ВВЕДЕНИЕ
В диссертации рассматриваются вопросы, связанные с решением проблемы технологического обеспечения точности и качества поверхностного слоя деталей машин путем управления периодическими погрешностями обработки (волнистостью, огранкой, овальностью).
Актуальность темы. На поверхности заготовки при механической обработке, в частности, при абразивной обработке шлифованием образуются периодические погрешности обработки (ППО) в виде волнистости, шаг которой превышает базовую длину шероховатости. Волнистость при увеличении шага может плавно переходить в огранку и овальность, между которыми часто нет физической разницы. Волнистость относят к параметрам качества поверхностного слоя, огранку, овальность - к параметрам точности формы. Положение поверхности относительно детали и ее конструкторских баз характеризуется погрешностью расположения. Погрешность расположения входит также в постоянную слагаемую ППО.
Все названные погрешности обработки отрицательно влияют на эксплуатационные свойства деталей машин и соединений (износостойкость, малошум-ность, точность движений, плавность хода и др.), что приводит к уменьшению надежности машин, к снижению конкурентоспособности выпускаемой продукции.
Анализ научно-технической информации показал, что природа, механизм образования ППО изучены недостаточно, не сформирован общий подход к разработке технологических операций и процессов, обеспечивающих допустимый уровень ППО.
В связи со сказанным, безусловно, актуальными являются исследования и разработки, направленные на решение задач технологического обеспечения точности и качества поверхностного слоя с помощью уменьшения ППО.
Цель работы. Обеспечение и дальнейшее повышение точности, качества поверхностного слоя деталей машин.
Объект исследования. Технологическая система: заготовка - инструмент — приспособление - станок (ЗИПС), в частности, шлифовальных операций; технологические методы, с помощью которых возможно управлять ППО - волнистостью, огранкой и овальностью деталей клапанов ДВС, подшипников качения, металлорежущих станков, взлетно-посадочных устройств самолетов.
Методы исследования. Методологической основой работы является системный подход к изучению и описанию процессов, происходящих при взаимодействии поверхностей в процессе обработки деталей, контроле и сборке соединений, при их функционировании; теория базирования, теоретические основы технологического обеспечения эксплуатационных свойств деталей машин и соединений; теория контактного взаимодействия поверхностей деталей; теория упругости; теория колебаний; использование аппарата дифференциального и интегрального исчисления, геометрического, кинематического и динамического моделирования.
Экспериментальные исследования выполнены на образцах, натурных деталях и соединениях, реальных технологических системах, как в лабораторных,
так и в производственных условиях. Использована современная измерительная техника и приборы, виброизмерительная аппаратура; испытательные стенды, методы корреляционного и регрессионного анализа; вычислительная техника. Научная новизна:
- Установлена возможность технологического обеспечения точности и качества поверхностного слоя деталей машин путем управления ППО - волнистостью, огранкой, овальностью.
- Разработаны теоретические положения, позволившие реализовать подход к моделированию процесса формообразования волн на поверхности обрабатываемых деталей (и его совершенствования) соединений с повышенными требованиями к эксплуатационным свойствам (износостойкость, малошумность, высокая точность и плавность хода, низкая виброактивность и др.), учитывающий анизотропность технологической системы ЗИПС, позволяющий научно обосновано подойти к выбору методов технологического обеспечения требуемых точности и качества поверхностного слоя по параметрам волнистости, огранки и овальности.
- Разработано системное описание процессов установки и позиционирования заготовки с выявлением контактных связей, ставших основой разработки физико-математической модели технологической операции и разработки методологии выбора способов установки заготовки по скрытым базам и позиционирования при обработке координированных поверхностей, позволившие обеспечить допустимую точность расположения поверхностей.
- Обнаружено и исследовано явление перерезания волн, научно обоснованы условия его возникновения, на основе чего выработаны рекомендации технологического обеспечения допустимого уровня ППО.
- Разработана методология управления траекторией относительного движения (ТОД) заготовки и инструмента путем ее сдвига и деформирования.
- Разработаны базовые положения теории формообразования волнистой поверхности при шлифовании и центробежной обработке абразивными брусками.
Автор защищает следующие основные положения:
- решение научной проблемы повышения точности и качества поверхностного слоя деталей машин на основе технологического обеспечения допустимых ППО волнистости, огранки, овальности;
- модели процесса формообразования волнистых поверхностей при обработке шлифованием и абразивными брусками;
- установленные закономерности явления перерезания волн, позволяющие найти области и условия обеспечения и уменьшения ППО;
- методологический подход к управлению ТОД заготовки и инструмента путем ее сдвига и деформирования;
- методологию поиска способов базирования заготовки по скрытым базам и позиционирования ее, обеспечивающих требуемую точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей;
- способы и устройства управления процессами обработки, сами процессы обработки, установки, позиционирования и контроля поверхностей заготовки, обеспечивающие допустимый уровень ППО (овальности, огранки и волнисто-
6
сти).
Практическая ценность работы:
- разработаны методика и способы установки заготовок по скрытым базам и их позиционирования, обеспечивающие повышение точности, а также-произ-водительности;
- предложена методика проектирования технологической оснастки, в том числе, универсально-сборных приспособлений;
- на основе обнаруженного и исследованного явления перерезания волн разработаны способы и устройства шлифования с уменьшением скорости заготовки на этапе выхаживания; способы обработки брусками; устройства — балансировки ШК на ходу; управления колебаниями;
- разработана серия способов управления круглого шлифования бесконтактной передачей крутящего момента заготовке и бесконтактной установкой ее в электромагнитных опорах;
- разработаны измерительные средства для контроля нескольких геометрических параметров, огранки и волнистости одновременно нескольких поверхностей; для автоматизированного контроля точности формы тороидальных поверхностей; для контроля шаров; для контроля отклонений от прямолинейности и плоскостности.
Реализация полученных результатов.
Результаты исследований нашли использование на ряде промышленных предприятий сельскохозяйственного, авиационного, оборонного машиностроения, а также станкостроения, автомобилестроения и др. отраслей при выполнении по их заказу 13 хоздоговорных НИР, 3-х НИР о соцсодружестве, 4-х госбюджетных НИР, 1 гранта СамГТУ.
Перечисленные методики, способы, устройства, полуавтоматы, автоматы в виде 24 новых технических решений использовали на предприятиях России и странах СНС: ПО «Пяргале» г. Каунас, Литва; з-д «Укрэлектроаппарат» г.Хмельницкий, Украина: ПО «Красный Октябрь» г. Витебск и з-д технологической оснастки, г Гомель, Белоруссия, з-д энергомашиностроения г.Бишкек, Киргизия, Металлургический завод г. Павлодар, Казахстан, ПО Автомобильный завод им.Ленинского Комсомола и ПО Автомобильный завод им.Лихачева г. Москва, ПО Тракторный завод г. Волгоград; ряд предприятий авиационной и оборонной промышленности в г. Москве, Новосибирске, Севастополе (Украина) и др.
Применение предложенных подходов и прикладных результатов создает высокий экономический эффект. Его составляющие - экономия вследствие снижения брака, например, за счет исключения повторной обработки клапанов ДВС на заводе 4 ГПЗ.
Другие источники - экономия за счет уменьшения контрольных операций, за счет улучшения эксплуатационных характеристик изделий, повышения уровня классности деталей, использования оптимальных наладок при бесцентровом шлифовании клапанов ДВС на заводе КРС, от использования способа повышения точности расположения поверхностей деталей (использование РТМ в практике конструирования приспособлений с самоцентрирующим устройством, многопозиционной технологической оснастки) на Самарском предприятии
- 7
ОАО «Авиаагрегат»; от использования новых способов обработки брусками и притирами (изготовлены 2 новых п/автомата), от автоматизации контроля точностных параметров колец (использованы 12 новых автоматов) с обеспечением требований международного стандарта и использования новой технологии обработки границ поверхностей массивных сепараторов с исключением повреждений рабочих поверхностей (10 новых п/автоматов) на Самарских предприятиях: СПЗ -4 и заводе авиационных подшипников.
Результаты работы использованы в читаемом в СамГТУ курсе лекций «Технология машиностроения», лабораторных работах, курсовом и дипломном проектировании, учебно-исследовательской работе.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Повышение качества, надежности и долговечности выпускаемых машин и механизмов» (г. Пермь, 1970, 1977гг); республиканской конференции «Методы чистовой обработки деталей машин» (г. Одесса, 1975г.); республиканской конференции «Прогрессивные технологические процессы обработки деталей приборов» (г. Севастополь, 1975г.); научно-техническом совещании «Контактная жесткость в машиностроении» (г. Куйбышев, 1977г.); Всесоюзном семинаре «Технологические методы повышения качества машин» (г.Фрунзе, 1978г.); Всесоюзных научно-технических конференциях «Динамика станков» (г.Куйбышев, 1980, 1984гг.); Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение долговечности и надежности машин и приборов» (г.Куйбышев, 1981 г.); конференции «Разработка, исследование и внедрение прогрессивных технологических процессов механосборочного производства (г.Севастополь, 1982г.); Всесоюзной научно-технической конференции «Интенсификация технологических процессов механической обработки» (г.Ленинград, 1986г.); областной научно-технической конференции, посвященной 60-летию института (г.Куйбышев, 1990г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин» (г.Самара, 2003); на заседаниях кафедры «Технология машиностроения» СамГТУ (г.Самара, 1978, 1985, 1990, 1994, 2003 гг.). Диссертация выиграла конкурс персональных грантов научных исследований Самарского гос. тех. ун-та в 1999г. Технические решения, разработанные в диссертации в виде образцов, демонстрировались на выставке ВДНХ (г.Москва, 1990г. -бронзовая медаль), на выставке Поволжья (г.Тольятти, 1991г.).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 140 печатных работах, в том числе в 2-х монографиях, 1-м учебно-методическом пособии, описаниях 90 патентов и авторских свидетельств.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и предложения. Работа содержит 340 страниц машинописного текста, включая 132 рисунка и 25 таблиц. Список использованной литературы содержит 380 наименований.
8 1. ОБЗОР, АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
1.1. Связь эксплуатационных свойств поверхностей деталей, соединений, машин с погрешностями изготовления
Точность поверхностей и качество их поверхностного слоя, соединений, сборочных единиц и самих машин существенно влияют на выхрдные показатели машины: быстроходность, энергетическую эффективность, износостойкость, материалоемкость и надежность.
«Большинство машин и деталей выходят из строя не от разрушений и не из-за общего морального старения, а от потери точности из—за их износа, обмя-тий, коробления, приводящих в итоге к значительному снижению основных выходных характеристик машин» [272].
Поверхностный слой деталей в условиях эксплуатации подвергается наиболее сильному механическому, тепловому, магнитоэлектрическому, химическому и другим воздействиям. Потеря деталью своего служебного назначения и ее разрушение в большинстве случаев начинается с поверхностного слоя, например, возникновение и развитие усталостной трещины, коррозии, эрозии, износа и др.
Из сказанного ясно, что выходные показатели У\,у2—Ук машины имеют
функциональную связь с технологическими показателями х\,хг...х„ точности и качества поверхностного слоя поверхностей деталей машин
у1 = Ъ(х1,хг,...,х„),
У 2 = /2(ХиХ2,...,Х„),
(1-1)
У к = /к(Х1,Х2,...,Х„).
Эту функциональную связь можно выразить логической схемой - рис. 1.1.
Существует и обратная связь эксплуатационных свойств машин со свойствами поверхностного слоя деталей. Ряд конструкций машин пока невозможно осуществить из-за отсутствия соответствующих технологических решений, несмотря на то, что достижимая точность изготовления деталей в последние десятилетия возрастала в 10 раз за каждые 20 лет [272].
1.2. Принцип инверсии
Принцип инверсии основан на существовании преемственности между тремя последовательными процессами, в которых участвует деталь сборочной единицы. Это: процесс обработки, процесс контроля и процесс эксплуатации [119]. По—видимому, правильнее говорить о четырех процессах, т. к. процессу эксплуатации механизма и машины предшествует чрезвычайно важный процесс - процесс сборки машины. Однако создание машины начинают значительно раньше, с выдвижения идеи, затем создания технического
Поверхностный слой детали
Неровности поверхности
Шероховатость
Волнистость
Грубые дефекты
Физико-химическое состояние поверхностного слоя
Структура
Фазовый состав
Химический состав
Физико-химические < свойства
поверхностного слоя
Эксплуатационные свойства
детали
Физические Химические
Механические н Г 1
йкость 1КТИВН0(
кость
аз за о
СТЬ ЙКОС1 я сто ские ХО KB гская :ость
л н ?-1 о X S-о о н о tr 3 S S
о о о о X 3 Я О S 1-4 о
очнс о CU асти рист ооон озио ПЛОВ ектр 1ГНИ1 тиче рроз И1ГВ1 ipoci
Си 09 о со CU со с о стЗ то
Н а К н О D
Рис. 1.1. Схема взаимосвязи свойств поверхностного слоя с эксплуатационными
свойствами детали [146]
10
образа и решения. Таким образом, расчетный размер Lp конструктор округляет до размера Lk. В обрабатываемой детали он превращается в размер Ld, а при измерении — Lu. Но после сборки размер видоизменяется до размера Lc ,'& в машине после некоторого времени ее работы - в величину L3 (вследствие упругих и пластических деформаций, износа приработочного, температурного и др. воздействий). Приведенный выше ряд, учитывающий инверсию детали, можно изобразить в виде
^р -^Lk^Ld-*Lu -+Le-+L3. (1.2)
1.3. Классификация исполнительных поверхностей
Предлагаемая классификация исполнительных поверхностей отлична от известных [51,152] поиском источника колебаний и погрешности обработки на основе рабочего и сборочного чертежей.
По степени сплошности поверхности могут быть сплошными и не сплошными. Разрывы (прерывистости) характеризуются тремя критериями: 1) протяженностью разрыва; 2) степенью повторяемости; 3) степенью работоспособности разрывающих поверхностей. Согласно первому критерию разрывы могут быть не сквозными и сквозными. Так, к несквозным относят разрывы, вызванные наличием, например, на наружной цилиндрической поверхности отверстий под штифт, канавок под шпонки, окна под тела качения и т. п. Сквозные разрывы пересекают всю исходную поверхность от одной ее границы до другой, например, зубья шестерен, канавки и т. д. Второй критерий показывает: повторяются или нет разрывы на исходной поверхности. Так, сквозное отверстие под штифт, сквозное окно на коническом хвостовике дают две прерывистости, т. е. дважды повторяющиеся. Одна канавка под шпонку, глухое отверстие в радиальном направлении не дают повторяемости разрывов. Шлицы и зубья зубчатых колес характерны повторяемостью разрывов с числом раз, равным числу шлицов либо зубьев. Третий критерий показывает рабочей или не рабочей является сама поверхность, образующая разрыв. Рабочими разрывающие поверхности являются при контактировании ими в механизме с другой (другими) рабочими поверхностями, например, шлицевыми, зубчатыми поверхностями. Не рабочие разрывающие поверхности выполняют вспомогательную функцию. Такими являются поверхности, например, канавок, расположенных в середине наружной цилиндрической поверхности значительной длины, предназначенных для улучшения прилегания к ней поверхности ответной детали.
1.4. Периодические составляющие погрешности обработки
1.4.1. Классификация погрешностей обработки, имеющих периодическую составляющую. Как известно, погрешность обработки есть понятие, обратное
11
точности. В ряде литературных источников используют термин дефект поверхности [ГОСТ 23505-79], под которым понимают повреждения или отклонения формы поверхности заготовки или изделия, не допускаемые документом на заготовку или изделие. Указанный стандарт устанавливает следующие дефекты поверхности: абразивная царапина, шлифовочная трещина [ГОСТ 20847 —75], огранка [ГОСТ 10356-81], шлифовочный прижог. абразивный скол, след выкрашивания, задир [ГОСТ 23.002—75] и др.
Абразивная царапина - углубление на обработанной поверхности, образованное в результате воздействия абразивного зерна или группы зерен при абразивной обработке, глубина которого превышает наибольшую высоту неровностей профиля поверхности.
Шлифовочный прижог — структурно измененный слой или участок на обработанной поверхности, являющийся следствием теплового воздействия шлифования.
Абразивный скол - нарушение кромок обработанной заготовки, появившееся в результате абразивной обработки.
След выкрашивания — углубление на обработанной поверхности, образованное в результате отделения частиц обрабатываемого материала при абразивной обработке или при контактной усталости.
Используют также термин дефект металлов. Это отклонение от предусмотренного техническими условиями качества металла по химическому составу, структуре, сплошности, состоянию поверхности. Дефекты металла возникают из-за несовершенства или нарушения технологических процессов при плавлении металла и получения заготовок (неметаллические включения, шла-ковины, усадочная пористость, раковины, газовая пористость и т. д.), при обработке давлением (расслоения, заковы, закаты, волосовины и флокены и т. д.), при термической, химико-термической, электрохимической и механической обработке (трещины, прижоги, обезуглероживание и т.д.), при сварке, пайке, склеивании (непровар, непропай, трещины, коррозия и т.д.) Некоторые дефекты металла можно частично или полностью устранить на последующих стадиях производства.
Дефекты структуры материалов, понимаемые, как нарушения сплошности и (или) регулярности структуры материалов классифицируют по генетическим (механические, радиационные, термические и др.), морфологическим (внешние, внутренние и др.) и структурным (включения, поры, трещины и др.) признакам. Кроме того, существует физическая классификация дефектов (вакансии, границы двойников, зерен, дислокации и т. п.), основывающаяся на атомном строении дефектов. В зависимости от размеров, дефекты подразделяют на макродефекты, микродефекты и субмикродефекты. Отмечается двойственная роль дефектов. Они могут упрочнять материал — или создавать потенциальные очаги разрушения. Поэтому повышение надежности изделий сводят не к устранению всех дефектов, а к оптимизации их качества и распределению с целью улучшения свойств материала.
Для решения задачи данной работы все погрешности обработки подраз-
12
делены на имеющие и не имеющие периодическую составляющую и кратко названы периодические и непериодические. Модель макро- и микромиров построена на периодичности расположения и движения их составляющих элементов. Периодические погрешности подразделены по пяти критериям. По первому критерию погрешности подразделены на геометрические, физические, химические, механические. По глубине залегания они могут быть поверхностными, т. е. наблюдаемыми непосредственно на обработанной поверхности, и глубинные, т. е. расположенные в толще поверхностного слоя заготовки и детали. По третьему критерию - степени сплошности различают не отделившиеся, отделившиеся и полуотделившиеся, т.е. речь идет о материальных частях металла. Отделившиеся частицы заготовки не имеют никакой с ней связи, полуотделившиеся связаны с заготовкой только одной частью, а противоположная часть свободна, отделена от материала заготовки. В зависимости от зоны расположения на обработанной поверхности погрешности могут располагаться по всей поверхности, на периодически расположенных участках ее; на участках, близких к границам поверхности; и непосредственно на границах поверхности. Наконец, погрешности обработки могут охватывать разное число поверхностей.
1.4.2. Основные понятия и определения о периодической составляющей погрешности обработки
В общем виде совокупность погрешностей при обработке партии заготовок или на одной заготовке может быть описана произвольной функцией или задана произвольной графической линией.
Известно [199] ,что разложение в ряд Фурье
/(д:) = — + (й1 cos* + bx sinx) + (а2 cos 2х + b2 sin 2x) +...
... + (a( cosix + bt sin/x) +...
функций, описывающих на конечном отрезке х реальные физические процессы, возможно всегда. Более строгими условиями, которым должна удовлетворять эта функция, являются условия Дирихле. Практическое разложение в ряд Фурье сводится к нахождению величин ao,a],a2,...,b],b2..., называемых коэффициентами Фурье.
Поскольку процессы, происходящие в технологической системе при металлообработке на станке, в основе своей периодичны, все основные процессы в технологической системе, а, следовательно, и результат их воздействия на заготовку, могут быть описаны периодическими функциями.
В первом приближении для периодической функции времени при гармоническом анализе аргумент х заменяют фазовым углом cot. В результате этого функция времени с периодом
Г--. 0-4)
со
представляется, как наложение нескольких (в общем случае бесконечного
13
числа) косинусоидальных и синусоидальных колебаний, частоты которых являются целыми кратными от самой низкой частоты (основной)
= —- + a, coscot + а2 coslwt + ... + a. cosicot +...
2 ] 2 ' (1.5)
... + bx sin cot + b2 sin 2cot +... + bt sin icot,
где коэффициенты Фурье равны
л
со л л cosicot •dt
СО
/ = 0,1,2, 3,...
л
ь, со ж со л sin icot •dt
со
(1.7)
/ = 0,1,2,3,...
Важно, что произвольную периодическую функцию можно разложить только в единственный ряд Фурье.
Как указывается в работе [306]: «Вместо рядов для фактических целей удобно пользоваться тригонометрическим полиномом
где п - порядковый номер высшей гармоники полинома.
Величина Со/2 может быть принята за среднее значение функции f(y) в течение периода Т=2л; и определяется расстоянием от базового значения текущего размера до средней линии отклонений профиля. Поэтому значение Со/2 представляет собой отклонение размера.
Первый член разложения Ci cos (> + ;/,) характеризует расстояние между центром вращения Oi и геометрическим центром О, т.е. эксцентриситет. Он указывает на отклонение расположения поверхности и выражает его количественно. Последующие члены полинома, начиная со второго, характеризуют спектр отклонений формы детали в поперечном сечении.
Второй член С2 cos(2^ + ^2) характеризует овальность сечения, а третий член - С2 cos(Зр+ }'.,) огранку с трехвершинным профилем и т.д. ... Остальные члены ряда характеризуют соответствующую волнистость и шероховатость".
Существенная периодическая составляющая погрешности обработки, образуется при механической обработке в связи с отклонениями геометрии обработанных заготовок.
Погрешности размера xl,x2,x?i... обработанных заготовок в партии (рис. 1.2), рассматривая их в последовательности схода со станка, могут иметь
14
периодическую составляющую.
С большей наглядностью можно проследить погрешности отдельных участков и точек обработанных поверхностей (рис.1.3.,а, б). Здесь точки 1,2,3 и т. д., как на плоской поверхности, так и на поверхности вращения, расположены от измерительных баз (плоскость 2 -рис. 1.3, а, 1.3, б - точка 0) на различных расстояниях: хА,х2,хъ ... и ^,г2,г3, соответственно. Эти расстояния содержат
постоянную и переменные слагаемые, последние из которых подчиняются периодической зависимости.
Линейные и угловые размеры конструктивных элементов в пределах одной детали также могут иметь погрешности с периодическими составляющими. На рис. 1.4 приведены примеры изготовления шестнадцати равномерно расположенных отверстий. В первом случае (рис. 1.4, а) центры их О,,О-,,О^...имеют
размеры R},R2,R3 расположения от общего центра О детали. Погрешность расположения этих центров может иметь периодическую составляющую. Во втором случае (рис. 1.4, б) периодические составляющие погрешности углового расположения по углам а^,а2,а3 ... аналогичны погрешностям отверстий от заданного положения. Наиболее известными представителями таких периодических составляющих являются овальность, огранка, волнистость. Вторая периодическая составляющая обусловлена погрешностью расположения заготовки в технологической системе при установке партии заготовок на одни и те же установочные элементы приспособления.
На рис. 1.5. изображена схема установки нескольких заготовок из партии плоскостью на постоянные опоры. Пусть эта плоскость является направляющей базой. Перпендикулярная ей плоскость - опорная база заготовки - касается третьей опоры в точке В. Установочная база параллельна плоскости чертежа. На направляющей базе имеется волнистость с постоянной высотой и шагом, но у каждой заготовки фаза положения волнистости различна. Примем на первой заготовке обрабатываемую поверхность 2, параллельной прямой, проходящей через вершины А и Б постоянных опор 2. Следовательно, и после обработки плоскости 2 она будет параллельна прямой АБ (другие возможные погрешности не учитываются). Вследствие различных фаз волнистости технологических баз 3 и 4 вторая и третья заготовки займут положение, наклонное к постоянным опорам. Очевидно, что после обработки обработанные поверхности будут, соответственно, не параллельны базам 3 и 4. Возникает погрешность обработки в виде погрешности расположения, а именно в виде отклонения от параллельности, измеряемая углами ах и а2, соответственно. Можно доказать, что погрешности ах,а2,аъ... синусоидально зависят от фазы расположения
волнистости технологической базы, т. е. содержат периодическую составляющую в пределах всей партии заготовок.
Аналогичный характер имеют периодические составляющие погрешности расположения заготовки в технологической системе, возникающие с начала установки отдельно рассматриваемой заготовки в течение всей технологической операции до окончания обработки.
15
На рис. 1.6,а изображена схема установки заготовки технологической базой в виде наружной цилиндрической поверхности на две опоры, часто называемые жесткими опорами, например, на операции внутреннего шлифования подшипниковых колец. Наружная цилиндрическая поверхность 1 базы имеет погрешности формы в виде огранки.
Контакт в точках А и Б жестких опор при вращении заготовки происходит все время с разными точками поверхности базы. Поскольку база имеет переменный радиус относительно центра поверхности, то заготовка при вращении будет менять свое расположение относительно опор. Центр средней линии профиля базовой поверхности переместится из точки О, в точку О-,, затем Оъ и т. д. Отсюда ясно, что появится погрешность положения заготовки в виде эксцентриситета ег =ОХО2, еъ =О2О3 и т. д. Таким образом, изменение величины
эксцентриситета имеет периодический характер.
В связи с тем, что заготовка изменяет свою траекторию и вследствие действия других причин и факторов, например, из-за наличия механических относительных колебаний, необходимо учитывать составляющие кинематики движения заготовки и инструмента.
1.5. Периодическая составляющая погрешности обработки — волнистость
В работе к волнистости отнесены все периодические неровности поверхностей по шагу, превышающие базовую длину, используемую для измерения параметров шероховатости и независящие от причин их появления; во-вторых, к волнистости отнесены все периодические составляющие, описываемые уравнениями 1.1 ... 1.5.
На рис. 1.7. представлена модель периодических погрешностей поверхностей на обработанной пустотелой цилиндрической детали.
Отклонения формы цилиндрических поверхностей характеризовали по ГОСТ 24642-81: отклонение от цилиндричности Ноц -наибольшее расстояние
от точек реальной поверхности 1 до прилегающего цилиндра 2; отклонение от круглости Нок - наибольшее расстояние от точек реального профиля 3 до прилегающей окружности 4; отклонение профиля продольного сечения НОШ1С -
наибольшее расстояние от точек реального профиля 5 до соответствующей стороны прилегающего профиля.
Кроме того, ГОСТ 24642 —81 предусматривает два элементарных вида отклонений от круглости: овальность и огранку.
В то же время практика показывает, что реальный профиль продольного сечения имеет четыре существенных вида отклонений: конусообразность, боч-кообразность, седлообразность, изогнутость. В продольном сечении наблюдаются также такие неровности, как волнистость и шероховатость. Аналогичные неровности возникают и в поперечном сечении - волнистость первого порядка 10, второго порядка 11 и шероховатость 12. Современная измерительная техни-
16
пааааааааааоааоааоаааа
ааоааа&оааопваааасза
Рис. 1.2. График изменения размеров деталей в партии 1з 7 f 5
III
а.
б.
Рис. 1.3. Отклонения формы поверхностей (а-плоской, б-цилиндрической) детали
\
Рис. 1.4. Схемы отклонений расположения поверхностей:
а-с отклонениями радиуса расположения осей; б-с отклонениями угла расположения осей отверстий
17
а, а2
Рис. 1.5. Схема установки заготовки на волнистую базу с различной фазой волнистости
б.
а.
Рис. 1.6. Схема (а) установки заготовки на наружную цилиндрическую
базу при вращении ее на жестких опорах; б-периодическая
погрешность отверстия после шлифования

Получить работу