Досягнення необхідної якості деталей машин

Досягнення необхідної якості деталей машин

У процесі їх виготовлення

1. Досягнення необхідної точності розмірів, шорсткості, форми і відносних поворотів поверхонь деталі. 1.1. Призначення структури технологічної операції для досягнення необхідного значення показника якості деталі. Поняття уточнення системи ВПІД. 1.2. Включення оброблюваної заготовки в розмірні та кінематичні ланцюги системи ВПІД. 1.3. Три етапи виконання операції: встановлення заготовки, настроювання технологічної системи, оброблення заготовок. Роль кожного етапу у виникненні похибок оброблюваної заготовки. Виробничі похибки як сума похибок всіх трьох етапів.

2. Похибка встановлення заготовки. 2.1. Похибка встановлення як сума похибок базування, закріплення та положення заготовки в процесі виготовлення. 2.2. Похибка закріплення: суть; принцип розрахунку; вплив контактних деформацій у стиках на її значення; шляхи зменшення. 2.3. Похибка положення заготовки: суть і методика визначення.

3. Похибка статичного налаштування технологічної системи. 3.1. Налаштування системи ВПІД на оброблення однієї деталі та партії деталей за пробними заготовками. Методика визначення робочого настройкового розміру для цих методів. 3.2. Автоматичне отримання розмірів на налаштованих верстатах. 3.3. Визначення похибки статистичного налаштування системи ВПІД на розмір.

4. Похибка динамічного налаштування технологічної системи. 4.1. Жорсткість та податливість технологічної системи, способи визначення. Вплив жорсткості технологічної системи на точність розмірів, форми при обробленні заготовок на налаштованих верстатах. Основні шляхи підвищення жорсткості технологічної системи. 4.2. Похибки, обумовлені коливаннями фізико-механічних властивостей матеріалу заготовки. 4.3. Похибки, обумовлені величиною і коливанням припусків на оброблення. 4.4. Похибки обумовлені неточністю виготовлення та спрацювання різальних інструментів. 4.5. Вібрації та їх вплив на похибку оброблення. Коливання, автоколивання. Заходи з попередження і скорочення вібрацій. 4.6. Теплові деформації технологічної системи і їх вплив на точність оброблення на налаштованих верстатах. Визначення температурних деформацій системи ВПІД. 4.7. Похибки від геометричних неточностей конструкції верстатів та їх кінематичних схем. 4.8. Похибки, викликані спрацюванням верстатів за період їх експлуатації. 4.9. Розрахунок сумарної похибки оброблення на налаштованих верстатах. Правила знаходження суми поодиноких похибок, як випадкових величин. Прогресивні методи настроювання та піднастроювання системи ВПІД).

Досягнення необхідної точності розмірів, шорсткості, форми і відносних поворотів поверхонь деталі.

8.1.1. Призначення структури технологічної операції для досягнення необхідного значення показника якості деталі. Поняття уточнення системи ВПІД.

Відповідно до службового призначення різні поверхні деталі виконують різні функції. Тому й вимоги до них можуть бути найрізноманітнішими: за точністю, шорсткістю, твердістю тощо. Забезпечуються ці вимоги використанням різних технологічних методів оброблення, які вибирають з врахуванням габаритних розмірів, способу отримання та точності вихідної заготовки, властивостей матеріалу, наявності устаткування тощо. Якщо, наприклад, точність заготовки невисока, то оброблення її поверхонь починають з попередніх (чорнових) методів. Якщо заготовка точна, то можна відразу починати чистове, а інколи й викінчувальне оброблення. При цьому виходять з того, що кожному з методів остаточного оброблення передує один або кілька можливих попередніх (менш точних) методів. Так, чистовому розвертанню отвору передує попереднє, а попередньому – зенкерування або свердління. Крім цього, кожен подальший метод повинен бути точнішим за попередній. Технологічний допуск на проміжний (міжопераційний) розмір і показники якості поверхні, які отримані на попередньому етапі оброблення, повинні мати числові значення, за яких можливе нормальне використання подальшого намічуваного методу оброблення. Після чорнового розточування не можна, наприклад, застосовувати чистове розвертання, оскільки для усунення всіх похибок попереднього оброблення зубці розвертки працювали б з неприпустимо великою глибиною різання.

Визначення кількості етапів оброблення (фактично – кількості технологічних переходів) проводять з використанням гіпотези про послідовне уточнення розміру поверхні заготовки економічно доцільними методами до точності розміру поверхні деталі.

Після оброблення заготовка отримує розрахункове уточнення, яке рівне:

, (8.1)

де Т_заг, Т_дет – відповідно допуски на розмір певної поверхні заготовки і деталі.

У загальному випадку кожна поверхня обробляється послідовно чорновими, чистовими та викінчувальними методами, тобто оброблення проходить у декілька етапів, на кожному з яких точність поверхні підвищується на величину

(8.2)

де Т_і-1, Т_і – відповідно допуски, що забезпечуються попереднім і поточним методами оброблення.

Допустиму точність оброблення поверхні можна забезпечити різними методами, кожний з яких має свою величину уточнення. Повністю оброблена поверхня отримує загальне уточнення, яке дорівнює добутку уточнень, отриманих на кожному переході (операції):

(8.3)

Ознакою того, що кількість методів оброблення поверхні деталі вибрано вірно, є нерівність:

(8.4)

Коефіцієнт уточнення визначає необхідну кількість методів оброблення m:

(8.5)

При виборі методів оброблення необхідно виходити з того, що

підвищення точності механічного оброблення на окремих етапах (переходах) технологічного процесу відбувається непропорційно: на початкових операціях точність оброблення підвищується на більшу кількість квалітетів; на викінчувальних операціях – меншу.

Відповідно до цього правила, при плануванні оброблення слід враховувати максимальну точність, яку можна досягнути на поточному переході. Орієнтовні значення кількості квалітетів, на які підвищується точність при механічному обробленні (при різних співвідношеннях квалітетів точності заготовки та деталі), наведено у технічній літературі [5 тощо]. У загальному випадку для першого ступеня чорнового оброблення досяжними є величини уточнення e < 4; для чистового оброблення e = 1,5 – 2,5; для викінчувального оброблення з допусками точності ІТ5... 1Т7 e = 1,1... 1,3.

Одні й ті ж показники точності можуть бути досягнуті різними методами оброблення. Перевагу слід надавати тим методам, які мають меншу кількість переходів (наприклад, дев’ятий квалітет точності забезпечується одноразовим протягуванням на противагу розсвердлюванню із зенкеруванням). Для різних поверхонь однієї деталі слід вибирати однакові методи оброблення. Це дозволить зменшити номенклатуру різальних інструментів, сумістити оброблення різних поверхонь; зменшити кількість установів, підвищити продуктивність і точність оброблення.

Для коректного призначення методів оброблення необхідно пам’ятати, що поверхня з відносно невисокою точністю (квалітетом точності) може мати низьку шорсткість чи жорсткі допуски форми та взаємного розташування поверхонь. Кількість методів оброблення таких поверхонь слід збільшувати до необхідної кількості, встановленої за довідковими даними, наприклад, за табл. 1... 9 [5 (т. 1)].

Загалом, методика вибору методів оброблення включає такі етапи:

1. Встановлюється допуск заготовки Т_заг.

2. Визначається розрахункове уточнення (8.4).

3. Встановлюються кінцеві методи оброблення і проводиться їх аналіз.

4. Розраховується необхідна кількість методів оброблення m (8.5).

5. Встановлюються попередні методи оброблення.

6. Для кожного методу оброблення встановлюються середньоекономічний квалітет і допуск.

7. Розраховується уточнення для кожного методу оброблення (8.2).

8. Розраховується загальне уточнення всіх методів оброблень (8.3).

9. Перевіряється правильність призначення та, за необхідності, уточнюються методи оброблення залежно від необхідної шорсткості та допусків форми і взаємного розташування поверхонь.

Окрім вказаної методики, на виробництві кількість ступенів та методів оброблення доволі часто встановлюють на основі використання типових планів оброблення поверхонь, що рекомендує довідникова та технічна література.

Як правило, для досягнення однієї і тієї ж кінцевої мети можливі кілька варіантів маршруту (плану) оброблення поверхні (МОП). При цьому кількість переходів при обробленні кожної поверхні в різних варіантах може виявитись різною. Перевагу віддають тому МОП, який забезпечує якнайкоротший шлях до досягнення мети, тобто необхідно прагнути до можливо меншої кількості переходів. У той же час можливі варіанти МОП перевіряють на технологічну сумісність та можливість застосування цих рішень для інших поверхонь того ж типу. При цьому бажано, щоб у маршрутах оброблення різних поверхонь, які належать одній деталі, повторюваність методів оброблення була максимальною. Це скорочує номенклатуру необхідних різальних інструментів та дає змогу проектувати технологічний процес за принципом концентрації операцій з максимальним суміщенням оброблення різних поверхонь, зменшує кількість установів, збільшує продуктивність та точність оброблення.

Вибір того чи іншого варіанта МОП можна здійснювати за допомогою економічних розрахунків. Однак до такої оцінки необхідно ставитись обережно, оскільки сукупність оптимальних варіантів оброблення окремих поверхонь не гарантує оптимального варіанту технологічного процесу виготовлення деталі в цілому. При створенні технологічного процесу виготовлення деталі питання оброблення кількох однотипних поверхонь часто вирішується спільно, що вносить певні корективи в раніше намічені варіанти оброблення окремих поверхонь. Так, вибираючи маршрут оброблення отвору, окрім параметрів якості, необхідно також враховувати його діаметр.

8.1.2. Включення оброблюваної заготовки в розмірні і кінематичні ланцюги системи ВПІД.

Розглянемо методи досягнення показників точності деталі при обробленні її на металорізальному верстаті. Проаналізуємо процес досягнення необхідної точності деталі під час оброблення на вертикально-свердлильному верстаті. На рис. 8.1 показано процес включення заготовки у розмірні і кінематичні ланцюги верстата.

Рис. 8.1. Розмірні і кінематичні ланцюги системи ВПІД при обробленні заготовки.

Розмір α1 – кут (паралельність) між віссю свердла (шпинделя) та напрямною верстата; розмір α2 – кут (перпендикулярність) між поверхнею стола та напрямною верстата. Обидва розміри (і їх точність) обумовлені конструктивними особливостями верстата, а значить, не можуть змінюватися під час оброблення. Це означає, що точність відносних поворотів поверхонь обробленої деталі буде залежати від точності виготовлення та монтажу ланок (вузлів) верстата. Точність отримання відносних поворотів поверхонь при складанні у цьому випадку досягається методами повної та неповної взаємозаміни. Необхідно забезпечити точність лінійного розміру від базового торця до осі оброблюваного отвору АD і точність кутового розташування осі αD. Розглянемо розмірні ланцюги:

Розмір А₁ – конструктивний розмір верстата (віддаль між віссю шпинделя та напрямною верстата), тому на нього технологічними засоби впливати не можна. На положення заготовки відносно верстата (заготовка-пристрій – пристрій-верстат) (розмір А₂) технолог впливати може. Таким чином, точність лінійного розміру А при складанні) може досягатися методом регулювання за допомогою компенсувальних ланок (ланка А₂).

Три етапи виконання операції: встановлення заготовки, настроювання технологічної системи, оброблення заготовок. Роль кожного етапу у виникненні похибок оброблюваної заготовки. Виробничі похибки як сума похибок всіх трьох етапів

Аналіз процесу оброблення отвору на вертикально-свердлильному верстаті (рис. 8.1) показує, що технологічну операцію можна розділити на ряд окремих етапів, кожен з який вносить частку загальної похибки виготовлення.

1. Встановлення заготовки на установчі елементи (стіл верстату) – заготовка своїми розмірами включається у розмірні і кінематичні ланцюги системи ВПІД.

2. Статичне настроювання розмірних і кінематичних ланцюгів системи ВПІД.

3. Динамічне налагодження розмірних і кінематичних ланцюгів системи ВПІД. На цьому етапі проходить оброблення заготовки. При цьому на оброблювану заготовку діють робочі навантаження.

У процесі виконання вказаних етапів з’являються відповідні похибки, які в результаті сумуються, частково компенсуються і при подальших розрахунках враховуються як похибки:

1) встановлення ε_вст.;

2) статичного настроювання ε_стат.;

3) динамічного налагодження ε_дин..

Кожна з цих похибок у свою чергу залежить від ряду факторів (елементарних похибок), які носять систематичний чи випадковий характер. При цьому основними причинами виникнення цих похибок є:

1) похибка встановлення ε_вст.:

- невірний вибір технологічних баз (ТБ);

- похибки ТБ (віддалей, поворотів, геометричної форми);

- похибки виготовлення виконавчих поверхонь верстату, пристрою тощо;

- невірне використання правила шести точок;

- невірний вибір силового замикання (недостатність сили затиску, невірний вибір точок прикладання та послідовності прикладання сили затиск);

- невірний вибір вимірювальних баз, методів та засобів вимірювання;

- не організована заміна баз при закріпленні;

- недостатня кваліфікація робітника-верстатника;

2) статичного настроювання ε_стат.;

- невірний вибір технологічних баз (ТБ);

- невірний вибір вимірювальних баз, методів та засобів вимірювання;

- невірний вибір методів та засобів статичного настроювання;

- неправильне встановлення різальних кромок інструменту відносно виконавчих поверхонь верстату;

- неправильне встановлення і закріплення пристроїв;

- недостатня статична точність спорядження та інструментів;

- недостатня кваліфікація робітника-налагоджувача;

3) динамічного налагодження ε_дин..

- неоднорідність матеріалу оброблюваної заготовки;

- коливання величини припуску на оброблюваній заготовці;

- недостатня і непостійна жорсткість системи ВПІД;

- зміна напряму і величини сил різання;

- зміна якості і стану спорядження та інструменту;

- температурні впливи (зміна температури заготовки, інструменту, пристрою, вимірювального інструменту, оточувального середовища);

- властивості і спосіб використання МОР;

- недостатня кваліфікація робітника-верстатника.

Сумарна похибка оброблення одиничної деталі буде рівна:

При обробленні партії заготовок сумарна похибка оброблення буде складатися з суми абсолютних значень полів розсіювання вказаних похибок.

Жорсткість технологічної системи та її податливість. Вплив жорсткості технологічної системи на точність розмірів, форми при обробленні заготовок на настроєних верстатах. Основні шляхи підвищення жорсткості технологічної системи.

Під дією сил різання, які виникають в процесі механічного оброблення, всі навантажені деталі і вузли системи ВПІД деформуються. Окремі деталі піддаються, як правило, лише пружнім деформаціям, а вузли (наприклад, супорт, передня і задня бабки токарного верстата чи стіл свердлильного верстату) – змішаним (пружнім і непружнім деформаціям). Джерелом непружніх деформацій є люфти і стики з’єднань деталей у вузлах.

Величину деформації y будь-якої деталі чи вузла, віднесеної до діючої на неї сили Р називають податливістю ω цієї деталі чи вузла в напрямку дії сили Р. Величину, обернену до податливості, називають жорсткістю j:

Чим більша податливість (менша жорсткість) системи ВПІД, тим більші похибки виникають в процесі оброблення (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Спотворення циліндричної деталі при її точінні: а) при жорстких задній і передній бабаках і малій жорсткості заготовки; б) при жорсткій заготовці і недостатній жорсткості бабок; в) при недостатній жорсткості консольно затисненій заготовки.

 

Мірою жорсткості j_c. системи ВПІД можна вважати сумарну y_c. відносну деформацію інструмента y_i. і деталі y_д. під дією сили різання Р. Величина цієї деформації:

При обробленні у центрах (рис. 8.3) сумарна деформація інструмента і деталі в процесі обточування є перемінною. На початку роботи (поз. І), коли різець перебуває біля центру задньої бабаки, на деформацію деталі впливає тільки жорсткість задньої бабки j_з.б., і тоді сумарна деформація складається з деформації супорта y_суп. та задньої бабки y_з.б. Пружні деформації деталі й інструмента, які в даному випадку рівні лише деформаціям стиску, настільки малі, що ними можна знехтувати.

Рис. 8.2. Визначення сумарного відхилення токарного різця під дією сили різання.

В кінці обточування, коли різець наближається до центру передньої бабки (поз.ІІ):

У проміжному положенні різця (поз. ІІІ), коли його вершина пройшла вздовж деталі довжиною l відрізок а, деформація інструменту залишається попередньою, а деформація деталі складається з деформацій обох бабок та пружньої деформації (згину) самої деталі. Оскільки при проміжному положенні інструменту сила різання розкладається на передню та задню бабки пропорційно до відрізків а та l-a, то результуюче переміщення обох бабок дорівнюватиме середньому значенню їх переміщень:

В окремому випадку, коли різець перебуває на середині деталі (а=l/2)

Деформація деталі дорівнюватиме стрілі її прогину під дією сили Р. Для середнього положення різця, коли розглядати вал як балку на двох опорах, віддаль між якими рівна l, величина стріли прогину:

,

де Е – модуль пружності; – момент інерції поперечного перерізу вала діаметром d. Звідси жорсткість вала при середньому положенні різця:

,

а жорсткість системи ВПІД:

Шляхи підвищення жорсткості системи ВПІД:

- скорочення кількості стиків і ланок у системі (вирішується в процесі розроблення верстатів та пристроїв);

- забезпечення більшої визначеності базування шляхом створення попереднього натягу у вузлах верстата (підпружинені чи гідравлічні задні бабки);

- підвищення жорсткості верстатів (в процесі виготовлення та експлуатації – шляхом регулювання відповідних пристроїв (клини, планки));

- підвищення жорсткості оброблюваної заготовки;

- управління жорсткістю за рахунок адаптивного керування процесом оброблення (P_y = const).

 

Список літератури

1. Клепиков В.В., Бодров А.Н. Технология машиностроения. – Москва: Форум, 2008. – 890 с.

2. Медвідь М.В., Шабайкович В.А. Теоретичні основи технології машинобудування. – Львів: Вища школа, 1976. – 299 с.

3. Міренський І.Г. Основи технології машинобудування: Навч. посібник – Харків: Тимченко, 2008. – 256 с.

4. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. / Под ред. А.М. Дальского А.Г. Косиловой и др. – Москва: Машиностроение, 2003.

5. Технологія машинобудування. Посібник-довідник для виконання кваліфікаційних робіт: Навч. посібник / Юрчишин І.І., Литвиняк Я.М., Грицай І.Є. та ін.; За ред. Юрчишина І.І. – Львів: Вид-во Нац. ун-ту “Львівська політехніка”, 2009. – 527 с.

Досягнення необхідної якості деталей машин

У процесі їх виготовлення