Точность механической обработки кратко

Обновлено: 18.05.2024

– это степень соответствия реального размера размеру, указанному на чертеже детали.

Альтернативным показателем точности обработки является понятие погрешности обработки.

Погрешность обработки – это отклонение реального размера от размера, указанного на чертеже.

Классификацию погрешностей обработки укрупнено можно представить в следующем виде:

Точность размеров характеризуется квалитетами (01, 0, 1,…,18) 20. Обозначается допуск квалитета: IT1,…,IT18. Стрелка показывает убывание точности от 01 к 18 квалитету.

Термины и определения, относящиеся к основным видам отклонений допусков формы и расположения, установлены в ГОСТ 24642,а допуски – ГОСТ 24643-81. Обозначение на чертежах допусков формы и расположения поверхностей деталей производится в соответствии с ГОСТ 2.308, – условными обозначениями или текстом в технических требованиях к чертежу. Применение условных обозначений предпочтительнее.

Т_ф – ; ( ) – отклонения от плоскостности; цилиндричности (круглости, отклонения формы продольного сечения); прямолинейности.

Т_раси – ; ; ; ; ; – отклонения от параллельности; перпендикулярности; соосности; биение; симметричности; от пересечения осей.

Погрешности обработки формируются на различных этапах технологического процесса. Чем выше требования точности изготовления деталей, тем сложнее технологический процесс механической обработки заготовок.

Заданная чертежом точность детали может быть обеспечена 2-мя основными принципиально различными методами:

- методом пробных рабочих ходов и промеров; (индивидуальный метод)

- методом автоматического получения размеров на предварительно настроенных станках (автоматический метод).

Метод пробных рабочих ходов и промеров характеризуется низкой производительностью, и может давать точные результаты, если их применяет рабочий высокой квалификации. Этот метод используется в Е и Мс – производствах.

В условиях С и М – производств используют метод автоматического получения размеров на предварительно настроенных станках. В этом случае индивидуальная выверка заготовок исключается, т. к. их установка осуществляется в специальных приспособлениях, а точность размера обеспечивается соответствующей установкой режущего инструмента перед обработкой и с этого положения обрабатывается вся партия деталей.

Достоинства автоматического метода:

- независимость точности обработки от квалификации рабочего;

- повышение производительности обработки;

- снижение себестоимости обработки.

- износ инструмента в процессе обработки. С целью компенсации износа инструмента производится периодическая поднастройка.

Стандартами (ГОСТ 2.308, ГОСТ 24642, ГОСТ 24643) установлены следующие показатели точности:

точность размеров – точность расстояний между различными элементами деталей и сборочных единиц;

отклонения формы – отклонение формы реальной поверхности или реального профиля от формы номинальной поверхности или профиля;

отклонения взаимного расположения элементов деталей – отклонение реального взаимного расположения элементов детали от заданного;

Машины и механизмы состоят из деталей, которые в процессе работы должны совершать относительные движения или находиться в относительном покое. Две детали, элементы которых входят друг в друга, образуют соединение . Такие детали называются сопрягаемыми деталями , а поверхности соединяемых элементов - сопрягаемыми поверхностями . Поверхности тех элементов деталей, которые не входят в соединение с поверхностями других деталей, называются несопрягаемыми поверхностями . Соединения подразделяются по геометрической форме сопрягаемых поверхностей. Соединение деталей, имеющих сопрягаемые цилиндрические поверхности с круглым поперечным сечением, называется гладким цилиндрическим (1.а). Если сопрягаемыми поверхностями каждого элемента соединения являются две параллельные плоскости, то соединение называется плоским соединением с параллельными плоскостями или просто плоским (1. б ). Могут быть и другие варианты сопрягаемых поверхностей.

Рис. 1. Виды сопрягаемых поверхностей

Под размером элементов, образующих соединения, понимается: числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. д.) в выбранных единицах измерения (в машиностроении обычно в миллиметрах). Разность размеров отверстия и вала до сборки определяет характер соединения деталей, или посадку, то есть большую или меньшую свободу относительного перемещения деталей. Разность размеров отверстия и вала, если размер отверстия больше размера вала, называется зазором (2. а )

Зазор характеризует свободу относительного перемещения деталей соединения. Разность размеров вала и отверстия до сборки, если размер вала больше размера отверстия, называется натягом (2. б\

Рис 2. Зазор и натяг в соединении

Точность и погрешность изготовления деталей машин

При проектировании деталей машин их геометрические параметры задаются размерами элементов, а также формой и взаимным расположением их поверхностей. При изготовлении возникают отступления геометрических параметров реальных деталей от идеальных (запроектированных) значений. Эти отступления называются погрешностями. Степень приближения действительных параметров к идеальным называется точностью. Понятия о точности и погрешности взаимосвязаны. Точность характеризуется действительной погрешностью или пределами, ограничивающими значение погрешности. Чем уже эти пределы, тем меньше погрешности, тем выше точность. Точность деталей по геометрическим параметрам есть совокупное понятие, подразделяющееся по следующим признакам:

точности размеров элементов;
точности формы поверхностей элементов;
точности по шероховатости поверхности;
точности взаимного расположения элементов.

Получить при изготовлении абсолютно точное идеальное значение параметра нельзя. Поэтому на все параметры детали должны быть назначены пределы, ограничивающие их погрешности, то есть наибольшее и наименьшее допустимые значения параметра. Эти пределы в процессе изготовления и контроля деталей являются критериями их годности.

Действительный и предельные размеры.

Действительным размером называется размер, установленный измерением уже изготовленной детали. Два предельно допускаемых размера, между которыми должен находиться действительный размер годной детали, называются предельными размерами . Больший из двух предельных размеров называется наибольшим предельным размером dmax, Dmax ; меньший – наименьшим предельным размером dmin, Dmin.

Рис.3. Предельные размеры и допуск

Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называется допуском размера:

для отверстия: TD = Dmax - Dmin;

для вала: Td = dmax - dmin.

Допуск является мерой точности размера. Чем меньше допуск, тем выше точность детали.

Номинальный размер. Отклонение. Поле допуска

При выполнении чертежей и измерениях размер, как правило, удобнее выражать не в абсолютной форме – полным числовым значением, а с помощью отклонения его от номинального размера.

Номинальным размером (Dн, d н ) называется размер, который служит началом отсчета отклонений и относительно которого определяются предельные размеры. Номинальный размер указывают в чертежах деталей. Он выбирается не произвольно, а исходя из функционального назначения детали путем расчета (на прочность, жесткость и т. п.) и на основе других конструктивных и технологических соображений. При этом расчетное значение номинального размера должно округляться до ближайшего большего нормального линейного размера по стандарту.

Отклонением размера называется алгебраическая разность между размером (действительным, предельным и т. д.) и соответствующим номинальным размером. Отклонения могут быть и положительными и отрицательными. Если размер равен номинальному размеру, то его отклонение равно нулю.

Действительным отклонением называется алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами:

для отверстия: Eд = Dд - Dн;

для вала: eд = dд - dн.

Предельным отклонением называется алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами. Различают верхнее и нижнее предельные отклонения.

Верхнее отклонение – алгебраическая разность между наибольшим предельным и номинальным размерами (рис. 4):

для отверстия: ES = Dmax - Dн;

для вала: es = dmax - dн.

Нижнее отклонение – алгебраическая разность между наименьшим предельным и номинальным размерами:

для отверстия: EI = Dmin - Dн;

для вала: ei = dmin - dн.

При необходимости, пользуясь этими формулами по номинальному размеру и отклонению можно подсчитать соответствующий предельный размер:

В эти формулы отклонения должны подставляться со своими знаками. Допуск размера может быть определен как разность предельных размеров.

Для отверстия TD = Dmax - D min = Dн + ES - (Dн +EI) = ES - EI.

Рисунок 4 - Схема расположения отклонений и полей допусков а – для отверстия; б – для вала

То есть допуск равен разности верхнего и нижнего отклонений TD = ES - EI. Аналогично для вала Td = es - ei.

Понятия о номинальном размере и отклонениях упрощает графическое изображение допусков и посадок в виде схем расположения полей допусков (см. рис. 4). На схемах в условном масштабе откладываются предельные отклонения относительно нулевой линии – линии, соответствующей номинальному размеру. Обычно нулевую линию проводят горизонтально. Тогда вверх от нулевой линии откладываются положительные отклонения, вниз – отрицательные. Независимо от знаков предельных отклонений для одного и того же элемента детали линия верхнего отклонения всегда выше линии нижнего отклонения. Зона, заключенная между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям, называется полем допуска . Поле допуска — понятие более широкое, чем допуск. Поле допуска характеризуется своей величиной (допуском) и расположением относительно номинального размера. При одном и том же допуске могут быть разные по расположению поля допусков.

Посадки. Предельные зазоры и натяги

Вследствие колебания размеров деталей при изготовлении значения зазоров и натягов при сборке деталей также будут колебаться. Действительным зазором или действительным натягом называются соответственно зазор или натяг, определяемых разностью действительных размеров отверстия и вала. Характер соединения деталей в сборке называется посадкой . В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала различают посадки трех типов: с зазором, натягом и переходные.

Посадкой с зазором называется посадка, при которой обеспечивается зазор в соединении. В посадке с зазором поле допуска отверстия расположено над полем допуска вала (рис. 5).

Рисунок 5 - Схема расположения полей допусков для посадки с зазором

Посадкой с натягом называется посадка, при которой обеспечивается натяг в соединении. В такой посадке поле допуска отверстия расположено под полем допуска вала (рис. 6).

Рисунок 6 - Схема расположения полей допусков для посадки с натягом

Переходной посадкой называется посадка, при которой возможно получение как зазора, так и натяга. В такой посадке поля допусков отверстия и вала полностью или частично перекрывают друг друга (рис. 7). Переходные посадки характеризуются наибольшими значениями натяга и зазора:

Рисунок 7 - Схема расположения полей допусков переходной посадки

Единая система допусков и посадок (ЕСДП)

Классы (степени) точности в ЕСДП называются квалитетами. Всего в ЕСДП предусмотрено 19 квалитетов, обозначаемых порядковым номером, возрастающим с увеличением допуска: 01; 0; 1; 2; 3 . 17 (номера 01 и 0 соответствуют двум наиболее точным квалитетам). Сокращенно допуск по одному из квалитетов обозначается латинскими буквами IT и номером квалитета, например IT7 , означает допуск по 7-му квалитету.

Основные отклонения . Характеристикой расположения поля допуска в ЕСДП является знаки и числовое значение основного отклонения – того из двух предельных отклонений размера (верхнего или нижнего), которое находится ближе к нулевой линии. Для всех полей допусков, расположенных ниже нулевой линии, основным (ближайшим) является верхнее отклонение, а для полей допусков, расположенных выше нулевой линии, основным (ближайшим) – нижнее отклонение (рис. 8). Для обеспечения равных возможностей образования полей допусков валов и отверстий в ЕСДП предусмотрены одинаковые наборы основных отклонений валов и отверстий, схематически представленные на рисунке 9. Каждому из основных отклонений соответствует определенный уровень относительно нулевой линии, от которого должно начинаться поле допуска. Штриховкой показано направление поля допуска, а конец его, то есть второе (удаленное) предельное отклонение, не указан, так как зависит от значения допуска (квалитета) размера. Каждое расположение основного отклонения обозначается латинской буквой – малой для валов и большой для отверстий. Буквенные обозначения основных отклонений приняты в алфавитном порядке, начиная от отклонений, позволяющих получить наибольшие зазоры в соединении (отклонений а , А).

Рисунок 8 – Расположение основных отклонений валов и отверстий

Буквой h обозначается верхнее отклонение вала, равное нулю (основной вал), а буквой H – нижнее отклонение отверстия, равное нулю (основное отверстие). В системе отверстия основные отклонения от a до h предназначены для образования полей допусков валов в посадках с зазором, от j s до zc в посадках переходных и с натягом. Аналогично в системе вала основные отклонения от A до H предназначены для образования полей допусков отверстий в посадках с зазором, от j s до ZC – в посадках переходных и с натягом. Как правило, переходные посадки получаются при основных отклонениях j s . n J s . N . Буквами j s , J s обозначается симметричное расположение поля допуска относительно нулевой линии. В этом случае числовые значения верхнего и нижнего отклонений одинаковы и определяются в зависимости от допуска (квалитета), а основным (постоянным) при любом допуске является, в порядке исключения, среднее отклонение, равное нулю.

Образование и обозначение полей допусков.

Поле допуска в ЕСДП образуется сочетанием основного отклонения (характеристика расположения) и квалитета (характеристика допуска). Соответственно условное обозначение поля допуска состоит из буквы основного отклонения и числа – номера квалитета, например:

поля допусков валов ; h 6, m8, d10, js5; поля допусков отверстий . H6, M8, D10, Js5.

Рисунок 9 – Расположение основных отклонений в ЕСДП

Образование и обозначение посадок . Посадка в ЕСДП СЭВ и в системе ИСО образуется сочетанием поля допуска отверстия и поля допуска вала.Условное обозначение посадки дается в виде дроби, причем в числителе указывают обозначение поля допуска отверстия, в знаменателе – обозначениеполя допуска вала, например H8/f7, F8/h7. Принципиально возможны любые сочетания стандартных полей допусков отверстия и вала в посадке. По экономическим соображениям рекомендуется применять предпочтительно посадки в системе отверстия (основное отверстие H ) или в системе вала (основной вал h ) .

Неуказанные предельные отклонения размеров . Предельные отклонения, не указанные непосредственно после номинальных размеров, а оговоренныеобщей записью в технических требованиях чертежа, называются неуказанными предельными отклонениями. Неуказанными могут быть только предельныеотклонения относительно низкой точности. Примеры указания допусков и предельных отклонений на чертежах даны на рисунке 10.

Рисунок 10 – Указание допусков и предельных отклонений на чертежах а ) вал; б ) отверстие; в ) сборочный чертеж (соединение); г ) на поле чертежа

Допуски формы и расположения поверхностей

Отклонения (погрешности) формы и расположения поверхностей возникают в процессе обработки деталей на станках. В подвижных соединениях эти отклонения приводят к увеличению износа, к нарушению плавности хода, снижению точности механизмов. В неподвижных и плотных подвижных соединениях отклонения формы и расположения поверхностей вызывают неравномерность натягов или зазоров, вследствие чего снижаются прочность соединения, герметичность и точность центрирования. В соответствии со стандартами допуски формы и расположения поверхностей делятся на три группы:

отклонения и допуски формы поверхностей;
отклонения и допуски расположения поверхностей;
суммарные отклонения и допуски формы и расположения поверхностей.

Отклонением формы называется отклонение формы реальной поверхности (ограничивающей тело и отделяющей его от окружающей среды) от формы номинальной поверхности (рис. 11).

Рисунок 11 – Отклонение формы поверхности

Под номинальной понимается идеальная поверхность, форма которой задана чертежом или другой технической документацией. Количественно отклонение формы оценивается по наибольшему расстоянию от точек реальной поверхности (профиля) до прилегающей поверхности по нормали к последней (рис. 11, а) в пределах участка L. Допускается оценка отклонения формы относительно средней поверхности или среднего профиля (рис. 11 ,б ) . На рисунке 12 даны примеры взаимного расположения прилегающих и реальных поверхностей и отсчет погрешностей их расположения.

Рисунок 12 – Схемы взаимного расположения прилегающих и реальных поверхностей.

На чертежах указания допусков формы и расположения поверхностей указываются либо непосредственно на изображении детали (рис. 13), либо в виде записи на поле чертежа в технических требованиях по типу

Рисунок 13 – Примеры обозначения отклонений формы и расположения поверхностей на чертежах

Поверхность, ограничивающая деталь и отделяющая ее от окружающей среды, называется реальной поверхностью. Эта поверхность образуется в процессе ее обработки и в отличие от номинальной поверхности, изображаемой на рабочих чертежах, имеет неровности различных формы и высоты и другие искажения. Номинальная поверхность – это идеальная поверхность, форма которой задана чертежом .

Свойства обработанной поверхности определяются геометрическими характеристиками и физико-механическими свойствами . Геометрические характеристики обработанной поверхности определяются отклонениями реальной поверхности от номинальной. Эти отклонения подразделяются на три вида:

шероховатость поверхности;
волнистость поверхности;
отклонение от правильной геометрической формы.

Шероховатостью поверхности называется совокупность неровностей с относительно малыми шагами не превышающими базовой длины .

Базовая длина L – это длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности.

Базовая линия – это линия, определенным образом проведенная относительно профиля поверхности и служащая для оценки геометрических параметров поверхности.

Значения параметров шероховатости поверхности определяются от единой базы, за которую принята средняя линия m .

Средняя линия m – это базовая линия, имеющая форму номинальной поверхности и проведенная так, что в пределах базовой длины среднеквадратическое отклонение профиля до этой линии минимально .

Линия, эквидистантная средней линии и проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины, называется линией выступов профиля .

Линия эквидистантная средней линии и проходящая через низшую точку профиля в пределах базовой длины, называется линией впадин профиля.

Согласно ГОСТ 2789 установлено шесть параметров шероховатости поверхности (рис. 14, а ).

Ra - среднее арифметическое отклонение профиля – есть среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины l.
Rz – высота неровностей профиля по десяти точкам представляет собой сумму средних арифметических абсолютных отклонений точек высот пяти наибольших выступов профиля и пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины l. Rmax - наибольшая высота неровностей профиля – это расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах баз овой длины.
Rma x - наибольшая высота неровностей профиля – это расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах баз овой длины.
Sm - средний шаг неровностей профиля – это среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по средней линии в пределах базовой длины.
S - средний шаг неровностей профиля по выступам – это среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по выступам в пределах базовой длины.
tp - относительная опорная длина профиля – это отношение опорной длины профиля к базовой длине.

Рисунок 14 – Параметры шероховатости поверхности

Волнистость представляет собой совокупность периодически повторяющихся возвышений и впадин с шагом значительно большим, чем шаг неровностей образующих шероховатость поверхности.

Точностью изделия в машиностроении называют степень соответствия заранее установленному образцу. Под точностью детали понимается степень соответствия реальной детали, полученной механической обработкой заготовки, по отношению к детали, заданной чертежом и техническими условиями на изготовление, т.е. соответствие формы, размеров, взаимного расположения обработанных поверхностей, шероховатости поверхности обработанной детали требованиям чертежа.

Следовательно, точность понятие комплексное, включающее всестороннюю оценку соответствия реальной детали по отношению к заданной.

При работе на металлорежущих станках применяют следующие методы достижения заданной точности:

обработка по разметке или с использованием пробных проходов путем последовательного приближения к заданной форме и размерам; после каждого прохода инструмента производится контроль полученных размеров, после чего решают какой припуск необходимо снять; точность в этом случае зависит от квалификации рабочего, например токаря или фрезеровщика;
обработка методом автоматического получения размеров, когда инструмент предварительно настраивается на нужный размер, а затем обрабатывает заготовки в неизменном положении; в этом случае точность зависит от квалификации наладчика и способа настройки;
автоматическая обработка на копировальных станках и станках с программным управлением, в которых точность зависит от точности действия системы управления.

Но какой бы станок или способ обработки не применялся, несколько деталей, даже обработанных на одном и том же станке одним и тем же инструментом, будут немного отличаться друг от друга. Это объясняется появлением неизбежных погрешностей обработки, которые служат мерой точности обработанной детали.

Таким образом, к причинам, вызывающим появление погрешностей при обработке резанием, будь-то токарная обработка, сверление или фрезерование, можно отнести следующие:

неточности самого металлорежущего станка, вызванное погрешностями изготовления его деталей и неточностями сборки;
погрешности установки заготовки;
неточности изготовления, установки, настройки и износ режущего инструмента;
упругие деформации технологической системы;
тепловые деформации технологической системы;
остаточные деформации в заготовке;
изношенность направляющих, ходовых винтов и в целом самого станка и др.

При эксплуатации инструмента по мере его изнашивания наступает такой момент, когда дальнейшее резание инструментом должно быть прекращено, а инструмент отправлен на переточку. Момент затупления инструмента устанавливается в соответствие критериями износа, под которым понимается сумма признаков или один решающий признак. Применяется два критерия: первый — критерий оптимального износа и второй- критерий технологического износа. В обоих критериях за основу принимается линейный износ задней поверхности, так как она изнашивается всегда при обработке любых материалов и при всех режимах резания, и измерение ширины площадки износа гораздо проще, чем глубины лунки износа.

Качество поверхности, обработанной режущими инструментами, определяется шероховатостью и физическими свойствами поверхностного слоя. Обработкой резанием не может быть получена идеально ровная поверхность. Режущие кромки инструментов оставляют неровности в виде впадин и выступов различной формы и размеров.

Поверхностный слой после обработки резанием существенно отличается от основной массы металла, так как под действием инструмента его твердость и кристаллическое строение изменяются. Толщина дефектного поверхностного слоя зависит от материала заготовки, вида и режима обработки и др. От качества поверхности зависят следующие эксплуатационные характеристики деталей: износостойкость поверхностей трущихся пар, характер посадок подвижных и неподвижных соединений, усталостная или циклическая прочность при переменной нагрузке, противокоррозионная стойкость поверхности и др.

Таким образом, даже этот краткий материал по обработке металлов резанием ясно показывает, что на качество обработанной поверхности влияет много факторов: материал обрабатываемой заготовки, вид обработки, жесткость системы станок — приспособление — инструмент деталь, характер, форма, материал и степень остроты или износа режущих инструментов, режим обработки, вид смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), а также квалификация рабочего человека, стоящего у станка, его отношение к делу.

Оптимизация всех факторов, влияющих на качество обработки, обеспечит стабильность получения желаемого результата: качества изделия в конечном итоге, что принесет любому предприятию прибыль и вознаграждение за свой труд, а потребителю экономию за счет снижения эксплуатационных издержек при техобслуживании и ремонте машин.