Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния технологического обеспечения точности обработки нежестких деталей 9
1.1. Обзор публикаций, посвященных обеспечению точности обработки деталей - тел вращения 9
1.2. Технологические проблемы достижения требуемой точности тонкостенных деталей 14
1.3. Обзор существующих методов определения точности обработки 18
1.4. Пути повышения точности обработки нежестких деталей 22
1.5. Характерные особенности обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей. Классификация тонкостенных деталей 26
1.6. Технологические и функциональные особенности современных авиационных материалов 29
1.7. Анализ выполненных работ в области обеспечения точности нежестких деталей. Цели и задачи исследования 33
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование выявления погрешностей, возникающих в результате упругих деформаций, их наследование при реализации технологического процесса 39
2.1. Технологическая наследственность и ее проявление в процессе обработки деталей типа колец 39
2.2. Влияние точности станочных приспособлений на точность формы и выполняемых размеров 43
2.3. Исследование напряженно-деформированного состояния нежесткого кольца под воздействием усилий резания и закрепления 49
2.4. Деформации поверхностных слоев при закреплении обрабатываемой заготовки в станочном приспособлении 55
2.5. Исследование влияния точности формы элементов технологической оснастки на вероятность появления погрешности формы обрабатываемой заготовки 60
2.6. Выводы 69
ГЛАВА 3. Разработка экспериментально-теоретического метода исследования технологического обеспечения и неразрушающего контроля точности формы тонкостенного ступенчатого кольца 71
3.1. Назначение припусков на механическую обработку тонкостенных колец с учетом технологического наследования свойств заготовки 71
3.2. Разработка конструкции образца для исследования 73
3.3. Разработка конструкции приспособления, обеспечивающего точность формы и выполняемых размеров обрабатываемой заготовки 76
3.4. Экспериментальная установка на базе токарного станка и методика проведения исследований 84
3.5. Неразрушающий контроль и диагностика возникновения погрешностей при обработке тонкостенного ступенчатого кольца 85
3.5.1. Обоснование выбора метода неразрушающего контроля для определения точности базирования кольцевой заготовки в станочном приспособлении 85
3.5.2. Методика ультразвукового контроля фактической площади контакта опорных секторов приспособления и внутренней поверхности заготовки 91
3.6. Выводы 100
ГЛАВА 4. Анализ результатов экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния и точности формы нежестких деталей 102
4.1. Расчет величины допустимой погрешности формы тонкостенного кольца 102
4.2. Вывод зависимостей угла поворота и осевого перемещения кольца от приложенных сил 105
4.3. Разработка рекомендаций по применению результатов исследования 108
Заключение 110
Библиографический список 113
- Характерные особенности обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей. Классификация тонкостенных деталей
- Деформации поверхностных слоев при закреплении обрабатываемой заготовки в станочном приспособлении
- Разработка конструкции приспособления, обеспечивающего точность формы и выполняемых размеров обрабатываемой заготовки
- Вывод зависимостей угла поворота и осевого перемещения кольца от приложенных сил
Введение к работе
Актуальность темы. Тонкостенные детали находят широкое применение при проектировании авиационных двигателей и их агрегатов. Это объясняется специфическими характеристиками, которыми должны обладать узлы и агрегаты авиадвигателя. К их качеству предъявляются более жёсткие требования по сравнению с требованиями в других машиностроительных отраслях. При этом помимо обеспечения заданных эксплуатационных характеристик элементы двигателя должны отвечать требованиям надёжности, долговечности, безопасности и т.д.
В таких условиях в авиационном моторостроении наиболее актуальными являются проблемы, связанные с обеспечением заданных параметров точности при изготовлении деталей двигателя. Решение данного круга вопросов требует комплексного подхода, поскольку на качество изготавливаемых деталей влияет огромное количество самых различных факторов. Эти факторы могут иметь разную природу, также различна и степень их влияния на точность размерной обработки деталей.
Одними из характерных представителей тонкостенных деталей в авиамоторостроении являются кольцевые детали. Соотношение диаметра и толщины стенки такой детали может составлять 500:1. Очевидно, что обеспечить жесткость технологической системы при обработке такой заготовки очень сложно. Для этого необходимо выдержать ряд требований: геометрическая точность станка и его элементов, жёсткая фиксация заготовки в станочном приспособлении, хорошее качество режущего инструмента, высокая квалификация рабочего и/или наладчика и т.д.
Достичь одинаково высокого уровня всех факторов обработки в реальных производственных условиях практически невозможно. Кроме того, рассматриваемые детали, как правило, изготавливаются из труднообрабатываемых сплавов. Соответственно, в зоне резания возникают температурные деформации, ускоряется размерный износ режущего инструмента.
Таким образом, исследования в данной области направлены, в первую очередь, на выявление наиболее значимых факторов, влияющих на точность обработки, и разработку методов технологического воздействия, которые будут способствовать минимизации возникающих погрешностей.
В ходе выполнения данной работы был проведен анализ имеющихся в литературе данных, относящихся к достижению заданных параметров точности механической обработки нежестких деталей. Анализ разработанных методов и средств достижения заданной точности при обработке деталей привел к выводу о том, что недостаточно исследован характер возникновения деформаций при обработке ступенчатых кольцевых деталей. В литературе приведено недостаточно сведений, позволяющих в полной мере учесть воздействие основных технологических факторов на достижение заданной точности обработки этих деталей. Отсюда следует актуальность выбранного направления исследования.
Цель работы заключается в разработке новых технологических решений для достижения заданных параметров точности при механической обработке тонкостенных деталей авиационных двигателей типа ступенчатых колец.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
-
Исследование технологических факторов, влияющих на точность обработки тонкостенной заготовки, и выявление основных погрешностей обработки.
-
Вывод аналитических зависимостей, характеризующих влияние наладки нежесткой технологической системы на обеспечение требуемой точности.
-
Исследование напряженно-деформированного состояния кольцевой заготовки под влиянием усилий резания.
-
Моделирование процесса деформации тонкостенного ступенчатого кольца в процессе обработки.
-
Разработка конструкции приспособления, способствующей минимизации погрешностей от упругих деформаций технологической системы на разных стадиях технологического процесса.
-
Разработка методики контроля точности наладки технологической системы с применением ультразвуковой дефектоскопии.
-
Выполнение экспериментальных исследований и обработка их результатов.
-
Разработка практических рекомендаций по повышению точности формы и размеров обрабатываемых тонкостенных заготовок типа колец.
Научная новизна:
-
На основе анализа имеющихся в литературе данных получены способы расчета, описывающие влияние погрешностей, возникающих на разных стадиях реализации технологического процесса, на точность выполняемого размера и формы обработанной поверхности.
-
Разработана методика неразрушающего контроля фактической площади контакта опорных элементов приспособления и посадочной поверхности обрабатываемой заготовки с применением ультразвуковой дефектоскопии.
-
Разработана методология проектирования технологической оснастки, обеспечивающей требуемую точность тонкостенного кольца большого диаметра.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Методика диагностики возникновения погрешностей при закреплении тонкостенного кольца переменного сечения в станочном приспособлении с применением ультразвуковой дефектоскопии.
-
Метод расчета величины допустимой погрешности формы тонкостенного ступенчатого кольца.
-
Вывод зависимости угла поворота и осевого перемещения кольца от усилий, воздействующих на технологическую систему.
-
Конструкция приспособления – планшайбы с шестью опорными секторами, обеспечивающей точность формы и выполняемых размеров обрабатываемой заготовки.
Практическая значимость полученных результатов:
-
Разработанная конструкция приспособления может быть применена в производстве для минимизации погрешностей от сил закрепления при обработке тонкостенных кольцевых деталей переменного сечения.
-
Разработанный метод расчета наибольшей допустимой погрешности формы из условия допустимого утонения кольца может быть использован при проектировании технологических процессов механической обработки тонкостенных колец с целью учета погрешностей, вызванных отклонениями формы исходной заготовки.
-
С применением имеющегося на большинстве моторостроительных предприятий оборудования для ультразвуковой дефектоскопии возможно внедрение в производство разработанной методики неразрушающего контроля точности сопряжения заготовки и приспособления.
Достоверность результатов:
Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены с применением современного технологического оборудования, оснащенного необходимыми средствами измерения параметров точности. Полученные результаты соответствуют современным представлениям о методах обеспечения точности тонкостенных деталей авиационных двигателей.
Личный вклад автора состоит в постановке задач, проведении теоретических и экспериментальных исследований, обработке и сопоставлении полученных результатов с литературными данными, формулировании выводов.
Объект и методы исследования:
Технологический процесс изготовления тонкостенного кольца переменного сечения.
С целью определения величины деформации обрабатываемой заготовки в процессе резания разработан метод обеспечения минимизации деформаций под действием сил резания.
Разработан метод неразрушающего контроля, основанный на ультразвуковой дефектоскопии, позволяющий оценить сплошность контакта сопрягаемых поверхностей приспособления и заготовки.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на I международной научно-практической конференции "Достижения и перспективы естественных и технических наук" (г. Ставрополь, 2012 г.), III Международной научно-практической конференции «Теоретические и практические аспекты развития современной науки», на расширенном заседании кафедры «Технология машиностроения» ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет»; на семинаре кафедр ОмГТУ «Металлорежущие станки и инструменты» и «Технология машиностроения».
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 работы в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования материалов диссертаций.
Объем и структура диссертации:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных литературных источников (150 наименований). Объем работы 130 страниц, в том числе 35 рисунков и 2 таблицы, приложение на 10 страницах.
Характерные особенности обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей. Классификация тонкостенных деталей
Тенденция ужесточения требований к эффективности авиационной техники, ее ресурсу и массе отражается на выборе конструкционных материалов при производстве авиационных двигателей [16,81]. К авиационным материалам предъявляются требования высокой удельной прочности и пластичности при обеспечении наибольшей вязкости разрушения [88]. Этим объясняется возрастание доли титановых сплавов среди других авиационных материалов. Титановые сплавы позволяют достичь высоких качественных характеристик путем создания необходимой структуры, обеспечиваемой разными схемами деформации и термической обработки для различных полуфабрикатов, а также разработкой технологического процесса изготовления деталей и сборочных единиц из этих сплавов с учетом всех их специфических особенностей [28].
Успех в создании и применении титановых сплавов в промышленности зависит от технического уровня теории легирования, термической и термомеханической обработки [17]. Основным направлением создания новых титановых сплавов является комплексное и многокомпонентное легирование [95], обеспечивающее высокие эксплуатационные свойства конструкций. Так, для получения высокопрочных и жаропрочных конструкций необходимо сочетание металлургических и технологических факторов воздействия на структуру титановых сплавов при конструировании и технологии изготовления деталей двигателя.
Наряду с новыми титановыми сплавами, необходимо отметить сплавы, которые находят применение в авиационном машиностроении на протяжении десятков лет [40]. Многие из них подвергались неоднократной модернизации и усовершенствованию на основе принципов комплексного легирования [96]. К таким сплавам относятся ВТ5, ВТ 1-0, ВТ20, ОТ4, ВТ6, ВТ8, ВТ14, ВТ25 и другие.
Особую категорию составляют жаропрочные титановые сплавы. При их создании применяют одни и те же композиции легирующих элементов. При этом для получения более жаропрочного сплава с меньшим ресурсом работы используют большое количество кремния и алюминия, а для получения сплавов с длительным ресурсом — пониженное содержание алюминия и кремния с увеличением количества олова и циркония.
В авиационных двигателях широкое применение получил жаропрочный титановый сплав ВТ20, обладающий высокими характеристиками термической стабильности, высокой вязкостью разрушения, относительно малой чувствительностью к концентраторам при статических и динамических нагрузках.
Аналитический обзор работ, направленных на решение проблем технологического обеспечения точности размерной обработки деталей, привел к следующим результатам.
Проблемы обеспечения требуемой точности формы и размеров обрабатываемых поверхностей при реализации технологического процесса находили отражение в работах основоположников технологии машиностроения - А.П.Соколовского, В.С.Корсакова, Б.С.Балакшина, В.М.Кована и других исследователей. Ими были впервые поставлены основные задачи технологического обеспечения точности обработки деталей.
Важными являются труды, посвященные изучению явления технологической наследственности, т.к. именно ей объясняется влияние некоторых факторов обработки на точность обработанной детали.
Следует отметить значимость исследований жесткости технологической системы и характера упругих деформаций системы под действием приложенных к ней сил. В этой области ключевыми являются труды А.П.Соколовского и Н.А.Бородачева. Все эти исследования выполнялись во время интенсивного развития технологии машиностроения как науки. Их актуальность в свое время обуславливалась колоссальными темпами роста производственных мощностей отечественных предприятий, ростом научно-технического прогресса и повышением уровня технологической оснащенности производств как одной из стратегических задач страны. Отсюда становится понятным, почему многие исследователи разрабатывали методы и средства технологического обеспечения точности обработки на основе экспериментальных данных, полученных в реальных производственных условиях. В настоящее время такой подход не является обоснованным, т.к. зачастую задача заключается в достижении точности обработки без возможности апробирования тех или иных методов на крупных партиях деталей. Иными словами, необходимо максимально полно учесть влияние факторов обработки на ее конечный результат на стадии проектирования технологического процесса и технологической подготовки производства.
Также неприменимы, например, таблицы экономической точности, которые разрабатывались разными исследователями, поскольку в них представлены лишь ориентировочные нормы точности, а они могут отличаться от табличных в реальных производственных условиях. Ограниченной областью применения таблиц экономической точности является предварительное проектирование технологических процессов, а не обоснование выбора тех или иных методов и средств технологического воздействия.
Статистический метод определения точности обработки на протяжении многих лет находил широкое применение в технологии машиностроения. Однако его использование для оценки точности на современном производстве не представляется возможным, т.к. он обеспечивает достоверную оценку только в случае уже осуществленной и отлаженной операции, а изменение хотя бы одного из факторов обработки влечет за собой необходимость получения новых экспериментальных данных и разработки новой методики для обработки их результатов.
Объективную оценку точности обработки при реализации конкретного технологического процесса может дать расчетно-аналитический метод, поскольку он интегрирует аналитическое и экспериментальное исследование погрешностей, вызванных воздействием отдельных технологических факторов, и позволяет таким образом определить с высокой степенью точности результативную погрешность обработки. Это делает расчетно-аналитический метод применимым на стадии проектирования технологического процесса.
Для выполнения аналитического обоснования необходимо учитывать специфику исследуемых деталей. Поскольку в настоящее время в отрасли авиационного моторостроения наблюдается расширение номенклатуры применяемых тонкостенных деталей, данная работа направлена на решение проблем технологического обеспечения точности обработки именно этого класса деталей.
Деформации поверхностных слоев при закреплении обрабатываемой заготовки в станочном приспособлении
Приведенная схема иллюстрирует деформацию заготовки при неравномерном разжиме секторов. Как видно на рисунке, в местах, где контакт внутренней поверхности кольца и наружной поверхности сектора имеет разрыв, деталь получает искажение профиля. В процессе обработки такая погрешность закрепления приведет к снятию большего припуска в местах выпучивания детали и, как следствие, в этих местах возникает утонение стенки. Кроме того, после открепления обработанной детали со станка происходит ее упругое восстановление. Из-за недостаточной жесткости детали в конечном итоге она будет иметь недопустимую овальность, волнистость внутренней и наружной поверхности, разностенность.
Выходными параметрами деталей типа колец являются точность формы, шероховатость, уровень напряжений и равномерность их распределения по поверхности или объему детали и ряд других. Технологическая оснастка оказывает наибольшее влияние на формирование первых трех параметров.
Кольца с реальной установочной поверхностью характеризуются величиной коэффициента овальности т = ——100%. Установлено, что суммарное перемещение овальных колец при их закреплении в трехкулачковых патронах при прочих равных условиях меньше суммарного перемещения круглых колец. При т=1,3% перемещение уменьшается на 10%, при т=4,7% - на 15%, при т=8,6% - на 20%. Перемещение (прогиб) под кулачком, расположенным на малой оси овала, больше, чем при закреплении круглых колец. При тех же значениях т увеличение составляет соответственно 12, 16 и 20%.
Закрепление некруглых колец с реальной установочной поверхностью приводит к нивелированию радиусов кольца в разных точках за счет постепенного включения в процессе закрепления все новых кулачков патрона. На рис. 2.13 показано, что в зависимости от погрешностей формы колец, закрепляемых в 12-кулачковом патроне, в работе участвуют десять, четыре, три силы Р, величины которых существенно отличаются друг от друга. Количество сил закрепления непосредственно связано с особенностями профиля установочной поверхности, которая представлена круглограммой. В случае закрепления овального кольца в работе участвуют только три силы, а остальные девять даже не контактируют с установочной поверхностью. При дальнейшем увеличении сил в работу будут включаться новые кулачки.
В зависимости от погрешностей формы установочной поверхности отношение сил Q на кулачках зажимных. Зажимные устройства с числом зажимных элементов больше трех могут применяться для колец с т 1-г2%, а с количеством зажимных элементов, меньшим или равным трем, - с т 1-г2%. Многокулачковый патрон способствует превращению некруглого кольца в кольцо более правильной формы, но после его раскрепления обработанная поверхность получает соответствующие погрешности формы. Выбор количества зажимных элементов зажимного устройства должен определяться погрешностями формы установочных поверхностей. Детальные исследования упругих перемещений колец приводят к выводу о том, что кулачковые патроны с радиальным закреплением имеют принципиальные недостатки, которые должны ограничивать применение таких патронов при механической обработке колец.
Установка деталей типа колец по овальной или эллиптической поверхности всегда приводит к смещению центра этих поверхностей относительно оси вращения зажимного устройства. В случае закрепления эллиптической заготовки в трехкулачковом патроне следует считать, что оси эллипса могут занимать любое положение относительно кулачков патрона. Для того чтобы определить, произойдет ли устойчивое закрепление эллиптической заготовки, если один из кулачков патрона соприкасается с установочной поверхностью в точке с координатами (у, , ц), определим смещение центров заготовки и патрона для некоторых частных случаев. При этом будем считать, что начало координат помещено в центр заготовки, а ось абсцисс совпадает с большой осью эллипса.
В первом случае один из кулачков расположен на большой оси эллипса с полуосями а и Ъ. В точке касания с заготовкой х=±а; у=0; у=±а. Смещение х0 центров по оси X:
Указанные смещения приводят к разностенности колец, которая решающим образом влияет на надежность работы конструкции. Закрепление деталей типа колец радиальными силами вызывает также искажение торцовых поверхностей, появление на них характерных волн, расположение которых связано с положением зажимных элементов относительно заготовки. Это обстоятельство должно быть учтено при обработке точных колец. Процесс закрепления заготовок, даже при малых силах, сопровождается пластическим деформированием закрепляемой поверхности, т.е. ее наклепом. В отдельных случаях наклепанная зона может распространяться глубже того слоя, который подлежит удалению на следующей операции. В местах контакта могут оставаться существенные по величине напряжения. Силы резания, возникающие на последующей операции, также создают напряжения. Сложений напряжений может вызвать возникновение дефектов в поверхностном слое, в частности микроскопических трещин. Отдельные вмятины, создаваемые кромками, рифлями, насечкой или другими элементами зажимных устройств, следует рассматривать как концентраторы напряжений. Теоретический коэффициент концентрации напряжений определится по формуле:
Разработка конструкции приспособления, обеспечивающего точность формы и выполняемых размеров обрабатываемой заготовки
Теоретическое исследование технологического обеспечения точности обработки тонкостенных ступенчатых деталей показало, что на точность формы и выполняемых размеров оказывает влияние точность изготовления элементов технологической оснастки. Исследование напряженно-деформированного состояния кольца привело к выводу, что при минимальном количестве допущений и исходных данных нахождение перемещений является разрешимой задачей с применением методики расчета в прямоугольной системе координат.
На основе теоретического исследования разработаны практические решения - усовершенствованная конструкция приспособления и методика неразрушающего контроля. Результаты, полученные при проведении теоретических и экспериментальных исследований и приведенные в настоящей работе, могут быть использованы в двух направлениях: 1. При проектировании технологических процессов обработки деталей. Использование предложенных методов расчета деформаций на стадии проектирования технологического процесса механической обработки деталей типа тонкостенных колец позволит компенсировать погрешности от упругих деформаций системы назначением соответствующих особенностей наладки. 2. При реализации технологического процесса обработки деталей. Внедрение предложенной конструкции приспособления для закрепления кольцевой заготовки на шести секторах позволит избежать дополнительных погрешностей, которые возникают на стадии технологической подготовки производства. С использованием разработанной методики ультразвукового контроля значительно упростится настройка системы перед выполнением операции, т.к. данные неразрушающего контроля позволят оценить необходимость поднастройки в зависимости от наличия несплошностей контакта сопрягаемых поверхностей.
В качестве перспективных исследований в данном направлении следует отметить изучение технологического обеспечения точности обработки других типов тонкостенных деталей, применяемых в авиационных двигателях. Например, большой интерес представляют вопросы, связанные с обработкой тонкостенных крупногабаритных корпусов. Также перспективным направлением может стать установление возможности применения разработанных технологических решений при обработке деталей в других областях машиностроения.
Анализ современного состояния вопроса технологического обеспечения точности обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей показал, что поиск новых технологических решений для достижения заданных параметров точности при обработке деталей типа ступенчатых колец является актуальной научной и производственной задачей. Аналитический обзор научно-технической литературы по данной тематике привел к выводу, что недостаточно изучены особенности технологического процесса обработки тонкостенных колец переменного сечения. Приводится недостаточно сведений, применимых для выбора методов и средств технологического оснащения производства этого класса деталей.
В соответствии с поставленной целью научного исследования, проведено теоретическое обоснование. Исследовано явление технологической наследственности и характер его проявления при обработке тонкостенных колец. Выявлено, что точность станочного приспособления оказывает существенное влияние на точность выполняемого размера и формы обработанной поверхности. Также обнаружено, что погрешности формы обработанной детали могут возникнуть и после ее снятия со станка вследствие упругого восстановления элементов технологической системы и технологического наследования признаков при реализации технологического процесса.
Разработана методика расчета, позволяющая определить перемещения и деформации кольца переменного сечения, с применением расчета полей перемещений в прямоугольной системе координат. Данная методика расчета позволяет путем последовательного определения перемещений в точках выделенной пространственной сетки найти искомое поле деформаций.
Разработан экспериментально-теоретический метод определения точности формы тонкостенных кольцевых деталей переменного сечения. Образцом для исследования является тонкостенное ступенчатое кольцо, входящее в наружный корпус двухконтурного турбореактивного авиационного двигателя. Характерная особенность детали - изменение жесткости от максимального до минимального значения пропорционально изменению толщины ступеней кольца.
Для установки заготовки при обработке используется приспособление -планшайба с шестью опорными секторами и винтовым зажимным устройством. Перемещение секторов в радиальном направлении осуществляется при помощи элемента зажимного устройства с конусной поверхностью. Экспериментальные исследования показали, что погрешности базирования могут возникать вследствие несинхронного перемещения секторов. Для устранения этого неблагоприятного фактора предложено ввести контроль конусной поверхности. В качестве методов контроля предложено использовать пневматическое измерительное устройство либо ультразвуковой метод контроля с помощью разъемного эталонного кольца.
Ультразвуковая дефектоскопия является методом неразрушающего контроля, широко применяемым на моторостроительных предприятиях. На основе этого метода разработана методика контроля фактической опорной площади контакта посадочных поверхностей элементов приспособления и внутренней поверхности обрабатываемой заготовки. Разработанная методика позволяет при помощи ультразвукового дефектоскопа серийного изготовления с высокой точностью обнаруживать места, где контакта сектора планшайбы и обрабатываемой кольцевой заготовки имеет разрывы. Настройка дефектоскопа производится по эталону, представляющему собой соединение части детали и имитатора посадочного элемента приспособления.
Экспериментальные исследования показали, что применение разработанной методики неразрушающего контроля позволяет повысить точность формы и выполняемых размеров обрабатываемой кольцевой заготовки за счет дополнительной технологической наладки. Использование результатов экспериментальных исследований при обработке тонкостенных ступенчатых колец позволит повысить качество технологической подготовки производства путем усовершенствования контроля станочного приспособления и введения компенсирующей поднастройки технологической системы.
Вывод зависимостей угла поворота и осевого перемещения кольца от приложенных сил
Кроме природы возникновения, технологические факторы, влияющие на точность обработки, можно классифицировать и по стадиям технологического процесса, на которых характерно их возникновение.
Во-первых, ряд погрешностей возникает на стадии установки детали на станок и ее закрепления в станочном приспособлении. Если заготовка недостаточно жесткая, то при ее закреплении возможно не только смещение, но и общая деформация, распространяющаяся на зону обработки. Как следствие, обрабатываемые поверхности получают геометрическое искажение, и форма обработанной детали не соответствует заданным параметрам.
Во-вторых, в процессе непосредственно механической обработки происходит деформация элементов технологической системы под воздействием силы резания. В отличие от сил закрепления, силы резания вызывают искажение не только формы поверхностей, но и размеров, получаемых обработкой. Это воздействие в некоторых случаях можно компенсировать уменьшенной глубиной резания и подачей.
Наконец, возникновение погрешностей вследствие упругих деформаций происходит после снятия обработанной детали со станка. На этой стадии происходит упругое восстановление детали, а также деформированных элементов станка и приспособления. Наличие в материале заготовки внутренних напряжений усугубляет процесс возникновения погрешностей обработки на данном этапе технологического процесса обработки.
Отрицательное воздействие совокупности технологических факторов на точность обработки детали наиболее сильно проявляется при обработке тонкостенных деталей, что связано с недостаточной жесткостью обрабатываемой заготовки. Так, под влиянием усилий закрепления такая заготовка получает значительные деформации, а после открепления и снятия со станка обработанная поверхность значительно искажается вследствие упругого восстановления детали.
Жёсткость технологической системы не может быть абсолютной. Под действием различных сил в процессе обработки её элементы деформируются. Однако в случае обработки достаточно жесткой заготовки упругие деформации чаще всего оказываются пренебрежимо малыми при соблюдении всех прочих условий. Что же касается тонкостенных деталей, упругие отжатия в процессе их обработки могут в значительной степени повлиять на выполняемый размер и форму обрабатываемой поверхности.
А.П.Соколовский сформулировал понятие жесткости следующим образом [83]: «Жесткость технологической системы - это отношение составляющей усилия, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности (Р}), к смещению лезвия инструмента относительно детали, отсчитываемому в том же направлении (У)»- Им также было рассмотрено понятие жесткости отдельных звеньев системы, определяемой как жесткость системы с учетом деформаций только одного этого звена. При этом остальные звенья считаются абсолютно жесткими.
Расчет жесткости технологической системы основывается на определении величин жесткости всех ее звеньев: станка, приспособления, инструмента и заготовки. Для компенсации отрицательного воздействия недостаточной жесткости технологической системы на результат обработки разрабатываются более жесткие конструкции станков; приспособления, которые позволяют базировать заготовку, исключая дополнительные смещения.
Достижение заданных параметров точности при обработке деталей может быть гарантированно только в том случае, если на стадии проектирования технологического процесса проведена достаточно достоверная оценка погрешностей, которые могут возникнуть при реализации технологических операций. Существует два основных метода для расчета технологических процессов на точность.
Первый метод - аналитический - основан на выявлении всех первичных погрешностей обработки и расчете результативной погрешности как функции от первичных. В качестве одной из первичных выступает теоретическая погрешность. Она возникает в результате отступления от правильной схемы обработки или применения приближенной схемы вместо теоретически точной, а также в результате использования инструмента с приближенным профилем [57]. Технологические процессы, обладающие теоретическими погрешностями, могут быть допущены лишь в тех случаях, когда они экономичнее теоретически точных и в то же время обеспечивают требуемую точность обработки.
Другим видом первичных погрешностей являются деформации упругой технологической системы, которые возникают под действием приложенных к системе сил. В зависимости от характера усилий деформации делятся на: а) вызываемые усилиями резания; б) вызываемые усилиями закрепления; в) вызываемые весом системы; г) вызываемые действием неуравновешенных частей (дисбалансом); д) вызываемые силами инерции; е) сопутствующие вибрациям при резании. Методика расчета результативной погрешности обработки с использованием аналитического метода основывается на положении о том, что все погрешности (кроме теоретических) имеют переменные величины для разных деталей, даже взятых из одной партии и при практически неизменных условиях обработки. Для характеристики погрешностей, переменных по величине, введены величины - вероятностные характеристики. На практике погрешность обработки может быть оценена при помощи двух величин: среднего значения результативной погрешности и предельного случайного отклонения результативной погрешности от ее среднего значения.
