Настройка металлорежущих станков - Ишуткин В.И.

Автор: Ишуткин В.И.

Теги: машиностроение металлорежущие станки

Год: 1960

Похожие

Сборник задач по настройке металлорежущих станков

Металлорежущие станки

Металлорежущие станки. Том 2

Текст

В. И. Ишуткин
АСТРОЙКА
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКОВ
В. И. ИШУТКИН
НАСТРОЙКА
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКОВ
МАШГИЗ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ литературы
Москва 1960 Свердловск
Книга поспяшена рациональным способам на-
стройки металлорежущих станков на точность
обработки. В ней обобщен опыт настройки станков
отечественных, а также зарубежных предприятий
и предлагаются для внедрения в производство луч-
шие из способов настройки. Особое внимание в
книге уделено методам настройки автоматов и
станков автоматических линий, обеспечивающих
достижение более высокой производительности
труда в условиях крупносерийного и массового
производства.
Книга предназначена для повышения квалифи-
кации настройщиков и рабочих-станочников.
Рукопись одобрена кафедрой технологии машино-
строения Омского машиностроительного института
Рецензент инж. М. И. Лиознянский
Редактор канд. техн, наук И. И. Ильницкий
УРАЛО-СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ МАШГИЗА
Ведущий редактор инж. М. А. Безукладников
ВВЕДЕНИЕ
На машиностроительных предприятиях имеется большое ко-
личество металлорежущих станков, среди них много станков-ав-
томатов и полуавтоматов. Размеры деталей, обрабатываемых на
таких станках, в соответствии с заданными, выдерживаются в про-
цессе резания автоматически. Последнее является одним из важ-
нейших факторов, определяющих достижение более высокой про-
изводительности труда в условиях массового и крупносерийного
производства. Эффективность использования металлорежущих
станков, в том числе автоматов и полуавтоматов, в значительной
мере зависит от способов настройки и наладки их.
В литературе не всегда одинаково раскрывают содержание тер-
минов «наладка» и «настройка». Иногда в них вкладывают различ-
ное содержание, а иногда их даже отождествляют. В настоящей
книге под термином «наладка» подразумевается комплекс меро-
приятий, в результате осуществления которых станок оказывается
подготовленным для обработки деталей заданных форм и разме-
ров. Наладка, например, автоматов и полуавтоматов включает
обычно следующие мероприятия:
1. Ознакомление с технологической документацией и укомплек-
тование станка требуемой оснасткой и инструментом.
2. Монтаж приспособлений для установки и закрепления де-
тали. регулирование механизмов подачи материала и загрузочных
устройств.
3. Смена кулачков или зубчатых колес подачи; предваритель-
ная приближенная установка и закрепление режущих инстру-
ментов.
4. Установка передач для осуществления необходимой ско-
рости вращения шпинделей, предварительная расстановка упоров,
определяющих длину перемещения суппортов, последовательность
их движения и последовательность изменения скорости враще
ния шпинделей. Этим и заканчивается наладка, т. е. подготов-
ка станка для обработки с заданными режимами детали, форма
и размеры которой предусмотрены чертежом. Далее следует про-
цесс настройки.
Под термином «настройка» в дальнейшем понимается такой
комплекс мероприятий, осуществлением которых обеспечивается
достижение заданной точности обработки. Сюда прежде всегс
3
входит установка относительного положения упоров, режущих
инструментов и обрабатываемой детали, обеспечивающая получе-
ние размеров необходимой точности. В процессе резания перво-
начальная настройка в связи с износом режущих инструментов
и по другим причинам нарушается. Поэтому ее восстанавливают
каждый раз, когда возникает вероятность получения размеров,
выходящих за установленные пределы. Следовательно, настройку
осуществляют при обработке партии деталей заданных размеров
и формы многократно. Наладку же осуществляют один раз, при-
спосабливая станок для обработки заданной детали.
Поднастройка станка означает незначительную корректировку
положения тех инструментов, кулачков, упоров, положением ко-
торых не обеспечивается необходимый размер обрабатываемой
детали.
На настройку станков и особенно автоматов необходимо затра-
чивать значительное количество времени. В процессе настройки
станки не работают. Установлено, например, что простои автоматов
в связи с настройкой составляют 10—15% общего рабочего вре-
мени. Применение рациональных методов настройки позволит
резко сократить эти простои. В книге систематизирован и обоб-
щен опыт отечественных заводов и исследовательских институтов
в области совершенствования методов настройки станков, а также
даны практические рекомендации по настройке. Книга знакомит
читателя с понятием точности обработки и с закономерностями из-
менения размеров в процессе резания. Эти сведения необходимы
для понимания тех разделов книги, где излагаются вопросы выбора
рациональных методов настройки.
Технический прогресс в машиностроении, внедрение в произ-
водство новых станков-полуавтоматов и автоматов требует от ра-
бочих-станочников и наладчиков более глубоких знаний теории
и практики наладки и настройки. Предлагаемая книга в какой-то
мере окажет читателю помощь в решении этой важной задачи.
ГЛАВА I
ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКАХ
1. ПОНЯТИЕ О ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ
Детали обрабатывают на металлорежущих станках для того,
чтобы получить необходимые форму и размеры их с требуемой чи-
стотой поверхности и точностью обработки. Требование к форме,
размерам, классу чистоты и точности обусловлены назначением
детали и условиями ее работы в машине. Конструкторы задают их
в чертежах. Из простейшего, например, чертежа (фиг. 1) видно,
что деталь имеет цилиндрическую ступенчатую форму с диаметром
большего цилиндра 50 мм и меньшего 40 мм. Торцовые поверх-
ности цилиндров — это плоскости,
перпендикулярные к осям цилинд-
ров. Чистота цилиндрических
поверхностей должна быть не ниже
седьмого класса, а торцовых — чет-
вертого.
Известно, что такие понятия,
как точка, линия, поверхность,
это идеальные, реально не сущест-
вующие геометрические образы,
хотя бы потому, что точка лишена
всяких размеров, линия может
иметь лишь длину, но ни ширины,
ни толщины она не имеет; поверх-
ность имеет лишь два измерения
Фиг. 1. Чертеж детали.
Те физические линии и по-
верхности детали, которыми определяются ее форма и размеры, не
тождественны геометрическим образам. Однако легко представить
деталь, все физические поверхности и линии которой отождествлены
с соответствующими геометрическими понятиями. В этом случае
мы представим деталь с идеальными формами и размерами, кото-
рую называют идеальной деталью. С ней связано содержание тер-
мина «точность обработки». По некоторым причинам обработанные
на станках детали будут обязательно иметь различные отклонения
5
от идеальной формы и размеров. Цилиндрические поверхности мо-
гут получиться слегка коническими или гиперболоидными; попе-
речное сечение цилиндров может отклоняться от идеальной формы
круга, принимая форму эллипса, многогранника и т. п.; размеры
диаметра и длины будут колебаться в некоторых пределах, в за-
висимости от условий обработки; относительно друг друга поверх-
ности могут располагаться неправильно. Например, оси двух ци-
линдров (фиг. 1) могут не совпадать, а торцовые поверхности быть
не перпендикулярными к осям цилиндров. Таким образом, реаль-
ная деталь не вполне соответствует идеальной детали. Степенью
соответствия определяется точность обработки.
Отступление реальных формы и размеров детали от идеальных
называют погрешностью обработки. Величину этих отступлений
ограничивают допусками. Допуск — это тот диапазон отклонений,
в пределах которого реальная деталь может отклоняться от идеаль-
ной. Величинами допусков определяются классы точности. Их
значения конструктор указывает в чертеже.
Например, на фиг. 1 показано, что диаметры детали могут от-
клоняться на величину 0,02 мм, длина цилиндра большего диаметра
и общая длина — на 0,3 и 0,5 мм, биение торцов и цилиндрических
поверхностей (несоосность и неперпендикулярность) допускается
в пределах 0—0,03 и 0—0,01 мм и т. д. Разность между наиболь-
шим и наименьшим размерами, в пределах которых должен на-
ходиться размер детали, носит название поля допуска.
В машиностроении оказалось удобным характеризовать точ-
ность обработки четырьмя показателями: 1) точностью формы;
2) точностью размеров; 3) точностью взаимного расположения
поверхностей детали; 4) шероховатостью поверхности.
Характеристика точности обработки по таким показателям яв-
ляется не совсем строгой, поскольку форма, размеры и относитель-
ное расположение поверхностей неотделимы друг от друга. Од-
нако она принята потому, что на практике по этим показателям
удобно осуществлять контроль точности обработки.
От точности обработки деталей зависит качество машины: чем
выше точность, тем долговечнее и надежнее машина. С усложне-
нием конструкций современных машин и увеличением интенсив-
ности нагрузки непрерывно повышаются требования к точности
обработки их деталей. Но чем выше точность, тем сложнее тех-
нологический процесс изготовления деталей и тем больше затраты
труда на изготовление. Таким образом, точность обработки дета-
лей в машиностроительной промышленности имеет огромное эко-
номическое значение, обусловливающее необходимость повы-
шения производительности труда при одновременном увеличении
степени точности обработки. Для решения этой задачи необходимо
выявить, какими причинами вызываются отклонения в точности
обработки, и затем разработать рациональные методы устранения
или уменьшения их влияния. Вопросами изучения причин, опре-
деляющих точность обработки, занимаются многие ученые и произ-
6
водственники. Им посвящены труды А. П. Соколовского,
Н. А. Бородачева, А. Б. Яхина, В. М. Кована, Б. С. Балакшина
и ряда других авторов, положивших начало учению о точности об-
работки. В некоторых случаях уже сейчас возможно заранее опре-
делить величину отклонений, которые могут возникать в процессе
резания, если известны условия обработки.
Понятие точности обработки тесно связано с понятием о по-
грешности обработки. Исследования показали, что на образование
погрешности влияют многие причины. В большинстве случаев в
процессе резания они возникают одновременно, определяя сум-
марную погрешность обработки.
2. ПОГРЕШНОСТИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ УПРУГИМИ
ДЕФОРМАЦИЯМИ СИСТЕМЫ СТАНОК—ДЕТАЛЬ—ИНСТРУМЕНТ
В процессе резания металлов действует сила резания. Со сто-
роны режущего инструмента она приложена к сечению среза, а
следовательно, к детали и затем к станку. Со стороны сечения среза
она приложена к резцу, суппорту и следовательно, также к стан-
ку. Таким образом, при резании образуется замкнутая упругая
система станок — деталь — инструмент, находящаяся под воздей-
ствием силы резания. В связи с этим все элементы системы
упруго деформируются, что является одной из причин появления
погрешностей обработки. Эго можно показать на следующих при-
мерах.
Пусть валик (фиг. 2) консольно закреплен в патроне токар-
ного станка. Упруго деформируясь под действием силы резания,
приложенной к нему со стороны резца, он изогнется подобно
тому, как изгибается под действием груза консольная балка. Де-
формируются также шпиндель станка и его опора. В результате
деформации ось валика у конца вылета его удалится от нор-
мального положения в радиальном направлении, т. е. в направ-
лении оси у, на величину ух. Резец под действием силы резания,
приложенной к нему со стороны сечения среза, тоже сместится,
но в противоположном направлении, на величину у2. В резуль-
тате первоначально установленное расстояние между вершиной
резца и осью валика возрастет на величину у ~^У1-}~Уг< и диаметр
Dx детали, соответствующий первоначальной установке, увеличит-
ся и будет равен D2=D1-j-2y. Изменение диаметра в связи с де-
формациями можно легко устранить, изменив положение резца.
Однако в процессе резания деформации не остаются постоянны-
ми. Их величины, как правило, изменяются в широких преде-
лах по мере перемещения режущего инструмента в процессе по-
дачи. В данном случае резец будет перемещаться в направлении
подачи s, приближаясь к патрону; длина консоли валика, изги-
бающий момент, упругие отжатия и диаметр обтачиваемой детали
будут постепенно уменьшаться. После обточки форма валика по-
лучится не цилиндрической, а слегка конической.
7
Фиг. 2. Погрешности
обработки, возникаю-
щие в связи с упруги-
ми деформациями при
обработке летали, за-
жатой в патроне кон-
сольно.
Фиг. 3. Погрешности обра-
ботки, возникающие в связи
с упругими деформациями:
й — при обработке нежесткой де-
та чи н жестких центрах; б —
при сбр1ботке жесткой детали
при малой жесткости опор-цент-
ров; в — при расточке отвер-
уменыиается при увеличении вылета
стия оправкой, жесткость которой
Фиг. 4. Погрет нести
обработки, возникаю-
щие в связи с неодина-
ковой величиной при-
пуска на обработку.
8
Вследствие упругих деформаций валик, обточенный в центрах
станка, примет бочкообразную форму (фиг. 3, а), особенно если
длина его больше десятикратного значения диаметра Если обта-
чиваемый вал более жесткий, нежели его опоры — шпиндель и
пиноль задней бабки,— то после обточки он может принять так
называемую корсетную форму (фиг. 3, б). Обработанное на рас-
точном станке отверстие получится коническим (фиг. 3, в), так
как по мере увеличения вылета консоли шпинделя жесткость его
уменьшается, а величина упругих отжатий возрастает.
Упругие деформации пропорциональны нагрузкам: чем боль-
ше нагрузка, в данном случае сила резания, тем больше упругие де-
формации. Поэтому, если величина припуска на обработку на отдель-
ных участках поверхности детали будет различной, то при обработке
возникнут дополнительные погрешности формы и размеров. Это объ-
ясняется тем, что в местах с большим припуском будет больше сила
резания и упругое отжатие. Упругими отжатиями обусловливается
явление копирования погрешностей формы заготовки, т. е. пере-
несение этих погрешностей на обработанную деталь. Например,
вал (фиг. 4,а), заготовка которого имеет неодинаковый припуск
на диаметр по длине (Zj<;z2), после обточки получит ступенча-
тую форму (D]<^D2). При неодинаковом припуске по окружности
поперечные сечения будут искажены (фиг. 4, б). Профрезерован-
ная на станке деталь с непостоянным припуском по длине будет
иметь после обработки искажения, которые называют неплоско-
стностью и непрямолинейностью.
Искажения формы и размеров возникают также при непостоян-
ной твердости металла заготовок, так как на участках с большей
твердостью величина упругих деформаций возрастает.
При механической обработке детали погрешности формы и раз-
меров заготовки значительно уменьшаются. Это явление принято
называть уточнением. Отношение величины погрешности формы и
размеров заготовки к соответствующей погрешности, перенесен-
ной на деталь, называют коэффициентом уточнения. При нормаль-
ных условиях работы коэффициент уточнения колеблется в пре-
делах 20—100.
Величина упругих отжатий зависит также от степени затупле-
ния режущих инструментов и их геометрии. При затуплении ре-
жущего инструмента сила резания возрастает, и радиальная со-
ставляющая ее может достичь двукратного увеличения. В такой
же мере возрастет величина радиального упругого отжатия и со-
ответственно связанная с этим погрешность. Из геометрических
элементов режущих инструментов на величину упругих отжатий
наиболее существенно влияют главный угол в плане и передний
угол. С уменьшением главного угла в плане радиальная составляю-
щая Р и величина радиального отжатия возрастают. Например,
если уменьшить главный угол в плане резца с 90 до 45°. то ради-
альная составляющая Ру увеличится в два раза. При увеличении
переднего угла сила резания и упругие отжатия уменьшаются.
9
Причины, обусловливающие погрешности, связанные с упру
гими деформациями, рассмотрены независимо друг от друга. Од-
нако в процессе резания они возникают одновременно и взаимодей-
ствуя, определяют общую величину погрешности от упругой де-
формации. Установлено, что величина ее может достигать больших
значений и составлять до 80% общей погрешности обработки.
Влияние упругих отжатий на точность обработки может быть
значительно уменьшено повышением жесткости системы. Жест-
кость системы — это способность ее сопротивляться деформациям
под действием нагрузки — силы резания.
Величину упругого отжатия, возникающего под действием
силы резания, можно представить как геометрическую сумму ст-
жатии z, у и х в направ-
лении действия составля-
ющих Рг, Pv, и Рх. Эти
отжатия влияют па точ-
ность обработки неодина-
ково: влияние отжатия х
всегда равно нулю; влия-
ние отжатия z весьма не-
значительно и сказывается
лишь при точении. Прира-
щение диаметра Д£) (фи-
гура 5) значительно мень-
ше отжатия z. Прираще-
ние размера, т. е. погреш-
Фиг. Ь. Влияние на точность обработки
упругих отжатий х и г.
ность, возникающая в связи с отжатием у, равно величине отжа-
тия; при точении приращение диаметра равно 2у. Это объясняется
тем, что отжатие у направлено перпендикулярно к обработанной
поверхности, а отжатия х и z — касательно к ней. Следовательно,
наибольшее влияние на точность обработки сказывает упругое
отжатие у. Поэтому под жесткостью системы понимают в первую
очередь жесткость ее в радиальном направлении. Если сила, дей-
ствующая в этом направлении, равна Р , а упругое сжатие у, то
жесткость в этом направлении / будет равна
/=— кг1мм
у
При Р равном, например, 500 кг, и у=0,1 мм
/=~1=5000 кг) мм;
при у=0,05 мм и том же значении Pv получим
/=221 = 10000 кг!мм.
’ 0,05
Следовательно, чем больше жесткость системы, тем меньше ее
деформации и связанные с ними погрешности обработки. Жест-
10
кость системы определяют экспериментально или теоретически.
Пользуясь данными, характеризующими жесткость системы, во
многих случаях можно заранее определить величину погрешности
или, наоборот, задавшись допустимой величиной погрешности,
определить режимы резания и число необходимых для этого про-
ходов.
Увеличить жесткость системы — это значит увеличить жест-
кость станка, детали, инструмента, приспособления. Необходимая
жесткость станка предусматривается конструкторами при проек-
тировании его. Она определяется не только величиной поперечных
сечений основных деталей станка, но и качеством подгонки соеди-
нений, величиной зазоров в опорах, стыках, соединениях и т. д.
В процессе эксплуатации качество соединений ухудшается, вели-
чина зазоров увеличивается. Поэтому их следует тщательно регу-
лировать и восстанавливать при ремонте При наладке станков
для увеличения жесткости системы следует стремиться максималь-
но уменьшать вылеты пинолей, патронов и других деталей. Жест-
кость детали увеличивают применением подвижных и неподвиж-
ных люнетов, направляющих втулок, уменьшением вылета детали
при закреплении ее в патроне и т. д.
Жесткость фрезерных станков увеличивают, скрепляя крон-
штейнами консоли столов с хоботами и станинами. С целью уве-
личения жесткости инструмента следует стремиться к уменьшению
его вылета и к увеличению поперечных сечений державок и опра-
вок. На фрезерных станках следует стремиться к уменьшению рас-
стояний между опорами оправок для фрез.
Увеличение жесткости системы наиболее эффективно влияет
на снижение погрешностей от деформаций. Оно также уменьшает
возможность возникновения в процессе резания вибраций Однако
на практике бывает и так, что все возможности по увеличению
жесткости системы использованы, а результаты обработки полу-
чаются все еще неудовлетворительными. В этих случаях следует
сначала выяснить, что является причиной неудовлетворительной
точности обработки, а затем попытаться подобрать наиболее
рациональный способ либо устранения, либо уменьшения ее
влияния.
Точность обработки повышается при уменьшении неравномер-
ности припуска на заготовках, неравномерности твердости заго-
товок и при уменьшении затупления режущего инструмента. Что-
бы уменьшить погрешности, необходимо установить допустимую
при данных условиях величину износа инструмента. Принудитель-
ная смена его после установленного срока работы или после обра-
ботки определенного количества деталей является лучшим спосо-
бом устранения погрешностей, обусловленных затуплением.
Кроме того, принудительной сменой достигается удлинение срока
службы инструмента. Иногда бывает целесообразно изменить
геометрию режущих инструментов, увеличив передние углы
и главные углы в плане.
11
Необходимую точность обработки можно получить увеличением
числа проходов. Если коэффициент уточнения в этом случае равен
п (например п = 30), то при двукратном проходе величина уточ-
нения равна л2 (и2 = 900) и т. д.
Не все из методов, кроме метода увеличения жесткости системы,
могут быть одинаково эффективно применены для повышения точ-
ности обработки. Наряду с положительным влиянием, примене-
ние многих из них дает и отрицательные результаты. Например,
увеличение степени точности заготовок на предшествующих опе-
рациях требует дополнительных затрат труда на этих операциях;
увеличение главного угла в плане и переднего угла вызывает
уменьшение стойкости инструмента, увеличение количества на-
строек и, следовательно, приводит к снижению производительности
труда. Увеличение количества проходов также связано с допол-
нительными затратами труда.
Знакомство с особенностями каждого из методов, с их достоин-
ствами и недостатками дает возможность творчески применять их
на практике с целью достижения наибольшей производительности
труда.
3. ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ, ВНОСИМЫЕ РАЗМЕРНЫМ
ИЗНОСОМ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Из предыдущего известно, что при сравнительно небольшом из-
носе режущего инструмента возрастают радиальная составляющая
Р v, а также отжатие у и возникает погрешность в обработке.
Однако существует и другая причина возникновения погрешности
при обработке, также связанная с износом инструмента и с из-
Фиг. б. Износ резца.
Фиг. 7. Погрешность обработки, возникающая
в связи с размерным износом резца.
менением вследствие этого относительного положения образую-
щей режущей кромки инструмента. Такую погрешность называют
погрешностью размерного износа инструмента. В процессе износа
на задней грани режущего инструмента образуется фаска изно-
са h (фиг. 6), а на передней грани — лунка. Обычно допустимый
износ ограничивают шириной этой фаски. Например, для твердо-
12
сплавных режущих инструментов при черновой обработке допустима
фаска шириной 1г= 1,52 мм, а при чистовой /г=0,3 У0,5 мм.
При износе резца по задней грани к концу обточки вала (фиг. 7)
расстояние между образующей режущей кромкой резца и деталью
изменится: оно возрастет на величину и, а первоначально уста-
новленный диаметр Dt увеличится и будет равен D2 = D1-}-2u. Ве-
личину и называют размерным износом. В результате износа вал
получится слегка коническим. Конусность будет повторяться при
обработке каждой последующей детали, а диаметры их будут непре-
рывно возрастать. При растачивании диаметры отверстий вследст-
вие размерного износа инструмента будут уменьшаться.
Размерный износ возрастает в процессе резания непрерывно,
но скорость увеличения его непостоянна. Различают три стадии
изменения скорости износа (фиг. 8): 1) стадия 1, соответствующая
приработке вновь заточенного режущего инструмента. На этой
стадии скорость размерного износа сравнительно велика; 2) ста-
дия II соответствует нормальной скорости износа, наступающей
после приработки резца; на этой стадии скорость износа сравни-
тельно мала; 3) стадию III называют стадией катастрофического
износа. Она наступает после стадии нормального износа. На этой
стадии вследствие значительного затупления инструмента возни-
кает большая сила трения, температура резко возрастает и инстру-
мент «сгорает». Эксплуатировать инструмент на этой стадии не до-
пускается.
В машиностроении размерный износ определяют не по времени
работы режущего инструмента, а по длине пути, пройденного им
в металле за данный промежуток времени. Если, например, ско-
рость резапия равна v м/мин, а время резания I мин., то резец
пройдет путь L, равный L=vt м. Для удобства сравнения величин
износа при различных условиях работы введено понятие относитель-
ного, или удельного, износа и0, под которым понимают величину
износа инструмента на пути резания 1000 м. Относительный износ
определяют по формуле
1000 и
Величина относительного износа зависит прежде всего от ма-
териала, из которого изготовлен режущий инструмент. Известно,
что твердосплазныэ (металлокерамические) инструменты более
износостойки, чем быстрорежущие. Стойкость твердосплавных ин-
струментов зависит от марки твердого сплава и от рода обраба-
тываемого материала. При чистовом точении стали удельный износ
и0 сплава Т30К4 равен 4 р, Т15К6— 7 р, Т51<10—10 р, ВК4 —
30 р. Следовательно, для чистового точения лучше применять
инструмент из сплава Т30К4. Размерная стойкость алмазных ре-
жущих инструментов, предназначенных для чистовой обработки,
в 6—10 раз больше по сравнению со стойкостью твердосплавных
инструментов. Существенно влияет на стойкость инструмента ма-
13
териал обрабатываемой детали. Например, при резании стали жа-
ропрочных сортов удельный износ в несколько раз больше износа,
возникающего при резании обычных углеродистых сталей.
Большое влияние на износ режущего инструмента оказывают
режимы резания. Наиболее существенно он зависит от скорости
резания. При увеличении ее износ, как правило, резко возрастает.
Значительно меньшее влияние на него оказывают подача и глубина
резания, особенно при чистовых режимах обработки. Например,
увеличение глубины резания при чистовой обработке с 0,1 до 0,5мм
повышает размерный износ лишь на 20—30%.
Высокое качество заточки и доводки твердосплавных инстру-
ментов резко увеличивает размерную стойкость их. При тонкой
Фиг. 8. График интенсивности из-
носа режущего инструмента.
Фиг. 9. Нулевая фаска
для увеличения размерной
стойкости резца.
чистовой обработке деталей доводке инструмента следует уде-
лять особое внимание.
По данным 1ГПЗ размерная стойкость инструмента составляет
30—50% общей стойкости. Размерным износом в основном обус-
ловлен выход размеров деталей за пределы допускаемых откло-
нений в процессе обработки. Это влечет за собой необходимость
восстановления настройки, что вызывает простои станков. Уста-
новлено, что на настройку по причине размерного износа затрачи-
вается до 10—15% общего рабочего времени станков. Поэтому
уменьшение влияния размерного износа на точность обработки
существенно сказывается на повышении производительности труда
станочников.
Более широкое внедрение новых твердосплавных материалов,
применение для чистовой обработки режущих инструментов из
термокорундов и алмазов, улучшение качества заточки режущих
инструментов и доводки их, применение оптимальных режимов
резания — это важнейшие пути увеличения размерной стойкости
инструмента. А. Д. Марков предложил изготовлять режущие ин-
струменты, снабженные по задней грани фаской (фиг. 9) шириной
14
0,4—0,5 мм; задний угол фаски равен нулю. Этим размерная стой-
кость инструмента увеличивается примерно в два раза. Устройства
автоматической поднастройки являются лучшим средством, устра-
няющим влияние износа инструмента на точность обработки.
4. ПОГРЕШНОСТИ ОБРАБОТКИ. ОБУСЛОВЛЕННЫЕ
ТЕМПЕРАТУРНЫМИ -ДЕФОРМАЦИЯМИ СТАНКА, ДЕТАЛИ
И ИНСТРУМЕНТА
On иепинделя после
3 час росггпы
Оп шпиноепя до
obuobu'iinu
Фиг. 10. Погрешности обработки, воз-
никающие в связи с тепловой дефор-
мацией шпинделя.
Ь процессе работы станка его детали перемещаются друг отно-
сительно друга, при этом возникает сила трения. Ее работа пре-
вращается в теплоту. Поэтому температура деталей станков в про-
цессе работы постепенно возрастает. Если до начала работы станка
температура его деталей равна
температуре цеха (16—20°), то
в дальнейшем она может по-
выситься до 60° и даже больше.
При повышении температуры
детали станка (корпуса бабок,
шпиндели и другие) расширяют-
ся. Изменяется положение оси
шпинделя и обрабатываемой
детали (фиг. 10) относительно
образующей режущей кромки
инструмента, чем вносится по-
грешность в размер диаметра
обтачиваемой детали: перво-
начально установленный диа-
метр О, уменьшится и примет
новое значение Da.
Величина температурных деформаций зависит от режима ра-
боты станка, продолжительности работы, конструкции его узлов
и других причин. Обычно она незначительна, но на станках,
предназначенных для обработки деталей с высокой точностью,
влияние ее может быть весьма существенным. Так, на бесцентро-
вом станке ЗА182 величина температурного смещения оси режущего
круга в направлении приближения его к детали достигает 0,12 лш.
На таком станке обычно обрабатывают детали по второму классу
точности с допуском 0.91—0,04 мм, и величина смещения 0,12 мм
будет весьма существенной. В первые часы работы станка, пока
температура его деталей не приняла постоянного значения, сме-
щением оси шпинделя может быть обусловлено уменьшение раз-
меров деталей. На гидрокопировальных станках вследствие нагрева
масла и деталей станка наблюдаются погрешности копирования,
выражающиеся в постепенном уменьшении размеров обрабатывае-
мой детали после настройки и начала работы.
Нагрев самой детали в процессе ее обработки также является
причиной появления погрешности обработки, так как при этом ли-
15
нейные размеры и диаметры увеличиваются. Если, например, чи-
стовое точение вала или его шлифование следует тотчас после чер-
новой обработки без предварительного охлаждения, то диаметр
вала получается заниженным. Тонкостенные детали — трубы,
гильзы, планки и другие — в процессе обработки нагреваются до
более высокой температуры, и поэтому влияние температурных
деформаций на точность обработки таких деталей сказывается
в большей степени.
Режущий инструмент нагревается в процессе обработки детали,
поэтому изменяются его линейные размеры и положение, что
также вызывает погрешность обработки. Например, первоначально
установленный диаметр вала D, (фиг. 11) вследствие теплового
удлинения резца в процессе
резания будет постепенно
уменьшаться и к концу об-
точки достигнет размера D2 —
Если диаметр Di
был равен наименьшему из
допускаемых размеров или
близок к нему, то диаметр D2
выйдет за допускаемые пре-
делы.
Температура инструмента
и величина температурных
деформаций его зависят от
скорости и глубины резания,
величины подачи, размеров
•Фиг. 11. Погрешность обработки, возни-
кающая при точении в связи с терми-
ческим удлинением резца.
инструмента, условий тепло-
отвода, степени затупления инструмента и от других причин.
Чем выше режимы резания, меньше поперечное сечение резца,
больше его вылет и степень затупления, тем больше температур-
ные деформации. При износе резца по задней грани, равном на-
пример 0,8 мм, удлинение его в течение первых семи минут реза-
ния равно 55 мк. Тот же резец, но заточенный, удлиняется за
это же время лишь иа 22 мк.
Исследования показывают, что тепловые деформации деталей
станка возрастают в течение первых двух-трех часов работы. За-
тем наступает тепловое равновесие, и они становятся постоянными,
не оказывая после этого существенного влияния на точность обра-
ботки. Тепловые деформации режущих инструментов стабилизи-
руются в более короткие сроки: 10—25 мин. Чтобы избежать
погрешности обработки, вносимой температурными деформациями
деталей станка, в особенности при обработке деталей с высокой
степенью точности, следует учитывать время стабилизации дефор-
маций. В течение этого времени необходимо чаще контролировать
размеры обрабатываемых деталей и соответственно корректиро-
вать настройку станка. Проверять правильность настройки сле-
дует, ориентируясь по размерам охлажденных до нормальной тем-
16
пературы обработанных деталей. Уменьшить погрешности обра-
ботки от температурных деформаций можно применением обиль-
ного охлаждения, установлением оптимальных режимов резания
и величины износа. При точении с этой же целью следует приме-
нять резцы с большим поперечным сечением и возможно меньшим
вылетом.
5. ПОГРЕШНОСТИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ
НЕТОЧНОСТЬЮ СТАНКА, ИНСТРУМЕНТА И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Деталь, зажатая консольно в кулачковом патроне, после об-
точки будет конической, если вертикальная плоскость, проходящая
через ось шпинделя токарного станка, непараллельна направле-
нию продольной подачи. Деталь примет форму гиперболоида, если
горизонтальная плоскость, проходящая через ось шпинделя токар-
ного станка, непараллельна направляющим станины. В том случае,
когда поперечные направляющие неперпендикулярны продольным
направляющим станины, поверхность торца детали после проточки
будет не плоскостью, а конической поверхностью. При непрямо-
линейности направляющих обточенная в центрах деталь будет
иметь форму, отклоняющуюся от цилиндрической. Профрезеро-
ванная на горизонтально-фрезерном станке плоскость обрабаты-
ваемой детали будет непараллельна плоскости основания ее, если
ось шпинделя станка непараллельна плоскости стола. То же полу-
чится при неперпендикулярности плоскости стола к оси шпинде-
ля вертикально-фрезерного станка. Обработанные на фрезерном
станке с одной установки две плоскости детали будут отклоняться
от перпендикулярности на такую величину, на какую отклоняются
от нее направляющие соответствующих подач.
Параллельность и перпендикулярность осей шпинделей на-
правляющим, биение шпинделей, взаимная перпендикулярность
направляющих — это лишь часть того, что определяет геометри-
ческую точность станка. Точность обработки деталей непосред-
ственно зависит от геометрической точности станка. Поэтому
разработан общесоюзный стандарт, устанавливающий нормы допу-
скаемых отклонений. Заводы, изготовляющие станки, строго при-
держиваются этих норм. При работе на новых станках погреш-
ности обработки, обусловленные геометрической неточностью
станков, в сравнении с погрешностями другого происхождения
малы. Однако в связи с износом деталей станков в процессе работы
геометрическая точность их постепенно снижается, что может по-
влечь за собой появление значительных погрешностей обработки.
Например, на длительно работавших токарных станках износ
участков продольных направляющих, близких к передней бабке,
достигает 1—1,5 лиг, по мере приближения к задней бабке вели-
чина износа продольных напэазля о цчх уменьшается, и на конце
станины она равна нулю. Кпэме того, износ направляющих со
стороны рабочего места значительно бэльще «з«ее»-€->противопо-
- гека I
2 В. И. Ишуткин час 8-fl I
а ИЙВ, № |
ложной стороны. При обточке сравнительно длинных деталей суп-
порт, по мере приближения его к передней бабке, будет перекаши-
ваться (фиг. 12), а расстояние между образующей режущей кром-
кой резца и осью детали постепенно увеличиваться. В результате
этого форма обрабатываемой детали будет искажена.
Бережным отношением к станку можно надолго сохранить пер-
воначальную геометрическую точность его. Величины и характер
погрешностей, связанных с геометрической неточностью, различны
для каждого станка. При ремонтах восстанавливают нарушенную
геометрическую точность станка.
Между точностью изготовления режущего инструмента и точ-
ностью обработки имеется непосредственная связь. Поэтому такой
Фиг. 13. Погрешность
обработки, возникающая
в связи с неточное two
изготовления фасонного
резца.
Фиг. 12. Погрешность обработки, возни-
кающая в связи с износом направляющих
суппорта.
режущий инструмент изготовляют со сравнительно высокой точ-
ностью. Особенно большие требования предъявляют к точности
мерного инструмента, предназначенного для окончательной чисто-
вой обработки. К таким инструментам относятся развертки, про-
тяжки и т. п. Погрешности изготовления фасонных инструментов
в процессе обработки переносятся непосредственно на деталь,
обусловливая соответствующие отклонения ее. Например, величина
отклонения угла между двумя плоскостями паза от заданного зна-
чения равна отклонению между профилирующими режущими кром-
ками фрезы, которой обработан паз; от точности размера L (фиг. 13)
фасонного резца зависит соотношение размеров диаметров D t и Zb.
Точность взаимного расположения базирующих поверхностей
приспособлений, поверхностей направления и координации режу-
щих инструментов также определяет точность обработки. Поэтому
допуск на отклонение размеров и взаимное расположение отдель-
ных деталей приспособлений задают в 2—5 раз меньше соответ-
ствующих допусков обрабатываемых деталей. Однако при неуме-
лом или небрежном использовании приспособлений погрешности
обработки могут возникать, несмотря на годность приспособлений.
При попадании, например, стружки или других посторонних пред-
метов на базирующую (фиг. 14, а) или на опорную (фиг. 14. 6]
13
поверхность возникает непараллельность плоскостей I—I и II—II
По этой же причине могут возникать погрешности координат. Воз-
можно появление различных видов погрешностей, связанны*
с износом в процессе эксплуатации опорных и направляющих эле-
ментов приспособления. Периодическая проверка приспособлений
Фиг. 14. Погрешности обработки, возникающие:
а — в связи с неточностью установки детали в приспособ-
лении; б — в связи с неточностью установки приспособления.
на точность и устранение неисправностей, особенно в условиях
массового производства, является средством предупреждения брака.
е. ПОГРЕШНОСТИ СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ и случайные
Рассмотренные в предыдущих параграфах погрешности м ?жнс
разделить на две подгруппы: постоянные и переменные. Погреш-
ности, возникающие в связи с геометрической неточностью стан-
ков, при обработке каждой из деталей, входящей в партию, будут
повторяться, не меняя своей величины. Поэтому они должны
быть отнесены к первой подгруппе. Погрешности при обработке дета
лей, возникающие в связи с размерным износом, относятся ко второй
группе, так как величины износа и погрешностей будут постепен-
но возрастать при обработке последующих деталей. Величину каж-
дой переменной погрешности можно вычислить заранее, пользуясь
законом ее изменения и справочными данными. Можно, напри-
мер, заранее определить величину возникающей в связи с износом
резца конусности вала заданного диаметра и длины на основании
данных об удельном износе. Величина постоянной погрешности
может быть определена на основании опыта. Если при обработке
возникают погрешности одновременно по нескольким различным
причинам, то общую погрешность обработки Ап,л (суммарную по
грешность) можно определить, пользуясь формулой
АСуМ= Д3+.. .4-Afe,
где Aj, Д2, ... — величины каждой из возникающих погрешностей.
При этом следует иметь в виду, что некоторые одновременно
возникающие погрешности, взаимодействуя, могут компенсиро-
вать друг друга. Поэтому перед каждым слагаемым формулы ставят
знак плюс или минус.
2*
19
Суммарную величину постоянных и переменных погрешностей,
которая получится при обработке детали, можно вычислить зара-
нее или определить опытным путем. Все составляющие погреш-
ности повторяются систематически при обработке каждой после-
дующей детали. Поэтому такие погрешности называют системати-
ческими погрешностями, или систематическими ошибками. Во
многих случаях ими в основном определяется точность обработки
деталей. Размерный износ, например, в некоторых случаях может
составлять 30—70% суммарной погрешности. В большинстве слу-
чаев он служит причиной выхода размеров деталей за допускаемые
пределы и, следовательно, причиной, вызывающей необходимость
частой настройки станков.
Кроме систематических погрешностей, на точность обработки
оказывают влияние такие погрешности, которые, появившись при
обработке одной детали, необязательно повторяются при обработке
следующей и имеют неодинаковую величину. Заранее предсказать,
появятся ли они при обработке очередной детали и какую именно
будут иметь величину, невозможно. Такие погрешности называют
случайными погрешностями, или случайными ошибками. Однако
при обработке достаточно большого количества деталей появляется
возможность предсказать частоту появления случайных погреш-
ностей и даже вычислить предельные значения их. Рассмотрим не-
сколько примеров.
Твердость деталей партии может быть постоянной или различ-
ной. Если твердость деталей различна и изменяется в некоторых
пределах, то при неизменной настройке станка погрешности обра-
ботки будут неодинаковыми. Однако возрастут ли они и на какую
величину при обработке очередной детали или вовсе не появятся,
заранее неизвестно. И далее, если материал деталей, входящих
в партию, окажется неоднородным по твердости, то на различных
участках обработанной поверхности возникнут неодинаковые по-
грешности. Предсказать величину и место искажения формы и раз-
меров детали и тем более утверждать заранее, что они получатся
при обработке данной детали, также невозможно. Такие же по-
грешности возникают при неодинаковых припусках на всех дета-
лях или на отдельных участках каждой из них, при установке
режущих инструментов, их замене и т. д.
Если, например, резец при неизменной настройке станка-ав-
томата после обработки очередной детали был отведен в исходное
положение, то при обработке следующей детали его конечное по-
ложение, определяющее размер детали, необязательно соответ-
ствует предыдущему конечному положению. Вследствие многих
причин резец может переместиться дальше прежнего положения
или не дойти до него. Заранее предсказать величину перебега или
отставания резца при обработке очередной детали и величину по-
грешности в связи с этим явлением невозможно.
Резцы, установленные на автомате взамен изношенных, не зай-
мут абсолютно точно положения предыдущих резцов, что приведет
20
к возникновению случайных ошибок обработки. Причин возник-
новения случайных погрешностей много. Они могут возникать од-
новременно, сочетаясь и образуя суммарную случайную погреш-
ность.
Изучение причин возникновения случайных ошибок с целью
уменьшения их влияния на точность обработки стало возможным
благодаря развитию таких разделов математики, как теория веро-
ятностей и математическая статистика. В настоящее время создана
методика анализа случайных событий и величин, результаты ко-
торой успешно применяются на практике для управления различ-
ными процессами. Эго можно показать на примерах, имеющих не-
посредственное отношение к задачам настройки.
Пусть ножка неподвижно закрепленного индикатора 1 (фиг. 15)
поджата резцом и стрелка его занимает нулевое положение при ну-
левом же положении лимба 2 винта поперечной подачи. Если,
пользуясь рукояткой винта, отводить резец с резцедержателем и
затем возвращать его обратно, устанавливая каждый раз лимб
в исходное нулевое положение, то стрелка индикатора не обяза-
тельно будет занимать первоначальное положение. В большинстве
случаев она либо не дойдет до прежнего положения, либо перей-
дет его. В первом случае это означает, что резец не дошел до ранее
установленного положения и расстояние хо между осью детали
и резцом увеличилось на некоторую величину Дх, а во втором,
наоборот, уменьшилось, обусловливая появление погрешностей
в размерах диаметров.
Если записать результаты, например, двадцати измерений уставов
ки резца, т. е. расстояний хх, х2, . .., х2„, и затем сгруппировать
их б пределах каких-либо интервалов через несколько микрон,
например через 4 мк, то окажется, что в одних интервалах количество
размеров будет больше, в других—меньше Ботее наглядно ре-
зультаты таких опытов можно представить графически (фиг. 16, я),
где число квадратов каждого столбика, опирающегося на ось х,
означает число размеров, попавших в соответствующий интервал.
Из графика видно, что частота попадания размеров в интервал
4—8 больше, а в интервал 8—12 меньше и т. д. Ломаная линия
ABCDEF носит название гистограммы. Иногда гисто! рамму строят,
пользуясь не квадратами, а точками (фиг. 16, б). Отношение числа
размеров к какого-либо интервала к общему количеству измерений
носит название статистической вероятностир~- - . Величина р
п
является мерой возможности попадания размеров в каждый из
интервалов. Например, для интервала 0—4р— ?-, а для интервала
12—16 . Следовательно, при дальнейшем продолжении опы-
тов по установке резца размеры с интервалом 0—4 будут попа-
даться чаще, а с интервалом 12—16 примерно в 6 раз реже.
Важную роль при анализе случайных величин, в данном слу-
21
Фиг. 15. Проверка с помощью индикатора точности уста-
новки резца по Jin.iGy.
Фш. 16. Графическое изображение распределения случайных
величин.
22
чае случайных размеров, имеют понятия среднее арифметическое
и среднее квадратичное.
Если все размеры опытов суммировать и затем разделить на
число опытов п, то получим средний размер х5 (фиг. 15), равный:
п
Y Х1
i== 1__
п
Его называют средним арифметическим, или наиболее точно —
средним статистическим. Средний арифметический — это такой раз-
мер, возле которого группируются все остальные случайные раз-
меры. В этом его физический смысл Его поэтому иногда назы-
вают центром группирования случайных величин.
Если из каждого случайного размера xv х2, х3, ... , хп вы-
честь среднее арифметическое хг, возвести каждую разницу в квад-
рат, затем сложить эти квадраты, полученную сумму разделить
на число измерений п и из последнего результата извлечь квад-
ратный корень, то получдм среднее квадратичное о. разное
о__(*1-----XsT +'-У2 Xs)2 + - • -4-(X» Xs)a , ZJ±_1______
Чем больше а, тем ниже и шире будет гистограмма. Это озна-
чает, что рассеивание размеров, т е. различие между отдельны-
ми случайными размерами, будет больше и что хуже конструкция
механизма установки резца. Следовательно, величина среднего
квадратичного о характеризует степень рассеивания случайных
величин (размеров)- чем меньше ст. тем меньше рассеивание раз-
меров; о равно нулю, когда размеры постоянные.
Значения р, xs и ст, полученные в результате ограниченного
числа опытов, являются не точными, а приближенными. Более
точные их значения можно получить, если обработать данные боль-
шего количества опытов При увеличении количества опытов интерва-
лов и уменьшении величины каждого интервала количество ступенек
ломаной линии гистограммы возрастет и разм'ры ступенек умень-
шатся. Если безгранично увеличивай число опытов и количеств,; ин-
тервалов, уменьшая в такой же степени величину каждого интерва па
то ломаная линяя гистограммы преобразуется в плавную кривую
(фиг. 16, а). Судя по величине ординат этой кривой, можно, на-
пример, сказать, что при достаточно большом количестве опытов
количество размеров х (фиг 16, г) будет в 3 раза больше коли-
чества размеров xf_ft, так как ордината x:F в три раза больше
ординаты точки х^. Следовательно, кривая показывает, каким обра-
зом распределятся случайные величины: где их будет больше, где
меньше и во сколько раз. Поэтому ее называют кривой распреде-
ления.
23
Кривая распределения — это графическое изображение закона
распределения случайных величин. Законы распределения бывают
различными. Каждому из них соответствует своя форма кривой.
Например, кривая на фиг. 16, в изображает распределение, закон
которого отличен от закона распределения, изображенного кри-
вой 1 (фт 16, а).
Ордината каждой точки кривой (фиг. 16, г), абсцисса ко-
торой равна хм может быть вычислена по формуле
_ < ~х-'
у.=— 1 е
с 1''2л
где е лг 2,718—основание натуральных логарифмов.
Эта кривая носит название кривой Гаусса-Ляпунова. Закон
распределения, изображаемый этой кривой, называют законом
нормального распределения. По этому закону случайные величины
распределяются наиболее часто.
Кривая нормального распределения симметрична относительно
вертикальней оси, проходящей через течку, абсцисса которой
равна х,, продолжается в обе стсрсны ст нее до бескснечнссти.
Однако для практики степень точности расчетов получается до-
статочной. ес. и ограничить кривую отрезками длиной Зет в обе
стороны от точки xs. В этом случае величина поля рассеивания, или
иначе, величина поля погрешности, будет равна бет.
Например, в результате обработки данных двадцати опытов
величина средней квадратической получилась рапной о—5 мк.
Тогда поле погрешности А будет разно
6о -6-5=30 мк,
а диаметр D обрабатываемой детали будет изменяться в пределах
D-D, f- 2- Л =£>! г 30 мк
1 _. 2 I-
Источников образования случайных погрешностей много. Соче-
таясь, они иногда могут образовать более сложный закон рас-
пределения. Когда возникает одновременно несколько случайных
погрешностей, то суммарная погрешность A<vv может быть опре-
делена по формуле
a,,.. = 1,2 \/ Ah А?.
Итак, в результате изучения случайных размеров удается опре-
делить предельную величину погрешности, предсказать какие
из случайных размеров бу (ут получаться чаше и какие реже.
Этим, однако, не ограничивается практическая ценность их изу-
чения.
24
7. ПОГРЕШНОСТИ, СВЯЗАННЫЕ С УСТАНОВКОЙ ДЕТАЛИ
НА С ГАНКЕ
Перед началом обработки деталь ориентируют определенным
образом относительно станка, режущих инструментов, а затем за-
крепляют. Закреплением устраняют возможность смещения детали
под действием сил резания. Ориентацию и закрепление детали на-
зывают установкой.
После закрепления деталь своей поверхностью прижимается
к поверхности той детали, относительно которой она ориентиро-
вана и закреплена. Этим, собственно, достигается определенность
положения детали в процессе ее обработки. Соприкасающиеся
(или контактирующие) поверхности носят название базирующих
поверхностей, или баз. Деталь закрепляют силами, приложенными
к ней со стороны баз и зажимов. Под действием сил, закрепляющих
деталь, возникают два вида деформаций: упругие деформации де-
тали, искажающие ее форму (фиг. 17, б), и контактные дефор-
мации (фиг. 18), т. е. деформации поверхностей баз. Первые
зависят от величины сил зажатия, от жесткости детали, места
приложения сил и др., вторые — от величины и постоянства
удельных давлений на поверхности баз и от шероховатости этих
поверхностей. Оба вида деформаций являются причинами, внося-
щими погрешность в обработку. Их называют погрешностями
закрепления.
Величина погрешности закрепления может быть значительной,
особенно если жесткость детали сравнительно мала, силы закреп-
ления велики и место их приложения выбрано неудачно, а также
значительна шероховатость поверхностей баз. Исключить влияние
возникающих при закреплении деталей деформаций на точность
или уменьшить их можно различными способами. Например, де-
формации обрабатываемой детали будут меньше, если линия дей-
ствия сил, приложенных к детали со стороны зажимов, совпадает
(или близка к совпадению) с линией действия сил, приложенных
к ее базам. При низкой жесткости детали для устранения дефор-
мации ее следует применять дополнительные самоустанавливающи-
еся опоры. Необходимо также, чтобы величина сил зажатия
была неизменной. При этих условиях контактные деформации по
величине будут постоянны, и влияние их на точность можно исклю-
чить, скорректировав положение режущих инструментов.
Поданным П. Ф Павлова, сила винтового прижима, когда она
создается вручную обычным гаечным ключом, может изменяться
в отношении 1 : 2. Поэтому такой способ закрепления детали не
следует применять, когда жесткость детали мала, а требования к
точности повышены. Неизменность силы зажима можно обеспечить,
пользуясь ключами с тарированным моментом, или применяя пне-
вматические и гидравлические закрепляющие устройства.
Контактные деформации — это результат смятия гребешков
шероховатости (фиг. 18, а, б) контактирующих поверхностей пол
2Б
Фиг. 17. Погрешности обработки, воз-
никающие в связи с деформациями де-
тали под действием сил, закрепляющих
ее в приспособлении.
Фиг. 18. Образование погрешностей обработки
в связи с контактными деформациями.
Фиг. 19. Погрешности обработки, возникающие при несовпадении
технологических баз детали с базами измерения.
26
действием сил, закрепляющих деталь. Чем меньше шероховатость
поверхности, тем меньше величина контактных деформаций. Уста-
новлено, например, что при одних и тех же удельных давлениях
величина деформации уменьшается с 50 до 10 мк при уменьшении
шероховатости поверхности с V3 до V 7. С целью уменьшения
контактных деформаций следует уменьшать шероховатость поверх-
ностей и удельные давления, увеличивая площадь контактирую-
щих поверхностей.
Выбор базы также оказывает значительное влияние на точность
размеров детали. При неудачной или неправильно выбранной базе
возникает так называемая погрешность базирования. Это можно
показать на следующих примерах.
Размер 25_(b.2S (фиг. 19, а), определяющий глубину паза, задан
от плоскости основания, которая является одновременно измери-
тельной и установочной базой. При неизменном расстоянии А
Фиг. 20. Погрешность обработки, возникающая в связи
с неточностью базирования детали при точении.
размер 25 _п?8 всех деталей партии будет неизменным. В другом
случае (фиг. 19, б) установочной базой является прежняя плос-
кость основания, а глубина паза 15+0’24 задается от верхней
плоскости I—I. Следовательно, измерительная и установочная базы
не совпадают. Поэтому глубина паза будет зависеть не только
от погрешности его обработки, но и от погрешности высоты де-
тали, равной 40+п’34. Если размер А определен при условии, что
высота детали будет наименьшей, равной 40 мм, а глубина паза
наибольшей, равной 15,24 мм, то при обработке следующей де
тали с максимальной высотой 40,34 мм и при том же размере А
глубина паза получится равной 15,24+п,34= 15,54 мм, т. е. больше,
чем это предусмотрено чертежом. Если расстояние А определить
при условии, что высота детали будет наибольшей, равной 40,34 лыи.
и глубина паза наименьшей, равной 15 мм, то в случае обработ-
27
ки детали с наименьшей высотой 40 мм глубина паза получится
равной 15_г,)34= 14,76 мм, что меньше предусмотренной чертежом.
Причиной этого является погрешность базирования А6, равная в
данном случае допуску на высоту 0,34 мм и появившаяся в связи
с несовпадением баз. Погрешность базирования будет равна нулю,
если базы технологическая и измерения совпадают. В третьем
случае (фиг. 19, в) базы опять совпадают и А,5=0.
На токарных станках, в частности на многорезцовых, погреш-
ность базирования возникает, когда центровое отверстие обрабо-
тано неточно и его диаметр в различных деталях партии изме-
няется в пределах от Dma4 до Dmm (фиг. 20). Это приводит к
возникновению погрешности размера Lx. На многих современных
Фиг. 21. Устранение погрешности обработки по длине
при помощи плавающего центра.
станках такой вид погрешности базирования устраняют, применяя
вместо обычных жестких центров плавающие центры (фиг. 21).
При установке детали на них торец ее опирается на базирующую
поверхность Б, положение которой остается всегда неизменным,
а центр 1, поджатый пружиной 2, совмещает ось детали с осью
шпинделя независимо от величины раззенковки центрового отвер-
стия. Этим и уменьшается погрешность базирования детали в осе-
вом положении.
Погрешности закрепления и базирования являются составляю-
щими погрешности установки детали. Величину этого вида по-
грешности можно довести до минимального значения, если пра-
вильно запроектировать технологический процесс и приспособле-
ния, что означает прежде всего правильный выбор технологиче-
ских баз и согласование их с базами измерения межоперацнонных
размеров и размеров, предусмотренных чертежом. Некоторые
погрешности установки относятся к погрешностям случайного
характера.
28
8. ПОГРЕШНОСТИ УСТАНОВКИ ИНСТРУМЕНТА
НА ЗАДАННЫЙ РАЗМЕР
В большинстве случаев настройку инструментов на размер
осуществляют, ориентируясь по данным о величине размеров де-
тали, полученных после предварительной, пробной обработки.
На станках общего назначения это осуществляют следующим об-
разом. Вначале режущий инструмент устанавливают так, чтобы
после пробной обработки диаметр наружной поверхности детали
получился больше заданного, а диаметр внутренней поверхности
меньше его. Затем обрабатывают небольшую часть поверхности и,
пользуясь измерительным инструментом, определяют на этой части
диаметр детали. Вычислив затем разницу между полученным и за-
данным размерами, корректируют положение инструмента, пере-
мещая его на величину разности размеров или на половину этой
разности, если обрабатываются тела вращения. Проверку размера
и корректировку положения инструмента повторяют, если нет
уверенности, что после предыдущей корректировки получился не-
обходимый размер. Такой способ настройки называют способом
пробных проходов. На автоматах настройку обычно осуществляют
по размерам полностью обработанной, так называемой пробной
детали.
Оба упомянутых способа настройки основаны на данных о раз-
мерах пробной обработки. Именно на это следует обратить внима-
ние, поскольку само измерение включает в себя элементы случай-
ных погрешностей, влияющих на точность обработки.
Размеры пробных деталей определяют различными измеритель-
ными инструментами. Однако фактический размер детали лишь
в большей или меньшей степени близок к размеру, полученному
в результате измерения. Объясняется это тем, что каждый вид
и класс измерительного инструмента обладает свойственными ему
пределами точности измерения, или, иначе, пределами погрешности
измерения. Поэтому нельзя, например, утверждать, что размер
9,45 мм, полученный в результате измерения пробной детали ми-
крометром второго класса, равен фактическому размеру. Учиты-
вая погрешность измерения, равную в данном случае 12 мк, можно
полагать, что фактический размер будет находиться в пределах
9,444—9,456 мм. Данные о пределах погрешности измерения не-
которых видов и классов измерительных инструментов представ-
лены в табл. 1.
Они показывают, что точность отсчета не равна точности из-
мерения. Подбирая мерительный инструмент для работы, необхо-
димо согласовывать погрешность измерения, свойственную инстру-
менту, с допуском на размер, т. е. с классом точности. Погрешность
измерения должна быть в несколько раз меньше допуска на
размер. Нельзя, например, пользоваться микрометром с погреш-
ностью измерения 12 мк, если допуск на размер равен 15 мк.
Достоверность данных о фактическом размере дезали опреде-
29
Таблица 1
Пределы погрешности измерения мерительных инструментов
(по Г. А. Апарину и И. Е. Городецкому)
Интервалы размеров в мм
Наименование инструмента 1—-10 50—80 360—500
П реде льные no i реш ности в мк
При измерении наружных диаметров: микрометр 1 класса точности микрометр 2 класса точности . штихмас микрометрический 1 клас- са точности штангенциркуль с отсчетом по нониусу. 0,02 лги . . .... 0,05 мм .... 0,1 мм При измерении внутренних диаметров: штангенциркуль с отсчетом по нониусу: 0,02 мм 0,05 мм 0,1 мм 7 12 40 80 150 9 14 18 45 90 160 60 130 230 25 35 35 70 НО 230 90 150 300
ляется не только погрешностью измерения мерителя, но и погреш-
ностью формы детали. Так, при любом виде отклонения от цилин-
дрической формы результат измерения будет отличаться от резуль-
татов предыдущих измерений, если изменить место измерения.
Так как на основании данных, полученных при измерении
детали, осуществляют установку инструмента, то естественно, что
по этой причине возникает не только погрешность установки
инструмента, но и погрешность обработки. Заметим, что рас-
сматриваемые здесь погрешности относятся к виду случайных
погрешностей.
Погрешность установки режущих инструментов во многом за-
висит от конструкции устройств, которыми осуществляется пере-
мещение режущих инструментов, и устройств отсчета величины
перемещения В большинстве случаев устройствами перемещения
являются винтовые пары, а отсчитывающими устройствами —
обычные лимбы. Иногда для установки режущих инструментов
применяют концевые меры, индикаторы, упоры и т. д.
Если перемещение режущего инструмента осуществляется вин-
том, а величина отсчета определяется лимбом, то погрешности
установки инструмента возникают вследствие неточности шага
ходового винта, неточности лимба, а также в связи с тем, что вс
время перемещения возникает сила трения, действием которой вы-
зывается неравномерность перемещений. Данные о величине по-
30
грешностей установки инструмента при отсчете перемещения с по-
мощью лимбов представлены в табл. 2.
Таблица г
Точность установки инструмента по лимбу
Цена деления лимба в мм
Погрешности установки Погрешность при обтачи-
инструмента в мк вании на диаметре в мк
На токарных станках:
0,01
0,05
На фрезерных станках:
0,1—0,5
5—10
15—30
30—70
10—20
30—60
До сих пор на некоторых токарных автоматах и полуавтоматах
находят применение резцедержатели (фиг. 22, о) без устройств для
Фиг. 22. Способы регулирования положения резца.
перемещения резцов при регулировании их положения. В этом
случае при корректировке положения резец смещают ударом по
его торцу. Такой способ регулирования имеет ряд недостатков,
затрудняющих установку. Более точ-
ную регулировку обеспечивают резце-
держатели с винтовыми упорами (фи-
гура 22, б).
На многих фрезерных станках в се-
рийном и массовом производстве с
целью сокращения времени настройки
фрезу устанавливают на размер, поль-
зуясь специальными установами (фи-
Фиг. 23. Установка фрезы с
помощью усганова и щупов.
гура 23), неподвижно закрепленными
на приспособлении. При настройке
режущие кромки фрезы доводятся до
касания с поверхностью установа,
обычно закаленного до твердости 56—61/?с.
Чтобы исключить возможность затупления режущих кромок
фрезы при касании их с поверхностями закаленных установов.
31
положение фрезы определяют, пользуясь щупами, которые вводят
между кромками фрезы и поверхностями установов. При легком
защемлении щупов фреза занимает необходимое положение. В слу-
чаях, когда требуется сравнительно высокая степень точности
установки инструмента, в качестве отсчетного устройства приме-
няют концевые меры и индикаторы.
9. ИЗМЕНЕНИЕ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ОБРАБОТКИ
И АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ
Из предыдущего уже известно, что размеры деталей не получа-
ются постоянными даже при неизменной настройке станка. Вели-
чина их в этих условиях непрерывно меняется, во-первых, в связи
Фиг. 24. График случайного и систематического изменения размеров деталей,
обточенных на гидрокопировальном станке.
с ростом систематических погрешностей, таких, как износ режущих
инструментов, и, во-вторых, в связи с погрешностями случайного
характера, всегда в большей или меньшей степени сопутствующими
процессу обработки. Более полное представление об изменении
размеров можно получить, если рассматривать эти изменения во
времени.
В качестве примера рассмотрим график изменения диаметров
партии валов (фиг. 24), обработанных на гидрокопировальном
многорезцовом полуавтомате 1722 при неизменной его настройке.
На графике ломаная линия /, 2, 80 изображает динамику из-
менения размеров
Кривую изменения размеров строят следующим образом. От
некоторою неизменного начала по оси ординат откладывают ве-
32
личину среднего арифметического нескольких (4—6) результатов
измерений одного и того же диаметра детали, а по оси абсцисс по-
рядковый номер ее, соответствующий очередности обработки,
и затем точки пересечения координат соединяют линиями. Эту же
ломаную линию можно построить, откладывая по оси ординат
среднее арифметическое результатов измерений не одной детали,
а группы их, состоящей из 2—4 деталей. По оси абсцисс в этом
случае откладывают порядковый номер группы, соответствующий
очередности ее обработки. Первый метод построения графика и
анализа изменения размеров называют методом средних, а второй
методом средних групповых размеров. Оба они носят общее на-
звание методов точечных диаграмм.
Возвращаясь к анализу графика, следует прежде всего отме-
тить, что расстояние между двумя кривыми DEF и D'E'F', про-
ходящими через максимальные и минимальные значения размеров,
Фиг. 25. График случайного изменения внутренних диаметров отверстий,
обработанных протягиванием.
характеризует величину случайного рассеивания размеров, рас-
пределяющихся обычно по закону, близкому к нормальному
(см. кривую K.ML). Средняя между ними линия 1ВС изображает
процесс изменения средних размеров или, иначе, средних арифме-
тических размеров их. Первое изменение обусловлено влиянием
случайных погрешностей, а второе— систематических. Из графика
следует, что средние размеры после настройки станка и начала
его работы постепенно уменьшаются и после некоторого минималь-
ного значения вновь возрастают, приближаясь постепенно к линии
GA, изображающей верхний предел допуска. Уменьшение раз-
меров в начале работы происходит вследствие первоначального
нагрева деталей станка и температурных деформаций их, а после-
дующее увеличение их — размерным износом режущего инстру-
мента.
Кроме анализа изменения размеров с помощью точечных диа-
грамм, применяют методы, основанные на построении гистограмм
и иногда кривых распределения. Их строят обычно на основании
Результатов измерений сравнительно большого количества деталей:
50—ЮО шт. Например, слева от оси ОХ (фиг. 25) изображена
3 В. И. Ишуткин
33
точечная диаграмма, построенная методом средних групповых
(в каждую группу входило 4 детали), а справа от той же оси дана
точечная гистограмма, на которой размеры распределяются по
закону, близкому к нормальному. Диаграмма построена по резуль-
татам измерения отверстий, обработанных протягиванием. Про-
тяжки изнашиваются сравнительно медленно, поэтому диаграмма
не отражает процесса износа. Гистограммы же определяют вели-
чину размаха рассеивания размеров 6а вследствие непостоянства
припуска под протягивание, неоднородности материала по твер-
дости и других причин.
Метод точечных диаграмм применяют для анализа изменения
размеров преимущественно в тех случаях обработки, когда воз-
никают как случайные отклонения размеров, так и изменения,
обусловленные погрешностями систематического характера. Дру-
гой метод, основанный на построении гистограмм, применяют,
когда в процессе обработки деталей преобладают случайные по-
грешности. Это обычно бывает при протягивании, шлифовании по
пробным замерам, при сверлении и др. Этим методом выявляют
закон рассеивания и величину рассеивания, среднее арифметиче-
ское, или, как его иначе называют, центр группирования случай-
ных размеров.
Рассмотрим один из примеров того, как могут быть практически
использованы данные о центре рассеивания. На одном из станко-
строительных заводов много деталей уходило в брак на операции
сверления и последующего развертывания двух отверстий с меж-
осевым расстоянием 96 Обработкой данных о межосевых
расстояниях было установлено, что центр группирования разме-
ров равен 96,2 мм. Судя же по допуску на размер, он должен быть
равным 96,1. Брак был резко снижен после повторной расточки
кондуктора и уменьшения межосевого расстояния на 0,1 мм. Рас-
сеивание размеров может увеличиваться при износе режущих ин-
струментов и направляющих кондукторных втулок, при возраста-
нии зазоров и по другим причинам.
Изложенные здесь методы анализа размеров являются неслож-
ными, и наладчики могут с успехом использовать их в своей прак-
тической деятельности.
ГЛАВА II
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАЦИОНАЛЬНОЙ НАСТРОЙКИ
СТАНКОВ
1. ПОНЯТИЕ ОБ ОПТИМАЛЬНОМ НАСТРОЕЧНОМ РАЗМЕРЕ
И ОПТИМАЛЬНОЙ НАСТРОЙКЕ
Настройкой станка обеспечивается получение размеров детали
при обработке в пределах поля допуска. Важнейшей задачей ее,
как было уже сказано, является правильная установка режущего
инструмента относительно детали. Настройку обычно считают
законченной, если размер, полученный в процессе пробной обра-
ботки, не выходит за пределы допускаемых отклонений. На произ-
водстве часто не интересуются, какова фактическая величина раз-
мера и в каком примерно месте поля допуска он находится, не-
смотря на то, что именно фактическим положением размера в поле
допуска определяются большие возможности повышения произво-
дительности труда. Подтверждением этому является опыт передо-
вых заводов (ЗИЛ, 1ГПЗ), освоивших передовые методы настройки.
Чтобы уяснить сказанное, ознакомимся сначала с содержанием
терминов «настроечный размер» и «оптимальный настроечный раз-
мер».
Говоря о фактическом Ьф размере детали и имея при этом
в виду рассеивание данных о результатах нескольких измерений,
нужно под термином «фактический размер» подразумевать сред-
нее арифметическое нескольких измерений. Говоря о размере не-
скольких деталей, обработанных при неизменной настройке станка,
и имея при этом в виду рассеивание фактических размеров их, под
этим нужно понимать среднее арифметическое Lcp фактических
размеров всех деталей. Если настройка неизменна, систематиче-
ские погрешности отсутствуют, и амплитуда случайного рассеи-
вания размеров равна + 3<jG, то ожидаемый фактический размер
любой детали будет находиться в пределах Ьф—Еср + 3<j0. Из
предыдущего, однако, известно, что размеры Ьф и Lcp при об-
работке изменяются даже при условии неизменности настройки:
в связи с износом инструмента они постоянно возрастают при об-
работке наружных поверхностей и уменьшаются при обработке
внутренних. Прямая АВ (фиг. 26) изображает постепенное увели-
чение размеров Lcp после очередной настройки станка; ломаная
линия, пересекающая прямую АВ, — изменение фактических раз-
меров; расстояние между двумя касательными к ломаной — раз-
мах рассеивания размеров 6о(). Наименьший из возможных сред-
них размеров Lcp (фиг. 26)—это размер LHP, который получается
при обработке сразу же после очередной настройки станка. На-
зовем его настроечным размером. В общем случае под термином
«настроечный размер» следует понимать величину размера, харак-
теризующую положение центра группирования размеров в начале
обработки сразу же после настройки.
Фиг. 26. График случайных и систематических изменений размеров
при нерациональной настройке станка.
Рассмотрим теперь, каким может быть положение настроечной:
размера при некоторых методах настройки и каким оно должнс
быть.
Станки общего назначения обычно настраивают методом проб
ных замеров, определяя фактические размеры универсальным!
измерительными инструментами. При этом настройщики стремятс!
настроить станок так, чтобы фактические размеры и, следователь
но, настроечный размер были близкими к верхней границе пол!
допуска, потому что приближение к нижней границе може
повлечь за собой получение неисправимого брака. Стремлен»
настройщиков к получению настроечного размера, исключающег
возможность появления брака, называют стремлением к«безопас
ной» границе допуска.
Станки, на которых размеры после настройки их получаютс
автоматически, обычно настраивают, контролируя размеры детг
36
лей предельными калибрами и скобами. При таком способе конт-
роля настройщики настраивают станок лишь так, чтобы настро-
ечный размер был в пределах допуска. Фактическое расположение
настроечного размера в поле допуска с помощью калибров и скоб
определить невозможно. В этом заключается недостаток такого
способа настройки. Недостаток заключается в том, что близкое
расположение настроечного размера к верхней границе влечет за
собой в связи с износом инструмента сравнительно быстрый вы-
ход фактических размеров деталей за допускаемые пределы.
Поэтому возрастает частота и количество настроек. На это прихо-
дится затрачивать дополнительно большое количество рабочего
времени. Количество настроек и время, затрачиваемое на них,
можно уменьшить, если умело использовать все поля допуска для
удлинения срока годности настройки.
Способы настройки, при которых достигается получение на-
строечного размера лишь в пределах допуска без контроля факти-
ческого положения его в поле допуска, в литературе иногда назы-
вают производственными способами. В дальнейшем такие способы
будем называть обычными способами настройки.
Недостатки обычной настройки можно показать, пользуясь
графиком (фиг. 26) изменения размеров шеек валов, обточенных
на многорезцовом станке МТ-44. Из графика видно, что настроеч-
ный размер после каждой очередной настройки располагается
близко к верхней границе поля допуска. При таком его располо-
жении даже незначительный размерный износ режущего инстру-
мента приближает фактические размеры обрабатываемых деталей
к верхней границе допуска, что влечет за собой необходимость по-
вторения настройки. Большая часть поля допуска остается прак-
тически не использованной для увеличения количества обрабаты-
ваемых деталей в промежутке между двумя очередными настрой-
ками.
Если бы настроечный размер приблизить к нижней границе
допуска и сделать его равным, например, L'Hp (фиг. 26), то даже
при значительном износе режущих инструментов размеры обра-
батываемых деталей все еще оставались бы в поле допуска. При
этом условии промежуток времени между двумя очередными на-
стройками и количество обработанных деталей в этом промежутке
резко увеличатся; частота настроек и время, затрачиваемое на них,
сократятся, а производительность труда станочников возрастет.
Опытные наладчики, учитывая недостаток обычных настроек,
стремятся приблизить настроечный размер к нижней границе поля
допуска. Однако это им не удается, если они не знакомы с мето-
дикой и приемами такого способа настройки.
При желании приблизить настроечный размер к выгодной
границе поля допуска прежде всего возникает вопрос, какой
Должна быть величина настроечного размера LHP и отчего она
зависит. Ответом на это является следующее.
Если допустить, что в процессе резания величина износа ин-
37
струмента равна нулю и влияние его не сказывается на измене-
нии размеров деталей, то целесообразно было бы величину на-
строечного размера принять равной среднему размеру между
двумя предельными допускаемыми размерами, т. е. равной
(фиг. 27)
J ___^нб + ^нм_ I
ijnp с' иср-
Тогда центр рассеивания размеров совпадал бы со срединой поля
допуска. Если при этом поле допуска 8 больше поля рассеива-
ния размеров, равного 68О, то будет гарантирована 100% годность
всех обработанных деталей; при 8<;68О не исключена возмож-
ность, что часть из них окажется браком. На практике поле
допуска задают обычно значительно больше поля рассеивания
размеров.
Однако для большинства видов обработки характерно направ-
ленное изменение средних размеров, связанное в основном с из-
носом инструмента: при обработке наружных поверхностей они
возрастают, а при обработке внутренних уменьшаются. Поэтому
если при обработке, например, наружных поверхностей, настроеч-
ный размер LHp будет равен среднему размеру, то часть поля
допуска опять же останется неиспользованной для уменьшения
количества настроек. Количество деталей п (фиг. 28, а), обрабо-
танных в промежутке между двумя настройками, будет тоже
сравнительно мало, а общее время, затрачиваемое на настройку,
велико. Если настроечный размер LHp уменьшить и сделать его
I авным наименьшему предельному размеру LHM, то в начале об-
[аботки, сразу же после настройки, в связи с явлением рассеи-
вания размеров некоторая часть деталей может получиться с раз-
мерами, выходящими за минимальный предел их (фиг. 28, б), что
повлечет за собой появление неисправимого брака. Поэтому хотя
количество обработанных деталей п2 в промежутке между двумя
настройками резко возрастет, нельзя рекомендовать к практиче-
скому применению настройки, где LHp=LHM.
Чтобы исключить возможность возникновения неисправимого
брака в данном случае, настроечный размер следует несколько
сдвинуть вверх, в сторону верхней границы, увеличив его ровно
па половину поля рассеивания размеров, равного Зо0 (фиг. 28, в),
т. е. принять его равным LK/)=LK1I-j-3o0. Только в этом случае
будет полностью использована величина поля допуска: количест-
во деталей, обработанных в промежутке между двумя настройками,
достигнет максимального значения, количество настроек — мини-
мального, а производительность труда возрастет.
Настроечный размер, при котором все поле допуска исполь-
зовано для увеличения промежутка времени между двумя на-
стройками и для снижения частоты настроек, в дальнейшем будем
называть оптимальным настроечным размером и обозначим его
через Lo. Из предыдущего следует, что при обработке наружных
38
Фиг. 27. Г рафик случайного рассеивания размеров
при отсутствии систематических изменений.
Фиг. 28. Графики случайного и систематического
изменений размеров:
а — при нерациональной настройке; б —- при условии, что настроечный
размер равен предельному наименьшему размеру L^iM; в — при
условии, чТо настроечный размер LHp равен оптимальному его зна-
чению Lo.
39
поверхностей тел вращения оптимальный настроечный размер при
одной настройке равен
^о = -^н.1(+3сг(1,
а при обработке внутренних поверхностей (отверстий)
3<т0.
Настройки, у которых величина настроечных размеров равна
оптимальным значениям их, в дальнейшем будем называть опти-
мальными, или рациональными, настройками, а также настрой-
ками по оптимальным настроечным размерам.
Настройка станков по оптимальному настроечному размеру
обеспечивает возможность повышения производительности труда
станочников. Для такой настройки необходимо прежде всего оп-
ределить численные значения оптимальных настроечных размеров
Lo, а затем установить режущий инструмент в положения, при
которых получаются не любые, а именно оптимальные значения
этих размеров. Выясним, какая должна быть величина оптималь-
ного настроечного размера не единичной, а множества настроек.
Во-первых, из предыдущего известно, что даже при неизменной
настройке и при условии, что величина систематических погреш-
ностей равна нулю, фактические размеры партии деталей будут
непостоянными. Такой характер случайного изменения размеров
показан на фиг. 28. Напомним, что случайное изменение размеров
обусловлено неоднородной твердостью обрабатываемого материа-
ла, неравномерностью или непостоянством припуска на обработ-
ку и т. д. В значительной мере рассеивание размеров зависит от
того,что образующие режущие кромки инструмента при подводе
его для обработки очередной детали не занимают положения, со-
ответствующего предыдущему положению (см. табл. 2). Случайное
отклонение размеров деталей по этим причинам назовем погреш-
ностью фактических отклонений размеров. Величину среднего
квадратического рассеивания размеров при неизменной настройке
обозначим символом <з0. Значение. величины <з0 зависит от станка и
вида операции. Величина Lo должна быть установлена таким об-
разом, чтобы случайные фактические размеры обработанных де-
талей не выходили за пределы нижней границы допуска. Только
при этом условии в процессе обработки не будет появляться брак.
Во-вторых, точное значение любого настроечного размера, в
том числе и оптимального, можно определить, если известно точ-
ное значение центра группирования случайных фактических раз-
меров. Последнее можно определить лишь на основании математи-
ческой обработки результатов измерения большого количества
деталей, что, однако, связано с затратой большого количества вре-
мени. Поэтому практически при настройке станков центр группи-
рования определяют, ограничиваясь результатами измерения не-
большого количества деталей (4—5 шт.). Этим обусловлено воз-
никновение одной из составляющих погрешностей настройки. Так
40
как центр группирования определен не точно, а приближенно, то
настроечный размер каждой следующей настройки не равен раз-
меру предыдущей. На графике это означает, что точка А (фиг. 28, в)
при каждой последующей настройке или поднастройке сместится
или вниз, или вверх, приближаясь к нижней границе допуска либо
удаляясь от нее.
Величина смещения точки А, или погрешность положения на-
строечного размера, определяется не только точностью определе-
ния центра группирования. Из предыдущего известно, что поло-
жение образующих режущих кромок инструментов, установлен-
ных взамен изношенных, не соответствует точному положению
кромок предыдущих инструментов. Поэтому фактический центр
группирования (точка А) будет смещаться при каждой последую-
щей настройке. Погрешности обработки, обусловленные неточ-
ностью определения центра группирования и смещением образую-
щих режущих кромок инструментов при каждой последующей
настройке, назовем погрешностями установки. Величину среднего
квадратического рассеивания размеров, связанную с ними, обоз-
начим символом ayOTJ-
В-третьих, известно, что при определении размеров детали
появляются погрешности измерения. Так как при настройке ори-
ентируются по данным о размерах детали, то погрешности изме-
рений вызывают погрешности обработки. Эти случайные погреш-
ности назовем погрешностями измерения и величину среднего
квадратического рассеивания размеров по этой причине обозначим
символом сгИЗЛ1.
Итак, если иметь в виду не одну настройку, а достаточно
большое количество их, то общее поле рассеивания размеров 6о
при заданной величине настроечного размера, в частности опти-
мального его значения Lo, будет определяться полем рассеивания
фактических размеров 6о0, полем рассеивания погрешности уста-
новки 6ovcm и полем рассеивания погрешности измерения 6а„,„.
Складываясь по закону величин случайного характера, эти три
вида рассеивания образуют общую величину поля рассеивания 6а.
Представление об общей величине поля рассеивания при токарной
обработке может дать табл. 3.
Таблица 3
Полное рассеивание при настройке (по Соколовскому А. П.)
Размер обработки в мм Обычная точность в мк Повышенная точность в мк
10— 30 54 18
30— 50 55 22
50— 80 57 26
80—1'20 62 36
120—180 77 58
41.
Величина оптимального настроечного размера Lo для некото-
рого множества настроек должна быть установлена такой, чтобы
случайные фактические размеры, будучи в поле рассеивания бет,
не выходили за пределы границ допуска. Только при этом усло-
вии возможность появления брака в процессе обработки будет
исключена. Это означает, что оптимальный настроечный размер
должен быть равным при обработке наружных поверхностей тел
вращения
Ь„=ЬИЛ+За;
при обработке внутренних поверхностей
Ln= Ьнб За.
Величина поля рассеивания настроечных размеров 6с относит-
ся к комплексному понятию, во многом зависящему от конкрет-
ных условий работы. Как определить численную величину Lo,
рассказано ниже.
2. ПОНЯТИЕ О СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБАХ РАЦИОНАЛЬНОЙ НАСТРОЙКИ
И ОБ ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ
Все существующие методы обычных и рациональных настроек
можно разделить на две группы: к первой группе относится ранее
изложенный метод пробных проходов, метод пробных деталей; ко
второй — настройка по эталонам и взаимозаменяемая настройка.
Обе группы настроек могут быть рациональными или обычными
в зависимости от того, как осуществляется настройка и какими
при этом пользуются мерительными инструментами. Например,
если размеры при пробной обработке проверять предельными ка-
либрами, то можно осуществить лишь обычную настройку.
А. Б. Яхин предложил проверять размеры пробной обработки спе-
циальными калибрами настройки с суженным полем допуска на
настроечный размер, расположенный вблизи нижней границы
поля допуска на обработку. Такой способ настройки обладает
преимуществами рациональных настроек. Однако внедрение его
связано с дополнительными затратами на изготовление калибров.
Поэтому предложение А. Б. Яхина не нашло широкого примене-
ния.
Если контролировать размеры пробной обработки универсаль-
ными мерительными инструментами, то можно осуществить обыч-
ную и рациональную настройку.
Внедрение рациональной настройки по данным о размерах
пробной обработки не требует никаких дополнительных матери-
альных затрат. В этом преимущество способа настройки по проб-
ной обработке. Однако она обладает также некоторыми недостат-
ками, заключающимися в необходимости затрат некоторого времени
на пробную обработку, измерение, обработку результатов изме-
рений и последующую корректировку положения режущих инст-
42
рументов. Поэтому не во всех случаях можно рекомендовать такой
способ настройки. В крупносерийном и массовом производстве
предпочтительнее осуществлять настройку с помощью эталонов,
а также взаимозаменяемую настройку. Внедрение настройки по
эталонам и взаимозаменяемой настройки связано с затратами на
изготовление средств настройки. В мелкосерийном производстве
такие затраты экономически не оправдываются, в крупносерийном
и массовом производстве они окупаются в сравнительно короткий
срок в связи с сокращением времени настройки.
При рациональной настройке в большинстве случаев в процессе
обработки необходимо контролировать размеры деталей, и когда
они приближаются к предельной границе допуска, следует либо
корректировать положение инструментов, либо настраивать станки
вновь. Это является недостатком такого способа настройки. Не
имеют этого недостатка устройства автоматической поднастройки,
а также устройства автоматической смены инструментов.
При автоматической поднастройке положение инструментов
корректируется в зависимости от положения фактического размера
обрабатываемых деталей в поле допуска. При этом размеры опре-
деляют в процессе обработки или после окончания ее. Способы
автоматической поднастройки обеспечивают достижение наиболь-
шей производительности труда. В дальнейшем по мере развития
и совершенствования средств автоматизации они будут находить
все более широкое применение.
Раньше было отмечено, что при рациональной настройке непре-
рывный рост размеров в процессе обработки вследствие износа ин-
струмента происходит в более широком диапазоне поля допуска на
обработку. Поэтому количество деталей, обработанных в проме-
жутках между двумя очередными настройками или поднастрой-
ками, увеличивается примерно в два раза в сравнении с количе-
ством деталей, обработанных при обычной настройке. На заводах
1ГПЗ и ЗИЛ внедрение рациональной настройки позволило по-
высить производительность труда на 20—25%.
Применение рациональных способов настройки дает возмож-
ность уменьшить допуск на последующую обработку. Многие де-
тали, например, после чистовой токарной обработки поступают
на шлифование. Некоторые из них перед этим проходят термиче-
скую обработку. Опытом установлено, что при рациональной на-
стройке станков детали на шлифование в общей массе поступают
с припуском, на 0,1—0,15 мм меньшим припуска деталей, обрабо-
танных на станках при обычной настройке. Такое уменьшение
припуска позволяет повысить производительность труда при ра-
боте на шлифовальных станках на 10—15%.
Рациональная настройка является также весьма важным сред-
ством снижения брака. При обычной настройке вероятность по-
явления брака по причине случайного рассеивания размеров ве-
лика, так как настроечный размер близок к границе поля допуска.
Сравнительно частый выход размеров обрабатываемых деталей за
43
допускаемые пределы в связи с износом инструментов тоже увели-
чивает вероятность появления брака. Пробные детали при обычной
настройке, как правило, уходят в брак. При взаимозаменяемой
настройке и настройке по эталонам возможность появления этого
вида брака исключена. При автоматической поднастройке вероят-
ность появления брака близка к нулю.
В случаях, когда время рациональной настройки резко сокра-
щено, представляется возможным, кроме того, повысить произво-
дительность труда за счет увеличения режимов резания, повыше-
ния скорости резания и увеличения подачи.
Новые способы осуществления рациональной настройки рас-
смотрены в следующих разделах. В качестве первого примера ниже
подробно рассмотрена настройка, основанная на результатах из-
мерения размеров после пробной обработки или на результатах из-
мерения размеров пробных деталей.
3. РАЦИОНАЛЬНАЯ НАСТРОЙКА, ОСУЩЕСТВЛЯЕМАЯ ПО
РЕЗУЛЬТАТАМ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОБНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Рациональная настройка, при которой размеры пробных дета-
лей или размеры, полученные после пробной обработки, определя-
ют универсальным мерительным инструментом, была впервые
применена на Московском автомобильном заводе им. Лихачева.
Авторами ее являются В. И. Гостев и А. А. Сыроегин. Внедре-
нию рациональной настройки предшествовали длительные иссле-
дования, основной целью которых было определение того, каким
образом располагаются в поле допуска фактические размеры дета-
лей, обработанных на различных станках при обычной настройке
(на токарных автоматах и полуавтоматах, на многорезцовых, рас-
точных, шлифовальных, зубообрабатывающих и на других станках).
Результаты исследования показали, что при обычной настройке,
при которой мерителями являются предельные калибры, факти-
ческие размеры деталей расположены в основном вблизи верхних
границ полей допусков. Это означает, что при обработке деталей
на станках, настроенных обычным способом, практически исполь-
зуется лишь незначительная часть общей величины поля допуска
на обработку. Как было сказано раньше, при таком использовании
поля допуска размеры обрабатываемых деталей в связи с износом
режущих инструментов сравнительно быстро выходят за допус-
каемые пределы, а частота настроек и время, затрачиваемое на
них, возрастают. Это явилось основной причиной, обусловившей
необходимость разработки новых способов настройки по оптималь-
ным настроечным размерам с использованием для контроля раз-
меров универсальных мерительных инструментов.
Авторами рассматриваемого способа настройки были разрабо-
таны нормы (табл. 4) по выбору цены деления мерительного инстру-
мента в зависимости от общей величины поля допуска на размер
детали. Ими же была разработана своя методика определения ве-
44
Таблица 4
Выбор мерительного инструмента для настройки (по В. И. Гостеву и
А. А. Сыроегину)
Допуск на размер в мм Наименование измерительных средств для рациональной настройки 1 Цена деления ин- струмента в мм
0,5 и более 0,25—0,5 0,05—0,25 Валы Штангенциркуль Штангенциркуль Микрометр 0,1 0,05 0,01
0,010—0,050 Чувствительно-рычажный микрометр Оптико-механический прибор типа «Микрозис» 0,002 0,002
0,005—0,010 Миниметр с измерительным столиком Оптико-механические приборы типа «Микрозис» Вертикальный оптиметр 0,001 0,001 0,001
0,002—0,010 0,5 и более 0,25—0,5 0,05—0,25 Оптико-механический прибор типа «Микрозис» Длиномер «Калибр» с поплавковым указателем (ротаметр)и пневматиче- скими скобами Отверстия Штангенциркуль Штангенциркуль Индикаторный нутромер (пассиметр) 0,0005 0,0005 или 0,001 0,1 0,05 0,01
0,010—0,050 Индикаторный нутромер (пассиметр) с микроиндикатором Оптико-механический прибор типа «Микрозис» с приспособлением для внутренних измерений 0,002 0,002
0,005—0,010 Оптико-механический прибор типа «Микрозис» с приспособлением для внутренних измерений Длиномер «Калибр» с поплавковым указателем (ротаметр) и пневматиче- скими пробками Горизонтальный оптиметр 0,001 0,001 0,001
0,002—0,010 Оптико-механический прибор типа «Микрозис» с приспособлением для внутренних измерений Длиномер «Калибр» с поплавковым указателем (ротаметр) и пневматиче- скими пробками 0,0005 0,001 пли 0,0005
45
личины оптимального настроечного размера и допусков на его
отклонение, а также методика определения фактического настроеч-
ного размера.
Для контроля размеров авторы рекомендуют пользоваться ме-
рительным инструментом, цена деления которого равна примерно
х/6—Vog величины поля допуска на обработку.
Определение настроечного размера по формулам затруднитель-
но и не всегда возможно. Основная трудность заключается в том,
что входящая в формулы величина а — это среднее квадратиче-
ское рассеивание размеров не данной настройки, а множества их.
Определение численного значения а требует затраты большого ко-
личества времени. Авторы поэтому предложили практически сле-
дующий оправдавший себя упрощенный способ определения оп-
тимального настроечного размера. Заключается он в следующем.
На основании данных о размерах пяти деталей, обработанных
при любой, но обязательно неизменной настройке, сначала опре-
деляют величину размаха IV изменения фактических размеров де-
талей, т. е. величину разности между наибольшим и наименьшим
из пяти размеров. При обработке, например, тел вращения вели-
чина размаха (рассеивания размеров) будет равна
W=£)„6 — DHM,
где D'h6 и DHm — наибольший и наименьший из пяти размеров диа-
метров обработанных деталей.
Пользуясь затем положениями теории вероятностей, опреде-
ляют приближенное значение среднего квадратического с' рассе-
ивания размеров при данной настройке, характеризующейся видом
обработки и условиями работы. Еще раз следует подчеркнуть,
что о'—это среднее квадратическое рассеивание размеров при
данной настройке в отличие от о, представляющей среднее квад-
ратическое рассеивание множества настроек на заданный опти-
мальный настроечный размер. Величину сг' определяют по формуле
, W W
о =—=--------.
dm 2,326
По данным о величине а' определяют величину оптимального
настроечного размера Lo. При обработке наружных поверхностей
вращения его определяют по формуле
а при обработке внутренних поверхностей вращения по формуле
Lq = Lh6 кз',
где к — коэффициент, зависящий от вида обработки.
Численные значения к, указанные на фиг. 29, получены на
основании обработки большого количества статистических дайных
о фактических размерах деталей. Например, для токарных и бес-
центровых станков к=2,7, для зубошлифовальных к=3,3 и т. д.
46
Полученный после первоначальной настройки настроечный размер
по причине случайного характера, как правило, будет отличаться
от заданного оптимального настроечного размера. Поэтому после
первоначальной настройки проверяют соответствие фактического
и оптимального настроечных размеров. Фактическим настроечным
размером в рассматриваемом способе настройки принято считать
величину, равную среднему арифметическому размеров пяти обра-
ботанных после настройки станка деталей. Если отклонение фак-
тического настроечного размера Lo от оптимального не превышает
величины ±2с/, настройку считают законченной. В противном
случае корректируют положение режущих инструментов повторно.
Фиг. 29. График определения коэффициента к при определении величины опти-
мального настроечного размера.
Величина + 2а' является допуском на отклонение фактическо-
го настроечного размера от оптимального его значения. Величи-
на фактического настроечного размера должна находиться в пре-
делах
L0~L0 + 2о'.
Численные значения Еоио' должны быть записаны в технологи-
ческой карте или в карте наладки.
Сравнительно простая методика определения фактических L'o
и оптимальных Ьо настроечных размеров, простота приемов на-
стройки— это преимущества рассматриваемого способа. Недостатком
его является несколько большая затрата времени в сравнении
со временем, затрачиваемым на обычную настройку, что в основ-
ном связано с определением фактического настроечного размера.
47
Опыт показывает, что время такой единичной настройки в срав-
нении с обычной при достаточном навыке настройщика увеличи-
вается на Ю—15%. Однако это компенсируется тем, что часто-
та настроек резко сокращается, общее количество времени на на-
стройки уменьшается и производительность труда возрастает.
По данным автомобильного завода им. Лихачева, внедрение тако-
го способа настройки позволило повысить производительность
труда станочников на 15—30%.
Данный метод определения оптимальных и фактических на-
строечных размеров настолько прост, что его может осуществить
каждый настройщик в условиях цеха. Покажем это на следующем
примере.
Требуется определить величину оптимального настроечного
размера для чистовой обточки вала диаметром 61_0)2 лии на мно-
горезцовом станке.
Для этого сначала определим величину поля IV рассеивания
размеров пяти деталей, обработанных при любой неизменной на-
стройке станка.
IV = d'h6—d'hm.
будет равна
Из сказанного ранее известно, что она равна
Допустим, что IV =0,07 мм. Тогда величина о’
, W 0,07 ПАо
а =-------=—— = 0,03 мм.
2,326 2,326
Пользуясь графиком выбора коэффициента, найдем, что вели-
чина оптимального настроечного размера Lo должна быть равной
%=60,8+2,7x0,03 = 60,88 мм.
Учитывая величину допуска, равную 2а', найдем, что факти-
ческий оптимальный размер Lo должен находиться в пределах
Lo = 60,88 ±0,06 мм.
Пользуясь табл. 4, можно подобрать необходимый для контроля
размеров измерительный инструмент. В данном случае подходя-
щим инструментом является микрометр. Настройку считают за-
конченной, если среднее арифметическое размеров пяти пробных
деталей будет находиться в пределах 60,88 + 0,06 мм.
Рассматриваемым способом можно настраивать станки общего
назначения мелкосерийного производства, а также станки крупно-
серийного и массового производства. Однако, учитывая основной
недостаток такого способа — сравнительно большое время, затра-
чиваемое на настройку,— его можно рекомендовать лишь для на-
стройки станков мелкосерийного производства. Станки крупносе-
рийного и массового производства следует настраивать более со-
вершенными способами, при которых время настройки значительно
меньше. Сущность таких способов рассмотрена ниже.
ГЛАВА III
РАЦИОНАЛЬНАЯ НАСТРОЙКА. ОСУЩЕСТВЛЯЕМАЯ
С ПОМОЩЬЮ ЭТАЛОНОВ И УСТАНОВОВ
I. СУЩНОСТЬ СПОСОБОВ НАСТРОЙКИ
ПО УСТАНОВАМ И ЭТАЛОНАМ
Способ настройки станков с помощью установов и эталонов на-
шел на производстве широкое применение. Время, затрачиваемое
на настройку этим способом, меньше времени настройки по данным
о размерах пробной обработки. В этом заключается преимущество
рассматриваемого способа.
Сущность способа настройки по установам была изложена рань-
ше. Напомним, что при этом способе рабочие положения режущего
инструмента определяют, доводя их образующие режущие кромки
до касания с поверхностями уста-
новов или щупов, находящихся
на поверхностях установов.
Эталон, по которому настраи-
вают станок, имеет форму детали.
Обычно его закаливают и шли-
фуют. При настройке эталон уста-
навливают на станок вместо об-
рабатываемой детали (фиг. 30),
а суппорты с резцедержателями
доводят до положений, занимае-
мых ими в момент, когда заканчи-
вается обработка детали. При та-
ком положении суппортов инстру-
менты закрепляют в резцедержа-
телях после того, как образующие
Фиг. 30. Настройка станка
по эталону.
режущие кромки их доведены
до соприкосновения с соответствующими поверхностями эталона.
Процесс настройки заканчивается закреплением инструмента и
последующим отводом суппортов в исходные положения.
В процессе установки инструментов по установам и эталонам
сила резания отсутствует и не деформирует систему деталь —•
станок — инструмент. Настройка, осуществляющаяся при этом
4 В. И. Ишуткин
49
условии, получила название статической. При обработке сила ре-
зания деформирует систему, изменяя относительное положение
инструментов и детали. Поэтому размеры эталонов должны быть
подобраны таким образом, чтобы после отжатий, возникающих под
действием силы резания, настроечные размеры были равными или
близкими к оптимальным их значениям.
В литературе иногда рекомендуют принимать размеры этало-
нов равными средним арифметическим от максимальных и мини-
мальных размеров, определяющих величину допуска на обработку.
Однако величина отжатия зависит от режимов резания, жесткости
системы, состояния станка, которые могут изменяться в широких
пределах, и от других причин. Поэтому такое мнение для подав-
ляющего большинства случаев настройки по эталонам следует счи-
тать ошибочным.
Размеры эталонов можно определить, пользуясь или специ-
альной методикой расчета, или опытными данными о фактических
размерах деталей, обработанных после настройки. Последний
способ определения размеров эталонов обладает рядом преиму-
ществ и является более приемлемым. Оба способа рассмотрены
в следующих разделах.
2. РАСЧЕТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЭТАЛОНОВ
Если допустить, что жесткость системы станок — деталь —
инструмент бесконечно велика и отжатия, вызываемые силой ре-
зания, равны нулю или пренебрежимо малы, то диаметр эталона
должен быть равным оптимальному настроечному размеру, т. е.
D3m = L0. Это означает, что при обработке наружных и внутрен-
них поверхностей диаметры эталонов соответственно должны быть
равны
Dsin “Е 3<3, D3m LHg Зо.
Величина среднего квадратического о в формулах [7] определя-
лась рассеиванием фактических размеров деталей, рассеиванием раз-
меров, обусловленным установкой инструментов, и рассеиванием,
связанным с погрешностью измерения. В последних же формулах
величина <з не зависит от погрешности измерения, поскольку уста-
новку инструментов осуществляют не по результатам измерения,
а по эталону. Здесь величина <з зависит от погрешности установ-
ки эталона. Поэтому правильность установки его следует тща-
тельно проверять и не допускать биения эталона. Кроме того,
величина о в последних формулах будет определяться погреш-
ностью, связанной с определением величины поправки на размер
эталона.
Однако практически при обработке под действием силы реза-
ния всегда возникают отжатия (фиг. 31). По этой причине диа-
метры наружных обработанных поверхностей возрастают, а внут-
ренних уменьшаются. Это приводит к тому, что и в первом, и
50
во. втором случае настроечные размеры значительно отклоняются
от оптимальных значений. Если при точении общая величина от-
жатия равна А, то устранить возможность такого отклонения
настроечных размеров можно, уменьшив диаметры эталона, если
он предназначен для настройки на обработку наружных поверх-
ностей, и увеличив их, когда он предназначен для настройки
станка на обработку внут-
ренних поверхностей нз
величину 2А. Поэтому
предыдущие формулы дол-
жны принять вид
Dsm^LHM+3u -2А;
— Зо4-2А.
На размеры эталонов,
кроме того, влияет шеро-
ховатость поверхности об-
Фиг. 31. Поправки Д к размеру эталона
возникающие в связи с упругими отжатиями
и зазорами.
2АН, а внутренний умень-
работаннои детали. При
высоте шероховатости гре-
бешков Ан (фиг. 32) наруж-
ный диаметр детали в срав-
нении с диаметром эталона увеличится на
шится на такую же величину, что тоже вызовет отступление от
оптимальных настроечных размеров. Поэтому значения наружных
диаметров следует уменьшить на величину 2АН, а внутренних
увеличить и формулы переписать так:
^=^4-30 - 2А - 2АН; £»зт=Ьнб - Зо+2А-|-2Дн.
Фиг. 32. Поправки Д„ к размеру эталона, возни-
кающие в связи с шероховатостью обработанной
поверхности.
Слагаемые 2А-р2Ан— это поправка Аппр, на которую необхо-
димо уменьшить настроечный размер, чтобы получить диаметр
эталона для наружного точения, и увеличить его, чтобы получить
диаметр эталона для внутреннего точения. Поэтому окончательно
формулы запишутся в таком виде:
= ^нм 4* Аппр» D3;h За -|- А,ш/).
4* 51
Отжатие А обусловлено упругой деформацией системы Д,,5
в радиальном направлении и величиной зазоров Аза,. Поэтому
A —A^-j-ДЗЙЗ (фиг. 31, б). Следовательно, величина поправки
будет равна
&ппр = 2(Луй + ^заз + А«)-
Если известна жесткость системы /, то величину упругой де-
формации можно определить, пользуясь либо специальными таб-
р
лицами (табл. 5), либо уже известной формулой А Вели-
/
чина АЗЙЗ зависит от состояния станка. По данным А. П. Соко-
ловского, при нормальном состоянии станка численное значение
ее изменяется в пределах А,ЙЗ = 10-Т20 р. Величину поправки
на шероховатость поверхности обработанной детали можно опре-
делить, пользуясь табл. 6, а величину с—ранее указанным спо-
собом.
Таблица 5
Поправка на упругие деформации при двусторонней обработке деталей
Жесткость системы в кг {мм Усилие резания Р& в кг
25 50 100 200 400
Д , в мк
500 50 100 200 400 800
1000 25 50 100 200 400
2000 12,5 25 50 100 200
4000 12,6 12,5 25 50 100
Таблица 6
Поправка на шероховатость обработанной поверхности при двусторонней
обработке деталей (по А. П. Соколовскому)
Класс шероховатости по ГОСТ 2789—51 4 5 6 7 8
Поправка Ди в мк 40—80 20—40 13—20 6—13 3—6
Формулы, определяющие диаметральные размеры эталона,
принципиально верны. Однако в связи с тем, что величина поправ-
ки А„пр и поле рассеивания размеров детали в значительной мере
зависят от станка и характера операции, результаты расчетов по
точности не вполне удовлетворительны. Изложенный способ рас-
чета можно применять лишь для определения размеров эталона
при одноинструментальной обработке. При многоинструменталь-
52
ной обработке режущие инструменты в большинстве случаев всту-
пают в работу в некоторой последовательности и силы резания
прикладываются к системе неодновременно, действуя подчас во
взаимно противоположных направлениях и обусловливая неопре-
деленность значения упругих отжатий Поэтому определение
размеров эталона для многоинструментальной обработки по этим
формулам затруднительно и практически не оправдывает себя.
В этих случаях лучше определять размеры эталона опытным путем.
Способ настройки по эталону уступает по точности настройки
способу по пробной обработке. Объясняется это сравнительно боль-
шой погрешностью установки режущих инструментов, представ-
ление о которой может дать табл. 7, а также некоторыми другими
причинами.
Таблица 7
Погрешности установки инструмента при статической настройке
(по А. П. Соколовскому и Н. И. Фадееву)
Способ установки Погрешность установки Д в мк уст Погрешность на динметр обработ- ки в мк
Закрепление резца винтами резцедержателя после касания его с эталоном 100—130 200—260
Подвод к эталону закрепленного s резце- держателе резца винтом поперечной по- дачи 20—30 40—50
Подвод резца к эталону винтом поперечной подачи и определение его положения с помощью бумажного щупа’ 10-20 20-40
То же, но с помощью металлического щупа 7—10 15—20
На омском «Сибзаводе» опробован и внедрен опытный способ
определения размеров эталона для настройки многорезцовых стан-
ков, предложенный П. А. Пакидовым. Сущность, его заключается
в том, что вначале изготовляют эталон по предварительным разме-
рам, а затем на основании данных о размерах партии деталей проб-
ной обработки уточняют размеры эталона, доводя их до значений,
обеспечивающих настройку станка на оптимальный размер.
Каждый из предварительных диаметральных размеров эталона
определяют по формуле
Г) ______®нбТ-РнМ Г) I '*
LJam предв ~ '
По изготовленному с предварительными размерами эталону
настраивают станок и обрабатывают партию деталей, корректируя
настройку перед обработкой каждой следующей детали. Коррек-
тировка положения инструментов необходима для того, чтобы
учесть погрешности установки, уменьшить влияние на размеры
обрабатываемых деталей износа режущих инструментов и в даль-
53
нейшем более точно определить величину поправок для внесения
в размеры эталона с целью приближения настроечных размеров
к оптимальным значениям их.
По П. А. Пакидову, партия пробной обработки должна вклю-
чать не менее 100 деталей. Однако пробная обработка такого ко-
личества деталей, их измерение и последующая обработка данных
о размерах связана с рядом трудностей. Поэтому для ускорения
получения данных о поправках, хотя и с несколько меньшей точ-
ностью, можно брать пробную партию деталей из десяти штук.
Размеры деталей следует определять, пользуясь микрометром.
По максимальному D„6 и минимальному DHM из десяти диа-
метров деталей можно определить размах IV случайного измене-
ния размеров. Как известно, он равен
W—DH6— DHM,
тогда среднее квадратическое рассеивание десяти размеров можно
определить, пользуясь формулой
IV
о =------.
3,078
Поле случайного рассеивания размеров равно 6 ст. Кроме рас-
сеивания размеров, связанного с обычными причинами, в данном
случае оно включает погрешности установки инструментов при
настройке, так как положение режущих инструментов корректи-
ровалось перед обработкой каждой следующей детали партии.
Если известна величина о, то оптимальный настроечный раз-
мер равен
Среднее арифметическое значение диаметра Dcp из десяти раз-
меров диаметров каждой ступени деталей, равное
Г) +^10
ср 10
определяет величину настроечного размера. Он пока больше оп-
тимального значения, так как станок был настроен по эталону,
имеющему предварительные, заведомо увеличенные диаметральные
размеры D3mnpedB. Очевидно, разность между полученным настро-
ечным размером каждой ступени вала, равным Dcp, и соответ-
ствующим оптимальным размером Lo составляет численные значе-
ния тех поправок Д„„р, на которые следует уменьшить предва-
рительные диаметральные размеры эталона для того, чтобы при
последующих настройках настроечные размеры получились близ-
кими к оптимальным значениям. Если каждая поправка равна
^nnP—Dcp — Ln, то соответствующий окончательный диаметраль-
ный размер эталона каждой ступени должен быть равным
^этпреОе &ппр-
51
Обычно величина поправки мала, и размеры эталона исправляют
шлифованием.
Рассмотрим пример определения одного диаметра эталона,
предназначенного для настройки многорезцового станка для об-
работки ступенчатого вала. Диаметр одной из ступеней вала равен
63_0 74 мм. Следовательно, наименьший диаметр равен Они=63 —
— 0,74 =62,26 мм; поле допуска на обработку 8=0,74 мм. По-
этому предварительный диаметр эталона
Dsmnpede=62,26-f-°^=62,63 мм.
После обработки десяти валов и измерения их определено:
0^6=63,03мм; D^=62,80 мм; Dcp=62,92 мм и IK=D'h5 — D'hm=
=63,03 — 62,80=0,23 мм. Отсюда находим, что среднее квадра-
тическое рассеивание размеров равно
O=_W—=_2г?1 =0,074
3,078 3,078
и оптимальный настроечный размер
£0 =ОЧЛ1+3 ст=62,26+3 х0,074=62,48 мм.
Учитывая, что О,.р=62,92 мм, найдем величину поправки, равную
Л'„пр= Dcp— Ln = 62,92 — 62,48=0,44 мм
и окончательный размер диаметра эталона
D3m=D3mtlpede - Д;ШР=62,63 - 0,44 = 62,19 мм.
Таким же способом должны быть опреде-
лены окончательные диаметральные размеры
других ступеней эталона.
Как следует из примера, способ определе-
ния размеров эталона для оптимальной на-
стройки сравнительно прост и может быть
применен каждым квалифицированным на-
ладчиком в условиях цеха. Пользуясь эта-
лоном, можно настраивать револьверные
станки, многорезцовые автоматы и т. д.
Одной из существенных причин сравни-
тельно низкой точности настройки по этало-
ну (обычно не выше 4 класса точности) явля-
ются погрешности, которые вносятся при
установке резцов и их закреплении. Эти по-
Фиг- 33. Настройка
с помощью эталона
и щупа.
грешности можно снизить, если снабдить резцедержатели регу-
лировочными упорными винтами (фиг. 22, б) или применить для
настройки индикаторные упоры. Хороших результатов можно
достичь, если настраивать станки по эталону и щупу (фиг. 33).
В этом случае диаметральные размеры эталона должны быть умень-
шены на величину, равную двойной толщине щупа. Кроме того,
55
применение для настройки щупа обеспечивает возможность соот-
ветствующим подбором его толщины учитывать жесткость каждого
из станков и его состояние, когда один и тот же эталон используется
для настройки нескольких станков.
Время, затрачиваемое на настройку при помощи эталона, мень-
ше времени, затрачиваемого на нее по способу пробной обработки.
Поэтому затраты, связанные с изготовлением эталона, окупаются
в короткий срок. При настройке по эталону для контроля точности
обработки необходима периодическая проверка. Это вызывается
тем, что в процессе эксплуатации станок изнашивается, умень-
шается его жесткость, увеличивается погрешность обработки. Это,
в свою очередь, приводит к общей расстройке технологического
процесса и не обеспечивает оптимальной настройки по ранее рас-
считанному эталону.
Несмотря на преимущества способа настройки по эталону по
точности и затрате времени, он уступает способу взаимозаменяемой
настройки.
ГЛАВА IV
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМЫЕ НАСТРОЙКИ
1. ПРИНЦИП ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОЙ НАСТРОЙКИ И ПРИМЕРЫ
ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ
Взаимозаменяемыми называют такие способы настройки, при
которых любой новый инструмент или блок новых инструментов
может быть установлен вместо изношенных без последующей про-
верки и корректировки их положения. Принцип взаимозаменяе-
мости в машиностроении нашел широкое применение. Внедрение
его в производство позволяет собирать машины и заменять любые
изношенные детали их без какой-либо подгонки.
В простейшем случае при настройке можно достичь взаимо-
заменяемости, если зафиксировать в каком-либо определенном
положении регулировочный винт 1 (фиг. 34), определив этим
величину и неизменность размера А. Тогда при постоянной ве-
личине базового размера А заданный размер обрабатываемой
D
детали — после смены инструмента остается неизменным лишь
при условии строгого постоянства длины А1 всех сменных резцов.
Отклонение длины А1 на величину А влечет за собой откло-
нение диаметра обрабатываемого вала на величину Д£)=2ДА1.
Поэтому при взаимозаменяемых резцах необходима высокая сте-
пень точности длины их А1.
В рассмотренном примере условием достижения взаимозаме-
няемости является постоянство координатных размеров А и At.
В более общем случае взаимозаменяемость достигается при усло-
вии постоянства координат поверхностей, по которым базируются
инструменты, относительно станка и постоянства координат, об-
разующих режущих кромок инструментов относительно базовых
поверхностей самих инструментов.
Рассмотренный способ взаимозаменяемости резцов впервые
был внедрен на 1ГПЗ. Опыт завода показал, что время, затрачи-
ваемое на настройку таким способом, меньше времени, необходи-
мого на настройку всеми остальными способами. В этом его основ-
ное преимущество. Существенным недостатком рассмотренного
57
способа резцов постоянной длины является необходимость изго-
товления резцов с высокой точностью по длине. Это экономически
себя не оправдывает, так как длина резцов в связи с износом умень-
шается. Поэтому внедрение на предприятии взаимозаменяемой
настройки потребовало создания более рациональных конструк-
тивных форм ее элементов.
Вначале оказалось удобным осуществить взаимозаменяемую
настройку на базе дисковых круглых, а также призматических
резцов. При этом, чтобы дисковые резцы были взаимозаменяемы,
необходимо изготовлять их с высокой точностью по наружному и
внутреннему посадочному размеру. Призматические резцы необ-
ходимо изготовлять с высокой точностью по размерам, определяю-
щим расстояние между режущими кромками и опорной базирую-
щей плоскостью.
После переточки таких резцов расстояние между режущими
кромками и базовыми поверхностями не меняется, чем и опреде-
ляется возможность применения таких резцов для взаимозаменя-
емой настройки.
Круглый резец 7 (фиг. 35) обычно устанавливают в специаль-
ном резцедержателе, фиксируя его положение осью 5 по внутрен-
нему диаметру и штифтом 6 по передней грани. Благодаря такой
фиксации резец всегда занимает неизменное, вполне определенное
положение после его установки. Болт 2 и планка 8, один конец
которой опирается на призму 1, предназначены для крепления
резца. Ось 5 запрессована в корпусе резцедержателя 4, который
прикреплен к суппорту болтами 3.
Призматический резец 2 (фиг. 36) закреплен в корпусе резце-
держателя 4 винтом 1, головка которого имеет клиновидную форму.
Базами резца, обеспечивающими неизменность положения режу-
щих кромок, являются поверхности а и б, а также передняя грань,
опирающаяся на планку 3. Неизменность положения режущих
кромок будет обеспечена лишь при постоянной величине переднего
угла
Дальнейшее совершенствование элементов взаимозаменяемой
настройки привело к созданию резцов, снабженных регулируемыми
винтами 1 (фиг. 37). Наличие винта обеспечивает возможность вос-
станавливать заданную условиями настройки длину резца Ai.
Целесообразно регулировать длину Д1, пользуясь индикаторным
устройством (фиг. 38). Заслуживает внимания конструкция под-
резного взаимозаменяемого резца 2 (фиг. 39), установленного в мер-
ном пазу резцедержателя 1. Осевое положение резца определяется
нерегулируемым упором 3. Планкой 4 и винтом 5 резец закреплен
в держателе. Конструкция резцедержателя с жестким упором, по-
добным упору 3, неудобна при осуществлении первичной настрой-
ки станка, так как окончательное положение резцов можно осу-
ществить, пользуясь только винтом, которым регулируется дли-
на А1.
Легче осуществить первичную настройку при регулируемых
58
Фиг, 34. Размерная цепь
взаимозаменяемой настройки.
Фиг. 35. Оправка взаимозаменяе-
мых круглых дисковых резцов.
Фиг. 36. Крепление взаимозаменяемых
призматических резцов.
А ,
Фиг. 38. Схема проверки установоч-
ной длины А1 индикатором.
Фиг. 37. Резец с регулируемой уста
ковочной длиной
59
торцовых упорах 1 (фиг. 40), подобно тому, как это сделано на
шестишпиндельном полуавтомате М-128.
Оригинальными являются конструкция и крепление взаимо-
заменяемых фасонных резцов (фиг. 41), применяющихся на авто-
матах 1240-4 и 1240-6. Винтом 2, ввернутым в тело резца 1, и
контргайкой 3 обеспечивается возможность регулирования длины
Ai, что осуществляется обычно вне станка с помощью индикатор-
ного устройства. В резцедержателе / (фиг. 42) осевое положение
резца 2 определяется упором 7. К упору и опорной плоскости а он
поджат силой натяга пружины 4. Пружина оттягивает вниз план-
Фиг. 39. Крепление подрезного взаимозаме-
няемого резца.
ку 5 и соединенную с ней
штифтами 6 крепительную
тягу 3. Тяга снабжена
выступом с наклонной
плоскостью, благодаря че-
му резец прижат пружиной
одновременно и к упору,
и к плоскости а. Сила ре-
зания, возникающая при
обработке, прижимает ре-
зец к тем же базам, поэто-
му сила натяга пружины
мала. При таком способе
крепления резцов время,
затрачиваемое на их сме-
ну, значительно сокраща-
ется.
Аналогичной является
конструкция проходного
резца токарного автомата
(фиг. 43), где корпус рез-
цедержателя / прикреп-
лен к суппорту клином 2 и болтом 3. Тяга 5, крепящая резец
выступом к наклонной плоскости, установлена в прямоугольном
пазу корпуса и прикреплена к планке 6 штифтом 7. Благодаря
наклонной поверхности выступа тяги и такой же поверхности
паза в держателе резца последний прижат силой натяга пружи-
ны к поверхностям а и б и упору 8. Чтобы снять резец, необхо-
димо нажать рукой на планку 6 и сжать пружину 4. На снятие
изношенного резца и установку взамен его нового требуется
затратить 10—15 сек. При винтовом закреплении резца на такую
же операцию затрачивают 40—60 сек. Кроме того, точность уста-
новки резца при пружинном креплении его выше точности, дости-
гаемой при винтовом креплении. Поле рассеивания установки
при пружинном креплении в среднем равно 30 р.
Сравнительно легко удается осуществить взаимозаменяемую
настройку на базе многолезвийных вставок. Примером этого может
служить пятилезвийная твердосплавная пластинка 2 (фиг. 44),
60
Фиг. 40. Конструкция
регулируемых фиксирую-
щих упоров 1
Фиг. 41. Конструкция быстросменного взаимозаменяемого
призматического резца.
Фиг. 42. Крепление
быс тр ос менного
взаимозаменяемого
призматического
резца.
61
ориентированная относительно корпуса резца 1 штифтом 4 и пло-
скостями а и б. Клин 3 и винт 6 с шайбой 5 предназначены для
крепления пластинки. После износа одного из лезвий пластинку
повертывают и вводят в работу следующее лезвие. Болт 8 с контр-
гайкой 7 обеспечивает возможность регулирования длины А ь
Также используют трех-и шестилезвийные вставки. На Горьков-
ском автомобильном заводе и на некоторых заводах США для
взаимозаменяемой настройки применяют многогранные столбики
из твердых сплавов. Преимущество столбиков заключается в том,
что после переточки длина резца Ai остается неизменной.
Аналогичным способом в качестве элемента взаимозаменяемой
настройки используют твердосплавный круглый чашечный резец 4
Фиг. 43. Крепление быстросменного взаимозаменяемого
проходного резца.
(фиг. 45), прикрепленный к держателю 1 пружиной 2 и центри-
рующим стержнем 3. Неизношенный участок лезвия ставят в ра-
бочее положение, поворачивая резец вручную на некоторый угол
вокруг оси центрирующего стержня. Количество таких переста-
новок может меняться в пределах от 5—6 при черновой обработке
до 20 при чистовой. Чашечный резец, насаженный на оправку,
легко переточить по задней грани, установив оправку в центрах
круглошлифовального станка. Количество возможных переста-
новок чашечного резца больше количества перестановок, допускае-
мых многолезвийными резцами, и процесс переточки их более тех-
нологичен. В этом преимущество чашечных резцов перед многолез-
вийными вставками.
На многорезцовых станках в качестве основного элемента вза-
имозаменяемой настройки часто применяют сменные блоки инст-
62
рументов (фиг. 46). Положение инструментов в блоках устанавли-
вают вне станка, пользуясь специальными приспособлениями.
Необходимую точность установки блока в приспособлении и на
станке обеспечивают подбором соответствующих баз и фиксаторов.
Фиг. 44. Взаимозаменяемая Гоп-
разка для крепления многолез-
вийной вставки.
Фиг. 45. Взаимозаменяемая оправка
для крепления круглого чашечного
резца.
Применение таких блоков эффективно также в случаях, когда не-
обходимо сравнительно часто перестраивать станки на обработку
деталей, различных по форме и размерам.
Фиг. 46. Взаимозаменяемый блок инструментов.
Возможные варианты конструктивного оформления элементов
взаимозаменяемой настройки разнообразны. Здесь рассмотрены
лишь основные принципы способа взаимозаменяемой настройки,
освоив которые, наладчики смогут творчески применить его на
практике.
63
2. ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОЙ НАСТРОЙКЕ
И СПОСОБ НАСТРОЙКИ СТАНКОВ НА ОПТИМАЛЬНЫЙ
НАСТРОЕЧНЫЙ РАЗМЕР
Возможности взаимозаменяемой настройки могут быть наибо-
лее полно использованы лишь при условии, что фактические на-
строечные размеры будут равны оптимальным их значениям.
Из предыдущего известно, что оптимальный настроечный раз-
мер при обработке наружных поверхностей тел вращения равен
L0 = OM(4-3o. Следовательно, длина Д взаимозаменяемых резцов
должна быть установлена такой, чтобы после закрепления очеред-
ного резца вместо изношенного в процессе обработки получался
оптимальный настроечный размер. Для этого необходимо, во-пер-
вых, определить численное значение Lo и, во-вторых, установить
размер Аг, а также две другие координаты образующих режущих
кромок, если они существенно влияют на размеры обработки.
Но величина Lo зависит от среднего квадратического рассеивания
размеров а, величина которого во многом зависит от состояния
станка и характера операции. Вычислить ее предварительно не
всегда возможно. Поэтому величину о и величину Lo определяют
способом, подобным ранее изложенному, на основании данных о
размерах партии деталей пробной обработки. Для этого следует
сначала настроить станок на пробную обработку, при которой
размеры деталей получаются близкими к среднему размеру Dcp=
— Затем нужно обработать пробную партию, состоящую'
из пяти или десяти деталей, меняя резец перед обработкой каж-
дой очередной детали. По наибольшему и наименьшему размерам
определяют величину размаха изменения размеров IV и по нему
приближенное значение среднего квадратического о и величину До.
Если в партии было 5 деталей, то ст= , , а если 10, то о =
IV п , 2’326 ,
=------ . Разность между Lo и средним арифметическим между
3,078
пятью или соответственно десятью размерами обработанных дета-
лей составляет величину поправки &пПр, на которую следует
уменьшить размер Л, с тем, чтобы в дальнейшем настроечные разме-
ры были равными оптимальным значениям или близкими к ним.
Величина о в рассматриваемом случае зависит от фактического
рассеивания размеров при неизменной настройке, характеризую-
щегося величиной о^р, от погрешности установки резцов, харак-
теризующейся величиной ovcm, и от погрешности, возникающей
при регулировании координаты Ат, характеризующейся величиной
орг. Если накопить достаточное количество опытных данных
о численных значениях, определяющих величину каждой из трех
перечисленных погрешностей, то общее значение среднего квадра-
тического может быть вычислено по формуле
О— 1 ,2 у Оо5р+ ® уст 4~ °рг .
64
При конструировании элементов взаимозаменяемой настройки
и при использовании ее необходимо стремиться, чтобы общее
поле рассеивания размеров 6 о было по возможности меньшим,
так как при этом будет меньше величина L(l и поле допуска будет ис-
пользовано более полно, а промежуток времени между двумя
настройками возрастет. Чтобы уменьшить 6п, необходимо стре-
миться к уменьшению каждой из трех составляющих его погрешнос-
тей. Рассеивание размеров, характеризующееся величиной пфо, можно
уменьшить, снижая неравномерность припуска на обработку, не-
однородность твердости материала и т. д. Величина погрешности,
возникающей при установке резцов и характеризующейся вели-
чиной зависит от конструкции элементов настройки, в част-
ности элементов кпепления резцов и их жесткости. Опыт показал,
например, что при креплении державок взаимозаменяемых резцов
Фиг. 47. Приспособление для регулирования и проверки уста-
новочной длины резца
винтами (фиг. 39 и 40) в связи с деформациями погрешность
установки их достигает 100 мк. Погрешность установки можно
уменьшить до 60 мк, если установить прокладку между держав-
кой и закрепляющими винтами. При закреплении державок ско-
шенными втулками погрешность установки также меньше. Наи-
меньшая погрешность установки достигается при пружинном
креплении резцов, как это показано на фиг. 42 и 43, По данным
М. А. Эстерзоп, она не превышает 30 мк. Следовательно, при
конструировании закрепляющих устройств следует предусматри-
вать возможности уменьшения величины
Погрешность регулирования <тр8 можно существенно умень-
шить, применяя соответствующие приспособления для регулиро-
вания и контроля координат чувствительные мерительные инстру-
менты. Один из вариантов такого приспособления представлен на
5 В. И. Ишуткин
65
фиг. 47. На плите 1 укреп пен угольник 4, предназначенный для
базирования на нем резца по нижней а и боковой б поверхностям.
Вершина резца доведена до касания с поверхностью, базы 5 и
прижата к ней опирающейся торцом в регулировочный винт 8 пру-
жиной 7 и штоком 6, вмонтированным в кронштейн 3. На торец
другого конца штока опирается пуговка индикатора, показываю-
щего величину длины резца. Для настройки приспособления сле-
дует изготовить эталонный резец.
Подобное же приспособление изображено на фиг. 48.
Фиг. 48. Двухместное при-
способление для контроля и
регулирования установочной
длины резцов.
Если на станке установлено несколь-
ко резцов и длина их неодинакова, то
желательно приспособление для регу-
лирования установочной длины изгото-
вить с числом мест для установки рез-
цов и контроля, равным числу различ-
ных значений длины
Для увеличения точности регулиро-
вания установочной длины резцов же-
лательно, чтобы поверхности баз, на
которые опираются режущие образую-
Фиг. 49. Образование погрешности
обработки в связи с неточностью
установки вершины резца по вы-
соте.
щие кромки резцов в приспособлениях, имели форму и размеры
поверхностей, которые они обрабатывают. При таком условии
устраняется возможность возникновения погрешности обработки,
обусловленной неточностью расположения вершины резца по вы-
соте. Если, например, погрешность высоты расположения верши-
ны резца равна А// (фиг. 49), то при плоской базе для вершины
резца в приспособлении в процессе обработки возникает погреш-
ность AD. Если же поверхность базы будет иметь форму цилинд-
ра, диаметр которого равен диаметру обрабатываемой детали, то
возможность возникновения такой погрешности будет исключена.
Опыт показал, что точность регулировки установленной длины
резца с помощью приспособления сравнительно высока. Погреш-
ность ее не превышает 30р..
66
3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОЙ НАСТРОЙКИ
И ТОЧНОСТЬ ЕЕ
При надлежащей конструкции элементов взаимозаменяемой
настройки точность ее выше не только точности, достигаемой при
настройке с помощью эталонов, но и точности при настройке, осу-
ществляемой по размерам пробной обработки. По некоторым ли-
тературным данным, точность взаимозаменяемой настройки может
быть в два раза выше точности настройки способом пробной об-
работки. Поле рассеивания размеров при таком способе тоже су-
жается По данным А. В. Дербишера, поле рассеивания размеров
на многорезцовых станках при обычной настройке их равно 300 ми.
а при взаимозаменяемой 64 мк. Для уменьшения поля рассеива-
ния размеров и улучшения точности обработки следует пользо
ваться режущими инструментами с постоянной геометрией. На точ-
ность обработки и здесь могут оказывать влияние температурные
деформации резцов и системы в целом. Поэтому после перерывов
в работе и после первичной настройки станка необходимо контро-
лировать размеры деталей при нормальной температуре. При
взаимозаменяемой настройке особое значение имеет чистота базо-
вых поверхностей резцов и резцедержателей. Базы следует тща-
тельно очищать и следить за их износом. При взаимозаменяемой
настройке режущие инструменты заменяют при размерном, а не
при полном допустимом износе, что также положительно сказы-
вается на точности обработки и на удельном расходе инструмен-
тов. Опыт заводов показал, что при взаимозаменяемой настройке
расход рех<ущих инструментов уменьшается.
Способ взаимозаменяемой настройки относится к рациональной
настройке, поэтому он обладает всеми преимуществами ранее опи-
санных рациональных настроек. К ним относится уменьшение
брака, увеличение количества станков, обслуживаемых одним на-
ладчиком, примерно в 1,5 раза, увеличение скорости резания и
повышение эффективности использования режущих свойств твер-
досплавных инструментов и др. Важнейшим преимуществом рас-
сматриваемого способа настройки перед остальными является даль-
нейшее резкое сокращение времени, затрачиваемого на смену рез-
ца. Например, при пружинном креплении резцов на смену одного
резца требуется 15—40 сек. По данным А. В. Дербишера, до внед-
рения способа взаимозаменяемой настройки время настройки мно-
горезцового полуавтомата в течение смены составляло около
40 мин., а после внедрения составляет 3,24 мин. Количество вре-
мени, затрачиваемого на настройку некоторых станков автомати-
ческих линий 1ГПЗ способом взаимозаменяемой настройки, приве-
дено в табл. 8.
Для настройки таких станков обычным способом потребовалось
бы затрачивать времени в 4—6 раз больше, что значительно сни-
зило бы эффективность автоматических линий.
Как уже было отмечено, сокращение времени настройки и
5’ 67
'Таблица 8
Затраты времени на замену изношенного инструмента при взаимозаменяемой
настройке (по Г. М. Рывкину)
Тип станка Количество настраиваемых резцов Время замены в мин.
Двухблочный восьмишпиндельный автомат . 12 16,5
То же 16 19
Одношпиндельный автомат 7 9,5
Двухшпиндельный автомат 18 15
Шестишпиндельный автомат 20 15
возможность в связи с этим повышения режимов резания увеличи-
вают производительность труда. Поэтому затраты, связанные с
изготовлением элементов взаимозаменяемой настройки, окупаются
быстро.
ГЛАВА V
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПОДНАСТРОЙКА СТАНКОВ
1. СУЩНОСТЬ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДНАСТРОЙКИ
Все ранее рассмотренные способы настройки осуществляют
вручную. Размеры обрабатываемых деталей в процессе настройки
и обработки проверяют тоже вручную. В процессе настройки и под-
настройки станки не работают. Во многих случаях станки необхо-
димо останавливать для контроля размеров деталей. При рацио-
нальных способах настройки время на их выполнение резко умень-
шено, но простои, связанные с настройками и поднастройками,
и перерывы в работе станков по этой причине до конца не устра-
нены. Время, затрачиваемое на контроль размеров, уменьшилось
незначительно. В этом общий существенный недостаток всех ранее
рассмотренных способов. Его можно устранить, если контролиро-
вать размеры обрабатываемых деталей и поднастраивать станки
в процессе их работы. Этого достигают механизацией и автомати-
зацией процессов контроля размеров и поднастройки станков. Ме-
ханизация и автоматизация этих процессов представляют несрав-
ненно больше возможностей для повышения производительности
труда, чем прежние способы настройки. Для понимания дальней-
шего изложения сначала следует ознакомиться с содержанием
терминов «механизация» и «автоматизация».
Под термином «механизация» понимают мероприятия, в резуль-
тате осуществления которых физический труд людей заменяется
работой машин. Поясним это несколькими примерами примени-
тельно к широко известному токарному станку.
Первые изобретенные человеком токарные станки приводились
в движение мускульной энергией человека. Человек врашал шпин-
дель и перемещал резец, расходуя энергию своих мышц на работу
резания. В современных станках на эту работу затрачивается элек-
трическая энергия, что и представляет один из элементов меха-
низации. Можно также механизировать процесс перемещения
суппорта станка в исходное положение, загрузку станка обраба-
тываемыми деталями, выгрузку их после обработки и т. д. Если
механизировать все процессы, на которые рабочий затрачивает
69
мускульную энергию, то содержание его труда существенно изме-
нится: при таких условиях ему придется лишь переключать рыча-
ги и нажимать кнопки для того, чтобы управлять станком, конт-
ролировать качество работы и регулировать его. В этом случае
рабочий выполняет лишь функции управления.
Под термином «автоматизация» понимают мероприятия, после
проведения которых управление машиной осуществляется не
рабочим, а саглой машиной. Этого можно достичь, механизируя
теперь уже сам процесс управления. Следовательно, автоматиза-
ция является механизацией процессов управления. Ее можно рас-
сматривать как высшую форму механизации.
Например, токарь, следя за процессом обработки, выключает
рычагом движение подачи в момент, когда заканчивается обработ-
ка детали и резец с суппортом дошли до заранее предусмотренного
положения. Но существуют и такие станки, у которых подача вы-
ключается в нужный момент самостоятельно, без участия рабочего.
В этом случае необходимость в управляющем воздействии рабо-
чего на рычаг отпадает. Самостоятельное выключение подачи пред-
ставляет один из элементов автоматизации токарного станка
Можно также автоматизировать включение в работу механизма,
предназначенного для ускоренного отвода суппорта в исходное
положение, остановку суппорта в исходном положении, включение
в работу и выключение механизма для загрузки и выгрузки дета-
лей и т. д. После механизации всех процессов управления движе-
ниями станок (машина) может самостоятельно начинать обработку
очередной детали после окончания обработки предыдущей, т. е.
станок может повторять рабочий цикл работы без участия рабочего.
Такие станки называют автоматами. Более точно их иногда назы-
вают слепыми или неполными автоматами. Полными автоматами
называют такие станки (машины), у которых механизированы не
только процессы управления движениями, но и процессы управле-
ния контролем и регулированием. При механизации всех процес-
сов управления содержание труда рабочего еще раз существенно
изменяется. В функции рабочего входит лишь наблюдение за пра-
вильностью рабогы отдельных механизмов, приборов и машины
в целом. Рабочее время обслуживания одной машины резко сокра-
щается, и рабочий теперь в состоянии обслуживать не один,
а 10—15 и даже больше станков. Следовательно, производитель-
ность труда резко возрастает. Автоматы, последовательно обрабаты-
вающие одну и ту же деталь и соединенные между собой автомати-
чески действующими транспортными устройствами для передачи
детали со станка на станок, образуют автоматические линии.
Автоматизация и механизация обеспечивают возможность бес-
предельного повышения производительности труда. В капитали-
стическом обществе они являются средством получения максималь-
но возможной прибыли капиталистов, в нашем, социалистическом,
обществе — средством максимального удовлетворения все возра-
стающих материальных и духовных потребностей трудящихся.
70
В. И. Ленин писал, что производительность труда—-это. в конеч
ном счете, самое главное, самое важное для победы нового общест-
венного строя, для построения коммунистического общества. Вот
почему Партия и Правительство уделяют огромное внимание во
просам механизации и автоматизации производства и особенгк
комплексным формам их.
Сущность автоматической поднастройки (или, как ее часто не
вполне правильно называют, автоподналадки) заключается в ме-
ханизации и автоматизации процессов контроля и последующее
Усилители
Регулирующий Регулируемый
Уоргпн о5йгкт
0-0—ЕЗ—г-
Фиг. 50. Система автоматической поднастройки.
а— блок-схема системы автоматической поднастройки; б—блок-схема системы авто-
матической поднастройки токарного станка; в — блок-схема системы автоматической
поднастройки бесцентрово-шлифовального станка.
регулирования положения образующих режущих кромок инстру-
мента. При этом регулирование их положения, с целью получения
размеров в заданных пределах, осуществляется на основании дан-
ных о фактических размерах деталей, измеряемых пли в процессе
обработки, или сразу же после окончания ее.
Следовательно, система автоматической поднастройки в про-
стейшем случае должна включать в себя устройство 2 для измере-
ния размеров (фиг. 50, а) и устройство 4 с источником энергии
для механического перемещения инструментов при корректирова
нии положения их образующих режущих кромок. Первое из них
называют датчиком или чувствительным элементом, а второе —
исполнительным устройством. В момент, когда возникает вероят-
71
ность выхода размеров обрабатываемой детали за допускаемые пре-
делы, датчик подает сигнал исполнительному устройству. Послед-
нее перемещает регулируемый орган— суппорт 5, корректируя
положение режущих кромок инструментов. Датчик должен иметь
устройство 1, обеспечивающее возможность настройки его на за-
данный размер. Его называют задающим устройством. Сигнал
датчика обычно слабый, и мощность сигнала недостаточна для осу-
ществления перемещений инструмента. Поэтому датчик подает
сначала сигнал не исполнительному устройству, а усилителю мощ-
ности 3, к которому энергия подведена извне. В усилителе после
приема сигнала развивается мощность, достаточная для переме-
щения регулируемого органа 5. Машину (станок), к которой при-
способлена система автоматического регулирования, называют
регулируемым объектом. В нашем случае регулируемым органом 6
является та часть станка, при изменении положения которой соот-
ветственно изменяется размер детали. Это может быть суппорт то-
карного станка, бабка ведущего круга бесцентрово-шлифовального
станка и т. д. Исполнительным устройством в станке является
часть механизма, снабженная источником энергии, которая пере-
мещает суппорт или бабку в процессе регулирования.
Работу системы автоматического регулирования легче уяснить,
сопоставляя принципиальную ее схему (фиг. 50, а) с блок-схемой
системы автоматической поднастройки токарного станка (фиг. 50, б)
и с такой же блок-схемой для бесцентрово-шлифовального станка
(фиг. 50, в), которая имеет те же обозначения. В обеих системах
измерительное устройство 2 в момент, когда размеры обрабатывае-
мых деталей приближаются к границе, где резко возрастает веро-
ятность возникновения брака, подает сигнал усилителю 3. После
этого двигатели исполнительных устройств 4, перемещая рабочие
органы 5, соответствующим образом корректируют относительное
положение режущих инструментов и обрабатываемых деталей.
Более подробная конструктивная схема системы автоматической
поднастройки бесцентрово-шлифовального станка представлена
на фиг. 53.
В практике применяются различные способы автоматического
контроля размеров с последующим регулированием положения,
инструмента. Размеры деталей можно контролировать непосредст-
венно или косвенно. В последнем случае контролируют не размер
детали, а положение образующих режущих кромок инструментов.
Существует непрерывный и прерывистый способ регулирования.
Прерывистый способ регулирования может быть импульсным и
постепенным. Автоматическую поднастройку осуществляют, за-
давшись предварительно одной или двумя, находящимися в поле
допуска контрольными границами изменений размеров в процессе
обработки. При импульсном способе система поднастройки сраба-
тывает, когда размеры детали приближаются лишь к одной допус-
каемой границе. При постепенном регулировании система вклю-
чается в работу, когда размеры обрабатываемой детали доходят
72
до одной границы, и выключается из работы, когда они в связи
с работой исполнительного устройства приближаются к другой.
Примером системы поднастройки с импульсным регулированием
может служить система поднастройки токарных станков (фиг. 50, б),
в частности система поднастройки токарных станков фирмы «Сан-
Стренд» (фиг. 51). Когда размеры выходят за установленную конт-
рольную границу /—I (фиг. 52), измерительное устройство 2 подает
сигнал, после которого исполнительное устройство 4 импульсно
приближает резец к обрабатываемой детали. На станке «Сан-Стренд»
импульс поступает после того, как измерительное устройство за-
фиксирует два-пять размеров, выходящих за установленную
границу. Величина импульсного перемещения резца зависит от
допуска на обработку и требуемой точности обработки. На станке
«Сан-Стренд», обрабатывающем валы электродвигателей с допус-
ком, равным 0,05 мм, величина импульса равна 0,025 мм. После
импульсной корректировки исполнительный механизм выключается
из работы. Размеры обрабатываемой детали благодаря износу ре-
жущего инструмента опять возрастают, приближаясь к контроль-
ной границе. Следующий импульс подается при тех же условиях.
Станок «Сан-Стренд» снабжен, кроме того, автоматически дейст-
вующим устройством для смены резца после его износа. Величина
износа режущего инструмента может определяться косвенно: либо
заранее установленным промежутком времени, либо отсчетом ко-
личества обработанных деталей. На станке «Сан-Стренд» импульс
на смену резца поступает после заранее заданного количества под-
настроек. Новый резец вместо изношенного вводится в работу по-
воротом барабана Б, на котором закреплено десять резцов.
Ими обеспечивается непрерывная работа станка в течение 6—8 час.
Примером прерывистой постепенной поднастройки по двум гра-
ницам является вариант системы, примененной на бесцентрово-
шлифовальном станке (фиг. 53), в котором детали после обработки
поступают на измерительное устройство 2. Когда диаметры шли-
фуемых деталей, увеличиваясь в связи с износом режущего круга,
приблизятся к верхней границе I—I (фиг. 54), тогда измерительное
устройство замкнет контакт (фиг. 53) и включит реле времени.
Последнее применено с целью исключения возможности срабаты-
вания системы под действием ложных случайных сигналов. После
измерения нескольких следующих друг за другом деталей и под-
тверждения того, что сигналы поданы правильно, реле включает
двигатель исполнительного устройства 4. Через систему передач,
эксцентрик и храповик он вращает винт подачи, приближая веду-
щий круг к режущему. Размеры диаметров деталей при этом будут
постепенно уменьшаться. Электродвигатель будет выключен после
того, как размеры диаметров деталей достигнут нижней границы
II—II и измерительное устройство замкнет контакты К2.
Измерение деталей в процессе обработки носит название актив-
ного контроля. Его применяют не только для систем автоматиче-
ской поднастройки, но и для автоматического управления циклом
6 В. И. Ишуткии
73
5
Фиг. 51. Система автоматической поднастройки токарного станка «Сан-Стренд».
Фиг. 52. График изменения размеров при импульсной
поднастройке по одной границе I—1.
Фиг. 53. Конструктивная схема автоматической поднастройки бесцентрово-
шлифовального станка.
74
работы станка, для исключения возможности попадания на ста-
нок деталей с увеличенным припуском на обработку и для оста-
новки станка, когда в процессе работы возникает брак. Устрой-
ство, останавливающее станок в случае брака, носит название
автостопа. Устройство, исключающее возможность попадания на
обработку деталей с увеличенным припуском, называют автоза-
слоном.
Фиг. 54. График изменения диаметральных размеров при на-
стройке по двум границам 1—I и II—II.
Примером использования активного контроля для управления
движениями станка может служить автоматическая система внутри-
шлифовального станка (фиг. 55), где мерительным устройством яв-
ляется жесткий двухступенчатый калибр 1, встроенный в отвер-
стие шпинделя передней бабки. Калибр в процессе обработки вра-
Фиг. 55. Схема использования активного контроля для авто-
матического управления изменением размеров.
щается вместе со шпинделем и обрабатываемой деталью. Под дей-
ствием пружины 2 он стремится войти в отверстие обрабатываемой
детали. В начале обработки отверстие меньше калибра, поэтому
калибр не входит в отверстие. После предварительной черновой
обработки отверстие увеличивается, и в него входит калибр с мень-
6*
75
шим диаметром. При этом болт 3, смещая шток 4, замкнет контак-
ты Ki Тогда будет подана команда исполнительному механизму для
переключения поперечной подачи с черновой на чистовую и для
включения механизма очередной правки шлифовального круга.
Когда отверстие при чистовом шлифовании достигнет заданной ве-
личины, калибр большего диаметра войдет в него, и болт 5 што-
ком 6 замкнет контакты Л2, подавая этим команду исполнитель-
ному устройству на выход круга из отверстия и прекращение
процесса обработки. Подобным же образом действуют системы
автостопов и автозаслонов.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ ГРАНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ
РАЗМЕРОВ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДНАСТРОЙКИ
Контрольные границы I—I и //—II (фиг. 42 и 54) должны быть
установлены таким образом, чтобы исключить возможность выхода
фактических размеров обрабатываемых деталей в процессе обра-
ботки за допускаемые пределы.
Мерительные устройства могут показывать либо фактические
размеры каждой обрабатываемой детали, либо среднее арпфмети-
Фиг. 56. График возможного случайного изменения размеров
и брака при поднастройке по результатам измерения одной
детали.
ческое результатов измерений нескольких деталей. От этого зави-
сит положение границ допустимого изменения размеров обраба-
тываемых деталей.
Если система снабжена мерительным устройством, результатом
измерения которого является среднее арифметическое размеров
нескольких деталей (обычно четырех-шести), то размер Lo верхней
контрольной границы /—/ (фиг. 56) должен быть равен Lo =
= Лн5—За. При этом условии импульс на поднастройку должен
быть дан, когда текущий средний арифметический размер (линия
а—а) достигнет контрольной границы /—/, т. е. в точке Ь пересе-
чения линий а—а и /—/. При этом условии будет исключена воз-
76
можность выхода фактического размера детали в связи со случай-
ным рассеиванием размеров за допускаемый предел L„6.
Измерительные приборы, определяющие среднее арифмети-
ческое размеров нескольких деталей, обычно более сложны, нежели
приборы, определяющие фактический размер каждой детали. На
фиг. 57 представлена схема пневматического прибора, определяю-
щего средний размер четырех деталей. Размер определяется по рас-
ходу воздуха, выходящего из сопел. Расход его зависит от величины
зазоров между соплами и поверхностями деталей, т. е. от размеров
деталей. Показывающее устройство этого прибора тарировано
Фиг. 57. Схема измерительного прибора, определяющего
средний арифметический размер нескольких деталей.
по среднему расходу воздуха, или, иначе, по среднему размеру об-
работанной группы деталей. Московским авиационным институ-
том разработан электромеханический индикатор контроля разме-
ров. Он суммирует размеры нескольких последовательно обрабо-
танных деталей и определяет по ним средний арифметический раз-
мер. Такой прибор может быть использован для автоматической
поднастройки. Существуют приборы, снабженные вычислитель-
ными устройствами, определяющими средний размер группы после-
довательно обработанных деталей.
Когда измерительное устройство невозможно разместить в зоне
обработки, детали контролируют после окончания их обработки.
При этом между измерительным прибором и зоной обработки мо-
жет находиться несколько обработанных деталей, поступивших
на контроль. В этом случае контрольная граница /—1 должна быть
понижена на величину kN, где N—количество деталей, находящих-
ся между зоной обработки и контрольным прибором; к — прира-
щение среднего арифметического размера на одну деталь, обуслов-
ленное систематическим ростом размеров деталей.
Если измерительный прибор системы автоматической поднаст-
ройки измеряет не средний арифметический, а фактический размер
каждой обработанной детали, то при ранее указанном положении
контрольной границы не исключена возможность выхода фактиче-
77
ских размеров деталей за допускаемый предел Ьнб. Например, из
графика видно (фиг. 56), что размеры деталей до порядкового
номера п не достигли контрольной границы Z—Z, поэтому импульс
на подналадку не последогал. Но размер детали п-(-1 в связи с
рассеиванием размеров может выйти за предел Lh6. Чтобы
избежать этого, положение контрольной границы /—/ понижают
до положения Г—Г. По данным МВТУ, величина смещения может
быть равна величине среднего квадратического о. Поэтому поло-
жение контрольной границы для системы автоматической под-
настройки, снабженной измерительным прибором, выявляющим
фактические размеры одной детали, должно определяться выра-
жением L'o = LHff — 4 о. При таком условии поле допуска для
автоматической подпастройки уменьшается, особенно в случаях,
когда рассеивание размеров велико. Поэтому способ поднастройки
по результатам измерения одной детали можно применять лишь
при таких процессах обработки, где величина рассеивания разме-
ров незначительна (шлифование, доводка и т. д.). На станках,
где рассеивание размеров деталей велико (фрезерных, токарных и
других станках лезвийной обработки), следует применять для автома-
тической поднастройки приборы, определяющие средние арифмети-
ческие размеры деталей.
Принцип работы измерительного устройства автоматической
поднастройки и величина уменьшения размеров деталей при каж-
дом импульсе поднастройки существенно сказываются и на точ-
ности обработки, и на рассеивании размеров деталей в обшей их
массе. Если, например, величина уменьшения размеров обработан-
ной детали после поднастроечного импульса равна А, а среднее
квадратическое случайного рассеивания размеров равно о, то
рассеивание размеров деталей в общей массе в случае, когда из-
мерительное устройство определяет средний арифметический раз-
мер группы деталей, будет равно А + 6о, а в случае, когда изме-
ряется фактический размер одной детали, А ф- 8о. Отсюда сле-
дует, что рассеивание размеров деталей в общей массе зависит от
величины поднастроечного уменьшения размеров А. С уменьше-
нием величины А поле рассеивания сужается и точность обработки
возрастает. Следовательно, более высокой точности обработки
можно достичь, уменьшая величину А, т. е. осуществляя под-
настройку малыми импульсами. Поднастройка малыми импульса-
ми, по предложению А. Н. Альтшуллера, применена для регули-
рования положения резца алмазной расточки отверстия под порш-
невой палец на автоматической линии поршней. Величина подна-
строечного импульсного перемещения была принята равной 0,2 мк.
Это обеспечило возможность обработки отверстий с общей величи-
ной поля рассеивания, равной 7 мк, при случайном рассеивании
размеров 6о = 5р. При большей величине импульсного перемеще-
ния общая величина рассеивания была бы соответственно больше.
Несмотря на положительные качества поднастройки малыми
импульсами, она не всегда может быть осуществлена, так как мно-
78
гие регулируемые органы станков имеют значительный вес и при
скольжении их по направляющим возникают сравнительно боль-
шие силы трения. Сила трения больше в момент, когда начинается
движение, и меньше в процессе движения. Эго является причиной
неравномерного, скачкообразного перемещения регулируемого
органа — стола, суппорта и т. д. Благодаря большой силе трения,
возникающей перед началом движения, после импульсного пово-
рота винта подачи регулируемого органа перемещения не проис-
ходит. Оно произойдет лишь после нескольких импульсных пово-
ротов на величину, значительно большую, чем предусмотрено им-
пульсом. Стремясь избежать этого явления, в станках вместо на-
правляющих скольжения иногда применяют направляющие ка-
чения. Однако это не всегда удовлетворяет требуемым условиям
работы. Кроме того, при направляющих качения уменьшается
жесткость станка и сопротивляемость возникновению колебаний.
Малые точные перемещения удается осуществить лишь при незна-
чительном весе перемещаемых элементов и сравнительно большой
жесткости деталей механизма перемещения.
Автоматическая поднастройка пока находит применение в ос-
новном в крупносерийном и массовом производстве. В условиях
массового и крупносерийного производства затраты, связанные
с изготовлением узлов ее, окупаются в сравнительно короткие сро-
ки. Ее чаще всего применяют для поднастройки шлифовальных
станков. Благодаря своим преимуществам в дальнейшем автомати-
ческая поднастройка найдет более широкое применение.
ГЛАВА VI
ОСОБЕННОСТИ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТАНКОВ
1. МНОГОРЕЗЦОВЫЕ ПОЛУАВТОМАТЫ
Под рациональным использованием станков следует понимать
такое их использование, при котором достигается наибольшая
производительность труда при наименьшей себестоимости продук-
ции. Рациональное использование зависит от многих факторов.
В дальнейшем рассматривается рациональное использование стан-
ков в зависимости лишь от способов настройки и конструкции ос-
настки.
Многоинструментальные и, в частности, многорезцовые станки
широко применяют при крупносерийном и массовом производстве
деталей. В мелкосерийном производстве их применяют реже или
совсем не применяют, так как наладка и настройка их требуют
затраты значительного количества времени, иногда превышающего
время изготовления деталей на станках общего назначения. Но
опыт передовых заводов доказывает возможность применения этих
станков для изготовления сравнительно мелкими сериями. Напри
мер, московский завод «Красный пролетарий» успешно применяет
для этой цели вертикальные шестишпиндельные токарные полуав-
томаты типа 1284, добиваясь резкого увеличения производитель-
ности труда. Достигается это тем, что такие станки приспосабли-
вают для обработки нескольких видов сходных деталей мелкими
сериями. Для этой цели изготовляют специальную оснастку быст-
рой переналадки. Например, рабочие суппорты станка были снаб-
жены трехпозиционными резцедержателями револьверного типа
(фиг. 58). Каждая позиция предназначена для обработки одного
вида детали. Это дало заводу возможность повысить производитель-
ность труда в 3—5 раз.
На Челябинском тракторном заводе такого же типа станки
приспособлены для обработки всей группы зубчатых колес коробки
передач трактора С-100. Все зубчатые колеса имеют одинаковый
внутренний диаметр отверстия, но форма и ширина колес различ-
ны. На вертикальных многошпиндельных токарных полуавтоматах
обрабатывают (зенкеруют) отверстия колес для последующего
80
Фиг. 58. Револь-
верная поворот-
ная головка, на-
строенная на об-
работку деталей
трех типоразме-
ров.
/ позиция
Ь позиция
Фиг. 59. Технологическая схема обработки торцовых
поверхностей и отверстий зубчатых колес при неизменной
настройке многопозиционного станка.
Фиг. 60. Обработка ступенчатого
вала на многорезцовом станке спо-
собом копирования.
81
протягивания, подрезают торец и снимают фаску (фиг. 59). Чтобы
обеспечить неизменность положения обрабатываемых торцовых
поверхностей, детали закрепляют в специальные патроны, кулачки
которых различны по высоте. Отверстия обрабатывают на несколь-
ких позициях последовательно. С целью уменьшения износа зен-
керов диаметр каждого последующего зенкера меньше диаметра
предыдущего на 0,5 мм. Раньше эти операции выполняли на ре-
вольверных станках. Трудоемкость операций на револьверных
станках составляла 4—7—8 мин/шт. При обработке на станках
1282 она снизилась до 1,72 мин/шт.
На Горьковском автомобильном заводе повысили производи-
тельность труда на многорезцовых станках МТ-20 и 1720 в 1,5—•
2 раза, приспособив их для работы по копиру. До модернизации,
например, крестовину карданного вала обрабатывали на мною-
резцовых станках фасонными резцами, стойкость которых сравни-
тельно низка. При обработке крестовины карданного вала 1
(фиг. 60) с помощью копирной линейки 2 и обычного резца, обра-
батывающего последовательно две ступени, скорость резания была
увеличена в 2 раза. Машинное время снизилось с 25 до 18 сек.
На том же заводе обрабатывают на многорезцовых станках 1162
способом копирования ступенчатые валы. При обычном способе
обработки валы обтачивают восемью резцами. При обработке спо-
собом копирования их обтачивают четырьмя резцами, причем три
из них установлены на суппорте поперечной подачи (фиг. 61) и
один — на суппорте продольной подачи. Благодаря тому, что диа-
метральные размеры вала определяются положен нем лишь одного
резца продольного точения и стойкость резцов поперечной подачи
велика, число оборотов шпинделя увеличено с 292 до 800 в минуту.
Кулачки продольной подачи профилированы таким образом, что
величина ее изменяется в пределах от 0,1 мм!об (при большей глу-
бине резания) до 0,4 мм/об (при малой глубине резания). Перед
возвратом резца в исходное положение его отводят от детали в по-
перечном направлении с помощью каретки, наклоненной под не-
которым углом к оси детали. Благодаря копировальному способу
обработки число операций уменьшено с трех до двух и производи-
тельность труда возросла в 1,5 раза. Кроме того, точность обра-
ботки на многорезцовых станках копировальным способом выше,
чем при обычном способе обработки. Это объясняется тем, что в пер-
вом случае количество резцов, одновременно участвующих в ра-
боте, сечение срезаемого слоя, а следовательно, и упругие дефор-
мации меньше, чем во втором случае. При копировальном способе
обработки меньше также количество настраиваемых инструментов,
что облегчает процесс настройки и сокращает время, затрачивае-
мое на его осуществление. Настраивать многорезцовые станки сле-
дует, пользуясь эталонами. В случае чистовой и более точной
обработки положение резцов необходимо корректировать на осно-
вании данных о размерах пробных деталей. Измерять детали
следует универсальным измерительным инструментом. Более рацио-
82
Фиг. 61. Обработ-
ка ступенчатого
вала на многорез-
цовом станке спо-
собом копирования.
Фиг. 62. Взаимозаменяемый блок резцов конструкции ЭНИМС.
А
Фиг. 63. Приспособление для настройки взаимозаменяемого блока
резцов.
83
нально можно настраивать станки, применяя взаимозаменяемую
настройку. Сравнительно легко осуществить взаимозаменяемую
настройку на станках типа 1282 и 1283, резцедержатели которых
снабжены регулируемыми торцовыми фиксирующими упорами.
Для этого необходимо лишь изготовить инструменты с компенса-
торами длины и приспособления для настройки резцов по длине.
Когда возникает необходимость в частой перенастройке многорез-
цовых станков на обработку деталей различных видов, весьма эф-
фективным является применение сменных предварительно настро-
енных блоков режущих инструментов. Такие же блоки следует
применять на станках, работающих в автоматических линиях.
Экспериментальный научно-исследовательский институт ме-
таллорежущих станков разработал более совершенные конструк-
ции взаимозаменяемых блоков режущих инструментов (фиг. 62),
предназначенных для обработки ступенчатых валов. Корпус 1 бло-
ка сварной. Клин 3 предназначен для регулирования резцов 2 по
высоте, а упор 4 для регулирования радиального положения рез-
цов. Планка 5 уменьшает возможность смещения резцов при за-
креплении их винтами. Точность установки блоков обеспечивается
соответствующим базированием их по плоскостям а и б. На смену
таких блоков затрачивается примерно 2,4 мин. При обычном спо-
собе установки пяти резцов требуется затратить 6—8 мин. Резцы
настраивают на размер и закрепляют в блоках, пользуясь специ-
альным приспособлением (фиг. 63), снабженным подвижным инди-
катором 1. При настройке приспособление крепят болтами к бло-
кам, фиксируя их положение шпоночным соединением. В контроль-
ном валике 2 размещены перемещающиеся вдоль своей оси штиф-
ты 3, в торец которых с одной стороны опираются образующие
режущие кромки резцов, а с другой — пуговка индикатора. Длина
каждого из штифтов должна быть подобрана таким образом, чтобы
показания индикатора оставались неизменными, когда образую-
щие режущие кромки всех резцов занимают требуемое положение.
Время смены и настройки пяти резцов равно 7—8 мин. Погрешность
установки равна 0,02 мм.
Опыт некоторых заводов показал, что копировальный способ
обработки, в частности гидрокопировальный, во многих случаях
эффективнее способа многорезцовой обработки.
2 ГИДРОКОПИРОВАЛЬНЫЙ СПОСОБ ОБРАБОТКИ
В последнее десятилетие наблюдается все более широкое рас-
пространение копировального способа обработки. Этому способ-
ствуют преимущества, которыми он обладает в сравнении с обыч-
ным способом обработки и многорезцовой обработкой. Наша стан-
костроительная промышленность выпускает приспособленные
к работе на токарных станках общего назначения гидрокопиро-
вальные суппорты КСТ-1 и ГС-1, а также гидрокопировальные
станки 1712, 1722, 1732 и др.
84
Применение гидрокопировальных суппортов для обработки
многоступенчатых валов обеспечивает возможность повышения
производительности труда в 1,5—2 раза. Производительность
труда при работе на гидрокопировальных станках во многих слу-
чаях в 1,2—1,5 раза выше производительности труда, достигаемой
на многорезцовых станках. Последнее объясняется сокращением
времени на настройку и поднастройку, возможностью более пол-
ного использования режущих свойств твердосплавных инструмен-
тов, так как скорость резания на гидрокопировальных станках
больше, чем на многорезцовых. Точность обработки на гидроко-
О
Фиг. 64. Групповой
копир для быстрой
перенастройки токар-
ного станка.
пировальных станках выше, чем на многорезцовых. Диаметраль-
ные размеры валов можно обработать на гидрокопировальных
станках с точностью до третьего класса, а линейные с точ-
ностью ± 0,1 мм. Гидрокопировальные станки более универ-
сальны, их легче перенастраивать, поэтому они могут быть исполь-
зованы для мелкосерийного производства деталей.
В целях сокращения времени перенастройки станков, оснащен-
ных гидрокопировальными суппортами, следует применять груп-
повые копиры (фиг. 64), уменьшающие время перенастройки с
20—30 до 5—40 мин. При перенастройке оправка / должна быть
повернута вокруг своей оси так, чтобы к щупу был обращен один
85
из тех четырех копиров 2, которые предназначены для обработки
данной группы деталей. Положение копирной оправки закреп-
ляется фиксатором 3. Каждый из копиров должен быть установ-
лен на оправке так, чтобы обеспечить неизменность настройки
инструмента для обработки всех четырех деталей независимо от
диаметров каждой отдельной ступени. Для этого необходимо
согласовать размеры на копире с диаметрами d^, d2;... ; dn пер-
вых ступеней валов. Для этого сначала следует подобрать размер
/?т(п копира, предназначенного для обработки детали с минималь-
ным диаметром наименьшей ступени rim,:n. Значение (фиг. 64 а)
должно быть таким, чтобы рабочая поверхность копира возвыша-
лась над поверхностью оправки на 2—3 мм. Поэтому размер /?mjn
(фиг. 63, б) определяется выражением
*m.n = -^+2-3 мм.
Для любого другого ступенчатого вала, минимальный диаметр
ступени которого равен rf(- min, величина R{ mln определяется по
формуле
п ____г> ; dj dj m[n
min ^mini <£
Размер высоты копира H, (фиг. 64, б) будет равен
где I—расстояние паза оправки до ее оси в поперечном сечении.
Размеры остальных ступеней копира можно определить, уве-
личивая на половину разности диаметров двух смежных
ступеней.
Чтобы облегчить перенастройку станка, необходимо располо-
жить копиры соответствующим образом и в осевом направлении.
Для обеспечения заданной точности размеров длины шеек валов
необходимо базировать обрабатываемые детали не только центра-
ми, но и торцовыми поверхностями. Для этого можно применять
ранее описанные плавающие центры. Можно также базировать
детали, упирая их предварительно обработанными торцовыми
поверхностями либо в кулачки патрона (фиг. 65, а), либо в специ-
альный упор (фиг. 65, б). Для этой цели можно использовать труб-
чатый фланец и плавающий центр (фиг. 65, в). При таком способе
осевой фиксации длина первой ступени валов получается различ-
ной. Этот недостаток можно устранить, подрезая торец первой сту-
пени. При осевой фиксации обрабатываемых деталей точность раз-
меров по длине колеблется в пределах ±0,1 мм.
При гидрокопировальном способе обработки сравнительно
легко осуществить автоматическую поднастройку, использовав
для этой цели возможность перемещения либо щупа, либо копи-
ра. Московский авиационный технологический институт испытал
в производственных условиях изготовленную им систему настройки
гидрокопировального суппорта токарного станка 1П61 (фиг. 66) э
86
65. Возможные способы
1
—f
Фиг.
базирования детали центрами и
торцом.
в котором измерительное устройство контролирует лишь диаметр
наименьшей ступени вала. Контроль осуществляется, когда отсут-
ствует сила резания. Допускается контролировать размер в про-
цессе чистовой обработки, если глубина резания не больше 0,3 мм.
Диаметр контролируется после пробной проточки. При контроле
гидроцилиндр 1 доводит измерительную головку 2 до упора 4 и
ее наконечник 3 до касания с поверхностью детали 5. В случае,
когда размер dmin больше заданного, электромагнитным устрой-
ством подается команда исполнительному устройству, изменяю-
щему соответственно положение ко-
пира. Исполнительное устройство,
состоящее из электромагнитов, по-
ворачивает храповое колесо 6 и
винт 7. Последний перемещает шар-
нирно укрепленный копир 8, прижа-
тый к винту силой пружины 9. Изме-
нение положения копира влечет за
собой соответствующее изменение
положения копировального суппорта
и резца. Точность обработки с автома-
тической поднастройкой колеблется
в пределах 2а—3 класса. Повышение
точности обработки и производитель-
ности труда свидетельствует о целесо-
образности применения способа авто-
матической поднастройки. Ее целе-
сообразно применять при обработке
валов большого диаметра и длины,
когда размерный износ инструмента
существенно сказывается на точности
обработки.
Погрешности при копировальном
способе обработки определяются тем-
пературными и упругими деформа-
циями. Они зависят и от взаимного
расположения копира относительно
обрабатываемой детали, от неравно-
мерности припуска на обработку и
по высоте.
Чтобы избежать брака обрабатываемых деталей, возникающего
в связи с температурными деформациями, необходимо после на-
стройки контролировать размеры детали, пока не установится
тепловое равновесие. По данным Н. А. Макарова, диаметральные
размеры детали к концу установления теплового равновесия мо-
гут уменьшиться до 0,1 мм. Уменьшение диаметральных размеров
деталей наблюдается также при работе на гидрокоппровальных
станках 1722.
Для уменьшения погрешностей, обусловленных упругими де-
неточности положения резца
87
формациями, следует стремиться к получению возможно меньшей
неравномерности припуска на обработку на заготовках, а также
припуска на предыдущих операциях. Если по каким-либо причи-
нам невозможно добиться выполнения этого условия, то погреш-
ности можно уменьшить внесением поправок в размеры ступеней
Фиг. 66. Схема автоматической поднастройки при гидрокопироваль-
ном способе обработки.
копиров. Например, при обработке по обычно рассчитанному ко-
пиру ступенчатого вала с разными припусками на каждой ступени
диаметры ступеней получатся с погрешностями. Эти погрешности
вызываются различными упругими деформациями на каждой сту-
Фиг. 67. Схема определения поправки к копиру.
пени вала. На ступени (фиг. 67, а) упругие деформации равны
Ут, на ступени d2 равны у2, причем ут больше уг. Поэтому диаметр
d{ получается больше заданного и лежит около верхней границы
поля допуска, а диаметр d2 — около нижней границы поля допуска.
Если перепад ступеней копира увеличить на а — уг—у2 (фиг. 67,6),
88
то получаемые в результате обработки по откорректированному
копиру диаметры и d2 будут лежать в поле допуска на одинако-
вом расстоянии от границ поля.
Величина поправки а может быть определена по формуле
где ДРу— приращение усилия резания при изменении глубины
резания на Д/ (выбирается по справочникам);
/ — жесткость системы, равная для гидрокопировального
станка модели 1722 /=1500—2000 кг/мм.
На практике величину поправки а для копира лучше опре-
делять методом ступенчатого резания. Для этого производят
пробную обработку 4—5 деталей в два прохода: за первый проход
снимается слой металла глубиной t на части длины заготовки,
за второй проход после установки резца на большую глубину ре-
зания снимается с обработанной поверхности слой глубиной tr
и с необработанной — /2.
На вновь обработанной части заготовки образуется ступенька
(см. фиг. 4, а). Полуразность диаметров D± и £)2 равна прираще-
нию величины упругой деформации Д у при приращении глубины
резания Д/=/2—tr. После измерения этих диаметров на всех заго-
товках определяют Д уср.
Поправку а для копира подсчитывают по следующей формуле
где п — количество деталей пробной обработки.
По данным Б. И. Слепнера, величина а поправки к копиру
для гидросуппорта КСТ-1 может быть вычислена по формуле
а=0,04Д t — с,
где Д t — увеличение глубины резания;
с — величина, зависящая от подачи $. При s=0,15 мм]об
с=0,09 мм; при s=0,2 мм)об с=0,064 мм; при s =
= 0,25 мм]об с=0,047 мм; при s=0,3 мм]об с=0,054лои.
По указанной формуле значение а можно вычислять лишь
в случае точения стали 45 твердостью Нв = 239-н-ЗП. Поправку
на размер копира гидросуппорта КСТ-1 вносят, если разность в
глубине Д/ превышает 1—1,5 мм.
Чтобы устранить погрешности, возникающие в связи с взаим-
ным расположением копира и детали, необходимо устанавливать
копиры так, чтобы их рабочие поверхности и ось детали, а также
ось центров станка были строго параллельны. В случае смещения
центра задней бабки и непараллельное™ оси детали и рабочей по-
верхности копира возникает конусность (фиг. 68).
7 В. И. Ишуткин
89
При гидрокопировальном способе обработки резец устанавли-
вают на заданные размеры обработки, ориентируясь по размеру
диаметра наименьшей ступени. Если при этом резец будет уста-
новлен с некоторой погрешностью h по высоте (фиг. 69), то в раз-
меры диаметров следующих ступеней вала вкрадывается погреш-
ность 0,5 АП. Величина этой погрешности зависит от соотношения
между минимальным диаметром dmin и диаметром D другой сту-
пени. Данные о величине погрешности представлены в табл 9.
Чтобы избежать такого рода погрешности, необходимо следить за
точностью установки резца по высоте.
Таблица 9
Псгрешности копирования ДР в мк (по В. Ф. Гущину)
//> — d . 'i мм 1 mtn/
h в мм 10 20 30 4lj
л. О г Л/д.
0,25 10 15 -) »
0,5 10 20 ,AS ) 40
1,0 20 10 60 8(1 i
2,0 40 80 120 кю 1
При обработке фасонных и конических поверхностей ступенча-
тых валов .могут возникать погрешности размеров по длине
(фиг. 70), если радиус щупа г не равен радиусу закругления резца
/?. При желании достичь сравнительно большой точности обработки
резец следует затачивать по шаблону, радиус закругления которого
равен радиусу закругления копира
Во избежание погрешностей, которые могут возникать в связи
с неточностью изготовления копиров, последние следует изготов-
лять по второму классу точности. Необходимо также учитывать
возможность возникновения погрешностей обработки в связи с не-
точностью изготовления перепадов Н (фиг. 71) на копирах. В не-
которых литературных источниках рекомендуется определять ве-
личину Н по средним диаметрам ступеней вала по формуле
___Dgp 1'(У
2
Однако такую рекомендацию можно считать правильной лишь
в случае, когда величина допусков на оба диаметра одинакова.
Если допуски не равны, то величину Н следует определять,
ориентируясь на меньший из допусков. В этом случае ее можно
определить по формуле
Н
Pmin ‘Чип
~ 2
90
Фиг. 68. Образование погреш-
ности формы и размеров в слу-
чае, когда ось обрабатываемой
детали непараллельна рабочей
поверхности копира.
Фиг. 69. Образование погрешно-
стей диаметральных размеров
ступенцатых валов при непра-
вильной установке резца но
высоте.
Фиг. 70. П грешность формы
деталей, возникающая»случаях,
когда радиус закругления щупа
не равен радиусу закругления
резца.
Фиг. 71. Отределение величины
перепада II на копире, предна-
значенном для обработки ступен-
чатых валов.
Фиг. 72. Способ установки резцов при гидро-
копировалыюй обработке.
91
Настройку на размер обычно производят по размеру диаметра
с меньшим допуском на обработку. При этих условиях диаметр
обрабатываемой поверхности с большим допуском будет выдержан
автоматически, а припуск на последующие операции, в том числе
на шлифование, будет меньше и трудоемкость операции шлифова-
ния соответственно снизится. Настраивать гидрокопировальные
станки следует, пользуясь эталоном. При настройке эталон уста-
навливают в центрах станка, а щуп гидросуппорта в рабочем со-
стоянии доводят до соприкосновения с копиром. Затем, пользуясь
винтом поперечной подачи, резец доводят до касания его образую-
щей режущей кромки с поверхностью эталона. Так настраивают
станок для получения заданного диаметрального размера. Для
настройки на заданную длину ступени щуп гидросуппорта доводят
до касания с рабочей поверхностью А (фиг. 72) ступени перехода
на копире, а резец до касания с соответствующей торцовой по-
верхностью Б эталона. Диаметральные размеры эталона могут
быть равными соответствующим средним диаметральным разме-
рам обрабатываемой детали. Настроечный размер при наружной
обработке должен быть равен оптимальному его значению Lo =
= 1-нм + За. Величина а определяется одним из ранее указанных
способов на основании обработки данных о размерах пробной
партии обработанных деталей. Соответствие настроечного размера
оптимальному значению его проверяют способом пробных прохо-
дов и последующих измерений. Точность гидрокопировальной
обработки при нормальных условиях колеблется в пределах
+ 0,05 мм. При автоматической поднастройке она может быть
выше.
3. ТОКАРНЫЕ АВТОМАТЫ
Большинство токарных автоматов являются многоинструмен-
тальными. Настройка и наладка их требуют затраты значительно
большего количества времени, нежели это требуется для настройки
и наладки многорезцовых полуавтоматов. Поэтому использование
их в условиях мелкосерийного производства более затруднительно,
чем использование полуавтоматов. Однако в связи с предложением
лауреата Ленинской премии С. П. Митрофанова в настоящее время
представляется возможным обрабатывать на таких станках детали
мелкими партиями. С. П. Л4итрофанов предложил метод группо-
вой обработки деталей.
Сущность его заключается в том, что различные по форме и
размерам детали объединяют в группы по признаку общности тех-
нологического процесса их изготовления и общности наладки и
настройки станков для их обработки. Детали, представленные
на фиг. 73, служат примером такой группы. Основанием для их
объединения является незначительная разница в габаритных раз-
мерах и сходство технологического процесса — наружная проточ-
ка, сверление, отрезка и т. д. Такие детали могут быть обработаны
на токарно-револьверном автомате 1А136 при неизменной наладке
92
его и незначительных перенастройках, требующих затраты значи-
тельно меньшего количества времени, нежели в случае, если бы
станки налаживались и настраивались для обработки каждой от-
дельной детали. В этом, главным образом, заключается основное
достоинство метода групповой обработки деталей.
Подобрав группу деталей, разрабатывают технологический
процесс на изготовление самой сложной из них, требующей наи-
большего количества переходов. Если сложная деталь не включает
переходов, нужных для обработки всех деталей группы, то техно-
логический процесс разрабатывают на искусственную деталь, или
Фиг. 73. Детали, обрабатываемые по групповому методу.
как ее иначе называют, на комплексную деталь. Последняя долж-
на объединять все переходы, необходимые для обработки каждой
из деталей, входящих в группу. Станок, налаженный на обработку
комплексной детали, при незначительной перенастройке его и при
неизменной оснастке может обработать любую деталь группы.
Время обработки каждой отдельной детали неодинаково. Поэтому
при групповой обработке возникают некоторые потери времени,
связанные с увеличением холостых ходов рабочих органов станка.
Однако благодаря тому, что отпадает необходимость затраты вре-
мени на переналадку и замену оснастки, эти потери компенсиру-
93
ются более высокой производительностью труда при работе на ав-
томатах.
Групповой метод обработки обеспечивает возможность изго-
товления деталей на автоматах мелкими партиями, включающими
25—100 деталей. На Ленинградском заводе счетных машин таким
методом изготовляют 1402 вида деталей, объединенных в 138 групп,
что дало заводу экономию, равную 621500 руб. в год, несмотря на
то, что время, затрачиваемое на холостые перемещения рабочих
органов; увеличилось на 16%.
Для рационального использования кулачковых токарных
автоматов типа 1136, у которых распределительный вал в процессе
обработки вращается с постоянной скоростью, при массовом
производстве необходимо изготовлять кулачки для каждого
типоразмера детали. В мелкосерийном и даже в среднесерийном
производстве деталей затраты, связанные с изготовлением кулач-
ков, экономически не оправдывают себя. Поэтому в серийном
производстве при наладке станка для обработки заданной детали
часто используют кулачки, которые были изготовлены для обра-
ботки другой детали. Случайно подобранные кулачки обычно
рассчитаны на большую величину рабочего перемещения, чем это
необходимо для обработки данной детали. При работе станка,
снабженного такими кулачками, длина холостых ходов рабочих
органов возрастает, и время, затрачиваемое на обработку детали,
увеличивается иногда па 20—30%, что значительно снижает про-
изводительность труда.
Потери времени на обработку можно снизить до минимальных
значений и во многих случаях устранить их совсем, если для ав-
томатов, обрабатывающих детали небольшими партиями, изгото-
вить специальный набор кулачков. Рабочие части кривых каждого
из кулачков набора должны иметь различный удельный подъем 1г,
численные значения которого подчиняются закону геометрической
прогрессии. В этом случае замена одного кулачка набора соседним
будет давать в настройке потери на холостые ходы не более неко-
торой заранее заданной величины.
Использование набора кулачков особенно целесообразно, когда
станок предназначен для обработки деталей, имеющих пропорцио-
нальную длину и диаметр, например, болтов, винтов, гаек.
Методика расчета набора кулачков заключается в следующем.
Из группы обрабатываемых деталей выбираются две детали, име-
ющие минимальные и максимальные размеры. Для каждой детали
рассчитывается наладка автомата с определением размеров кулач-
ков револьверной головки и поперечных суппортов. Величину
удельных подъемов кривых кулачков определяют по формуле
где Н — величина подъема кривой на рабочей части кулачка;
2 — число сотых на рабочий ход.
94
Величина удельных подъемов других кулачков ряда определяется
по формулам
lh = hm-m> Ih^Kk-, h3 = h^\
где к — знаменатель геометрической прогрессии.
Величина И определяется в зависимости от заданных размеров
деталей данной группы.
По формуле были определены размеры изготовлен-
ного на одном из заводов набора кулачков револьверной головки
(фиг. 74, табл. 10) и кулачков поперечной подачи резцов (фиг. 75,
табл. 11) при перепаде потерь, равном 5%.
Таблица 10
Кулачки револьверной головки (фиг. 74)
-'II г К, «1 х. /г И
О —4 4 -78 59 59 120 0,824 61
0—4 4—85 59 59 120 0,753 61
0 -4 4—79 69 69 120 0,680 51
0—5 5—87 69 69 120 0,622 51
0 —5 5 —78 79 79 120 0,562 41
<4— 5 5—76 84 84 120 0,507 36
с-6 6—74 89 89 120 0,456 31
0—6 55 99 99 120 0,420 21
0—6 6—61 99 99 120 0,382 21
0—7 7—53 104 104 120 0,348 16
Набор 25 кулачков обеспечивает возможность наладки авто-
мата на изготовление более 75 типоразмеров крепежных деталей.
В подавляющем большинстве случаев расчетное технологическое
время обработки равно фактическому Потери практически отсутст-
вуют. Кулачки револьверной головки рассчитаны на осуществле-
ние максимального перемещения ее. В случаях, когда необходи-
мая для обработки детали длина рабочего хода меньше максималь-
ной, следует раньше включать механизм быстрого отвода револь-
верной головки. Кривыми кулачков поперечной подачи обеспечи-
вается сравнительно большая величина рабочего хода. Это позво-
ляет легко выдерживать необходимую последовательность работы
инструментов револьверной головки и поперечных суппортов. На-
бор таких кулачков можно использовать для наладки станков на
обработку не только крепежных, но и ряда других деталей. Завод,
применивший такой набор кулачков, получил около 20000 руб.
годовой экономии на каждом станке при двухсменной его работе.
Групповой метод обработки в сочетании с применением рациональ-
ного набора кулачков является средством, обеспечивающим воз-
можность использования многоинструментальных кулачковых ав-
томатов для серийной обработки деталей.
Фиг. 74. Кулачок револьверной
головки.
Фиг. 75. Кулачок поперечной по-
дачи резцов.
Фиг. 77. Способ установки режу-
щих инструментов автоматов с по-
мощью эталона
Фиг. 76. Эталон для настройки
многоинструментальных автоматов.
Фиг. 78. Державка для
взаимозаменяемо го
центрового инструмента.
96
Таблица 11
Кулачки поперечных суппортов (фиг. 75)
2 «1 R.t h Н
0—50 40 75 0,700 35
0—40 50,5 75 0,812 24,5
0—40 54 75 0,525 21
0—45 54,5 75 0,456 20,5
0—50 55 75 0,400 20
0—55 56 75 0,345 19
0—55 58 75 0,309 17
0—60 59,5 75 0,258 15,5
0—60 61,5 75 0,225 13,5
0—60 63,5 75 0,192 11,5
0—65 64,5 75 0,162 10,5
0—65 66 75 0,138 9
0—70 66,5 75 0,121 8,5
0—70 68 75 0,100 7
0—75 68,5 75 0,087 6,5
Обозначения:
z0 — число сотых поворота кулачка, при которых осуществляется подача материала;
z — число сотых рабочего хода кулачка:
—радиус кулачка в начале рабочего хода;
7?,—радиус кулачка в конце рабочего хода;
—радиус кулачка, соответствующий времени подачи материала;
Л — величина удельного подъема кривой кулачка;
II — полный подъем кривой рабочего хода кулачка.
Первичную настройку инструментов автоматов следует осу-
ществлять, пользуясь эталонной деталью с хвостовиком (фиг. 76),
предназначенным для закрепления детали в цанге. Эталон должен
иметь размеры, обеспечивающие настройку инструментов на опти-
мальный настроечный размер. Размеры эталона и величину Lo опре-
деляют ранее указанными способами.
Инструменты следует устанавливать и закреплять при крайних
рабочих положениях суппортов и револьверной головки так, как
это показано на фиг. 77. Поднастраивать, пользуясь эталоном,
можно лишь автоматы, обрабатывающие детали из штучных заго-
товок. Применение его для поднастройки автоматов, для которых
заготовкой является пруток, нерационально, так как для установ-
ки эталона необходимо удалять пруток. На таких автоматах надо
применять взаимозаменяемую настройку. При этом центровые ин-
струменты (сверла, зенкеры и др.) необходимо закреплять в спе-
циальных держателях 1 (фиг. 78), снабженных упорами 2 и вин-
тами 3. Регулировать размер длины следует обычными компенсато-
рами в виде винта, ввернутого в торец инструмента (фиг. 79), и
контргайки. При настройке резцов на заданную длину необходимо
пользоваться приспособлением индикаторного типа (фиг. 80). Ра-
ционально применять взаимозаменяемые, предварительно настроен-
97
Фиг. 79. Взаимо: вменяемое центровое сверло
для автомат.
Фиг. 80. Приспособление для иасгпойки установочной длины
центровых । нстру ментон.
Фиг. 81. Способ крепления
быстросменного чашечно-
го круглого резца.
Фиг. 82. Механизм автоматического пово-
рота чашечного резца.

ные блоки режущих инструментов. Можно также применять уст-
ройства для автоматической поднастройки, что увеличивает точ-
ность обработки.
Когда станки работают в автоматических линиях, то остановка
по какой-либо причине одного из них влечет за собой остановку
всех пли значительной части остальных станков. При частых ос-
тановках эффективность использования линии резко снижается.
Поэтому конструкторы уделяют большое внимание вопросам на-
дежности работы всех механизмов автоматических линий и особенно
способам настройки станков, так как наиболее часто станки необ-
ходимо останавливать для настройки и поднастройки.
Порядковые номера посиедоВатеиьно обработан -
ных деталей
Фиг. 83. Графики изменения размеров обработанных деталей:
а—при ручном повороте пластины; б — при принудительном меха-
ническом повороте пластины.
На линиях, которые создавались впервые, для уменьшения
простоев, связанных с настройками и поднастройками станков,
снижали режимы резания и увеличивали стойкость инструмента.
Однако этот способ был мало эффективен. К новым, более рацио-
нальным способам устранения этого недостатка следует отнести
внедрение автоматической замены режущего инструмента, приме-
нение автоматической поднастройки, а там, где это пока невозмож-
но, — взаимозаменяемой настройки.
Легко осуществляется механизация смены режущих лезвий
чашечных резцов. Такой способ нашел применение на автомати-
ческой линии 1ГПЗ (фиг. 81). Резец 1 базируется по внутреннему
диаметру втулки 2. К последней он прикреплен болтом 3 и пру-
жиной 4, упирающейся во втулку и шайбу 5. Механический пово-
рот резца осуществляется простым механизмом (фиг. 82). Перед
подводом резца к рабочей зоне он, скользя по неподвижному
ролику 1 под действием силы трения, поворачивается на некоторый
угол. Этим в работу вводится новый участок режущей кромки.
99
При обратном отводе собачка 2 проскальзывает по храповому коле-
су 3, и ролик обкатывается по резцу, но не поворачивает его.
Принудительный поворот чашечного резца исключает необхо-
димость затраты времени на поднастройку. Качество обработки
и точность ее улучшаются. Это видно на графиках изменения раз-
меров деталей при ручном (фиг. 83, а) и принудительном (фиг. 83, б)
способах поворота пластины. Можно применять устройство для
автоматической смены инструментов, подобное тому, какое сделано
на станке «Сан-Стренд». Удачным примером решения этого же во-
проса следует считать устройство для автоматической замены паль-
цевых фрез (фиг. 84). В нем команда на замену фрезы подается
Фиг. 84. Устройство для автоматической смены пальцевых фрез.
после того, когда фрезой обработано заданное количество деталей.
По команде шпиндельная бабка уходит в крайнее правое поло-
жение, цанга разжимается, упор 1 выталкивает изношенную фрезу
и на ее место устанавливает новую. Фрезы винтовыми компенсато-
рами настроены на одинаковую длину. Применение такого уст-
ройства обеспечивает возможность замены инструмента без оста-
новки станка. Автоматическую замену режущего инструмента в со-
четании с автоматической поднастройкой следует считать наиболее
эффективным средством уменьшения простоя станков автоматиче-
ских линий.
Рациональная настройка станков является важным резервом
повышения производительности труда в области обработки реза-
нием. Внедрение в производство каждого из ее способов требует
творческой работы технологов и настройщиков. Пока не всегда
можно получить данные о величине настроечных размеров расчет-
ным путем. Поэтому их приходится определять на основании опыта.
В книге изложена методика опытного определения данных раци-
онального способа . настройки. Надо полагать, что это поможет
настройщикам не только внедрить эти способы в производство, но
и внести в эту область много нового и более совершенного.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. А. Зыков, Анализ производства методами математической стати-
стики, Сб. «Основные вопросы точности, взаимозаменяемости и технических из-
мерений в машиностроении», Машгиз, 1958.
2. А. А. М а талин, Конструкторские и технологические базы, Машгиз,
1959.
3. А. П. Соколовский, Курс технологии машиностроения, ч. 1,
Машгиз, 1947.
4. А. П. Соколовский, Расчеты точности обработки на металлоре-
жущих станках, Машгиз, 1952.
5. А. П. Соколовский, Научные основы технологии машиностроения,
Машгиз, 1955.
6. А. Б. Яхин, В. П. Ефимов, Технология приборостроения, Обо-
ронгиз, 1956.
7. В. И. Гостев, А. А. Сыроегин, Методика определения рацио-
нального уровня настройки станков, ГНТК СССР, АН СССР, ФВИНТИ, Ин-
формация о научно-исследовательских работах, тема 13. № И-56-116, 1956.
8. А. Б. Яхин, В. П. Ефимов, Технология приборостроения, Обо-
ронгиз. 1956.
9. В. И. Ишуткин, Рациональная настройка автоматов и полуавтома-
тов, Технико-экономический бюллетень Омского СНХ № 3, 1959.
10. П. А. Пакидов, К вопросу определения наивыгоднейшего положе-
ния инструмента при настройке металлорежущих станков. Труды Омского ма-
шиностроительного института, вып. 1, 1956.
11. А. П. Соколовский, Научные основы технологии машинострое-
ния, Машгиз, 1955.
12. А. В. Дербишер, Наладка станков на точность с применением
взаимозаменяемой оснастки, «Станки и инструмент» № 10, 1953.
13. А. В. Дербишер, Взаимозаменяемая скоростная наладка металло-
режущих станков, Сб. «Автоматизация в машиностроении», Машгиз, 1957.
14. А. Я- Малкин, Д. И. Семенченко, Проектирование и эксплуа-
тация инструмента автоматических линий, «Станки и инструмент» № 8, 1959.
15. К- П. Петров, В. А. Радионов, Бесподналадочный режущий
инструмент и державки к многошпиндельным автоматам, ГНТК СССР, АН СССР,
ФВИНТИ, Передовой научно-технический и производственный опыт, тема 10,
№ М-59-48/11, 1959.
16. Г. М. Рывкин, Быстросменные инструментальные наладки, Сб. «Кон-
струкция режущих инструментов и технология их изготовления», НТОМаш-
пром, 1958.
17. А. Н. Альтшуллер, Автоматическое регулирование размеров
малыми импульсами при обработке резанием, Сб. «Автоматизация технологиче-
ских процессов в машиностроении», АН СССР, 1956.
18. С. С. Волосов, Автоматическое обеспечение точности размеров
при шлифовании, Машгиз, 1958.
19. О. Д. Парфенов, Автоматическая размерная поднастройка метал-
лорежущих станков-рвтоматов, Сб. «Комплексная автоматизация и механизация
в машиностроении», Машгиз, 1959.
101
20. Г. Е. Анисимова, В. И. Ишуткин, Совершенствование на-
стройки гидрокопировальных станков. Бюллетень технико-экономической ин-
формации Омского СНХ № 8, 1959.
21. В. И. Ишуткин, Метод рационального расчета наладки автоматов,
«Омский машиностроитель» № 1, 1957.
22. С. К- Май бор ода, Повышение производительности многорезцовых
полуавтоматов, «Станки и инструмент» № 1, 1959.
23. С. П. Митрофанов. Научные основы ipynn-овой технологии,
Машгиз, 1959.
24. Б. И. С ле и пер, Опыт гишменения гидрокопироза.тыюго суппорта
КСТ-1, ГНТК РСФСР, ГНИИНТИ, Москва, 1959.
25. Ю. Г. Савк ии. Автоматический наладчик для станков токарной
группы, «Машиностроитель» № 3, 1958.
26. В. В. Коп даш е век и а, Контроль деталей в процессе обработки,
Машгиз, 1957.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.......................... . ....................... 3
Г-iw-a 1 Точность обработки деталей на металлорежущих станках . 5
1. Понятие о точности обработки ... 5
2. Погрешности, обусловленные упругими деформациям и системы
станок — деталь — инструмент ... 7
3. Погрешности обработки, вносимые размерным износом режущих
инструментов . .............................................. 12
4 Погрешности обработки, обусловленные температурными дефор-
мациями станка, детали и инструмента . .... . 15
5. Погрешности, обусловленные геометрической неточностью стан-
ка, инструмента и приспособления . . ......... . . . . 17
6. Погрешности систематические и случайные.................... 19
7. Погрешности, связанные с установкой детали на станке ... 25
И. Погрешности установки инструмента на заданный размер ... 29
9. Изменение размеров деталей в процессе обработки и анализ
точности обработки . . . ............. 32
Глава 11. Основные принципы рациональной настройки станков .... Зо
1. Поняите об оптимальном настроечном размере и оптимальной
настройке.................................................... 35
2. Понятие о существующих способах рациональной настройки
и об их-эффективности . . .... З-?
3, рагиокалыгая настройка, осуществляемая по результатам изме-
рения пробных деталей ... . ... 44
Глава ill. Рациональная настройка, осуществляемая с помощью этало-
нов и ус газонов ...................... . .... 49
1 Сущность способов настройки по установам и эт стонам . . . 49
2 . Расчетный способ определенна разменов эталонов ............. 5 )
Гласа . V. Взаимозаменяемые настройки................................ 57
1. Принцип взаимозаменяемой настройки и примеры ее выполнения 57
2. Погрешности при взаимозаменяемой настройке и способ на-
стройки станков на оптимальный настроечный ргнмср . . !'>4
3. Эффективность взаимозаменяемой настройки и точность ее . . 57
Глава V. Автоматическая поднастройка станков ........................ 59
1. Сущность автоматической поднастройки................... . 69
2. Определение контрольных границ измерения размеров г систе-
мах автоматической поднастройки .................. . ... 56
Глава ысобечноши рационального использования станков ..... S3
1 Чпогорезповые полуавтоматы . ................ 8'1
2 Гидрокопкровальныи способ обработки ....................... 84
?. [окавные автоматы......................................... 92
Литература .......................................................... 101
Валерий Иванович Ишуткин
НАСТРОЙКА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКОВ
Обложка Л/. Н. Гарипова
Технический редактор Н» А. Дугина
Корректоры Н. JC. Арсеньева, Н. В. Семенова
НС 11854 Сдано в производство 14/1Х I960 г-
Подписано к печати 6/XII I960 г.
Печ. л. 6,5. Уч.-изд. л. 6,8. Бум.
л. 3,25. Формат 60х92г/1в. Тираж 26000.
Индекс ПТР-ЗА. Заказ № 477.
*
Типография жзд-ва «Уральский рабочий*,
г. Свердловск, ул. им. Ленина, 49.