Точность

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТАНКОВ

Конспект лекций

Самара 2013

Расчет и конструирование станков: Конспект лекций/ Сост. А.Ф.Денисенко. Самара: Самар. гос. техн. ун-т., 2013.- 151с.

Структура и содержание лекционного курса направлены на достижение цели по формированию профессиональных компетенций, необходимых для реализации проектно-конструкторской, производственно-технологической и научно-исследовательской деятельности.

Конспект лекций может быть использован при подготовке бакалавров, обучающихся по направлению 151900 " Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств", профиль " Металлообрабатывающие станки и комплексы".

Тема 1.1. ТЕХНИКО –ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

КАЧЕСТВА СТАНКОВ И КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ

(трудоемкость – 2 часа)

Для оценки качества станков пользуются системой технико-экономических показателей, наиболее важными из которых являются:

1) точность;

2) производительность;

3) надежность;

4) экономическая эффективность;

5) универсальность;

6) степень автоматизации.

Имеют также значение

- материалоемкость;

- габаритные размеры;

- патентоспособность

и также другие показатели и требования.

Точность

Точность станка характеризуется его способностью обеспечить форму, размеры, взаимное расположение с допустимыми отклонениями, а также определенную шероховатость обработанных поверхностей изделия.

По точности станки делятся на классы:

Н – станки нормальной точности – наиболее распространенный класс станков, обеспечивающий обработку деталей примерно 7-го квалитета точности;

П – станки повышенной точности, изготовленные преимущественно на базе станков нормальной точности при более высоких требованиях к качеству базовых деталей станка (шпинделя и его опор, направляющих, ходового винта, станины);

В – станки высокой точности; высокая точность обработки на этих станках обеспечивается благодаря

· специальной конструкции отдельных элементов,

· высокого качества их изготовления

· использованием станков в специальных условиях;

А – станки особо высокой точности, изготовленные с более жесткими требованиями к основным механизмам и деталям, чем для класса В;

С – сверхточные станки, специальные мастер – станки, служащие для изготовления деталей, определяющих точность прецизионных станков.

Для станков общего назначения допустимые погрешности установлены ГОСТами на нормы точности. Допуски зависят от размера станка и класса его точности.

Соотношение между величинами допусков при переходе от класса к классу для большинства показателей принято j=1, 6.

В западных странах применяют аналогичную градацию станков на пять классов точности:

- обычный (без обозначения);

- высокий (Н);

- прецизионный (Р);

- суперпрецизионный (SP);

- ультрапрецизионный (UP).

По характеру и источникам возникновения все ошибки станка условно разделяют на несколько групп:

1) Геометрические погрешности отражают правильность формы и взаимного расположения частей станка, несущих инструмент и заготовку. Они зависят от точности обработки деталей и сборки станка.

К геометрическим погрешностям относят такие отклонения, как

- непараллельность плоскости стола фрезерного станка плоскости, проходящей через ось шпинделя;

- непараллельность направляющих суппорта оси шпинделя;

- биение упорного торца шпинделя;

- биение конического центрирующего отверстия шпинделя;

- непрямолинейность направляющих и т.д.

2) Кинематические погрешности свидетельствуют о несогласованности движений станка.

Кинематические погрешности складываются вследствие ошибок в передаточных отношениях передач кинематической цепи.

Погрешности передаточных отношений могут быть

- постоянными или

- переменными.

Постоянные погрешности возникают вследствие невозможности точного подбора чисел зубьев зубчатых колес, входящих в кинематическую цепь. Невозможность точного подбора обусловлена

- узким диапазоном используемых чисел зубьев: 20…(100…125);

- в набор сменных колес входят не все числа зубьев.

Переменные погрешности передаточного отношения возникают в связи с

1) с погрешностями изготовления элементов кинематической цепи;

2) с переменной жесткостью станка, проявляемой при работе под нагрузкой.

Особое значение кинематическая точность имеет для зубообрабатывающих и резьбонарезных станков.

Перечень параметров, характеризующих геометрическую и кинематическую точность станков данного типа, методы их проверки и допустимые отклонения параметров регламентированы соответствующими стандартными.

Обобщенным стандартом является ГОСТ 22267-76 «Станки металлорежущие. Схемы и способы измерений геометрических параметров», в котором приведены методы и указаны метрологические средства, применяемые для проверки геометрической и кинематической точности станков различных типов.

Нормы точности (допускаемые отклонения измеряемых параметров станка) приведены в стандартах «Станки металлорежущие. Нормы точности» (на каждую модель станка; например, токарно-револьверного или долбежного – свой стандарт). В некоторых из стандартов приведены также и нормы жесткости.

Каждым стандартом предусмотрено обычно 20-30 проверок, осуществляемых, как правило, при ручном перемещении формообразующих узлов станка или при их перемещении на малых скоростях без нагрузок.

В стандарты «Нормы точности» включена также проверка точности и шероховатости образа – изделия, конфигурация и материал которого установлены стандартом. Образец обрабатывают на чистовых режимах.

Перечень проверок точности и соответствующие нормативы, указанные в стандартах, отражают специфику станков данного типа и применяемого метода обработки.

По характеру проверки можно разбить на следующие группы:

1. Точность движения (радиальное и осевое биение шпинделя, прямолинейность перемещения стола и т.д.).

2. Точность взаимного положения и движения (перпендикулярность оси шпинделя к поверхности стала, соосность двух шпинделей).

3. Точность позиционирования (установки).

4. Кинематическая точность.

5. Точность поверхностей, определяющих положение заготовки и инструмента (плоскостность рабочей поверхности стола, торцовое и радиальное биение базовых поверхностей шпинделя).

6. Точность направляющих поверхностей (плоскостность и извернутость направляющих).

3) Упругие погрешности возникают из-за деформаций несущей системы станка и нарушают правильность взаимного расположения инструмента к обрабатываемой детали при действии силовых факторов.

Изменение величины упругих перемещений связано с переменным характером силового воздействия.

Так, например, составляющие силы резания изменяются в процессе обработки по величине, направлению и точке приложения.

Масса подвижных узлов станка при их передвижении оказывает различное действие на несущую систему и меняет величину упругих перемещений.

4) Температурные погрешности возникают из-за неравномерного нагрева различных мест станка в процессе его работы, в результате чего изменяется начальная геометрическая точность.

В процессе работы станка появляется ряд источников теплообразования:

- подшипниковые узлы;

- направляющие быстро перемещающихся рабочих органов;

- зубчатые зацепления;

- гидравлические приводы;

- зона резания;

- электродвигатели.

Кроме того, нагрев деталей станка может также происходить под действием внешних источников тепла, не связанных со станком.

4) Динамические погрешности связанны с относительными колебаниями инструмента и обрабатываемой детали, а в некоторых случаях и с переходными процессами при пуске, торможении, реверсирование и врезании инструмента.

Важнейшие пути повышения точности станков:

1. Снижение отрицательной роли упругих перемещений вследствие применения

1) замкнутых упругих систем – станков портального типа;

2) дополнительных поддержек, ликвидирующих или уменьшающих консоль инструмента или обрабатываемой детали;

3) конструкций с уменьшенным числом подвижных и неподвижных и соединений.

2. Уменьшение вредного влияния температурных деформаций путем

1) целесообразного распределения тепловых потоков в станке,

2) уменьшение тепловыделения,

3) удаления источников тепла от зоны обработки,

4) охлаждающие устройства (для прецизионных станков).

3. Устранение зазоров во всех ответственных соединениях несущей системы и привода, а также создание предварительного натяга.

4. Создание конструкции с целесообразным балансом погрешностей в результате их взаимной компенсации.

5. Уменьшение и выравнивание сил трения в направляющих и ответственных передачах привода.

6. Применение систем исправления и автоматической компенсации погрешностей – автоматических корригирующих устройств, систем активного контроля, систем адаптивного управления точностью обработки.