Методи точності механічної обробки для різних типів виробництва та їх характеристика

Підвищення надійності машин висуває вимоги щодо підвищення таких якостей деталей, як міцність, зносостійкість, точність та чистота поверхні. У технології машинобудування під точністю розуміють ступінь відповідності виробів їх заздалегідь встановленому прототипу або зразку. При цьому чим більше ця відповідність, тим вище точність. Точністю реальної деталі називають ступінь відповідності її кресленням, вона характеризується величиною фактичних відхилень розмірів від номінальних. Точність виготовлення деталей є відносним поняттям через неможливість отримання абсолютно точної деталі в результаті похибки обробки різанням. Таким чином, деталь можна назвати точно обробленою у тому випадку, коли похибка ∆ її виготовлення не перевищує допуск δ, встановлений конструктором, тобто ∆ δ. Іншими словами, точність деталі характеризує ступінь наближення форми, розмірів окремих ділянок і взаємного розміщення поверхонь, що утворюють контур деталі, до характеристик, що дані у кресленні.

Підвищення точності виготовлення заготівок знижує трудомісткість наступної механічної обробки і скорочує витрату матеріалу через зменшення величини припусків на її виконання. Крім того, точність обробки, в свою чергу, скорочує трудомісткість складання машин за рахунок часткового або повного усунення пригоночних робіт, а також забезпечує взаємозамінюваність деталей і вузлів технічних систем. Остання дає можливість здійснювати поточне складання та швидкий ремонт машин, що знаходяться в експлуатації.

З розвитком автоматизації виробництва проблема отримання продукції стабільної якості має особливу актуальність. Її вирішення повинно базуватися на дослідженнях технологічних факторів, що мають вплив на точність, старанному вивченні умов роботи обладнання та оснащення, а також відшуканні нових прогресивних технологічних методів.

При вирішенні питань точності в машинобудуванні:

- установлюють потрібну точність виготовлення машини та її елементів, виходячи із наявних вимог і її функціонального призначення. Це завдання вирішується на базі теоретичних і експериментальних даних з урахуванням досвіду експлуатації аналогічних машин. Підхід “чим точніше, тим краще” є помилковим і часто є результатом незнання дійсних умов роботи машини. Призначення точності виготовлення повинно здійснюватися з урахуванням витрат на виготовлення, строків служби, а також умов її експлуатації;

- визначають потрібні методи й засоби контролю на базі заданої точності виготовлення;

- забезпечують задану точність виготовлення елементів і машини в цілому відповідною побудовою технологічних процесів з урахуванням найбільшої продуктивності та найменших витрат на їх виконання;

- установлюють значення технологічних допусків на проміжні розміри заготівок і допоміжні бази під час виконання операцій механічної обробки;

- визначають фактичну точність при лабораторних і виробничих дослідженнях діючих або нових технологічних методів і процесів;

- виявляють причини невитримання заданої точності у виробничих умовах і вишукують шляхи її підвищення з розробкою відповідних заходів.

Слід відзначити, що останні чотири завдання вирішують на стадії проектування нових, налагодження впроваджуваних і дослідження діючих технологічних процесів.

Розміри деталі, що визначають точність обробки, в межах заданих в робочій документації допусків, а решту вільних розмірів отримують за встановленими технологічними допусками. Для ілюстрації сказаного розглянемо сполучення поверхонь складної деталі, що має шарову А, конічні Б і В, а також циліндричну Г поверхні (рис.1.12).

Рис. 1.12 – Складна деталь

Точність розмірів цих поверхонь характеризується ступенем відповідності дійсних розмірів заданим, а точність форми – ступенем відповідності кулі, конуса та циліндра. Точність взаємного розміщення поверхонь у нашому випадку характеризується величиною їх співвісності. В інших випадках дана точність може характеризуватися паралельністю, концентричністю, перпендикулярністю та ін.

Точність розмірів визначається точністю налагоджування верстату, інструменту, установи різального інструменту на розмір і видом інструменту. На точність форми впливають вид робочих рухів верстата, профіль і установ різального інструменту, точність копіювальних пристроїв на верстаті. Наприклад, поверхні А, Б, В і Г можуть бути оброблені послідовно з використанням різних різальних інструментів або одночасно за допомогою одного фасонного інструменту. Під час роздільної обробки різанням точність форми кульової поверхні А залежить від точності форми фасонної різальної кромки різця, конічних поверхонь Б і В визначається точністю установи фасонних різців відносно осі обертання заготівки, а при обробці за копіром – точністю його виготовлення. Якість форми циліндричної поверхні Г пов’язана з точністю переміщування інструменту відносно осі обертання заготовки. У разі одночасної обробки усіх поверхонь одним фасонним різцем точність їх форм визначається точністю форми різальної кромки різця.

Точність взаємного розміщення поверхонь залежить від різних факторів технологічного процесу - в розглянутому випадку при роздільній обробки від точності відносного переміщення різальних інструментів, а при одночасній – форми ріжучої частини фасонного різця. Якщо заготовка деталі обробляється в кілька операцій, то ця точність обумовлена похибкою установи даної заготовки на різних операціях.

Сумарна похибка обробки є наслідком впливу ряду технологічних факторів на первинні похибки. Серед них необхідно відзначити похибки, викликані:

1. неточним установленням заготовки на верстаті;

2. у результаті дії пружних деформацій системи “верстат – пристрій – інструмент - деталі” (ВПІД ) під впливом сил різання;

3. у результаті деформації заготовки та інших елементів технологічної системи під впливом сил закріплення;

4. розмірним зносом різального інструменту;

5. похибкою настроювання верстата;

6. геометричними неточностями верстата і в деяких випадках пристрою;

7. неточністю виготовлення інструменту;

8. у результаті температурних деформацій окремих ланцюгів технологічної системи;

9. за рахунок похибки в результаті дії залишкових напружень в матеріалі заготовки та готових деталей, які можуть досягати великих значень при недостатній жорсткості заготовок.

Окремі похибки обробки розглядаються як систематичні й випадкові. Систематичні похибки виникають за рахунок дії певних причин і можуть бути постійними або змінними. Постійна систематична похибка має сталу величину для усіх деталей однієї партії внаслідок неточностей інструменту, верстата та пристроїв, пружних деформацій елементів системи ВПІД (верстат – пристрої – інструмент – деталь) . Змінна систематична похибка змінює свою величину при переході від однієї деталі до наступної і викликається зносом інструменту, його нагріванням. Випадкові похибки виникають через незалежні одна від одної причини. Вони з’являються внаслідок коливань припуску на обробку й твердості матеріалу різних деталей.

Розподіл похибок на систематичні й випадкові має умовний характер. У різних випадках похибка може бути як систематична або як випадкова. При обробці партії деталей одним інструментом відхилення у розмірах, викликані неточністю виготовлення інструменту, розглядаються як систематичні сталі похибки. При розгляді великої кількості деталей, що оброблені кількома однорідними інструментами, такі відхилення проявляються вже як випадкові.

Точність, задана кресленням, може бути забезпечена різними технологічними методами. В умовах одиночного виробництва вона забезпечується методом послідовного наближення, що передбачає знімання металу пробними проходами і супроводжується пробними промірами. У цьому разі точність обробки повністю залежить від кваліфікації робітника.

В умовах серійного й масового виробництва точність забезпечується методом автоматичного отримання розмірів на попередньо настроюваному верстаті. Установлення заготовок здійснюють у спеціальні пристрої на заздалегідь вибрані базові поверхні. Цей метод більш продуктивний і знаходиться у прямій залежності від оброблюваної партії деталей. Крім того, вона залежить від кваліфікації наладчика, тому що йому доводиться проводити періодичне настроювання верстата при зміні інструменту, а також виконувати в процесі обробки піднастроювання верстата при вузьких допусках. Прикладами обробки цим методом можуть служити багаторізцеве обточування, фрезерування на поздовжньо-фрезерувальних верстатах, тонке розточування та інші види однопроходної обробки. Перевірка якості деталей проводиться вибірково методами статистичного контролю, а при більш складних видах обробки – методом стовідсоткового контролю. В обох розглянутих методах на точність впливає суб’єктивний фактор. При першому методі цей фактор виявляється індивідуально при обробці кожної деталі, в другому – на партію деталей. Вплив суб’єктивного фактора усувається шляхом застосування методів, пов’язаних з використанням “мірних” різальних інструментів (розгортки, протяжки, фасоні фрези та ін.). У цьому разі точність виконання діаметральних розмірів отворів не залежить від кваліфікації верстатника або наладчика, тому що при зміні інструменту не відбувається зміна настроюваного розміру.

В умовах дрібно – і середньосерійного виробництва застосовується дещо відмінний метод, сутність якого полягає в наступному. При обробці кожної деталі різальний інструмент встановлюють у вихідне положення за лімбом і обробку ведуть за один прохід. Потрібний розподіл лімба визначають за еталоном або в результаті пробної обробки першої деталі. У даному випадку на точність обробки впливають суб’єктивні фактори двох видів: один пов’язаний з похибкою установки необхідного розподілу лімба, а другий – з похибкою установки різального інструменту.

В автоматизованому виробництві застосовують більш прогресивний метод забезпечення заданої точності. Він полягає в тому, що у верстат вбудовується вимірювальний та регулювальний пристрій, останній з яких призначений для автоматичного коригування системи на заданий розмір при виході деталі з поля допуску. При такому методі обробки всі деталі придатні і вплив суб’єктивного фактора виключений, якщо не рахувати похибок регулювання самого підналадчика.

Пристрої, що працюють за вказаною схемою, часто називають пристроями із зворотнім зв’язком, тому що вимірювальний пристрій, що перевіряє оброблену деталь, дає команду на робочий орган верстата у випадку виходу розміру за встановлені межі. Пристрої даного типу характерні для верстатів, що виконують обробку за один прохід (наскрізне безцентрове циліндрування, тонке й чистове розточування і т.д). Для верстатів, що виконують обробку за кілька проходів (зовнішнє кругле й внутрішнє шліфування), характерне використання пристроїв, що проводить всі вимірювання за ходом. При досягненні заданого розміру ці пристрої автоматично виключають подачу верстата.

У даний час є велика кількість аналогічних систем під назвою засобів активного контролю. Їх реалізація дає змогу підвищити точність та продуктивність обробки.