Погрешности от влияния вибраций и других факторов.

При выполнении технологических операций механической обработки в технологической системе неизбежно возникают нелинейные колебания и вибрации. Их основными характеристиками являются: амплитуда, частота и фаза колебаний.

Основными причинами (особенно на черновых операциях) принято считать неравномерность припуска, колебания твердости обрабатываемого материала и другие факторы.

В практических расчетах их влияние учитывается с помощью коэффициентов динамичности:

К_д =1,2-1,4 –черновые операции;

К_д =1,0-1,2 –чистовые операции.

Погрешности от влияния сил зажима учитывают только при обработке тонкостенных и маложестких деталей.

Погрешности от теоретической схемы обработкивозникают в результате применения приближенной схемы обработки вместо теоретически точной, либо инструмента с приближенным профилем.

Применение методов, основанных на приближенной схеме обработки, может быть оправдано в тех случаях, когда сумма теоретических и производственных ошибок не превышает допуска, проставленного на чертеже, а замена точной схемы обработки приближенной позволяет упростить и удешевить процесс обработки.

 

Рисунок 3.10 Примеры образования погрешностей от теретической схемы обработки

Расчет суммарной погрешности обработки.

 

В общем случае наиболее значимыми погрешностями, возникающими в процессе механической обработки являются:

- погрешности, вызываемые упругими деформациями технологической системы под влиянием силы резания, мкм;

- погрешности, возникающие из-за неточной настройки станка, мкм;

- погрешности, вызываемые размерным износом режущего инструмента, мкм;

- погрешность обработки, вызываемая температурными деформациями технологической системы, мкм.

- погрешности, возникающие вследствие геометрических неточностей станка, мкм.

При обработке на станке ЧПУ дополнительно возникают погрешности позиционирования элементов системы и отработки программ управления.

Расчет точности (определение суммарной погрешности обработки) целесообразен в основном для операций чистовой стадии обработки, т.е. при 6…11 квалитете точности.

Тогда суммарная погрешность обработки:

- для диаметральных размеров

;

- для линейных размеров

,

где - погрешности установки заготовки, ;

- износ инструмента;

- упругие деформации;

- погрешности формы детали (например кривизна) с предыдущей операции.

После определения суммарной погрешности проверяется возможность обработки без брака, для чего полученные значения сравнивают с допуском по чертежу.

В случае невозможности достижения требуемой точности - необходимо предложить конкретные мероприятия по снижению первичных погрешностей.

Методы настройки станков.

Для выполнения технологической операции необходимо провести предварительную наладку (настройку) оборудования.

Наладкой называется процесс подготовки технологического оборудования и технологической оснастки к выполнению определенной технологической операции.

Наладка обеспечивает точность относительного движения инструмента и заготовки. В результате настройки режущий инструмент и заготовка должны занять требуемое исходное положение и воспроизводить заданный закон относительного движения.

Исходное положение режущего инструмента и заготовки обеспечивается настройкой размерных цепей, а закон относительного движения с помощью настройки кинематических цепей технологической системы

В результате воздействия на технологическую систему различных факторов фактическая траектория движения и положение режущего инструмента будут отличаться от заданных. Эти нарушения устраняются при динамической настройке.

В настоящее время применяются статическая и динамическая настройки оборудования.

Статическая настройка.

Статическая настройка технологической системы заключается в установке режущих инструментов на заданный размер по калибрам и эталонам на неподвижном станке.

То есть настройка заключается в установке режущих инструментов на неработающем оборудовании (станок выключен) по детали-эталону или специальному калибру, которые располагаются на станке вместо обрабатываемой заготовки.

Настройка инструмента на заданный размер может выполняться как на станке, так и вне его.

Инструмент доводится до соприкосновения с поверхностью калибра и закрепляется. Одновременно, устанавливаются соответствующие упоры.

При настройке станка для обработки плоскостных заготовок в качестве установочного калибра часто используется набор мерных плиток.

В ряде случаев для установки инструментов применяются специальные установочные приспособления с индикаторными устройствами.

Из-за наличия деформаций в упругой технологической системе, зависящих от действия сил резания, температурного режима системы и других факторов, размер обработанного изделия оказывается больше (для охватываемых поверхностей) или меньше (для охватывающих поверхностей) требуемого.

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

Расчетный настроечный размер установочного калибра определяется по формуле:

Здесь - размер заготовки, который должен быть фактически получен после обработки, когда настройка станка ведется по середине поля допуска заготовки:

,

где и - соответственно наименьший и наибольший предельные

размерные заготовок по чертежу);

- поправка, учитывающая упругие деформации технологической системы и шероховатость поверхности эталонной детали, по которой производится настройка.

где , , - составляющие поправки, учитывающие соответственно действие сил резания, шероховатость обрабатываемых заготовок и величину зазора в подшипниках шпинделя.

В формуле знак минус принимается для случая обработки вала, а знак плюс - для отверстия.

При односторонней обработке

При двусторонней обработке (обработке цилиндрических поверхностей) значение , найденное по формуле, следует удвоить:

В связи с тем, что установка резца по калибру осуществляется соприкосновением его вершины с точной поверхностью калибра и при обработке заготовки положение вершины резца определяет положение впадин неровностей, измеренный размер оказывается больше размера калибра на величину

где - высота микронеровностей, мкм.

При двусторонней обработке значение также удваивается

При односторонней обработке поправка равна половине диаметрального зазора (принимается, что шпиндель, нагружаемый усилием резания, смещается в горизонтальном направлении от рабочего на половину диаметрального зазора) и зависит от типа и марки станка.

При двусторонней обработке эта величина удваивается.

Пример статической настройки с использованием эталон-детали, приведен на рисунке:

Рисунок 3.11 Схема многоинструментальной статической настройки.

Точность обработки заготовок при использовании статической настройки не превышает 8-9-го квалитетов. Это приводит к необходимости дополнять статическую настройку динамической, проводя добавочное регулирование положения инструментов и упоров при обработке первых заготовок партии.

Значительное сокращение трудоемкости настройки при установке инструментов по эталонам, особенно при многорезцовой обработке, предопределяет широкое распространение этого метода в крупносерийном и массовом производствах. К числу больших преимуществ этого метода следует отнести также возможность настройки инструментальных блоков по эталонам вне станка на специальных оптических устройствах, что существенно повышает точность настройки и сокращает простои станков при настройке.

Этот способ настройки часто применяют при многоинструментальной обработке и он является основным методом для ОЦ (обрабатывающих центров) и других станков с ЧПУ.

Динамическая настройка.

 

Сущность динамической настройки заключается в отыскании и обеспечении величины смещения центра группирования (математического ожидания) , относительно координаты середины поля допуска обрабатываемой детали по чертежу Td. Если Td совпадает с полем рассеивания деталей в обрабатываемой партии, т.е. с , тогда основной задачей динамической настройки является .

Рисунок 3.12 Схема динамической настройки.

Для этого выбирают некоторое количество пробных деталей и строят для них теоретическую кривую распределения с полем рассеивания .

Общая погрешность настройки определяется как

- для плоских поверхностей,

- для поверхностей вращения,

где, -погрешность регулирования инструмента,

- погрешность измерений,

-смещение центра группирования после обработки пробных деталей.

В общем случае, динамические методы настройки могут быть реализованы:

· по пробным заготовкам с помощью рабочего калибра,

· по пробным заготовкам с помощью универсального измерительного инструмента.

Их применение дает максимальную точность их всех известных методов.