Модель формирования технологического размера и его погрешности

Величину упругих объемных деформаций заготовки можно уменьшить правильным выбором точек приложения сил Q. Следует выдерживать условие, чтобы сила Q с вызванными ею реакциями в опорных точках не создавала изгибающих моментов, объемно деформирующих заготовку (см. пример на рис. 7.4). Для уменьшения упругих контактных деформаций необходимо направлять силу Q на тот установочный элемент, с которым заготовка имеет наибольшую поверхность контакта; применять высокопрочные материалы для изготовления установочных элементов приспособлений; повышать качество исполнительных поверхностей установочных элементов (прежде всего, снижать их шероховатость).

Рис. 7.4. Влияние расположения точек приложения сил зажима на объемную деформацию заготовки   

 

Ограничение колебаний величины сил зажима Q в приспособлениях добиваются применением механизированного привода (пневматического, гидравлического, электрического и т.д.) взамен ручного. При использовании ручных зажимов (что характерно для индивидуального и мелкосерийного производств) снижения колебаний сил зажима Q можно добиться применением специальных тарированных ключей.

Пути и меры уменьшения погрешности установки заготовок приведены в таблице. 7.1.

 

 

Таблица 7.1.

Возможности уменьшения погрешности установки

 

Элементарная составляющая погрешность		Направления	Мероприятия
1		2	3
ωТБ		Оптимизация схемы базирования	Включение в технологическую базу поверхностей, отвечающих признакам      установочной, направляющей, опорной и т.д. баз. Внесение     конструктивных изменений в  заготовку.
		Уменьшение степени влияния погрешности базы на погрешность установки	Локализация положения опорных точек  за  счет конструкции  установочных  элементов   приспособления.
		Повышение точности технологических баз	Включение в технологическую базу  наиболее точных поверхностей заготовки. Построение      заготовительных  технологических процессов,   обеспечивающих      наибольшую точность        выбранных черновых технологических баз. Назначение  на   поверхности технологических баз более жестких технологических допусков. Повышение  точности разметки.
1	2		3
ωВБ		Повышение        точности   исполнительных       поверхностей станков и установочных элементов приспособлений	Выбор станков более высокой точности. Назначение жестких допусков на размеры, форму установочных элементов   приспособления,   а также   на   их   взаимное расположение
		Снижение       износа исполнительных поверхностей станков и установочных элементов приспособлений	Регулярный       контроль состояния     станков     и приспособлений. Ограничение допустимых величин износа установочных элементов приспособлений. Своевременный ремонт станков и приспособлений.
			Применение износостойких материалов для изготовления установочных элементов. Применение специальных методов   термической   и химико-термической   обработки     установочных элементов
ωНБ	Устранение влияния		Выбор схем базирования без неопределенности   Ограничение   минимальных      гарантированных зазоров при реализации схем базирования с неопределенностью Повышение        качества разметки      (уменьшение толщины     разметочных линий) Повышение квалификации рабочего-станочника
	ωНБ  на ωу
	Уменьшение величины ωНБ
ωЗ	Уменьшение величины упругих деформаций в опорных точках и в объеме заготовки		Правильный выбор направления  и  точки  приложения силы зажима Применение     малоупругих материалов для установочных элементов Повышение качества исполнительных      поверхностей        установочных элементов
	Ограничение колебаний сил зажима		Применение механизированных   сплавов   приводов приспособлений Применение   тарированных ручных зажимов

 

 

3. Источники погрешности статической настройки

 и пути ее уменьшения

 

Для    выявления    возможных    источников     появления погрешности     статической          настройки          необходимо проанализировать   и   описать   процесс   формирования  размера статической    настройки.    Этот    размер    описывает    взаимное положение   исполнительных    поверхностей    инструмента    и приспособления в подготовленной к работе (собранной) технологической системе и, следовательно, должен быть  замыкающим звеном в некоторой размерной цепи, составляющими звеньями которой будут размеры отдельных    элементов    этой    технологической системы.    Таким    образом,    процесс формирования    размера    статической    настройки    в    каждой конкретной технологической системе  может и должен быть описан соответствующей размерной цепью, и   согласно теории размерных цепей, каждое составляющее  звено  этой цепи укажет независимый  источник погрешности замыкающего звена.

Любой металлорежущий станок имеет в своей конструкции механизмы, которые позволяют устанавливать режущие кромки инструмента в направлении получаемого линейного размера  на требуемом расстоянии от исполнительных поверхностей станка или приспособления. Поэтому достижение точности размера статической настройки на линейный размер всегда осуществляется по методу регулирования подвижным компенсатором. Точность же угловых размеров статической настройки (параллельность, перпендикулярность) всегда достигается методами полной или частичной взаимозаменяемости, так как станки не имеют устройств для изменения углового положения своих исполнительных поверхностей или исполнительных поверхностей приспособления для установки заготовки. Не имеют, как правило, таких устройств и приспособления для установки заготовок. Поэтому достижение требуемой точности угловых размеров – всегда более сложная и трудная задача по сравнению с достижением точности линейных размеров.

Для иллюстрации рассмотрим пример на рис. 7.5, где приведены размерные цепи статической настройки на размер Асн и относительный поворот αсн технологической    системы    для    фрезерования    плоскости    на заготовке, контуры которой нанесены пунктирными линиями.

 

Рис. 7.5. Размерные цепи статической настройки технологической системы

вертикально-фрезерного станка

 

Размер Aсн от плоскости исполнительных поверхностей установочных элементов приспособления до вершины зуба фрезы формируется в технологической системе  при подъеме стола станка до контакта вершины зуба со щупом, положенным на установ приспособления. Тогда Асн = БΔ – замыкающее звено размерной цепи, составляющие звенья которой Б1 - размер приспособления между плоскостью исполнительных    поверхностей    установочных    элементов    и плоскостью установа;  Б2 –  размер щупа. Из размерной цепи:

ωАсн= ω БΔ = ωБ1 + ωБ2,

Это   уравнение   показывает   источники   погрешности   ωАсн     и описывает формирование ее величины. По физическому смыслу ωБ1 – неточность изготовления приспособления; ωБ2  – погрешность измерения, вызванная неточностью изготовления мерителя-щупа и неточностью определения момента контакта зуба фрезы со щупом.

Поворот (непаралельность) αсн  плоскости вращения вершин зубьев фрезы относительно плоскости исполнительных поверхностей установочных элементов является замыкающим звеном размерной цепи γΔ = αсн, составляющие звенья которой: γ1 –  поворот (непараллельность) плоскости установочных элементов относительно плоскости основания (основной базы) корпуса приспособления; γ2 –  неперпендикулярность оси шпинделя к плоскости стола станка; γ2 – неперпендикулярность    плоскости   расположения вершин зубьев фрезы к оси вращения шпинделя. Из этой размерной цепи:

ωαсн = ω γΔ = ω γ1 + ω γ2  + ω γ3

где ω γ1  –  погрешность изготовления приспособления;

        ω γ2 – погрешность используемого станка, зависящая от неточности его изготовления и последующего неравномерного износа в подвижных соединениях;

        ω γ3 – погрешность установки инструмента (фрезы) в технологическую систему.

Каждое из составляющих звеньев размерной цепи γ в свою очередь является замыкающим звеном соответствующей производной размерной цепи, существующей в одной из подсистем технологической системы: приспособлении, станке, инструменте и т.д. Эти производные размерные цепи приведены на рис. 7.6. Из таких размерных цепей могут быть выявлены причины, источники элементарных составляющих погрешности статической настройки и пути воздействия на них.

 

 

Рис. 7.6. Размерные цепи подсистем технологической системы

вертикально-фрезерного станка

 

Так, размерная цепь β (см. рис. 7.6,а) показывает роль отдельных деталей приспособления и его сборки в образовании части погрешности статической настройки = ωγ1. Анализ этой размерной цепи дает нам путь сокращения   –  повышение точности изготовления приспособления  и соответствующие конкретные меры на этом пути:

– повышение точности изготовления деталей приспособления по размерам β1  и β2 ;

 – обработка     исполнительных    поверхностей    установочных элементов после сборки приспособления в размер γ1.

Из размерной цепи η (см. рис. 7.6,б) вытекает другой путь уменьшения     – повышение   точности   станка   на   момент статической   настройки   технологической системы.   В   этом   направлении   возможны следующие меры:

– выбор станка более высокой точности (γ2= η Δ  - нормируемая величина неточности изготовления станка);

– своевременный ремонт станка для восстановления утраченной из-за   неравномерного   износа   направляющих  точности  по размерам η 1, η 2, η 3 , η4.

Из размерной цепи θ (см. рис. 7.6,в) следует, что для уменьшения части погрешности статической настройки ωγ3 = ωθΔ следует повышать точность изготовления инструмента (по размеру θ1) и точность установки его на шпиндель станка (по размеру θ2).

Анализируя аналогичным образом различные конкретные случаи статической настройки разных технологических систем, можно выявить все возможные пути и меры уменьшения погрешности статическое настройки, приведенные в таблице 7.2.

 

 

 

Таблица 7.2

Пути уменьшения погрешности статической настройки

Источник	Направление действий	Мероприятия
1	2	3
Оборудование	Повышение геометрической точности оборудования	Выбор оборудования более высокой точности. Регулярный ремонт
Приспособление	Повышение геометрической точности приспособления	Повышение точности изготовления приспособления по размерам: - координирующим исполнительные    поверхности установочных     элементов относительно       основной базы приспособления; -   координирующим   элементы    для  определения положения    инструментов (установы, кондукторные втулки     и     т.д.)     относительно   исполнительных поверхностей    установочных элементов. Обработка    исполнительных поверхностей установочных элементов  в  собранном приспособлении «по месту». Применение в конструкциях приспособлений специальных   устройств   для повышения точности установки приспособления на станок. Своевременный      ремонт или   замена изношенных деталей.
Рабочий инструмент	Повышение   геометрической точности инструмента	Повышение точности изготовления инструментов по размерам: - основной базы; - координирующим рабочие кромки относительно основной базы
Измерительный инструмент     и процесс измерения	Повышение точности измерения	Применение   более  точных измерительных инструментов.  Применение  более точных  встроенных  в   станок  или  приспособление       измерительных    устройств    (лимбов, щупов, калибров и т.п.). Применение     специальных устройств для определения момента контакта инструмента с измерителями
Рабочий- наладчик	Уменьшение     влияния индивидуальных особенностей рабочего	Повышение   квалификации рабочего-станочника. Поручение  наладочных  работ наладчику.

 

 

 

 

 

 

4. Источники погрешности динамической настройки

и пути ее уменьшения

 

Во время обработки в зоне резания и во всех частях технологической системы протекают процессы различной физической, химической, физико-химической и др. природы, в результате которых взаимное положение заготовки и инструмента изменяется. К числу таких процессов относятся: динамика резания; пластическая и упругая деформации материала заготовки и отделяемого слоя; тепловыделение в зоне резания, в приводах и подвижных соединениях технологической системы; трение и износ в зоне резания и в подвижных соединениях; вынужденные и собственные колебания (вибрации) технологической системы; химическое и электрохимическое взаимодействие инструмента, СОЖ и обрабатываемого материала; теплопередача внутри технологической системы от более нагретых к менее нагретым частям; теплообмен технологической системы  с окружающей средой и т.д.

Описать результат воздействия этих процессов на технологическую систему  можно с двух принципиально разных точек зрения. Во-первых, можно рассматривать и описывать воздействие этих процессов на каждую часть технологической системы, и с этой точки зрения в размерных цепях статической настройки определять изменение каждого из составляющих звеньев. Например, можно изучать роль приспособления и рассматривать влияние неравномерного его нагрева на звено γ1 или же изменение этого звена γ1 в результате объемных и контактных упругих деформаций, возникающих в приспособлении под действием силы резания. Можно изучать роль рабочего инструмента и рассматривать изменения звена γ3 которые возникают в результате нагрева и частичного охлаждения зуба фрезы за время одного ее оборота, либо в результате объемной тепловой деформации всей фрезы как сборочной единицы, либо другие деформации фрезы под действием сил резания и т.д. Такой подход удобен при изучении отдельных частей технологической системы и характерен для смежных учебных дисциплин технологического цикла "Теория резания", "Металлорежущие станки", "Проектирование режущих инструментов" и т.д.

Объектом же изучения технологии машиностроения является вся работающая технологической система и ее воздействие на результат – получаемый размер. С этой точки зрения все указанные выше изменения в звеньях приводят к изменению взаимного расположения рабочих кромок инструмента и заготовки. Для оценки этого суммарного воздействия удобно пользоваться понятием размера динамической настройки, который практически невозможно измерить, он конструируется нами мысленно, но с его помощью удобно выполнить анализ воздействия всех процессов, сопровождающих собственно обработку, на получаемый технологический размер.