С двумя резцами; б — с пятью резцами

Рис. 40. Двухрезцовая оправка с регулированием размера вследствие деформации резцовых вставок

 

радиальная сила частично уравновешена, что обеспечивает большую точность.

При обработке точных отверстий приме­няют оправки с регулированием положения резца (рис. 40). Они позволяют также отвести резец от обрабатываемой поверхности при вы­воде оправки из отверстия.

Особенно эффективно применять комбини­рованные (ступенчатые) сверла (рис. 41) для одновременного сверления и снятия фаски в отверстии под резьбу (рис. 42,а); обработки ступенчатых отверстий с конической зенковкой под винты с потайной и полупотайной голов­ками (рис. 42,6) и с цилиндрической зенковкой под винты с цилиндрической головкой. Выпу­скают сверла под нарезание резьбы Мб, М8, М10, М12, М14, М16.

Сверла выпускают для станков с ЧПУ двух классов точности: А (повышенной) и В (нор­мальной). Обработка указанных отверстий обеспечивает позиционное отклонение не бо­лее +/- (0,1-0,2) мм.

При обработке деталей из чугуна и кон­струкционных сталей средней прочности уве­личение диаметра отверстия при сверлении сверлами с меньшим диаметром ступени со­ставляет 0,1-0,15 мм, а при сверлении сверла­ми с большим диаметром ступени - 0,04-0,1 мм. Точность обрабатываемого отверстия со­ответствует 10-12-му квалитету. Параметр шероховатости поверхности Ra = 1,25 мкм. Стойкость сверл без покрытия 20 — 40 мин при диаметре меньшей ступени 5 — 18 мм (работа

Рис. 41. Ступенчатые сверла

 

Рис. 43. Цикл работы специальной головки для подрезания торца

 

по стали) и 50-70 мин (по чугуну). Стойкость сверл с покрытием выше при работе по стали в 2 раза, по чугуну - в 1,5-2 раза.

Широкое применение на станках типа ОЦ начинают находить различные головки для обработки группы отверстий, плоских поверх­ностей, расположенных под углом, и т. д. На рис. 43 показан цикл работы специальной го­ловки для подрезания торца с обратной сто­роны отверстия.

ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ С ЧПУ И В ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ

Основные положения

Рис. 42. Отверстия под нарезание резьбы и головки винтов, обрабатываемые ступенчатыми сверлами

N
К

Общая методика анализа точности обра­ботки детали приведена в т. 1, гл. 1 справочни­ка. В отличие от обработки на универсальных
станках с ручным управлением при обработке на станках с ЧПУ и в ГПС процессы обработ­ки происходят в более сложной технологиче­ской системе. ГПС механической обработки включает взаимосвязанные и функционирую­щие как единое целое оборудование, техноло­гическую оснастку (режущий инструмент, при­способления, контрольно-измерительные при­боры, диагностическое оборудование), заготов­ку и процесс резания. По сложности даже ГПМ в несколько раз превышает обычное оборудование. Точность и надежность функ­ционирования каждого элемента ГПС должны быть повышенными. Поэтому задача обеспе­чения заданной точности обрабатываемых де­талей в этом случае решается как обычными методами, так и с помощью специальных кон­трольных и диагностических систем. На свер- лильно-фрезерно-расточных, токарно-фрезер- ных станках типа «обрабатывающий центр» и других станках с ЧПУ концентрация перехо­дов обработки и режимы обработки суще­ственно выше.

В этих условиях на результаты обработки влияют не только финишные, но и все предше­ствующие переходы изготовления заготовки и детали. Увеличивается внимание к явлениям преемственности свойств, т. е. наследованию, копированию свойств и погрешностей.

При изготовлении деталей в соответствии с принятым технологическим процессом осу­ществляется ряд последовательных преобразо­ваний свойств и параметров качества заготов­ки (физико-механических свойств, геометриче­ских параметров формы). Выявление физиче­ской сущности процессов преобразования свойств, технологических связей между этапа­ми этого преобразования позволяет разрабо­тать модели технологического перехода, опе­рации, процесса. Зная модели процессов, мож­но оптимизировать условия обработки дета­лей, решить проблему интенсификации маши­ностроительного производства.

При механической обработке преемствен­ность свойств непрерывна. Поэтому уровень выходных параметров f(t), например отклоне­ний размеров, формы и расположения в про­извольный период времени t выполнения тех­нологического перехода, определяется всей предысторией изменений воздействий X (т), физико-механических свойств заготовки $(т), параметров геометрической формы, располо­жения поверхностей и размеров заготовки й (т), а также режима обработки Л (т), параме­тров технологической системы £(т) и других неучтенных факторов Й(х):

<J(t); Л(х); 0(т); Я(т)].

Символ функционала F'₀ означает задание способа определения f(t) при известных значе­ниях указанных выше параметров (факторов). Таким образом, образование поверхностей при механической обработке деталей на стан­ках с ЧПУ, в том числе включенных в ГПС, следует рассматривать как случайный процесс, учитывающий все изменения в объекте про­изводства и в технологической системе за весь период те (0,f), причем необходимо учитывать изменения не только за период обработки, но и за весь период нахождения детали в про­изводстве (при транспортировании, на складе и т. п.).

Точность обработки в ГПС зависит от большого числа факторов, степень воздей­ствия которых на выходные параметры каче­ства неодинакова. При анализе конкретного процесса действием ряда факторов и неко­торыми связями можно пренебречь без суще­ственного изменения физической модели про­цесса.

Все процессы формообразования при меха­нической обработке можно условно разделить на две группы. К первой группе следует отне­сти процессы обработки, характеризующиеся тем, что положение формообразующего эле­мента режущей кромки инструмента во время этих процессов, а следовательно, траектория ее и точность обработки зависят не только от силовых, но и от кинематических воздействий. Например, люнет и направляющие инструмен­тов для обработки глубоких отверстий при ра­боте находятся в контакте с ранее обрабо­танным участком поверхности; поэтому все погрешности формы и расположения этого участка отражаются на положении режущей кромки и, следовательно, на точности обра­ботки. В общем случае при точении, растачи­вании и выполнении других переходов обра­ботки, относящихся к первой группе, смещение реальной траектории режущей кромки относи­тельно номинальной определяется соотноше­нием

j

где Uj — элементарное несиловое воздействие, например смещение или поворот элемента, вызванное геометрическими погрешностями станка; P_q — элементарное силовое воздей­ствие, зависящее (сила резания) или независя­щее (сила закрепления) от параметров режима резания; А — оператор системы, обозначаю­щий задание способа, с помощью которого при известных воздействиях определяется со­ставляющая смещения Аг_£.

Процессы обработки второй группы харак­теризуются тем, что во время этих процессов не наблюдается взаимосвязи между результа­тами обработки поверхности в рассматри­ваемый и предшествующий моменты времени обработки одной поверхности. Примером про­цессов второй группы является растачивание отверстий, точение наружных поверхностей без применения люнетов или направляющих, которые контактируют с обработанной ранее (при выполнении этого или предшествующего перехода) поверхностью детали. В этом случае при анализе точности на рассматриваемом переходе обработки кинематические воздей­ствия не учитываются, что упрощает расчеты точности обработки.

Формулы для расчета суммарной погреш­ности размера с учетом элементарных факто­ров, определяющих точность обработки, при­ведены в т. 1 гл. 1.

Рассмотрим методику определения сум­марного отклонения формы и расположения обработанной поверхности. Будем считать, что образующееся в результате обработки суммарное отклонение расположения (формы) поверхностей является результатом двух пер­вичных отклонений:

у_х = Д! = с_к1 cos (/сср + \|г_к1) и у₂ = &2= с_к 2 cos (/с\|/ 4- \|/_к2),

где Aj - собственная погрешность данного перехода обработки; А₂ — погрешность, полу­ченная в результате преобразований техноло­гической системой на данном переходе обра­ботки исходного отклонения предшествующе­го перехода обработки; Д₂ = Л (А₂₍₁_ _1}) (здесь А — оператор преобразований исходного от­клонения; А _{2 (}.__1} — исходное отклонение); с — амплитуды отклонений; \|/ — фазы откло­нений; к — номер гармоники (отклонения); при к = 1 рассматривается отклонение распо­ложения поверхностей; при к = 2, к = = 3,... — элементарные отклонения формы: овальность (к = 2), трехгранная форма (к = 3) и т. д.

В наиболее простом случае, когда рассма­тривается суммирование двух элементарных отклонений с равными значениями /с, суммар­ное отклонение

У = Уг + У г ^{= c}i ^cos Ф + ^с2 ^cos (ф + Ф) = = ccos(cp -I- Р).

Здесь с = | /(сt + с ₂ cos i|/)² + (с₂ sin \|/)²; sin (3 =

с₂ 1

= —sin \|/; cos Р =—+ с₂ cos \|/); р =

с с

с₂ sin y\f

= arctg-----------------, где сир — соответствен-

с_х + c₂cosv|/

но амплитуда и начальная фаза результирую­щего воздействия.

Если два отклонения являются случайными векторами, то результирующее отклонение

У = I Ух + У2 I = ]/у\ + У\ +²У1У₂ ^cosY>

или

4 = Cfci + cl 2 + 2c_klc_k2cos у,

где у — угол между векторами у_х и у₂.

В случае, когда 0 ^ у ^ 2л, причем все зна­чения р в этом диапазоне равновероятны, M[cosy]=0; примем, что корреляционный момент также равен нулю; тогда для матема­тических ожиданий амплитуд отклонений

ми-ми + ми,

где М — математическое ожидание соответ­ствующей величины.

В ряде случаев можно принять, что слу­чайные величины — амплитуды отклонений расположения и формы поверхностей подчи­нены закону однопараметрического распреде­ления Релея, в котором математические ожи­дания и дисперсии взаимосвязаны. Тогда можно написать

t>[c_k]=D[c_kl]+Dlc_k2l

где D — дисперсия соответствующих величин.

Таким образом, при анализе точности по параметрам отклонения формы и расположе­ния следует учитывать, что отклонения явля­ются векторами, и, в общем случае, суммиро­вание их более сложно, чем суммирование элементарных погрешностей размеров.

Часто можно перейти к более простому определению суммарной погрешности разме­ра, формы и расположения поверхности, учитывая критерий ничтожности. Согласно этому критерию при определении суммарной дисперсии пренебрегают слагаемым (или сум­мой слагаемых), которое на порядок меньше наибольшей дисперсии. Таким образом, если ^ За₂, то принимают ст «с^ (а — среднее квадратическое отклонение суммарной по- 1

грешности); при — а₁<а₂<3а₁ расчет сум­марной погрешности ведут с учетом двух эле­ментарных погрешностей; при За! ^ а₂ при­нимают g ~ о₂. Пренебрежение в указанных случаях меньшим о₁ (или а₂) приведет к по­явлению относительной погрешности в опре­делении а, не превышающей 5,5 %, что при ве­роятностных расчетах вполне допустимо.

Пусть Зст₁ ^ ст₂; тогда между дисперсиями, средними квадратическими отклонениями, средними арифметическими отклонениями амплитуды погрешностей расположения и формы поверхности справедливо равенство

D [с] «D [с₂]; о [с] = а [с₂] \ с — с₂

или D [с] = A_dD I ~с₂ (i - 1)]; с = А_сс₂а- 1>,_ где A _d, А_с — операторы преобразований; с и с2и--и — средние значения суммарного и ис­ходного отклонений.

В общем случае при обработке может из­меняться не только значение отклонения (ам­плитуды), но и направление (начальная фаза). Если не учитывать инерционность воздей­ствий, то

₂ С ^Скб ^а

Ad — /су_Т; А_с -- ку_Т = — — —,

^С2(/-1) ^Снб(_г-1) 1

где /сух - коэффициент уточнения; с_нб — наибольшее значение амплитуды рассматри­ваемого отклонения расположения или формы.

Следует еще раз подчеркнуть, что полу­ченные простые соотношения и возможность применения коэффициента уточнения суще­ствуют лишь тогда, когда учитывается только одно доминирующее отклонение, например отклонение, связанное с погрешностью пред­шествующего перехода обработки.

Анализ соотношения c = k_yTc_2(i_₁₎ показы­вает, что возможны три пути повышения точ­ности обработки: 1) снижением чувствитель­ности системы к входным воздействиям, т. е. путем уменьшения коэффициента уточнения; 2) уменьшением уровня входных воздействий, т. е. путем повышения точности обработки на предшествующем переходе; 3) применением систем с обратной связью — управляющее воз­действие компенсирует смещение формообра­зующей вершины инструмента вследствие си­ловых и кинематических воздействий. Первый путь повышения точности обработки может быть реализован подбором оптимального ре­жима обработки.