Точность обработки
Качество обработки деталей машин определяется двумя критериями: точностью обработки и шероховатостью обработанных поверхностей.
Под точностью обработки понимают степень соответствия изготовленной детали заданным размерам и форме. В большинстве случаев форма деталей определяется комбинацией известных геометрических тел: цилиндрических, конических, плоскостей и т. д. Можно установить следующие основные критерии соответствия детали заданным требованиям:
- точность формы, т. е. степень соответствия отдельных поверхностей детали тем геометрическим телам, с которыми они отождествляются;
- точность размеров поверхностей детали;
- точность взаимного расположения поверхностей
Отклонения формы и расположения поверхностей
Отклонение формы реальной поверхности от номинальной, т. е. заданной чертежом, оценивается наибольшим расстоянием D между точками реальной поверхности и номинальной, измеренным по нормали к последней. Отклонения формы и расположения поверхностей регламентируются ГОСТом. Наиболее часто встречающиеся из них:
Отклонения от плоскостности:
- Выпуклость — отклонение от прямолинейности, при котором удаление всех точек реального профиля от прилегающей прямой уменьшается от края к середине (рис. 1, а, в);
- Вогнутость — отклонение от прямолинейности, при котором удаление всех точек реального профиля от прилегающей прямой увеличивается от края к середине (рис. 1,б,г).
Отклонения от круглости:
- Овальность — отклонение от круглости при котором реальный профиль представляет собой овалообразную фигуру, наибольший и наименьший диаметры которой находятся во взаимно перпендикулярных направлениях (рис.1, д);
- Огранка — отклонение от круглости при котором реальный профиль представляет собой многогранную фигуру (рис.1,е).
Рисунок 1. Определение величины отклонения формы
Отклонения профиля продольного сечения — характеризуются непрямолинейностью и непараллельностью образующих:
- Конусообразность – отклонение профиля, при котором образующие прямолинейны, но не параллельны (рис. 2,а);
- Бочкообразность — отклонение профиля, при котором образующие непрямолинейны, а диаметры увеличиваются от краёв к середине сечения (рис. 2,б);
- Седлообразность — отклонение профиля, при котором образующие непрямолинейны, а диаметры уменьшаются от краёв к середине сечения (рис. 2,в).
Рисунок 2. Отклонения профиля продольного сечения
Рисунок 3. Отклонения расположения
Отклонения расположения характеризуется отклонением реального расположения поверхностей (осей) от их номинального расположения:
- Торцовое биение – разность D наибольшего и наименьшего расстояний от точек реальной торцовой поверхности, до плоскости, перпендикулярной базовой оси вращения (рис. 3,а);
- Радиальное биение – разность наибольшего и наименьшего расстояний от точек реальной поверхности до базовой оси вращения в сечении, перпендикулярном этой оси;
- Неперпендикулярность осей или оси и плоскости – расстояние D (Рис. 3,в) между осями или осью и плоскостью на заданной длине; Например: =0,025 мм на 100 мм длины.
- Непараллельность оси вращения и плоскости – разность А-В наибольшего и наименьшего расстояний между осью и прилегающей плоскостью на заданной длине (Рис. 3,г);
- Несоосность – наибольшее расстояние D (Рис. 3,е) между осью рассматриваемой поверхности и осью базовой поверхности на всей длине рассматриваемой поверхности или расстояние между этими осями в заданном сечении.
Факторы, определяющие точность обработки
Погрешность обработки — Отклонение параметров реальных поверхностей детали от заданных на чертеже ещё называется погрешностью. В результате несоответствия действительных движений заготовки и инструмента движениям, предусмотренным кинематической схемой станка, возникает погрешность обработки.
В состав погрешности обработки входят:
- погрешность работы станка, возникающая вследствие неточности кинематической схемы станка и его отдельных узлов;
- погрешность настройки, возникающая от неправильности взаимного расположения инструмента и заготовки, а также от неточности регулировки упоров и остановов.
Погрешность настройки складывается из:
- неточности настройки режущего инструмента;
- износа режущего инструмента;
- упругих деформаций технологической системы станок—приспособление—инструмент—деталь (СПИД);
- температурных деформаций узлов станка, обрабатываемой заготовки и режущего инструмента.
Рисунок 4. 
Точность настройки станка и режущего инструмента
При смещении резца на размер а вверх-вниз относительно оси станка (рис. 4) диаметр D заготовки увеличивается.
Биение вращающихся центров станка приводит к биению обрабатываемых поверхностей заготовки относительно оси центральных отверстий. При перестановке обработанной заготовки на другой станок с другим биением центров может возникнуть отклонение от соосности у заготовок, обрабатываемых в разных условиях.
Жёсткость технологической системы
Жёсткостью технологической системы называют отношение радиальной силы резания Py, направленной перпендикулярно обрабатываемой поверхности, к смещению y режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности заготовки в том же направлении:
Под влиянием силы резания возникает упругая деформация элементов технологической системы СПИД (изгиб и сжатие резца, изгиб заготовки и т.п.). Если бы под действием сил резания заготовка и инструмент не деформировались, то обработанная поверхность имела бы форму цилиндра диаметром d (рис.5).
Однако, в результате упругих деформаций резца и заготовки диаметр обработанной поверхности будет отличаться от заданного на величину погрешности — 
. Эта погрешность тем больше, чем больше величины сил 
, чем больше вылет резца. В различных точках обрабатываемой поверхности жёсткость технологической системы различна. Например, при консольном закреплении в 3-х кулачковом патроне жёсткость детали будет уменьшаться по мере удаления от патрона. Следовательно, при обработке с продольной подачей стрелка прогиба детали от действия сил резания будет изменяться по длине обработанной поверхности, и мы получим погрешность формы детали — конус вместо цилиндра (см. рис. 6).
Деформации режущего инструмента, зависящие от величины его вылета из резцедержателя, особенно сказываются при растачивании глубоких отверстий (рис. 8).
Повышение жёсткости технологической системы — непременное условие применения высокопроизводительных режимов резания и повышения точности обработки.
Влияние на точность обработки температуры и других факторов
В процессе резания звенья технологической системы нагреваются, что приводит к возникновению температурных погрешностей. Так, вследствие нагрева инструмента удлиняется его режущая часть, что приводит к возникновению погрешности формы и размеров при обработке длинных поверхностей.
Выделение тепла при резании приводит к нагреву обрабатываемой заготовки, причём — чем длиннее заготовка, тем неравномернее она нагревается. Следовательно, изменяется её форма и размеры, что вносит дополнительную погрешность обработки.
Температура нагрева обрабатываемой заготовки зависит от количества теплоты, поступающей в заготовку, которая в свою очередь зависит от массы заготовки, теплоёмкости её материала, режима резания. Чем больше масса заготовки, тем меньше она подвержена температурным деформациям.
При работе станка выделяется теплота из-за трения в узлах и подшипниках, вследствие чего нагреваются детали станка и его механизмы. У токарно-винторезного станка главным образом нагревается передняя бабка. Задняя бабка, суппорт и станина нагреваются незначительно. Ввиду больших масс частей станка происходят медленные температурные деформации, которые незначительно влияют на точность обработки.
Большое влияние на точность обработки оказывает размерный износ режущего инструмента в направлении нормали к обрабатываемой поверхности. Величина износа зависит от пути, пройденного резцом за период его стойкости, т.е. пути резания:
[м], где 
скорость резания, м/мин.
Характеристикой интенсивности размерного износа является относительный износ (мкм), т.е. размерный износ приходящийся на 1000 м пути резания:
Рисунок 9. 
Рисунок 10.
Относительный износ имеет сложную зависимость от скорости резания (см. рис. 9). В зоне низких скоростей (50 м/мин) он довольно велик; при возрастании скорости резания он уменьшается, достигая минимума при оптимальном значении . Дальнейшее возрастание скорости резания приводит к увеличению относительного износа.
Зависимость скорости изнашивания от времени работы инструмента имеет следующий вид (см. рис. 10). В начале работы резец изнашивается значительно интенсивнее. Начальный износ можно учесть, прибавляя к пути резания длину .
Тогда размерный износ может быть определён по формуле:
Источник статьи: http://osntm.ru/tochnost1.html
Точность обработки деталей автомобиля
МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
Точностью обработки детали называют степень ее приближения к геометрически правильному прототипу.
Очевидно, что абсолютно точно изготовить деталь практически невозможно, поэтому за меру точности принимают допустимые отклонения размеров; взаимного расположения поверхностей и формы от идеальных.
Показатели точности соответствия реальной детали своему идеальному прототипу, номиналу:
1) точность размеров деталей, т.е. расстояний между двумя точками или линиями на поверхности, определяемая отклонением фактических размеров от номинальных;
2) точность взаимного расположения поверхностей, определяемая техническими требованиями;
3) точность формы поверхностей детали, характеризуемая следующими тремя видами отклонений:
макрогеометрические отклонения, т.е. отклонения реальной формы в пределах габаритных размеров детали;
волнистость, т.е. отклонения в пределах малых участков протяженностью 1. 10 мм;
микрогеометрические отклонения (микронеровности, или шероховатость), т.е. отклонения реальной поверхности в пределах очень малых участков с длиной менее 1 мм.
Каждый из показателей точности определяется допуском, и между этими допусками существует следующее соотношение:
δр > δр.п > δмакр > δш
где δр — допуск на размер; δр.п — допуск на расположение поверхностей; δмакр — допуск на отклонения макрогеометрических параметров поверхности; δш — допуск на шероховатость.
Допуски на все показатели точности детали и машины обычно подразделяются на две части:
1) допуск на изготовление детали машины S max
2) допуск на износ детали машины во время ее эксплуатации S экспл
Величина допуска S экспл на износ, например, пары трения оценивается по формуле
S экспл = С пред — S max = С пред — (δо + δв + S min )
где С пред — предельный (максимально допустимый) зазор в данном стыке; S min — минимально допустимый зазор; δо,δв — допуски на изготовление соответственно отверстия и вала.
Долговечность работы стыка деталей
Д ст = S экспл / (Gо + Gв)
где Gо и Gв — скорости изнашивания соответственно детали с отверстием и вала.
Как следует из этих формул, основными направлениями повышения долговечности являются:
увеличение значения S экспл за счет уменьшения δо и δв ;
уменьшение Gо и Gв , например, за счет применения более износостойкого покрытия или упрочнения поверхностей.
Теперь рассмотрим причины возникновения погрешностей при механической обработке, влияющих на точностные параметры деталей.
1. Неточность геометрических параметров станка и износ его узлов ( Δ г ).
Если исходное биение шпинделя токарного станка 5 мкм, а износ подшипников достиг 10 мкм, то из-за возможного перехода от жидкостного трения в подшипнике к сухому погрешность может возрасти до 15 мкм.
Следует учитывать, что передняя направляющая токарного станка изнашивается примерно в 5 раз больше, чем задняя.
Годовой износ передней направляющей при двухсменной работе составляет 0,04. 0,05 мм в единичном и 0,1. 0,12 мм — в массовом производстве.
2. Неточность изготовления инструмента ( Δ изг).
Наличие погрешности в изготовлении, например, резьбового или модульного инструмента, развертки или протяжки непосредственно отразится на точности деталей.
3 . Износ инструмента ( Δ и).
Во всех случаях процесс изнашивания протекает в три этапа.
Первый характеризуется повышенным износом, второй — нормальным и третий — быстрым (ускоренным или катастрофическим) износом с последующим возможным разрушением инструмента.
Для определения величины износа U x инструмента после обработки х деталей, непосредственно влияющего на погрешность при точении, используется уравнение, основанное на зависимости износа от пути резания:
U x = U и + U отн = U и + ( U 2 / L 2 ) ∙ l x
где — U и износ на начальном этапе; U отн и U 2 — относительный износ после обработки х деталей и по завершении второго этапа; l x — путь, пройденный инструментом за время обработки х деталей; L 2 — путь, пройденный инструментом за время 2 этапа .
Пути уменьшения Δ и:
периодическая подналадка станка;
принудительная смена инструмента и непрерывная правка шлифовальных кругов;
применение более износостойкого инструмента и т. п.
4 . Нежёсткость упругой системы ДИСП (деталь-инструмент-станок-приспособление) ( Δ упр).
Эта причина вызывает такие погрешности формы, как бочкообразность и конусность.
Жесткость J , Н/мм, системы ДИСП равна отношению силы резания Р у к величине деформации у в точке приложения этой силы:
податливость W , мкм/Н, системы ДИСП — это величина, обратная J
В свою очередь, погрешность, мкм, возникающая вследствие упругости системы ДИСП, равна
Δ упр = 2 • 10 -3 у = 2Р у W .
Для примера приведем некоторые данные о жесткости, кН/мм, токарных станков с высотой центров 300 мм:
у передней бабки J= 150,
у задней бабки — 75,
у суппорта — 200.
У старых, изношенных станков значение J в 2 — 3 раза меньше, чем у новых.
Пути снижения погрешности Δ упр : поджим детали задним центром, применение подвижных и неподвижных люнетов.
5 . Погрешность настройки станка ( Δ н).
Эта погрешность возникает, например, при настройке на размер по лимбу ручки подачи и составляет 30. 50% цены деления на лимбе, а также при смещении оси заднего центра относительно оси шпинделя в вертикальной или горизонтальной плоскости.
6 . Температурный фактор ( Δ т).
Рассмотрим три причины возникновения погрешности вследствие температурной деформации отдельных составляющих при работе системы ДИСП.
Нагрев инструмента рассмотрим на примере когда вылет резца l = 50 мм, средняя температура нагрева этой части Δ tср = 80°С (353 К), а коэффициент линейного рас- ширения материала резца α = 1,2 • 10 -5 К -1 .
После подстановки этих данных в формулу Δ l = α • l • Δ tср получим величину Δ l = 0,05 мм и погрешность размера детали 0,1 мм
Нагрев детали происходит в зоне контакта с инструментом.
Поскольку 3. 10% теплоты при резании переходят непосредственно в поверхностный слой детали, последний расширяется и удаляется в виде стружки, что приводит к соответствующему уменьшению диаметра после охлаждения детали.
На начальном участке обработки (Н), когда деталь не нагрелась, имеем наибольший диаметр, в средней части (С) повышение температуры и съем металла равномерные, а в конце резания (К) сток тепла через торец детали резко снижается, что приводит к расширению металла, поэтому диаметр этого участка детали оказывается наименьшим.
Неравномерный нагрев отдельных узлов станка связан с влиянием различных факторов, например постоянного теплового потока, возникающего в результате металлообработки, или внешнего источника теплоты (батарея, солнечные лучи и т.п.).
Пути снижения влияния этих факторов: интенсивное охлаждение зоны резания, инструмента и приспособления; своевременная смазка трущихся частей станка; достаточное удаление станка от внешних и внутренних тепловых источников.
7 . Неравномерность распределения остаточных напряжений ( Δ о.н)
При неравномерном охлаждении нагретой детали в ней возникают внутренние остаточные напряжения первого рода, которые приводят к её деформации.
Далее, при последующей механической обработке, когда снимаются слои металла с остаточными напряжениями разного знака, деталь будет деформироваться вследствие перераспределения этих напряжений.
Для устранения данной погрешности необходима высококачественная термообработка или термообработка детали, закрепленной в стапеле.
8. Погрешность установа детали ( ε у).
Эта погрешность включает в себя три составляющие: погрешность базирования ( ε ) и закрепления ( ε з ) детали, а также погрешность приспособления ( ε пр), связанную в основном с базированием.
Теперь, учитывая все возможные причины, способные вызвать погрешность, составим общее выражение для расчетно-аналитической оценки погрешности при изготовлении деталей:
Δ общ = √ Δ г 2 + Δ изг 2 + Δ и 2 + Δ упр 2 + Δ н 2 + Δ т 2 + Δ о.н 2 + ε у 2
На практике расчетно-аналитический метод оценки точности обработки деталей используется в основном в серийном и массовом производстве. В авторемонтных организациях (АРО) применяется, как правило, опытно-статистический метод.
Источник статьи: http://avtomehi.ru/index/metody_obespechenija_tochnosti_obrabotki_detalej/0-596