Факторы, которые влияют на точность
При изготовлении детали выполняется ряд последовательных технологических операций с применением технологической системы: различных станков, инструментов, приспособлений и приборов. Предписанная конструктором точность детали достигается в результате проявления всех факторов технологического комплекса обработки, которые оказывают свое влияние на процесс формирования размеров, формы и качества поверхности. Схематически показаны важнейшие факторы, оказывающие влияние на процесс формирования основных геометрических параметров детали при обработке ее на одной технологической операции. Поскольку входные параметры заготовки при переходе от одной операции к другой изменяются, влияние этих факторов на точность исполнения операции может быть различным. Точность основных параметров детали фиксируется контролем после выполнения завершающей операции всего технологического комплекса ее обработки. Однозначность установленной формы, размеров и качества обработки детали фиксируется конструктором на чертеже изображением ее проекции и соответствующими стандартными условными обозначениями. Наглядность, определенность и простота представления детали и изделия достигаются благодаря совмещению характерных поверхностей, линий и осей с системой координат на чертеже.
Простым воображением представляются в пространстве поверхности и линии, с помощью которых конструктор указывает на чертеже необходимую и достаточную информацию о форме и размерах проектируемого изделия, которое образует конструкторские базы. Конструкторскими базами могут быть реальные поверхности детали или воображаемые оси симметрии или плоскости сечений, от которых указываются раз меры или координаты профиля. Показана ножка стола сложной формы. Чтобы показать эту форму и размеры сечения, используют проекции ножки на координатные плоскости и указывают координаты отдельных точек профиля на определенных уровнях от начала отсчета, обозначенных цифрами от 1 до 14.
Для получения конкретной детали технолог назначает комплекс последовательных технологических операций в зависимости от вида исходного сырья. Благодаря выполнению этих операций при последовательном изменении формы, размеров и свойств исходный материал с предписанной точностью превращается в соответствующее изделие. Нужную форму и размеры детали получают механическим воздействием на материал путем резания, гнутья или прессования. Для этого материал необходимо располагать рациональным образом относительно режущего инструмента, образующего форму и размеры детали.
Для ориентации материала при выполнении технологических операций используют реальные поверхности заготовок, которые являются технологическими базами. Процесс установки заготовок для их обработки при этом называют технологическим базированием. К технологическим базам относятся также поверхности, которые используют при контрольных измерениях для оценки точности выполнения технологических операций. Поверхности и линии, от которых производят начало отсчета при контроле размеров и формы измерением детали, называют измерительными базами. При контроле размеров ножки стола, измерительной базой будут линии, от которых указаны размеры и уровни, отмеченные цифрами от 1 до 14 от конца ножки.
При формировании изделия или его сборочных единиц образующие их детали ориентируют относительно друг друга, используя у каждой из них определенные поверхности. Такие поверхности у деталей называют сборочными базами. Поверхности, с помощью которых при сборке детали ориентируются в пространстве, являются основными базами. Поверхности, ориентирующие присоединяемые детали относительно основной базы, являются вспомогательными. Технологические базы в зависимости от их использования в процессе изготовления детали и изделия можно разделить на три группы: установочные, используемые при установке заготовки на станке; измерительные, применяемые для контроля; сборочные, используемые при сборке изделия.
Погрешности, имеющиеся при использовании технологических баз, оказывают свое прямое влияние на точность изготовляемых изделий. При определенных условиях эти погрешности могут суммироваться таким образом, что погрешность в изготовлении изделий будет значительно больше погрешностей, которые имеются при изготовлении деталей и составных частей изделий. При базировании заготовки на станке для механической обработки совмещают ее базирующие поверхности с опорными точками или базирующими поверхностями станка, обеспечивающими полную определенность получения после обработки нужных размеров и формы детали. Определенность базирования необходимо сохранить на весь период выполнения операции механической обработки. Это достигается обеспечением постоянного контакта заготовки с опорными точками, по которым произведено базирование. Постоянство контакта заготовки с опорными точками при базировании достигается силовым замыканием. Силовое замыкание при базировании может обеспечиваться силами трения, упругими силами материала, специальными зажимами и т. д. При силовом замыкании возникают контактные напряжения и возможны некоторые деформации заготовки, которые могут повлиять на точность обработки. Для устранения влияния этих факторов необходимо установить удобное место приложения сил и рациональную последовательность их действия, исключающую возможность изменения положения и формы заготовки при базировании. Если жесткость заготовки или ее форма не обеспечивает надежного предела силового замыкания, при базировании используют приемы, снижающие усилие закрепления, или приспособления, повышающие жесткость заготовок. Например, раскрой шпона производят в пачке, прижимаемой к столу прижимом. Необходимое совмещение базирующих поверхностей станка и заготовки возможно, если они имеют совпадающие правильные геометрические формы (плоскости, цилиндры и т. п.). Это обусловливает необходимость обязательной обработки базовых поверхностей заготовки с обеспечением надлежащей геометрической точности их по форме. В процессе осуществления всего комплекса технологических операций механической обработки заготовок могут изменяться их базовые поверхности. Изменение может быть преднамеренным, обусловленным условиями обработки, или непреднамеренным. Изменение технологических баз в процессе механической обработки заготовки обычно снижает точность ее формы и размеров. На всех технологических операциях следует стремиться использовать одни и те же технологические базы. Это обеспечит максимально возможную точность обработки заготовок без необходимости повышения требований к точности исполнения отдельных операций. Базирование заготовок может быть подвижным, неподвижным и в центрах. При подвижном базировании заготовка перемещается по неподвижному базирующему элементу станка (столу, линейке, шинам и т. п.).
При неподвижном базировании заготовка закрепляется на подвижном элементе станка (конвейер, каретка и т. п.). Более высокая точность обработки детали достигается при неподвижном базировании заготовки, которое используется при позиционном и позиционно-проходном методе обработки. Подвижное базирование применяют на проходных операциях при продольном фрезеровании заготовок, имеющих грубо обработанные поверхности, для получения чистых, определенно ориентированных поверхностей, которые в дальнейшей обработке используют при неподвижном и подвижном базировании и обеспечивают высокую точность получаемой детали. Базирование в центрах используют при объемной обработке заготовок точением и копированием. В качестве технологических баз необходимо выбрать те поверхности или оси детали, относительно которых должны занимать определенное положение другие ее поверхности, подлежащие формированию на данном переходе или операции. Для требуемой точности безразлично, какая из двух поверхностей, ограничивающих данный размер, будет принята за базу. В первую очередь следует выбирать базы, обеспечивающие наибольшую точность поворотов заготовки, а затем - обеспечивающие ее линейные размеры.
Для достижения наибольшей точности положения заготовки при ее повороте в качестве технологической базы следует использовать поверхность с наибольшими размерами. В качестве измерительных баз рационально выбирать такую поверхность, с которой связаны другие поверхности детали в процессе ее использования. Обычно измерительные и сборочные базы совпадают. Это условие повышает точность сборочных, единиц, исключает необходимость их дополнительной обработки.
При взаимодействии резца и заготовки возникают силы резания и препятствующие им силы внутреннего сопротивления. Если процесс резания осуществляется перемещением заготовки, то возникают силы трения и преодолевающие их силы подачи. Названные силы в комплексе непостоянны во времени, что обусловливает возможность проявления в процессе резания динамических погрешностей. Величины динамических погрешностей при обработке резанием заготовок зависят от неоднородности материала, неравномерности припусков, жесткости системы крепления детали и резца, вибрации, размерного износа инструмента, деформации заготовки из-за перераспределения внутренних напряжений и квалификации рабочего, устраняющего некоторые из этих причин. Неоднородность материала является природным фактором свойства древесины. Оказывать влияние на нее в процессе обработки не представляется возможным. Неравномерность припусков влияет на неравномерность толщины срезаемого слоя древесины и соответственно на усилие резания и шероховатость поверхности. Вероятность того, чтобы исключить эту причину путем повышения точности формирования припуска в пределах одной заготовки гораздо меньше, чем у разных заготовок. Поэтому разница погрешности в пределах одной заготовки меньше, чем разница погрешностей у разных заготовок, одновременно обработанных.
Жесткость системы крепления детали и резца определяется как отношение приращения силы к приращению деформации в направлении действия этой силы
Жесткость системы, т. е. ее деформация, проявляется в месте формирования размера, а сила проявляется в месте ее действия. При этом учитывается и упругая деформация заготовки, обусловленная особенностью ее закрепления. Увеличение жесткости системы крепления резца и заготовки способствует уменьшению. погрешности обработки. Это достигается путем сокращения числа звеньев в этой системе, увеличением усилий закрепления и площадей контактов при базировании.
Динамическая неуравновешенность системы резец - деталь порождает вынужденную вибрацию. Кроме вынужденной вибрации в системе резец - деталь возникают автоколебания, первостепенная причина которых пока не выяснена. Считается, что частота колебаний в системе резец - деталь соответствует собственной частоте всего станка как сложной колебательной системы. Если частота изменения силы резания совпадает с собственной частотой системы, возникает явление авторезонанса. Результатом авторезонанса и является резкое увеличение величины погрешности. Для устранения влияния вибрации на точность размеров используют демпфирование или увеличивают жесткость системы с целью повышения собственных частот и уменьшения амплитуды, которая является непосредственной причиной проявления погрешности. При износе инструмента постоянно изменяется во времени расстояние режущих граней от поверхности базирования. Износ зависит от стойкости инструмента, его геометрии, режимов резания, вида материала и времени. В начальный период износ резко увеличивается, что отражается на точности обработки заготовок. Интенсивность начального износа зависит от качества заточки инструмента. В дальнейшем наступает фаза нормального износа, в которой величина износа инструмента изменяется пропорционально времени его работы, точность при этом стабилизируется. В третьей фазе работы происходит выход инструмента, точность резко падает, требуется его замена.
Деформация заготовок из-за перераспределения внутренних напряжений обычно проявляется после удаления поверхностных слоев с заготовки при выполнении операции со снятием слоя. При одностороннем фрезеровании прессованных и клееных материалов происходит нарушение равновесия внутренних сил и напряжений. Это приводит к короблению заготовок и резкому снижению точности их формы. Для устранения этого желательно перед обработкой заготовок снизить эти внутренние напряжения. Снижение внутренних напряжений в клееных деталях путем локального их перераспределения возможно термической обработкой или с помощью ультразвукового воздействия. Высокая частота (до 40 кГц) знакопеременного силового воздействия ультразвуковых колебаний на напряженные внутренние слои клееных деталей обусловливает перераспределение в них внутренних напряжений. Ультразвуковые колебания способствуют протеканию процесса пластификации материала в микрообъемах со снижением внутренних напряжений, обусловливающих коробление заготовок.
В обеспечении точности деталей одним из важнейших факторов является настройка оборудования, которую осуществляет рабочий до проведения технологической операции. Квалификация рабочего, условия работы и применяемые методы настройки должны исключать ошибки. Настройка, как и всякий процесс, характеризуется точностью. При этом погрешности в настройке по своей величине могут перекрывать все остальные погрешности. Настройку оборудования следует производить с максимально возможной точностью к предписанному параметру обработки.
