Загальна теорія точності механічної обробки (стр. 2 из 9)
Рис. 2. Схема утворення систематичної похибки при точінні конічної поверхні радіальними різцями
5.2 Похибки, що виникають внаслідок неточності, зношуваннята деформації верстатів
Похибки виготовлення та складання верстатів обмежуються нормами державних стандартів, які визначають допуски і методи перевірки геометричної точності верстатів, тобто точності верстатів у ненавантаженому стані. Дані про точність верстатів наведені у паспортах на них.
Похибки геометричної точності верстатів повністю або частково переносяться на оброблювані заготовки. Похибка обробки виникає внаслідок відхилення фактичної траєкторії переміщення різального інструменту відносно оброблюваної поверхні від траєкторії, передбаченої кінематичною схемою при виготовленні. На нових верстатах похибка, що пов’язана з їх геометричною точністю, порівняно мала, але при спрацюванні елементів верстата похибка значно збільшується.
Геометричні неточності верстата викликають сталу систематичну похибку форми і взаємного розташування поверхонь оброблюваних заготовок. Величина цих систематичних похибок піддається попередньому аналізу і підрахунку.
Приклади
1. При непаралельності осі шпинделя токарного верстата напрямку руху супорта у горизонтальній площині циліндрична поверхня оброблюваної заготовки, закріпленої в патроні верстата, перетворюється в конічну (рис. 3, а). При цьому зміна радіуса r заготовки дорівнює відхиленню a осі від паралельності по відношенню до напрямних на довжині заготовки, тобто:
rmax = r + a.
При непаралельності осі шпинделя відносно напрямних у вертикальній площині оброблювана поверхня набуває форми гіперболоїда обертання (рис. 3, б), найбільший радіус якого:
де в – відхилення осі шпинделя від паралельності по відношенню до напрямних верстата L оброблюваної заготовки.
2. Биття шпинделів токарних і круглошліфувальних верстатів, що викликається овальністю підшипників та опорних шийок шпинделів, викривлює форму обробленої заготовки у поперечному перерізі. Овальність шийок шпинделів в цьому випадку переноситься на заготовку, оскільки при її обробці шийки шпинделів весь час притискаються до певних ділянок поверхонь підшипників.
3. Биття передніх центрів токарних і круглошліфувальних верстатів при правильному положенні осі шпинделя викликають перекошення осі оброблюваної поверхні при збереженні правильного кола у поперечному перерізі заготовки.
Рис. 3. Похибки форми при обточуванні циліндричних заготовок
Причинами биття переднього центра в цьому випадку можуть бути: биття осі конічного отвору шпинделя; биття осі переднього центра по відношенню до осі його хвостовика; неточність посадки переднього центра в конічному отворі шпинделя.
На рис. 4, а показано, що при битті переднього центра центрова лінія в процесі обробки описує конус з вершиною біля заднього центра. Основа цього конуса дорівнює биттю переднього центра, а віссю конуса є вісь обертання шпинделя верстата. В результаті обточування у поперечному перерізі заготовки (переріз А–А) виходить правильне коло заданого радіуса (оскільки обертання заготовки відбувається навколо правильно розташованої і постійної осі обертання ОО шпинделя), але слід центрової лінії, що з’єднує центрові отвори заготовки, опиняється зміщеним від центра перерізу на відстань е. Після обробки заготовка набуває форми циліндра, вісь якого нахилена по відношенню до лінії центрових отворів на кут α. При цьому:
sinα = e/L,
де L – довжина заготовки;
е – ексцентриситет переднього центра.
Рис. 4. Вплив биття переднього центра на точність обробки: а – похибка при обточуванні за одне встановлення; б – похибка при обточуванні з перевстановленням заготовки
У окремих випадках при обточуванні за два встановлення оброблена заготовка має дві осі з найбільшим кутом перетину осей, рівним 2α (риc. 4, б).
4. Зношування напрямних призводить до зміни положення окремих вузлів верстата, що викликає додаткові похибки оброблюваних заготовок. Нерівномірне зношування передньої та задньої напрямних токарного верстата викликає нахил супорта і зміщення вершини різця у горизонтальній площині, що безпосередньо збільшує радіус оброблюваної поверхні. Нерівномірність зношування напрямних по їх довжині призводить до появи систематичної похибки форми оброблюваної заготовки.
Відхилення від перпендикулярності шпинделя вертикально-фрезерного верстата до поверхні стола у поздовжньому напрямку викликає ввігнутість поверхні (рис. 5) [2].
З рисунка 5 вид збоку: з ΔСDE:
Δв=СЕ=CD·sinα;
вид А: з ΔOC'C:
; 
.Тоді:
,де Δв – величина ввігнутості поверхні.
Неперпендикулярність осі шпинделя вертикально-фрезерного верстата відносно площини його стола поперечному напрямку викликає непаралельність оброблюваної площини по відношенню до установчої, яка за величиною дорівнює лінійному відхиленню від перпендикулярності на ширині заготовки.
Рис.5 Вплив відхилення від перпендикулярності шпинделявертикально-фрезерного верстата на форму оброблюваної поверхні
Рис. 6. Вплив геометрії похибок при фрезеруванні прямокутних пазів
6. Відхилення β від перпендикулярності осі обертання фрези до пазів стола (рис. 6, а) і відхилення γ від паралельності осі обертання фрези робочій поверхні стола (рис. 6, б) викликають відповідно збільшення ширини паза (рис. 6, в) і його поворот (рис. 6, г).
При одночасній дії похибок β і γ збільшення ширини паза в його верхній частині, враховуючи малі значення кутів β і γ, для практичних цілей можна визначити за спрощеною залежністю:[2]:
,де Dф – діаметр фрези;
t– глибина паза.
7.Відхилення від перпендикулярності напрямних шпиндельної бабки відносно стола вертикально-свердлильного верстата проявляється у вигляді відхилення від перпендикулярності обробленого отвору відносно бази (рис. 7).
Рис. 7. Вплив геометричної неточності вертикально-свердлильного верстата на точність розташування оброблювального отвору
Похибка від геометричної неточності верстата може бути визначена також за довідником [4, с 53–70].
5.3 Похибки від розмірного зношування різального інструменту
У процесі механічної обробки різальний інструмент піддається зношуванню. З точки зору впливу зношування на точність обробки необхідно розглядати так зване розмірне зношування, яке вимірюється у напрямку нормалі до обролюваної поверхні.
При значних розмірах заготовки зношування впливає на геометричну форму (рис. 8, а), а також розташування (рис. 8, б) оброблюваної поверхні. При обробці заготовок невеликих розмірів зношування позначається на зміні розмірів послідовно оброблюваних заготовок.
Зношування інструмента у залежності від шляху різання характеризується кривою, наведеною на рис. 9.
Процес зношування можна поділити на три періоди: перший період (відрізок І) короткочасний і характеризується активним зношуванням у зв’язку з припрацюванням інструменту; другий період (відрізок ІІ) – це нормальне зношування інструмента, коли спостерігається приблизно лінійна залежність зношування від шляху різання; третій період (відрізок ІІІ) характеризується різким зростанням зношування, за яким наступає невдовзі руйнування різальної кромки. Зношування інструмента по закінченню другого періоду називають гранично допустимим зношуваннямiгр.
Рис. 8. Вплив спрацювання різального інструменту на точність обробки при точінні (а) та струганні (б)
Рис. 9. Зношування різального інструменту
На другій (основній) ділянці кривої розмірного зношування його інтенсивність характеризується значенням тангенса кута нахилу кривої до осі абсцис, який називається відносним (питомим) зношуванням io:
,де і2– розмірне зношування за другий період роботи інструмента;
L2 – шлях різання, що відповідає другому періоду роботи інструмента.
Відносне зношування звичайно приймають на 1000 м шляху різання і виражають в мкм/км.В період припрацювання залежність зношування від шляху різання виражається степеневою функцією. Для спрощення розрахунків розмірного зношування криву на цій ділянці замінюють прямою aA, яка є продовженням прямої AB що характеризує період нормального зношування; лінія aA відсікає від осі ординат величину in, яка характеризує зношування за період припрацювання. Величина in називається початковим зношуванням і виражається в мікрометрах. Отже, для конкретних умов обробки за даними io та in можна розрахувати розмірне зношування Δi в мікрометрах на довжині шляху різання: