A A A

Czynniki wpływające na dokładność obróbki

Zapewnienie potrzebnej dokładności obróbki jest zasadniczym zadaniem przy projektowaniu procesu technologicznego. Technolog musi znać przy­czyny powstawania niedokładności. Dzięki temu może on wpływać na po­szczególne czynniki procesu technologicznego w kierunku zapewnienia potrzebnej dokładności. W procesie technologicznym biorą udział cztery czynniki: obrabiarka, narzędzia, przedmiot obrabiany i człowiek. Od tych właśnie czynników uzależniona jest dokładność obróbki, przy czym np. wpływ obrabiarki uza­leżniony jest od dokładności jej wykonania, stopnia zużycia, sztywności, stopnia nagrzania itp. Wpływ obrabiarki. Obrabiarki do metali, jak i wszystkie inne wyroby, mogą być wykonane jedynie z pewną ograniczoną dokładnością. W wyniku tego absolutna dokładność pracy obrabiarki jest niemożliwa i zawsze występują pewne odchyłki. Dokładność wykonania obrabiarki określają specjalne normy PN^M-55650-^-55693. Na podstawie tych norm dokonywany jest odbiór obrabiarek oraz ich sprawdzanie po każdej naprawie, jak również podczas użytko­wania. Przewidziane normami badania obrabiarek polegają głównie na spraw­dzeniu dokładności wykonania i montażu poszczególnych zespołów, a także obrabiarki jako całości, ale nie określają bezpośrednio dokładności obróbki, jaką można uzyskać na danych obrabiarkach. W celu określenia błędów obróbki na podstawie znanych błędów geometrycznych samej obrabiarki, należy w niektórych przypadkach wykonać specjalne przeliczenia. Na dokładność obróbki wpływa również budowa oraz dokładność wy­konania przyrządów i uchwytów. Szczególny wpływ na dokładność obróbki mają te elementy przyrządów i uchwytów, które ustalają położenie wrzecion, prowadnic łóż, suportów i stołów, mechanizmów posuwnych, przekładni zębatych itd.) oraz przyrządów i uchwytów (głównie: ele­mentów oporowych, ustalających i prowadzących narzędzie) błędy wy­wołane niedokładnością ich wykonania zwiększają się, przekraczając war­tości dopuszczalne. Z tego względu przeprowadza się okresowe kontrole obrabiarek i przyrządów; w przypadku stwierdzenia zużycia przekracza­jącego ustalone granice obrabiarkę lub przyrząd poddaje się odpowiedniej naprawie. Dokładność obróbki zmniejszają odkształcenia sprężyste obrabiarek i przyrządów oraz przedmiotów obrabianych i narzędzi pojawiające się w wyniku działania sił skrawania i sił zaciskających (w przypadku przy­rządu). Schemat rozkładu sił skrawania przy toczeniu pokazano na rys. 4. Wsku­tek działania tych sił obrabiarka ulega różnym odkształceniom. Przedmiot oddala się przy tym od noża w wyniku odkształceń elementów wrzecien-nika i konika, a nóż oddala się od przedmiotu wskutek odkształceń elemen­tów suportu. W wyniku tych ugięć zmienia się odstęp między osią przed­miotu a wierzchołkiem noża, a więc zmienia się wymiar obrabianego przed­miotu. Z punktu widzenia dokładności obróbki ważne jest przemieszczanie się zespołów obrabiarki w kierunku mającym wpływ na wymiar przedmiotu, a więc pod działaniem składowej Py (rys. 4), zwanej promieniową lub nor­malną. Jeżeli przemieszczenie zespołów tokarki w kierunku zgodnym z kie­runkiem działania siły Py wynosi 0,1 mm, to średnica przedmiotu w tym przypadku zmieni się o 0,2 mm. Przy frezowaniu siła Py działa w kierunku promienia freza i powoduje ugięcie trzpienia, oprawki freza itp. Przy przeciąganiu zewnętrznym siła Py odpycha przeciągacz od powierzchni obrabianej. Błędy spowodowane odkształceniami sprężystymi mają duże znaczenie dla dokładności obróbki skrawaniem i stanowią od 20 do 80% całkowitego błędu obróbki. Niezależnie od tego sztywność obrabiarek i przyrządów wywiera znaczny wpływ na drgania występujące przy skrawaniu metali. Drgania te pow­stają między innymi w wyniku: 1)niezbyt dokładnego wyważenia części obrabiarki lub obracającego się przedmiotu obrabianego, 2)przerywanego charakteru procesu skrawania (np. kolejna praca zę­bów freza lub przeciągacza), 3)istnienia wad przekładni obrabiarki (np. błędy podziałki lub mimo-środowe nacięcie zębów w stosunku do osi obrotu koła wywołują powsta­wanie sił okresowych, przenoszących się na łożyska i prowadnice obra­biarki), 4)przenoszenia drgań z zewnątrz (np. w pobliżu danej obrabiarki pra­cuje inna maszyna powodująca silne drgania). Rozpatrując wpływ obrabiarki na dokładność obróbki należy uwzględnić jeszcze jej odkształcenia cieplne powstające na skutek wzrostu tempera­tury łożysk wrzeciennika. W wyniku tego nagrzewania się zmniejsza się luz w łożyskach i oś wrzeciennika przemieszcza się ze swego początkowego położenia, co powoduje zmianę wymiarów oraz błędy kształtu obrabianego przedmiotu. Okoliczność ta ma bardzo duże znaczenie przy szczególnie dokładnej obróbce (np. przy diamentowaniu), jednakże i w zwykłych wa­runkach dokładnej obróbki trzeba niekiedy uwzględnić zmianę tempera­tury obrabiarki. Wpływ narzędzia. Narzędzie skrawające wykonuje się z niedającymi się uniknąć błędami, których wielkość zależy od metod stosowa­nych w końcowej fazie obróbki. Do błędów tych 'należą: 5)błędy wymiarowe krawędzi tnących, 6)błędy zarysu krawędzi tnących, 7)bicie promieniowe i osiowe krawędzi tnących. Do rozpatrywanej grupy błędów powodujących niedokładności obróbki skrawaniem należy również zaliczyć niedokładności wykonania uchwytów narzędziowych, jak oprawek, trzpieni, uchwytów itd. Każde narzędzie w czasie skrawania ulega zużyciu, przy czym zużycie to występuje zarówno na powierzchni natarcia, jak i na powierzchni przy­łożenia. Zużycie powierzchni natarcia wpływa na trwałość ostrza narzę­dzia; natomiast zużycie na powierzchni przyłożenia w przypadku obróbki na automatach wpływa na dokładność obróbki. Na wielkość i szybkość zużycia narzędzia skrawającego wpływają nastę­pujące czynniki: 8)rodzaj obrabianego materiału, 9)rodzaj, konstrukcja, wymiary i materiał narzędzia, 10)rodzaj obróbki cieplnej narzędzia, 11)metody obróbki wykańczającej narzędzia, 12)warunki skrawania, 13)chłodzenie itd. Wpływ dokładności wykonania i stopień zużycia narzędzia na dokład­ność obróbki jest zależny w dużym stopniu od rodzaju narzędzia. Szcze­gólnie duży wpływ obserwujemy przy obróbce takimi narzędziami, jak rozwiertaki, narzynki, przeciągacze itp. Niedokładności wymiarowe tych narzędzi wpływają bezpośrednio na dokładność wykonywania przedmiotu. Duży wpływ ma również zużycie narzędzia w przypadku stosowania obra­biarek wielonarzędziowych. Sprężyste odkształcenia narzędzia i elementów mocują­cych obrabiarki w niektó­rych przypadkach (np. przy wytaczaniu lub wierceniu głębokich otworów) mogą również odgrywać dużą rolę w powstawaniu niedokładno­ści wymiarów obrabianego przedmiotu. W czasie skrawania wy­dziela się duża ilość ciepła. Główna jego część jest od­prowadzana wraz ze skrawa­nymi wiórami, ale również stosunkowo dużo ciepła przej- Rys. muje narzędzie i obrabiany przedmiot. Wskutek nagrze­wania ostrze narzędzia wydłuża się co powoduje zmianę wymiaru obra­bianego przedmiotu. W wielu przypadkach, zwłaszcza przy dokładnej obróbce bez chłodzenia, może to mieć istotne znaczenie. Wpływ przedmiotu obrabianego. W czasie obróbki na obrabiany przedmiot działają siły skrawania, siły zamocowania przedmio­tu oraz jego ciężar. Wskutek działania tych sił następuje odkształcenie sprężyste przedmiotu, powodujące zmniejszenie dokładności obróbki. Na przykład przy toczeniu w kłach wału o małej sztywności uzyskuje on kształt baryłkowy (rys. 5a). Ten sam wałek zamocowany w uchwycie samocentrującym uzyskuje przy toczeniu kształt przedstawiony na rys. 5b, a powierzchnia czołowa, wskutek wpływu odkształceń — postać przedsta­wioną na rys. 5c lub d, w zależności od tego, w jakim kierunku przepro­wadza się toczenie: od osi w kierunku obwodu, czy też odwrotnie od ob­wodu ku osi. W celu zmniejszenia odkształceń sprężystych długich przedmiotów pod­czas ich obróbki mechanicznej na tokarkach i szlifierkach stosuje się pod-trzymki. W czasie obróbki metalu na gorąco (odlewanie, kucie, walcowanie) oraz przy obróbce plastycznej na zimno (np. przy prostowaniu przedmiotów) w przedmiotach powstają naprężenia wewnętrzne. Przedmioty te po obrób­ce ulegają odkształceniu, objawiającemu się zwykle skrzywieniem osi i zwi­chrowaniem płaszczyzn. Znaczne odkształcenia przedmiotów można stwier­dzić po obróbce zgrubnej. Z tego względu z reguły wszystkie operacje zgrubne powinny być wykonywane na początku procesu obróbki, przed operacjami wykańczającymi. Ponadto w procesie obróbki dużych przed­miotów narażonych na znaczne odkształcenia pod wpływem naprężeń we­wnętrznych (np. odlewu kadłuba silnika) należy przewidzieć między ob­róbką zgrubną i wykańczającą, operację odprężania (sezonowania), w cza­sie której następuje wyrównanie naprężeń wewnętrznych. Odprężanie może być naturalne, na podwórzu fabrycznym pod działaniem czynników atmosferycznych w czasie kilku miesięcy, a nawet lat, lub też sztuczne za pomocą obróbki cieplnej. Wpływ odkształceń cieplnych obrabianego przedmiotu, wywołanych jego nagrzewaniem się w czasie skrawania, jest szczególnie duży przy zdejmo­waniu dużych naddatków z przedmiotów cienkościennych. Przy równo­miernym rozgrzewaniu zmieniają się tylko wymiary przedmiotu, nato­miast przy nierównomiernym rozkładzie temperatur zmienia się również kształt przedmiotu. Ze względu na odkształcenia cieplne przedmiot powi­nien ostygnąć między obróbką zgrubną i wykańczającą. Błąd wykonania zależy również od wielkości przedmiotu. Wzrostowi wymiarów i ciężaru przedmiotu towarzyszy z reguły wzrost niedokładności obróbki, ponieważ zwiększają się wymiary stosowanych obrabiarek i na­rzędzi oraz dlatego, że większość rozpatrzonych poprzednio czynników, wpływających na dokładność obróbki, zależy od wymiarów obrabianego przedmiotu. Wpływ robotnika na dokładność obróbki zależy od rodzaju ob­rabiarki. Na przykład przy obróbce na półautomatach, automatach, prze­ciągarkach wpływ ten jest nieznaczny. Źródłem błędów może być subiektywność oceny wskazań narzędzi mier­niczych, niedokładność nastawienia narzędzia na wymiar, zmęczenie ro­botnika itd. Oprócz wymienionych czynników na dokładność obróbki wpływa rów­nież szereg innych, jak np. dokładność pomiarów uzależniona od dokład­ności narzędzi mierniczych i metod pomiarów; zagadnienie to rozpatry­wane jest w ramach wykładów „Pasowania i pomiary".