Погрешности обработки, возникающие вследствие геометрических погрешностей станков

Станок, как большинство изделий, состоит из сборочных единиц (узлов) и деталей. Одни узлы связаны с заготовкой, другие с режущим инструментом. Погрешности взаимного расположения неподвижных или относительно перемещаемых узлов станка, вызванные ошибками его сборки, служат причиной образования погрешностей выполняемой на нём обработки. Погрешности взаимного расположения узлов станка (геометрические погрешности станка) влияют на форму и расположение обрабатываемых поверхностей заготовки, но не оказывают непосредственного влияния на их размеры. Геометрические погрешности станка являются следствием:

неправильной обработки основных деталей и ошибок сборки;

износа отдельных деталей: станин, направляющих, ходовых винтов и др.;

ошибок, допущенных при монтаже и связанных с оседаниями фундаментов и пр.

Погрешности изготовления и сборки станков регламентированы нормами точности ГОСТов, определяющих допуски и методы проверки геометрической точности станков, т.е. точности станков в ненагруженном состоянии (табл. 6).

Таблица 6

Отдельные характеристики геометрической точности универсальных станков средних размеров нормальной точности

Более точные сведения о требованиях к точности различных станков приводятся в соответствующих стандартах и справочниках технолога. Для станков повышенных степеней точности геометрические погрешности сокращаются, одновременно быстро растёт трудоёмкость (и стоимость) их изготовления (табл. 7).

Таблица 7

Соотношение допустимых погрешностей и трудоёмкостей изготовления станков различных групп точности

При выполнении конкретных операций над партиями одинаковых заготовок геометрические погрешности станка полностью или частично переносятся на обрабатываемые поверхности в виде систематических постоянных погрешностей. Эти погрешности поддаются предварительному анализу и расчёту.

Пример. Непараллельность оси шпинделя токарного станка направляющим станины в горизонтальной плоскости приводит при точении к образованию погрешности в виде конусности (при этом ) (рис. 42,a).

Биение передних центров токарных и круглошлифовальных станков при правильном положении оси шпинделя и заднего центра вызывает перекос оси обрабатываемой поверхности, при сохранении правильной окружности в поперечном сечении заготовки (см. рис. 42,б). В частном случае при обточке за два установа (с перевёртыванием для перестановки поводкового хомутика) обрабатываемая заготовка получается двуосной с наибольшим углом пересечения осей, равным (см. рис. 42,в).

Неперпендикулярность оси шпинделя вертикально-сверлильного станка к плоскости стола приводит к возникновению такой же неперпендикулярности оси просверлённого отверстия к базовой поверхности заготовки (см. рис. 42,г), а биение оси конуса отверстия шпинделя по отношению к оси вращения шпинделя вызывает возрастание диаметра просверливаемого отверстия в связи с его "разбивкой".

Неперпендикулярность оси вертикально-фрезерного станка к плоскости его стола в поперечном направлении (см. рис. 43,а) вызывает непараллельность обрабатываемой поверхности к установочной (базовой), а неперпендикулярность в продольном направлении – вогнутость обрабатываемой поверхности f (см. рис. 43,б), зависящую от угла наклона шпинделя , диаметра фрезы d_ф, ширины обрабатываемой поверхности В и взаимного расположения фрезы и заготовки.

Износ трущихся (контактных) поверхностей станка, и особенно неравномерный их износ, приводит к раскоординации, т.е. к изменению взаимного расположения отдельных узлов станка. Следствием раскоординации является увеличение или возникновение дополнительных погрешностей обрабатываемых деталей. В первую очередь на точность обработки влияет износ направляющих. Непрямолинейность направляющих токарного станка в горизонтальной плоскости непосредственно влияет на точность диаметральных размеров, а их местные искривления влекут за собой образование поверхностей с криволинейной образующей.

Исследования, выполненные в ЭНИМСе показали, что задняя направляющая токарного станка изнашивается в 5 раз меньше передней треугольной и, что максимальный износ образуется на расстоянии 400 мм от торца шпинделя. При двухсменной работе в условиях единичного и серийного производства передняя направляющая изнашивается за год: при обдирке стальных (90%) и чугунных (10%) заготовок на 0,1…0,12 мм; при чистовой и обдирочной обработке стальных (80%) и чугунных (20%) заготовок на 0,06…0,03 мм и при чистовой обработке стальных деталей до 0,04…0,05 мм. Установлено, что износ возрастает с увеличением диаметра деталей и имеет большие значения при обдирке заготовок из чугуна. На рис. 43,в показано, что в результате непропорционального износа направляющих резец (с резцедержателем и суппортом) отклоняется на угол , что приводит к увеличению диаметра (в сечении) на величину .

Деформации станков при их неправильном монтаже, под действием силы масс и при оседании фундаментов (искривления станин и столов, извёрнутость направляющих) вызывают дополнительные систематические погрешности обработки заготовок.

Так, оседание фундаментов продольно-строгальных и продольно-фрезерных станков приводит к возникновению отклонений от прямолинейности направляющих станин длиною 8…11 м, достигающих 3…4 мм (по нормативам мм см. выше), а при неправильном монтаже токарного станка мод. 1К62 – извёрнутость станин достигла пределов 0,5 мм. Искривления направляющих станин передаются обрабатываемым заготовкам, вызывая непрямолинейность и неплоскостность обрабатываемых поверхностей.

Кроме изложенного, точность обработки зависит от сложности кинематических цепей станка, передающих движение подачи. При коротких и простых цепях и при помощи жесткого упора для каретки (суппорта, стола, револьверной головки) станка точность повышается. Большие зазоры в кинематических цепях и сопряжениях станка снижают точность обработки. Точность малых перемещений (например, при регулировке положения инструмента) повышают путём создания натягов между винтами и гайками, а также в подшипниковых узлах.