Погрешности, возникающие в процессе изготовления деталей и сборки машин

В процессе изготовления деталей на металлорежущих станках возникает большое разнообразие погрешностей обработки. Например, цилиндрическая поверхность может иметь небольшую конусообразность, некруглость поперечного сечения, искривление оси и другие погрешности. Плоская поверхность может иметь небольшие выпуклости, вогнутость и другие отклонения.

К погрешностям взаимного расположения поверхностей деталей относят несоосность участков ступенчатого вала, неперпендикулярность оси цилиндрической поверхности к ее торцу, непараллельность противолежащих граней плит или планок, погрешности расположения отверстий в корпусных деталях и пр.

При изготовлении машин погрешности возникают на различных этапах технологического процесса. Общая (суммарная) погрешность обработки является следствием влияния технологических факторов, вызывающих первичные погрешности.

Погрешности обработки деталей являются следствием влияния следующих основных факторов.

1. Неточность станков, являющаяся следствием погрешности изготовления их основных деталей и узлов, неточности сборки, износа трущихся поверхностей деталей станка в процессе его эксплуатации и т. п.

2. Степень точности изготовления режущего инструмента и его изнашивание во время работы.

3. Неточность установки инструмента и настройки станка на размер.

4. Погрешности базирования и установки обрабатываемой детали на станке или в приспособлении.

5. Деформации деталей станка, обрабатываемой детали и инструмента во время обработки под влиянием силы резания вследствие недостаточной жесткости упругой системы станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД).

6. Тепловые деформации обрабатываемой детали, деталей станка и режущего инструмента в процессе обработки и деформации, возникающие под влиянием внутренних напряжений в материале детали.

7. Неравномерность припуска и твердости заготовки.

8. Ошибки в измерениях вследствие неточности измерительного инструмента, неправильного пользования им, влияния температуры и т. п.

9. Ошибки исполнителя работы и другие факторы.

На рис. 1.3 показаны погрешности, возникающие при обработке валов на токарных станках из-за неточности установки заготовки на станке и недостаточной жесткости элементов системы СПИД.

При смещении пиноли задней бабки станка или непараллельности направляющих станины относительно оси шпинделя в горизонтальной плоскости на детали образуется конусная поверхность (рис. 1.3, б), если эти смещения произошли в вертикальной плоскости, то на детали образуется гиперболическая поверхность (корсетность) вместо цилиндрической (рис. 1.3, в).

При недостаточной жесткости заготовки после обработки на детали в продольном направлении возникают погрешности, искажающие цилиндрическую форму (рис. 1.3, г, д).

При износе шеек шпинделя, увеличенных радиальных зазорах между шпинделем и подшипниками, а также при неравномерности припуска на обработку в поперечном сечении детали возникает погрешность в виде некруглости (рис. 1.3, е). Аналогичные погрешности возникают при шлифовании валов на круглошлифовальных центровых станках.

Погрешности сборки отдельных соединений и машин возникают в результате влияния следующих технологических факторов.

1. Изменения зазоров и натягов в соединениях приводят к изменению характера посадки. Причиной этого является отклонение размеров, формы и расположения поверхностей собираемых деталей. Эти же причины вызывают радиальные и торцевые биения, отклонения от параллельности, соосности, перпендикулярности и др.

2. Некачественная обработка сопрягаемых поверхностей приводит к неплотному прилеганию, снижению контактной жесткости стыков и герметичности соединений. Снижение таких характеристик вызывается отклонениями формы, отклонениями от плоскостности, прямолинейности и др.

3. Погрешности взаимного расположения деталей и элементов машин вызываются также погрешностями их фиксации друг относительно друга.

4. Погрешности в результате нарушения условий и режимов выполнения сборочных операций (неравномерная затяжка резьбовых соединений, вызывающая перекосы и деформации собираемых элементов, перекосы и деформации при запрессовке и других видах соединений, деформация при закреплении деталей в сборочных приспособлениях и др.).

5. Геометрические неточности сборочного оборудования, приспособлений и инструментов в ходе сборки переносятся на соединение, снижая тем самым служебные характеристики машины в целом.

6. Тепловые деформации элементов технической системы (сборочное оборудование – приспособление – инструмент – собираемый объект) отражаются на точности соединения.

7. Погрешности сборки, возникающие в результате деформации сопрягаемых деталей от действия остаточных напряжений в их материале. Релаксация напряжений в последующем (при эксплуатации) вызывает деформации деталей в уже собранной машине, что снижает ее точностные характеристики.

4. Погрешности, вызываемые нетехнологичностью деталей и машин.

Погрешности, возникающие при изготовлении заготовок, обработке резанием, контроле, сборке и других видах обработки, можно разделить на три вида: систематические постоянные, систематические закономерно изменяющиеся и случайные.

Систематические постоянные погрешности не изменяются при обработке одной заготовки или всей партии заготовок. Они возникают под влиянием постоянно действующих факторов: геометрические неточности оборудования, приспособлений, измерительных инструментов; погрешность наладки элементов системы СПИД и др. Систематические постоянные погрешности могут быть выявлены пробными измерениями нескольких обработанных деталей, а величина этих погрешностей может быть определена расчетно-аналитическим методом. Например, конусность вала при обработке его на токарном или круглошлифовальном станке рассчитывается исходя из длины вала и величины смещения пиноли задней бабки.

Систематические закономерно изменяющиеся погрешности могут влиять на точность обработки непрерывно или периодически.

Примером непрерывно влияющей погрешности может служить погрешность, вызываемая размерным износом режущего инструмента, а периодически действующей – погрешность, возникающая в результате тепловой деформации станка в период от его пуска до достижения состояния теплового равновесия. Зная законы изменения этих погрешностей, можно рассчитать их величину и принять меры для их устранения или уменьшения при проектировании станочных операций.

Случайные погрешности возникают в результате действия большого количества несвязанных между собой факторов. Примерами случайных погрешностей могут служить погрешности положения заготовки на станке, неравномерность припуска и твердости заготовки, ошибки исполнителя работы, а также погрешности обработки, вызываемые упругими отжатиями элементов технологической системы под влиянием нестабильных сил резания и др. Определить заранее момент появления и точную величину случайной погрешности для каждой детали в партии не представляется возможным. Пределы изменения случайной погрешности могут быть определены на базе экспериментальных исследований с использованием методов математической статистики и теории вероятности.