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".