например, при обработке длинных нежестких планок (Рис.4), тонкостенных цилиндров (рис.5) и т.д.

 

Рис.4.

Рис.5.