7.2. Точность технологических процессов

Точность – мера соответствия изделия эталону или прототипу. Точность изделия характеризуют погрешности  – отклонения изделия от эталона. Чем выше погрешности, тем ниже точность изделия. Погрешности разделяют:

• систематические постоянные, такие погрешности возникают при ошибках в настройке оборудования, неправильном выборе технологического оснащения, погрешности измерительных приборов. В случае обнаружения такая погрешность легко устраняется;

• систематические, изменяемые во времени по определенному закону. Причинами их возникновения могут быть процессы протекающие во время обработки: например нагрев узлов станка в процессе работы, приводящий к потере им геометрической точности; износ инструмента в процессе работы и др. Если известен закон изменения погрешности во времени, то в работу станка можно внести предискажения, которые будет компенсировать возникающие погрешность;

• случайные, которые возникают под действием множества неконтролируемых факторов. Значение величины погрешности на конкретном изделии указать нельзя, а можно лишь дать статистические характеристики – среднее значение и дисперсию, или указать пределы, в которых эта погрешность будет находиться. Случайные погрешности обработки чаще всего имеют нормальное распределение, реже встречается равномерное распределение, распределение Релея и др.

Для геометрических тел различают:

• погрешность размера, отдельные размеры детали имеют отклонения от заданного размера;

• погрешности формы, поверхности детали не идеальны: некруглость цилиндрических поверхностей, наличие на них конуса, неплоскостность, непрямолинейность и др.

• погрешности взаимного расположения поверхностей, неперпендикулярность, несоосность отдельных цилиндрических поверхностей, непараллельность отдельных поверхностей или осей и др.

Чем меньше погрешности и чем выше точность, тем качественней и надежней работает изделие, поэтому существует мнение, что все надо делать как можно точнее. Это мнение в корне не верно, потому что стоимость изготовления изделия с ростом точности увеличивается по параболе. На рис.2 показана зависимость стоимости изготовления изделия С_изг от погрешности , с которой гарантировано изготовление изделия. Но чем выше погрешности изготовления, тем дороже эксплуатация изделия С_экс, за счет высоких затрат на ремонты и техническое обслуживание. Суммарные затраты С_сум имеют минимум, который соответствует оптимальному, по критерию наименьших затрат, значению точности _опт. Следует иметь в виду, что развитие техники изменяет зависимость стоимости изготовления от точности, и оптимальные значения точности постоянно становятся все выше.

Р ис.2. Зависимость стоимости изделия от его точности.

Изделие состоит из отдельных деталей и сборочных единиц, для связи выходной точности изделия с точностью входящих его элементов используют следующий прием. Если выходной параметр изделия Y является некоторой функцией f параметров входящих в него элементов q, то

Y = f (q₁, q₂……q_n),

продифференцируем эту функцию

или

Частные производные в сумме малых отклонений параметров составляющих изделие элементов называют коэффициентами влияния обозначают А тогда:

Y = A₁q₁ + A₂q₂ + ….+ A_nq_n;

П огрешность выходного параметра изделия равна сумме погрешностей параметров входящих элементов, умноженных каждый на свой коэффициент влияния. Для случая с одним входящим элементом это хорошо демонстрирует рис.3.

Рис.3. Зависимость погрешности изделия Y от погрешности параметров i – ого элемента при различных коэффициентах влияния.

Погрешность выходных параметров изделия можно ограничить уменьшая погрешности параметров входящих в него элементов, но возможен и другой путь необходимо уменьшать функции влияния, тогда при той же точности элементов изделие будет точнее. Таким образом, принципиально возможно из неточных элементов составить точное изделие, этот тезис сформулировал еще в 30 годы ХХ века академик Н.Н. Бруевич.

Точность изготовления деталей зависит от многих объективных и субъективных факторов. Задача технологов исключить субъективные факторы и построить технологические процессы так, чтобы точность и качество изделий не зависели от квалификации и психофизических данных исполнителя. Заданная точность обработки может быть обеспечена двумя методами:

1. Метод пробных проходов и замеров (метод последовательного приближения к заданному размеру). Исполнитель устанавливает заготовку на станке в требуемом положении при помощи измерительных инструментов и закрепляет ее. Для каждой обрабатываемой поверхности он выполняет пробный проход - обрабатывает небольшой ее участок. Затем он замеряет полученный размер, сравнивает его с требуемым размером, вычисляет отклонение и производит установку инструмента на требуемый размер. После этого производится обработка всей поверхности. При этом методе точность детали зависит от квалификации исполнителя, а ее изготовление занимает много времени. Метод применяют в единичном и мелко серийном производствах.

2. В условиях серийного и массового производства точность обеспечивается методом автоматического получения размеров на предварительно настроенном станке. Установку заготовки осуществляют без выверки в специальные приспособления на заранее выбранные базовые поверхности. Инструменты заранее устанавливаются в требуемое положение и обеспечивают получение заданного размера за один проход. При достаточно большой партии заготовок этот метод более производителен, так как затраты времени на настройку станка раскладываются на большое число заготовок. Для реализации этого метода разработаны конструкции станков автоматов и полуавтоматов с механическим управлением или с системами ЧПУ.

Суммарная погрешность механической обработки деталей _с на предварительно настроенном станке возникает в результате действия нескольких факторов, называемых первичными погрешностями

где  - погрешность установки заготовки (20% - 30% от _С); Δ_У - погрешность, вызываемая упругими деформациями в технологической системе (станок, приспособление, инструмент, деталь) под действием сил обработки, она составляет до 30% поля допуска на заданный размер; _И - погрешность, вызванная размерным износом инструмента в процессе обработки (до 10 - 20% от _С); _Н - погрешность настройки инструмента (до 30% от _С); _Т - температурная погрешность технологической системы, вызванная нагревом инструмента, заготовки и деталей станка в процессе обработки (до 10 - 15% от _С); _ - сумма погрешности формы заданного элемента детали, вызываемая неточностями станка, деформациями под действием сил зажима (10% - 20% от _С).

Рассмотрим подробнее эти погрешности и причины их возникновения.