3.6. Причины возникновения погрешностей при механической обработке

Величины погрешностей в большой степени зависят от схемы установки деталей на станке.

3.6.1. Погрешность установки деталей

Погрешность установки в общем виде определяется

, (20)

где εу – погрешность установки, ε_б – погрешность базирования, ε_з – погрешность закрепления, ε_пр – погрешность приспособления. Погрешность базирования должна отсутствовать за счет выбора правильной схемы установки детали.

Погрешность закрепления определяется изменением положения заготовки в момент зажима по отношению к опорам. Это контактные деформации и выжимание при закреплении в приспособлении. Контактные деформации для стыков заготовки – установочные элементы определяются по формуле

у = С Qⁿ, (21)

где у – контактные деформации, С – коэффициент, характеризующий вид контакта, материал заготовки, шероховатость и структуру поверхностного слоя, Q – сила, действующая на установочный элемент, n – показатель, n < 1.

Рис. 86. Кривая зависимости контактной деформации от силы зажима

Выжимание. Для предотвращения явления выжимания необходимо, чтобы сила зажима плотно прижимала заготовку к опорам, в противном случае схему закрепления следует признать неточной.

Рис. 87. Схема возникновения неточности (выжимания) при закреплении в тисках	Рис. 88. Схема возникновения неточности (выжимания) при закреплении в патроне

Погрешность приспособления связана с погрешностью самого приспособления, износом его элементов и неточностью установки приспособления на станке.

Неточность самого приспособления характеризуется неточностью положения его установочных элементов и находится в пределах от 0,01 – 0,05 мм, для прецизионных приспособлений – менее 0,01мм.

Износ элементов зависит от их размеров, материала, массы заготовки и состояния ее базовых поверхностей. Для уменьшения износа опоры выполняют из закаленной стали. Величины износа небольшие. При обработке деталей по седьмому, восьмому квалитетам износ не превышает 0,015 мм.

Неточность установки приспособления на станке определяется смещением и перекосом корпуса приспособления на столе станка. Рациональным назначением зазоров по сопрягаемым элементам эту погрешность можно уменьшить до 0,01 мм.

Суммарная погрешность приспособления определяется квадратичным суммированием составляющих погрешностей.

3.6.2. Погрешности станков

Классы точности станков: Н – нормальный, П – повышенный, В – высокий; А – особо высокий, С – прецизионный.

Нормы точности станков регламентированы стандартами.

Например, допуск радиального биения шпинделя токарного станка должен быть не более 10 – 15 мкм. Допуск прямолинейности и параллельности направляющих токарных станков на длине 1000 мм допускается не более 0,02 мм.

К каким результатам могут привести погрешности станков?

Рассмотрим это на некоторых примерах.

1. Ходовой винт токарного станка имеет ошибку в шаге, значит, резьба, нарезанная на этом станке, будет иметь ошибку этого винта.

2. Неперпендикулярность оси шпинделя столу вертикально-фрезерного станка проявляется в виде неплоскостности обработанной поверхности (рис. 89).

Рис 89. Неплоскостность обработанной поверхности при фрезеровании

3. При установке токарного станка на фундамент может появиться извернутость станины (рис 90).

Рис. 90. Извернутость станины при установке токарного станка на фундамент

Величина погрешности обработки будет обусловливаться величиной опрокидывания резца y, последняя может быть определена по формуле

, (22)

где у – величина опрокидывания резца, δ – величина извернутости станины.

В положении II суппорт как бы опрокидывается, и в результате резец отойдет от детали, диаметр ее увеличится.

4. Износ направляющих токарного станка является неравномерным. Как показали исследования, передние направляющие изнашиваются в восемь-десять раз больше, чем задние. Эта погрешность приводит к увеличению диаметра и искажает форму обрабатываемой поверхности.

5. Биение переднего центра.

Рис. 91. Биение переднего центра

Аксиома №1: ось обточенной поверхности всегда совпадает с осью вращения шпинделя (ООП≡ОВШ).

Аксиома №2: если передний центр не бьет, то ось центров всегда совпадает с осью вращения шпинделя (ОЦ≡ОВШ) (рис. 92).

Рис. 92. Биение переднего центра отсутствует

Аксиома №3: если передний центр бьет, то ось центров не совпадает с осью вращения шпинделя (ОЦ ОВШ) (рис. 91).

Так как на практике передний центр всегда имеет биение, то можно сделать вывод, что ось обточенной поверхности не будет совпадать с осью центров, т.е. ООП ОЦ.

Если подобные детали поступят на дальнейшую обработку (например, шлифование), то может оказаться так, что на часть поверхности припуска не хватит, а на другой части поверхности будет увеличенный припуск, что приведет к появлению погрешности формы.

6. Если ось схождения кулачков патрона токарного станка не совпадает с осью вращения шпинделя, то при обработке ступеней вала с переустановкой в этом патроне получается неконцентричность диаметральных поверхностей. Причиной появления несоосности () является биение патрона (рис. 93).

Рис. 93. Несоосность поверхностей детали

7. Если деталь обрабатывается в центрах за две установки, при этом передний центр имеет биение, то обрабатываемая деталь получается двуосной.

а) б)

Рис. 94. Влияние биения переднего центра на точность обработки: а – до обработки; б – после обработки

8. Биение оси конуса отверстия шпинделя вертикально-сверлильного станка по отношению к оси вращения шпинделя вызывает изменение диаметра обрабатываемого отверстия, происходит разбивка отверстия.