Образование шероховатости при токарной обработке
Такие неровности образуют поперечную шероховатость поверхности, поскольку ориентированы перпендикулярно направлению скорости резания. Наряду с ней может возникать и продольная шероховатость, связанная с неровностями, расположенными вдоль направления скорости резания. Происхождение этих неровностей обусловлено иными причинами, такими как вибрации, колебания резца и дефекты работы станка.
Для токарной обработки решающим показателем качества поверхности является именно поперечная шероховатость, поскольку она непосредственно связана с геометрией резания и условиями подачи.
Факторы, влияющие на шероховатость поверхности
Высота неровностей обработанной поверхности зависит от множества факторов, действующих одновременно и по-разному в различных условиях резания. Поэтому точное расчетное определение шероховатости при токарной обработке практически невозможно, и ее значения устанавливаются экспериментально.
Существенное влияние оказывает физико-механическое свойство материала заготовки. При обработке вязких металлов, например малоуглеродистых сталей, высота неровностей, как правило, больше, чем при точении хрупких материалов, таких как чугун. При обработке хрупких металлов может образовываться стружка надлома, что нередко приводит к появлению глубоких продольных углублений на поверхности.
Шероховатость уменьшается при термической обработке стали, так как повышается однородность ее структуры и улучшаются условия резания. Наиболее сильное влияние на шероховатость оказывает величина подачи. При увеличении подачи высота неровностей резко возрастает и часто значительно превышает расчетные значения.
Глубина резания оказывает сравнительно слабое влияние на шероховатость и в большинстве случаев не имеет решающего практического значения.
Скорость резания является одним из важнейших факторов формирования микрорельефа поверхности. При малых скоростях резания размеры неровностей относительно невелики. С увеличением скорости резания шероховатость сначала возрастает, затем при достижении определенного диапазона скоростей начинает уменьшаться. Минимальная шероховатость обычно достигается при скоростях порядка 60–70 метров в минуту. Дальнейшее увеличение скорости резания оказывает незначительное влияние на качество поверхности.
Отрицательное влияние на шероховатость оказывает образование нароста на режущей кромке резца. Наличие нароста приводит к неравномерному срезанию материала и увеличению высоты неровностей.
Большое значение имеет состав применяемой смазочно-охлаждающей жидкости. Лучшие результаты достигаются при использовании жидкостей с высокими смазочными свойствами, содержащих минеральные масла, мыльные растворы и специальные присадки.
Состояние режущей кромки резца напрямую отражается на качестве поверхности. Неровности, оставшиеся на кромке вследствие плохой доводки инструмента, переносятся на обрабатываемую поверхность в увеличенном виде. Степень затупления резца также влияет на шероховатость. При незначительном притуплении поверхность иногда получается более чистой, чем при абсолютно остром резце. Однако при дальнейшем износе инструмента шероховатость резко возрастает.
Материал режущего инструмента играет заметную роль. Твердосплавные резцы некоторых марок плохо обеспечивают высокое качество поверхности при обработке вязких материалов из-за склонности к выкрашиванию. В таких условиях более эффективны твердые сплавы с улучшенной вязкостью или быстрорежущие стали.
Существенное ухудшение шероховатости вызывает наличие вибраций в процессе резания. Причинами могут быть избыточные зазоры в направляющих суппорта, износ подшипников, неточности зубчатых передач, плохая балансировка вращающихся частей, недостаточная жесткость детали, неправильные углы резца и его большой вылет. Эти факторы чаще всего приводят к появлению продольной шероховатости.
Классификация и обозначение шероховатости поверхностей
Шероховатость поверхностей классифицируется государственными стандартами. ГОСТ 2789–59 устанавливал четырнадцать классов чистоты поверхности, которые указывались на чертежах специальными обозначениями. Для более точной градации классы с шестого по четырнадцатый могли подразделяться на разряды, обозначаемые буквами.
Контроль шероховатости осуществляется путем сравнения обработанной поверхности с эталонами или с помощью измерительных приборов. Метод сравнения применяется непосредственно на рабочем месте и позволяет быстро оценить качество обработки. Эталонные образцы изготавливаются для различных способов обработки и материалов.
Более точные измерения выполняются с помощью оптических и контактных приборов, таких как профилометры и профилографы. С их помощью определяются параметры шероховатости, в том числе высота неровностей и среднее арифметическое отклонение профиля.
Для некоторых классов шероховатости, достигаемых токарной обработкой, характерны определенные диапазоны значений высоты неровностей, измеряемые в микрометрах. Поверхности с грубой шероховатостью обозначаются на чертежах специальными знаками с указанием допустимой высоты неровностей. Поверхности, не подлежащие обработке, также имеют отдельное обозначение.
С введением нового стандарта ГОСТ 2789–73 была расширена система параметров шероховатости и изменены обозначения классов, что позволило более точно характеризовать качество поверхности.
Точность обработки деталей на токарных станках
Несмотря на высокий уровень развития станкостроения, совершенство методов обработки и применение точных измерительных инструментов, получение абсолютно точных размеров и идеальной формы деталей на практике невозможно. В процессе токарной обработки неизбежно возникают погрешности различного характера.
Погрешности, связанные с неточностью станка и зажимных приспособлений
Отклонения, допускаемые при изготовлении и сборке станка, а также износ его узлов со временем приводят к искажению формы обрабатываемых поверхностей. Например, при овальности шеек шпинделя обработанная деталь также приобретает эллиптическую форму вместо цилиндрической.
Конусность цилиндрических поверхностей может возникать из-за неправильной установки передней бабки при работе в патроне или задней бабки при обработке в центрах.
Неточности зажимных приспособлений также существенно влияют на результат обработки. Изношенные оправки, поврежденные центровые отверстия и дефекты патронов приводят к нарушению концентричности и правильности формы детали, что влечет за собой отклонения размеров.
Погрешности, вызванные инструментом и его установкой
Точность размеров и формы детали во многом определяется точностью геометрии режущего инструмента. При обработке канавок мерным резцом ширина канавки будет соответствовать заданной только при точном соответствии длины режущей кромки требуемому размеру.
Форма фасонных поверхностей полностью зависит от точности фасонного резца. Неправильная установка инструмента, например наклон главной режущей кромки относительно оси детали, приводит к увеличению ширины канавки и искажению формы.
Большое значение имеет точность установки резца на заданный размер по лимбу или другому отсчетному устройству. В процессе работы существенное влияние оказывает износ инструмента. В ряде случаев он приводит к тому, что диаметр детали в конце обработки отличается от диаметра в начале прохода.
Погрешности измерений
Неточности измерений могут быть обусловлены дефектами измерительного инструмента, его износом или неправильным использованием. Современные измерительные инструменты проходят обязательный контроль, а наиболее точные из них снабжаются паспортами с указанием допустимых погрешностей.
При правильной организации производства естественный износ измерительного инструмента не должен влиять на точность измерений, так как периодический контроль позволяет своевременно выявлять отклонения.
Серьезные ошибки возникают при применении измерительных средств недостаточной точности. Например, использование кронциркуля и линейки для измерения размеров с высокой точностью неизбежно приводит к погрешностям. Ошибки также возникают при неправильном положении инструмента относительно измеряемой поверхности, при чрезмерном усилии при измерении и при игнорировании температурных факторов.
Нагретая в процессе резания деталь имеет увеличенные размеры, поэтому измерения следует производить после ее охлаждения или с учетом температурных поправок.
