animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / Фрезерный станок с ЧПУ / Точность Фрезерной Обработки Детали

Точность Фрезерной Обработки Детали

Точность обработанной детали определяется как степень ее соответствия некоторой детали, заданной конструктором в чертеже. Соответствие обработанной и заданной деталей характеризуется:

  • точностью размеров, т. е. степенью соответствия размеров отдельных элементов детали тем размерам элементов детали, которые предусмотрены чертежом;
  • точностью геометрической формы, т. е. степенью соответствия отдельных участков (поверхностей) детали тем геометрическим формам, которые предусмотрены чертежом;
  • точностью взаимного расположения поверхностей детали (параллельность, перпендикулярность, заданное угловое сопряжение);
  • качеством обработанной поверхности.

Основным условием, определяющим заданную точность фрезерной обработки детали, является порядок обработки, т. е. последовательность операций. Операция, обеспечивающая заданную высокую точность какого либо элемента детали или отдельного участка (поверхности) детали, должна осуществляться в конце всей обработки так, чтобы после нее уже не было какой-либо операции с большими усилиями обработки, способными деформировать деталь и тем самым нарушить достигнутую точность данного элемента. Установив порядок операций, следует в каждой из них обеспечивать необходимую точность размеров.

Для того чтобы фрезеровщик мог правильно построить технологический процесс обработки детали с заданной точностью, он должен иметь ясное представление об основных источниках возникновения погрешностей при обработке фрезерованием, а также и о способах уменьшения этих погрешностей до заданных пределов.

Причины, влияющие на погрешность фрезерной обработки

Размеры, получаемые в результате выполнения фрезерной операции, называют операционными размерами. Операционные размеры обычно даются на операционном эскизе в операционной карте технологического процесса. Если операционные размеры относятся к окончательно обработанному в данной операции элементу поверхности, то точность операционных размеров должна соответствовать заданным чертежом размерам; если операционные размеры являются промежуточными и данная операция предшествует окончательной, то операционные размеры назначаются из условий обработки с тем, чтобы получить на последующей операции заданные размеры.

Как известно из опыта, при любой механической обработке, в том числе имея высокую точность фрезерного станка с ЧПУ, получить абсолютно точные размеры невозможно, поэтому операционные размеры назначают с допусками, т. е. с некоторыми отклонениями от номинального размера. Величина этих отклонений должна находиться в пределах допусков на неточность изготовления. Допуски на неточность изготовления взаимно сопряженных деталей обеспечивают возможность взаимозаменяемости при сборке и ремонте.

Основными факторами, определяющими погрешности фрезерной обработки, являются: неточность фрезерного станка и его износ; неточность приспособления; неточность изготовления, установки и износ рабочего режущего инструмента (фрезы); жесткость станка, приспособлений, инструмента (фрезы с оправкой) и обрабатываемой детали, рассматриваемых как одна система; температурная деформация обрабатываемой детали; неточности измерения.температуры измерения, ошибки в настройке прибора и т. д.).

Неточность фрезерного станка и его износ

Допустимые неточности новых станков регламентируются нормами точности, на основании которых производится их приемка. В настоящее время действуют нормы точности, установленные ГОСТом 13-54 для консольных горизонтально-универсально- и вертикально-фрезерных станков общего назначения, которые обеспечивают точность обработки по 2-му классу точности; нормы точности по ГОСТу 154-41 для консольных горизонтально- и универсально-фрезерных станков повышенной точности; нормы точности по ГОСТу 155-41 для консольных вертикально-фрезерных станков повышенной точности и нормы точности по ГОСТу 165-49 для продольно-фрезерных станков.

Износ деталей станка в процессе длительной работы снижает точность станка и влияет на точность обработки. Планово-предупредительный ремонт имеет целью поддержание регламентированной точности станка и обеспечение точности обработки. Станки, выходящие из капитального ремонта, должны соответствовать по точностям ГОСТам на новые станки.

Неточности приспособления

Погрешность обработки, вызываемая приспособлением, обусловливается неточностью изготовления установочных элементов и элементов, направляющих инструмент, а также их износом и неточностью установки самого приспособления на станок.

Детали приспособлений (зажимных, установочных, делительных) имеют даже при самом тщательном изготовлении неизбежные погрешности в пределах допусков на неточность изготовления. Вследствие этого в приспособлениях возникают неточности в движениях отдельных узлов (например, шпинделя делительного приспособления), в работе зажимных и установочных приспособлений и т. д. Упругие деформации, возникающие в отдельных узлах приспособлений под действием больших зажимных сил или под влиянием сил резания, также снижают точность обработки.

Фрезеровщик должен после установки приспособления на станок проверить его точность при помощи соответствующих измерительных инструментов (индикатора, рейсмуса, поверочной линейки, угольника и т. д.) и затем после обработки первой детали тщательно ее измерить, чтобы убедиться в соответствии полученных обработкой размеров заданным.

Неточности изготовления, установки и износ фрезы

К этим погрешностям относятся отклонения диаметра в пределах допусков на неточность изготовления цилиндрических, дисковых и концевых фрез; отклонение профиля фасонных фрез в пределах допусков на неточность изготовления; биение радиальное и осевое цилиндрических, дисковых, зуборезных, концевых и других фрез в пределах допускаемых отклонений.

Ниже приводим некоторые данные из технических условий по приемке цилиндрических, дисковых и торцовых насадных фрез по соответствующим ГОСТам.

Фрезы цельные цилиндрические (по ГОСТу 3752-59)

  • Класс точности посадочного отверстия 2-й (А);
  • Класс точности наружного диаметра фрезы 8-й (B8);
  • Конусность по наружному диаметру для фрез длиной до 50 и более 50 мм - 0,02 мм;
  • Биение опорных торцов 0,03 мм;
  • Радиальное биение режущих кромок относительно оси отверстия не должно превышать для двух зубьев смежных / противоположных 0,03 / 0,06 мм.

Фрезы цельные торцовые, дисковые, трехсторонние и пазовые (по ГОСТу 1695-48)

  • Класс точности посадочного отверстия 2-й (А);
  • Класс точности наружного диаметра фрезы 8-й (В8);
  • Общая длина торцовых насадных фрез 7-й (B7);
  • Разность наружных диаметров в разных сечениях по всей длине фрезы не должна превышать для фрез длиной до 32 мм - 0,03 мм; свыше 32 мм - 0,05 мм;
  • Биение опорных торцов 0,02 мм;
  • Торцовое биение режущих кромок торцовых фрез не должно превышать для фрез диаметром до 80 мм - 0,03 мм; свыше 80 мм - 0,04 мм;
  • Радиальное биение режущих кромок зубьев относительно оси отверстия не должно превышать для торцовых фрез диаметром до 80 мм для двух зубьев смежных - 0,03 мм; противоположных - 0,05 мм;
  • Радиальное биение режущих кромок зубьев относительно оси отверстия не должно превышать для торцовых фрез диаметром свыше 80 мм для двух зубьев: смежных - 0,035 мм; противоположных - 0,06 мм;
  • Радиальное биение режущих кромок зубьев относительно оси отверстия не должно превышать для дисковых фрез диаметром до 63 мм для двух зубьев: смежных - 0,025 мм; противоположных - 0,04 мм;
  • Радиальное биение режущих кромок зубьев относительно оси отверстия не должно превышать для дисковых фрез диаметром свыше 63 мм для двух зубьев: смежных - 0,03 мм; противоположных - 0,05.

На точность обработки деталей влияют погрешности при установке фрез на оправках вследствие биения последних. При установке наборов фрез неточность получается от погрешностей, допускаемых на диаметр, ширину и взаимное расположение отдельных фрез.

Точность установки инструмента на размер зависит от квалификации фрезеровщика или наладчика. Кроме того, на точность фрезерования влияет износ фрез. Он выражается в износе режущей кромки в процессе резания, который непосредственно влияет на изменение размеров деталей во время их обработки.

На величину и скорость износа фрезы влияют следующие факторы: обрабатываемый материал, материал и термическая обработка фрезы; метод окончательной обработки (доводки) режущих кромок режимы резания; охлаждение и т. д.

Жесткость станка, приспособления, инструмента и детали

Одним из решающих факторов в повышении точности обработки деталей и одновременно в повышении производительности труда является жесткость системы станок - приспособление - инструмент - деталь. Погрешности обработки, возникающие из-за недостаточной жесткости этой системы, составляют 80% от остальных погрешностей.

Жесткостью системы станок - приспособление - инструмент - деталь называют способность ее сопротивляться силам резания, возникающим при обработке и стремящимся деформировать эту систему в самом слабом ее звене. Поэтому следует всегда рассматривать жесткость каждого звена и особенно наиболее слабого. Деформации под влиянием нагрузки вызывают также вибрации, что дополнительно сказывается на точности, вызывая неровность (шероховатость) обработанной поверхности.

В процессе фрезерования в станке под действием сил резания возникают деформации в виде отжатия узлов фрезерного станка в местах соединений и упругие деформации деталей фрезерного станка.

Лучшим мероприятием по повышению жесткости станка является затяжка клиньев всех направляющих, выборка люфтов и стопорение (закрепление) узлов стола, не участвующих в данной рабочей подаче, например, салазок и консоли при продольной подаче стола.

На рис. 1 показаны в искаженном (преувеличенном) виде деформации, происходящие в вертикально-фрезерном станке, вызываемые перемещением (отжатием) шпиндельного узла (∆ш) и консоли (∆к). На неточность обработки сказывается общее воздействие этих деформаций. На рис. 1, а она равняется сумме, т. е. ∆д=∆ш+∆к; на рис. 1, б и в она равняется разности, т. е. ∆д=∆ш-∆к.

Рис. 1. Три случая неточности детали в поперечном направлении при обработке на консольном вертикально-фрезерном станке

Исследованиями установлено, что из четырех возможных схем работы на вертикально-фрезерных станках:

  • вращение фрезы правое, подача слева направо;
  • вращение фрезы правое, подача справа-налево;
  • вращение фрезы левое, подача слева-направо;
  • вращение фрезы левое, подача справа-налево
  • наибольшая жесткость получается по 4-й схеме, и станок становится менее склонным к вибрациям.

Хобот снижает жесткость консольных горизонтально-фрезерных станков, особенно при большом его вылете, вследствие недостаточной устойчивости на изгиб под действием сил резания.

Для увеличения жесткости горизонтально-фрезерного станка рекомендуется использовать поддержки (связь хобота, оправки и консоли), стопорить салазки и консоль при продольной обработке, выбирать оправки большего диаметра, ставить добавочную серьгу на оправку и т. п.

Экспериментальным научно-исследовательским институтом металлорежущих станков (ЭНИМСом) разработана методика для проверки в цеховых условиях фрезерных станков на жесткость, т. е. на работу без вибраций или на виброустойчивость.

По этой методике, которую может выполнить квалифицированный фрезеровщик на своем станке, определяется сначала предельная стружка. Предельной стружкой называется максимальная стружка, снимаемая без вибраций при фрезеровании плоскости цилиндрической фрезой (на горизонтально-фрезерном станке) или торцовой фрезой (на вертикально-фрезерном станке). При определении предельной стружки для проверки станка на жесткость рекомендуется при данной ширине фрезерования, т. е. ширине фрезерования заготовки, на обработку которой настраивается станок, и принятой по нормативам подаче постепенно увеличивать глубину резания до появления вибраций.

Предельную стружку можно определить по следам на обработанной поверхности или поверхности резания, по звуку и по виду стружки. Наиболее простым и достаточно точным способом является определение предельной стружки по следам на поверхности резания.

Определив предельную стружку при заданной ширине фрезерования и выбранной подаче, следует найти границы устойчивого режима, т. е. границы виброустойчивой работы при обработке заготовки при разных скоростях резания. После нескольких пробных обработок на разных числах оборотов можно найти границы устойчивости обработки при предельной стружке.

При пониженной виброустойчивости станка следует выявить дефекты с целью их устранения. Такую проверку виброустойчивости станка рекомендуется проводить фрезеровщику при получении большой партии деталей на длительный срок загрузки станка с целью проведения обработки на наиболее прогрессивных режимах.

Недостаточная жесткость зажимного приспособления является результатом неправильного расчета при конструировании или плохого качества изготовления и сборки. Здесь так же, как и в станке, необходима плотность соединения всех деталей и узлов при сборке и достаточная прочность силовых элементов.

Можно с уверенностью утверждать, что величина погрешности обработки, вызываемой упругими деформациями, в значительной мере зависит от ухода за станком.

Недостаточная жесткость инструмента вызывает в некоторых случаях погрешность обработки. Длинные концевые фрезы (особенно шпоночные) вызывают искривление их оси (увод фрезы), что приводит к неточности канавки. Тонкие дисковые фрезы большого диаметра «разбивают» пазы и т. д.

Остаточные и упругие деформации, происходящие в деталях в процессе их обработки на фрезерном станке, искажают форму этих деталей и приводят к неточности в размерах. Например, при фрезеровании длинных валиков, если не применяют домкраты, происходит деформация (искривление оси).

Точность обработки характеризуется допустимыми отклонениями элементов детали от требований которые содержат чертежи деталей по размерам, форме, взаимному расположению и качеству поверхностей. Неточность изготовления деталей обусловливается действием таких факторов, как: погрешность фрезерного станка; погрешность обрабатывающего инструмента; погрешность базирования детали; неточность геометрических параметров инструмента и его износ; упругие и температурные деформации станка и всей системы СПИД; погрешность, связанная с технологической схемой и режимом обработки; погрешность измерения (включая погрешности измерительных средств); неоднородность, которую может иметь обрабатываемый материал заготовки, нестабильность ее размеров и жесткости.

Температурные деформации детали

В процессе фрезерования температура детали повышается. Это прежде всего отражается на точности размеров, но при неравномерном нагреве может исказиться также форма детали. Чтобы уменьшить нагрев обрабатываемой детали, прибегают к охлаждающим жидкостям.

Неточности измерения

Погрешности обработки зависят и от погрешностей измерения, т. е. от неточностей измерительных инструментов или приборов и неточностей, обычно сопутствующих самому процессу измерения (неправильный отсчет показаний прибора, отклонения от нормальной температуры измерения, ошибки в настройке прибора и т. д.).

Точность обработки и погрешность

Точность фрезерной обработки характеризуется 19 квалитетами точности (01; 0; 1; 2; ...; 17). Чем меньше номер квалитета, тем выше точность и качество обработки поверхности деталей. Поверхности, обработанные резанием, имеют чередующиеся выступы и впадины (для которых характерны малые высота и шаг), называемые микронеровностями, высотой которых и определяется шероховатость обработанной поверхности. Точность и качество поверхности деталей зависит от метода их обработки (рис. 2).

Рис. 2. Шероховатость поверхности и квалитеты при различных видах обработки

Погрешности изготовления деталей делятся на три группы: 1) систематические постоянные (одинаковые для всей партии деталей и зависящие от точности изготовления и настройки системы СПИД); систематические переменные (закономерно изменяющиеся по ходу технологического процесса и зависящие, например, от износа инструмента, нагрева системы СПИД и т. д.); 3) случайные (связанные с отклонениями размеров заготовок и ее механических свойств, нестабильностью работы элементов системы СПИД и т. д.).

Указанные погрешности обусловливают отклонение фактических размеров обработанной детали от теоретических. Действительным (фактическим) называется размер, установленный путем измерения детали с допускаемой погрешностью. Два размера, между которыми должен находиться действительный размер годной детали, называются предельно допускаемыми. Предельным отклонением называется алгебраическая разность между предельным допускаемым и номинальным размером. Номинальным называется размер, который служит началом отсчета отклонений и относительно которого определяются предельно допускаемые размеры.

Например, для отверстия Ø 100 с допуском ±0,17 (рис. 3) верхний предельный размер 100,17 мм, а нижний предельный размер 99,83 мм. Разность между этими размерами называется (в данном случае 0,34 мм) полем допуска. Чем меньше номер квалитета точности, тем меньше поле допуска на данный размер. С увеличением номинального размера обрабатываемой детали поле допуска на размер (при одном и том же квалитете точности) увеличивается.

Рис. 3. Поле допусков отверстия диаметром 100 мм

Отклонение формы - это несоответствие формы реальной поверхности форме номинальной поверхности, заданной чертежом.

Плоские поверхности имеют четыре вида отклонения формы: 1) отклонение от плоскостности, 2) отклонение от прямолинейности, 3) выпуклость, 4) вогнутость. Допуск формы детали не должен превышать 25-60% допуска ее размера.

Цилиндрические поверхности имеют пять видов отклонений от формы: 1) отклонение от цилиндричности, 2) отклонение от круглости, 3) отклонение профиля продольного сечения, 4) отклонение от прямолинейности оси, 5) отклонение от прямолинейности образующей.