книги из ГПНТБ / Степанян А.Г. Изготовление малогабаритных корпусных деталей

Геометрическая точность металлорежущих станков регламен­ тируется соответствующими стандартами. Для всех видов уни­ версальных станков и большинства специальных станков суще­ ствуют стандарты на нормы точности. Для отдельных видов спе­ циального оборудования нормы точности регламентируются спе­ циальными техническими требованиями. В обоих случаях нормы точности предусмотрены для приемки этих станков, следователь­ но, распространяются только на новые станки. В процессе эксплуатации, вследствие износа и старения отдельных деталей станка, изменяются первоначальные значения геометрических параметров точности. В ряде случаев по паспорту обо­

При анализе точности обработки на металлорежущих станках влияние неточностей геометрических параметров станка можно рассчитать двумя методами.

1. Зная допустимое значение неточности каждого геометриче­ ского параметра, можно определить ожидаемое (вероятное или максимальное) значение погрешности обработки вследствие этих неточностей.

2. При известных характеристиках геометрических парамет­ ров станка (по величине и направлению) можно определить точ­ ное значение погрешности обработки от влияния неточности этих параметров. В этом случае можно добиться уменьшения погреш­ ности отдельных параметров взаимного расположения поверхно­ стей обрабатываемого корпуса соответствующей наладкой, имею­ щей целью компенсацию одних погрешностей другими.

Для обеспечения высокой точности взаимного расположения поверхностей при обработке корпусных деталей большое значе­ ние имеет правильный выбор технологической схемы обработки на каждом конкретном станке. Учитывая неточности геометриче­ ских параметров станка, при правильном выборе технологической схемы обработки можно получить более высокую точность взаим­ ного расположения поверхностей, чем при работе на аналогич­ ном станке с высокой точностью геометрических параметров, но без анализа схемы обработки.

Точностные параметры универсальных приспособлений и раз­ личного типа поворотных устройств, применяемых при обработке корпусных деталей, регламентируются специальными техниче­ скими требованиями, которые указываются в паспорте каждого приспособления или устройства. Точностные параметры специ­ альных приспособлений указываются на сборочных чертежах как технические условия на их изготовление.

Основные точностные параметры приспособлений всех типов, как правило, назначаются в зависимости от требуемой точности взаимного расположения поверхностей деталей, которые следует обрабатывать в этих приспособлениях.

53

Влияние неточности параметров приспособлении аналогично геометрическим параметрам станков, можно рассчитать двумя методами — определить ожидаемую (максимальную или вероят­ ностную) погрешность от неточности изготовления приспособле­ ния и конкретное значение погрешности при известных характе­ ристиках.

Соответствующей наладкой приспособления па станке (уста­ новка и выверка) можно частично компенсировать не только неточности самого приспособления, но неточности станка, вызывающие погрешности взаимного расположения поверхно­ стей.

Неточности установки обрабатываемой заготовки в приспо­ соблении пли на столе станка могут вызвать погрешности взаим­ ного расположения поверхностей двоякого характера. В первом случае неточности установки заготовки вызывают погрешности взаимного расположения поверхностен непосредственно. Этот случай имеет место при взаимном расположении поверхностей, обрабатываемых при данной установке, относительно поверхно­ стен, служащих установочными или контрольными базами. При­ мером таких погрешностей могут быть: несоосиость обрабаты­ ваемой цилиндрической поверхности другой цилиндрической по­ верхности, служащей установочной базой (крепление в цанго­ вом или трехкулачковом патроне, установка на разжимной или гладкой оправке и т. п.); непараллельность или неперпендику­ лярность оси обрабатываемой цилиндрической поверхности от­ носительно базовой плоской поверхности; непараллельиость или неперпендикулярность обрабатываемой плоской поверхности от­ носительно базовой и т. п. Погрешности взаимного расположения поверхностей, имеющих такой характер, определяются непосред­ ственно соответствующим расчетом погрешности базирования и крепления по общеизвестной методике.

Неточности установки заготовки вызывают погрешности вза­ имного расположения поверхностей косвенного характера. В этом случае неточность установки вызывает погрешность обработки вследствие образования неравномерности припуска и, следова­ тельно, за счет неравномерности упругих деформаций системы СПИД при обработке различных поверхностей. Величины по­ грешностей этой группы непосредственно зависят от абсолютной величины жесткости системы СПИД.

Неточности режущих инструментов влияют на точность взаимного расположения корпусных деталей только при обра­ ботке мерными инструментами (сверлами, зенкерами, развертка­ ми, дисковыми и пальцевыми фрезами и т. п.). Наиболее ответ­ ственными при этом являются операции сверления, зеикерования и развертывания, т. е. операции, связанные с обработкой поса­ дочных отверстий. Основными погрешностями обработки вслед­ ствие неточности сверла являются увод сверла и несимметрич­ ная «разбивка» отверстия. Сверление отверстий по кондуктор-

54

иым втулкам уменьшает, но не исключает эти погрешности. Это обусловлено прежде всего наличием минимально необходимого зазора между втулкой и сверлом, который увеличивается по ме­ ре износа и заточки сверла, и с другой стороны, наличием обрат­ ной конусности у сверл, влияние которой тем больше, чем боль­ ше глубина сверления. Величина обратной конусности для спи­ ральных сверл регламентируется ГОСТом 2034—64. Первая из этих погрешностей непосредственно является отклонением оси отверстия от номинального расположения. Вторая погрешность является отклонением от точности геометрической формы отвер­ стия. Основные посадочные отверстия обрабатываются в несколь­ ко переходов, причем, последующие переходы в большинстве случаев производятся немерными инструментами. Следователь­ но, погрешности взаимного расположения поверхностей, вызван­ ные неточностью сверла, непосредственно не определяют оконча­ тельной точности обрабатываемой детали. Влияние этих погреш­ ностей проявляется косвенно вследствие «наследственности» технологического процесса.

Характер влияния неточностей других типов мерных инстру­ ментов на точность взаимного расположения поверхностей ана­ логичен характеру указанного для сверления.

Источниками температурных деформаций системы СПИД при обработке на металлорежущих станках могут быть: теплота, вы­ деляемая в процессе резания и от трущихся частей станка, и теп­ лота от различных источников окружающей среды.

Состояние технологической системы в зависимости от тепло­ вого баланса может быть переменным и уравновешенным. Теп­ ловой баланс, в общем случае, может быть переменным: если температура окружающей среды непостоянна, и режим работы стайка неравномерный — рабочий цикл станка прерывается от­ носительно длительными или неодинаковыми по времени оста­ новками. Тепловой баланс считается уравновешенным, если при постоянной температуре окружающей среды выделяемая от внут­ ренних источников теплота уравновешивается общим количест­ вом теплоты, отводимым от системы. Соблюдение уравновешен­ ного теплового баланса очень сложная задача и практически не­ разрешимая, в особенности для процессов обработки малогаба­ ритных корпусных деталей на металлорежущих станках. Это обусловлено прерывистым характером технологического процес­ са обработки этих деталей.

На производстве оборудование, предназначенное для обработ­ ки прецизионных деталей, устанавливается в помещениях с ав­ томатически регулируемой постоянной температурой. При этом, температура с определенными допусками отклонений, совпадает с температурой аттестации станка, так что изменение темпера­ туры окружающей среды происходит в небольшом диапазоне, следовательно, погрешности, вызываемые деформациями от этих изменений, малы. Кроме того, при обработке прецизионных дета-

55

лей обязателен разогрев станка в холостом режиме до достиже­ ния состояния уравновешенного (условно) теплового баланса, после чего только начинается обработка деталей.

Следует отметить, что даже в состоянии уравновешенного теплового баланса не все детали станка нагреваются одинаково, т. е. имеется неравномерное температурное поле, характерное для каждого типа станков. Это явление, по сути, является источ­ ником неравномерных деформаций. Температурные погрешности имеют общий характер для различных тйпов станков и в то же

Жесткость технологической системы СПИД является одной из наиболее важных ее характеристик. Любая технологическая система не является абсолютно жесткой и деформируется под действием сил, связанных с установкой заготовки и процессом резания. Деформации технологической системы под действием сил резания имеют особенно большое значение при черновых об­ работках, когда снимается большой слой припуска. Несмотря на меньшие значения погрешностей от деформаций системы под действием сил резания при чистовых проходах, погрешности от первых операций передаются окончательно обработанной детали. Поэтому анализ и расчет этих погрешностей — весьма важные задачи.

При расчете этих погрешностей прежде всего следует выявить те деформации, которые вызывают изменение точности интере­ сующего нас параметра. Как будет показано ниже, на точность взаимного расположения поверхностей влияет в основном не аб­ солютная величина жесткости, а только неравномерность жестко­ сти. На точность обработки влияют жесткости всех звеньев тех­ нологической системы станка, приспособления, инструмента и де­ тали. Аналитический расчет погрешностей обработки от нежест­ кости корпусной детали, за редкими исключениями, не представ­ ляется возможным из-за сложности этих деталей. Эта погреш­ ность для каждой конкретной детали определяется эксперимен­ тально.

Износ режущего инструмента оказывает двоякое влияние на точность обрабатываемых поверхностей — косвенное и непосред­ ственное. Затупление режущего инструмента вызывает изменение сил резания по величине и по направлению и, вследствие измене­ ния упругих деформаций в системе СПИД, вызывает отклонение расположения обрабатываемых поверхностей. Однако влияние этой погрешности незначительно для одного корпуса, а в партии она не вызывает отклонения расположения поверхностей. С дру­ гой стороны, с износом изменяется тепловой режим процесса ре­ зания, следовательно, и количество выделяемой теплоты и тем самым создаются препятствия установлению уравновешенного теплового баланса. .

56

Такой же характер имеет и влияние нароста на рабочей по­ верхности инструмента, учет которого осложняется особенно тем, что его образование не подчиняется никаким закономерно­ стям.

Непосредственное влияние на точность взаимного расположе­ ния поверхностей оказывает в отдельных случаях только размер­ ный износ режущего инструмента.

Одним из основных вопросов производства точных приборов и машин является сохранение размеров и других геометрических параметров, полученных при обработке, в течение времени. При­ чинами изменения этих параметров могут быть остаточные внут­ ренние напряжения. На изменение точностных параметров по взаимному расположению поверхностей могут влиять только ос­ таточные напряжения первого рода, т. е. напряжения, уравнове­ шенные в объемах, соизмеримых с размерами деталей. Напряже­ ния второго и третьего родов, уравновешенные соответственно в микроскопических и ультрамикроскопических объемах, влияют в основном только на качество поверхностей.

Остаточные внутренние напряжения, находящиеся в уравно­ вешенном состоянии, вызывают деформацию детали с наруше­ нием этого состояния вследствие изменения объема детали, тем­ пературы, силовых воздействий и других причин. В процессе этих изменений происходит перегруппировка внутренних напряжений, пока не достигается новое уравновешенное состояние в соответ­ ствии с новыми условиями. При этой перегруппировке внутрен­ них напряжений деталь переходит из одного уравновешенного состояния в другое с более низкой энергией, т. е. происходит ре­ лаксация напряжений. Этот процесс постоянно сопровождается деформацией детали, приводящей к изменению первоначаль­ ных параметров точности взаимного расположения поверхно­ стей.

В зависимости от источника возникновения остаточные внут­ ренние напряжения разделяются на: а) напряжения, возникшие в детали при заготовительных операциях (литье, ковка, сварка, штамповка и т. д.); б) напряжения, связанные с операциями тер­ мической обработки деталей и в) напряжения, связанные с про­ цессом обработки на металлорежущих станках.

Обработка на станках порождает значительные внутренние напряжения, в основном, при выполнении черновых операций, т. е. когда процесс сопровождается возникновением значитель­ ных сил резания, усилий зажима в приспособлении и температур. Чистовые же операции вызывают только напряжения второго и третьего рода.

Следовательно, главной задачей технологического процесса для уменьшения влияния остаточных напряжений на точность взаимного расположения поверхностей является снятие или уменьшение этих напряжений после черновой или получистовой обработки детали.

57

К корпусам приборов предъявляются особенно высокие тре­ бования по стабильности размеров. Для обеспечения этого тре­ бования корпуса с допусками по 1 и 2-му классам точности и особо высокими требованиями к стабильности размеров подвер­ гаются стабилизирующей обработке различными методами в за­ висимости от характеристик детали, вида заготовки и материала. Такими методами могут служить: естественное старение, стаби­ лизирующий нагрев, обработка холодом, термоциклическая ста­ билизирующая обработка, механическое воздействие (песко­ струйное), вибрационная обработка, ультразвуковое воздействие, воздействие магнитных полей и т. п. В ряде случаев обработка с целью снятия внутренних напряжений производится в несколько этапов.

Как показывают исследования, при правильном выборе ста­ билизирующей обработки технологический процесс изготовления корпусов обеспечивает достаточно высокую стабильность разме­ ров, и при имитации длительного хранения в различных условиях отдельные детали претерпевают незначительные деформации (О— 1 мм), соответствующие точности измерения.

Расчет точности возможен только на основе подробного ана­ лиза всех технологических факторов, вызывающих первичные по­ грешности. Только такой расчет позволяет правильно выбрать схему обработки особенно для получения высокой точности вза­ имного расположения поверхностей. Так, обработка корпусов с высокими требованиями по взаимному расположению поверхно­ стей на координатно-расточном станке, несмотря на относитель­ но высокую точность отдельных параметров, может оказаться сложной задачей. Это объясняется тем, что количество геометри­ ческих параметров, неточности которых вызывают отклонение взаимного расположения поверхностей от номинального располо­ жения при обработке на координатно-расточных станках боль­ ше, чем, например, на агрегатно-расточных станках, что являет­ ся следствием широкой универсальности первых.

АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ НА КООРДИНАТНО-РАСТОЧНЫХ СТАНКАХ

Основные погрешности, вызывающие отклонения взаимного расположения поверхностей в корпусных деталях, обрабатывае­ мых на координатно-'р неточных станках, можно разделить на следующие группы.

1.Неточности геометрических параметров станка.

2.Неточности рабочего стола станка, приспособлений и не­ точности установки последних на столе (далее рассматривается обработка корпусных деталей с использованием универсального поворотного стола).

3.Нестабильности координатных перемещений стола и сала­

зок станка или шпиндельной бабки (у двухстоечных станков) и

58

нестабильности угла поворота универсального поворотного стола.

4.Погрешности установки заготовки.

5.Температурные деформации.

6.Погрешности, связанные с процессом резания.

Расчет погрешностей, возникающих при обработке на коор­ динатно-расточном станке, приведен в табл. 7.

Неточности геометрических параметров станка.

1—1, 1—2. Неточности установки продольных и поперечных координат (Л^, АУ), определяемых при помощи микроскопа, установленного на шпинделе, и прецизионной штриховой линей­ ки при соответствующих перемещениях стола или шпиндельной бабки станка, непосредственно вызывают отклонение взаимного расположения обрабатываемых поверхностей, если рассматри­ ваемый параметр имеет линейное измерение — эксцентриситет, смещение осей отверстий и т. п.

Непараллельиость общей оси двух номинально соосных отверстий относи­ тельно базовой поверхности корпуса и неперпендикулярность общих осей двух пар номинально соосных отверстий определяются величинами несоосности соответствующих отверстий, изменяю­ щих расположение общих осей в рас­ сматриваемой плоскости.

Величина неперпендикулярности осей отверстий складывается из откло­

/і и 12 — расстояния между средними сечениями этих от­ верстий (иногда, для простоты, на рисунках ука­ зывается расстояние между наружными торцами отверстий).

Из-за малости перекоса, непараллельности, неперпеидикулярности и т. д., здесь и далее, принято, что sin Aß = tgAß=iAß.

В зависимости от расположения двух эксцентриситетов, от­ клонения обеих осей могут компенсировать друг друга или скла­ дываться.

59

61

63

62