Точность обработки
Качество обработки деталей машин определяется двумя критериями: точностью обработки и шероховатостью обработанных поверхностей.
Под точностью обработки понимают степень соответствия изготовленной детали заданным размерам и форме. В большинстве случаев форма деталей определяется комбинацией известных геометрических тел: цилиндрических, конических, плоскостей и т. д. Можно установить следующие основные критерии соответствия детали заданным требованиям:
Отклонения формы и расположения поверхностей
Отклонение формы реальной поверхности от номинальной, т. е. заданной чертежом, оценивается наибольшим расстоянием D между точками реальной поверхности и номинальной, измеренным по нормали к последней. Отклонения формы и расположения поверхностей регламентируются ГОСТом. Наиболее часто встречающиеся из них:
Отклонения от плоскостности:
Отклонения от круглости:
Рисунок 1. Определение величины отклонения формы
Рисунок 2. Отклонения профиля продольного сечения
Рисунок 3. Отклонения расположения
Отклонения расположения характеризуется отклонением реального расположения поверхностей (осей) от их номинального расположения:
Факторы, определяющие точность обработки
В состав погрешности обработки входят:
Погрешность настройки складывается из:
Рисунок 4. 
Точность настройки станка и режущего инструмента
При смещении резца на размер а вверх-вниз относительно оси станка (рис. 4) диаметр D заготовки увеличивается.
Биение вращающихся центров станка приводит к биению обрабатываемых поверхностей заготовки относительно оси центральных отверстий. При перестановке обработанной заготовки на другой станок с другим биением центров может возникнуть отклонение от соосности у заготовок, обрабатываемых в разных условиях.
Жёсткость технологической системы
Жёсткостью технологической системы называют отношение радиальной силы резания Py, направленной перпендикулярно обрабатываемой поверхности, к смещению y режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности заготовки в том же направлении:
Под влиянием силы резания возникает упругая деформация элементов технологической системы СПИД (изгиб и сжатие резца, изгиб заготовки и т.п.). Если бы под действием сил резания заготовка и инструмент не деформировались, то обработанная поверхность имела бы форму цилиндра диаметром d (рис.5).
Деформации режущего инструмента, зависящие от величины его вылета из резцедержателя, особенно сказываются при растачивании глубоких отверстий (рис. 8).
Влияние на точность обработки температуры и других факторов
В процессе резания звенья технологической системы нагреваются, что приводит к возникновению температурных погрешностей. Так, вследствие нагрева инструмента удлиняется его режущая часть, что приводит к возникновению погрешности формы и размеров при обработке длинных поверхностей.
Температура нагрева обрабатываемой заготовки зависит от количества теплоты, поступающей в заготовку, которая в свою очередь зависит от массы заготовки, теплоёмкости её материала, режима резания. Чем больше масса заготовки, тем меньше она подвержена температурным деформациям.
При работе станка выделяется теплота из-за трения в узлах и подшипниках, вследствие чего нагреваются детали станка и его механизмы. У токарно-винторезного станка главным образом нагревается передняя бабка. Задняя бабка, суппорт и станина нагреваются незначительно. Ввиду больших масс частей станка происходят медленные температурные деформации, которые незначительно влияют на точность обработки.
Большое влияние на точность обработки оказывает размерный износ режущего инструмента в направлении нормали к обрабатываемой поверхности. Величина износа зависит от пути, пройденного резцом за период его стойкости, т.е. пути резания:
[м], где 
скорость резания, м/мин.
Характеристикой интенсивности размерного износа является относительный износ (мкм), т.е. размерный износ приходящийся на 1000 м пути резания:
Рисунок 9. 
Рисунок 10.
Тогда размерный износ может быть определён по формуле:
Точность обработки деталей на станках: определение понятия, характеристики отклонений от заданных параметров
Любое производство всегда должно соответствовать определенным параметрам. И одно из них – это точность обработки деталей. От этого аспекта зависит сразу множество факторов. Эксплуатационный срок продукции, возможность осуществления замены, темпы и эффективность финальной сборки машинным методом. Без соответствия нормам обеспечить процесс бесперебойного производства просто невозможно. Ведь при темпах выпуска готовых агрегатов детали проходят через машину даже не за минуты, а за секунды. И любое изменение станет критичным, особенно если для установки метиза придется его дополнительно подгонять слесарным методом.
Понятие о точности обработки
Под этим термином принято подразумевать соответствие детали установленным чертежом параметром. Этот аспект касается формы, размеров, корректности взаимного расположения частей, состоянию поверхности (уровень шероховатости или ее полное отсутствие).
Добиться 100% соответствия на самом деле не представляется возможным. Всегда будут наличествовать отступления в некоторой степени. Поэтому важным параметром становится допуск. В одной партии деталей он возможен до сотых миллиметра, в другой — до десятых долей Мкм.
Соответственно, необходимо уместиться в заданный диапазон. И это становится возможным при сочетании высококачественного оборудования и квалифицированных специалистов, осуществляющих работу. Ведь некоторые станки просто изначально имеют погрешность, которая не позволит подогнать метиз под параметры допуска. Только при случайном результате. В итоге чем жестче становятся требования, тем более дорогостоящим становится производство. И материалы, и само оборудование, используемые в процессе, будут дороже. Не говоря уже про оплату труда высококвалифицированных кадров. Величина отклонений показывает тот факт, насколько высокие требования к взаимозаменяемости. Чем они выше, тем точнее придется подгонять детали. И уровень квалитета вырастает соответственно. Чтобы приобрести необходимое техническое обеспечение с высокими качественными показателями, обращайтесь в нашу компанию «Сармат». Мы предоставляем широкую линейку станков металлообрабатывающего оборудования.
Так в различных отраслях для эффективности существуют нормативы, на которые необходимо ориентироваться. Это ГОСТы, в частности, для этого аспекта характерен документ 7713-55.
Допуск изначально указывается в самом чертеже, он обозначается знаком плюса или минуса. Что показывает, в какую именно сторону допустимо выйти за грани значений, указанных схемой. Посмотрим на примере. Длина деревянного бруска в документации указывается, как 20-0.4мм. В этом случае мы понимаем, что заданный размер – 20 миллиметров, но если ошибка будет в меньшую сторону на 0.4, то деталь все равно будет в зоне допуска. То есть, 19.6 мм – это нормально. Также при размерах, указанных как 30+0.3мм, мы можем отклониться на определенный отрезок от примера. Выточить брусок длиной 3.3мм. Но любое отступление свыше этого параметра – будет уже серьезным нарушением, что спровоцирует повторную работу.
Так, мы можем выявить, что такое точность обработки — определение звучит, как соответствие в определенном диапазоне квалитета параметрам размера, геометрической формы, структуры поверхности, расположения составных частей по отношению друг к другу у готовой детали и чертежа. И основной целью всего этого понятия мы назвали возможность осуществления автоматического производства и сборки. И чем корректнее получилось изделия, тем в более скоростных процессах дальнейшего производства оно способно принять участие. Степень соответствия – прямой показатель качества. Наличие необходимости механической доработки любым методом – это серьезная ошибка, нарушение в процессе изготовления. А если погрешность станка для указанного уровня квалитета вполне укладывается в диапазон, значит, неточность стала следствием человеческого фактора. То есть, банальной халатности или некомпетентности оператора.
Характеристика точности обработки
Разберемся в базовых терминах, которые характеризуют понятие. Первый из них – это номинальный размер. Это параметр длины, ширины, высоты указанный в начальной документации. На схеме, по которой идет производство. Он обычно заявляется с отступлениями, но они не считаются его частью. Так, при значениях в 35-05мм номинальным размером будет только первое. Соответственно, 25 миллиметров.
А вот действительным уже называют размер, полученный после процесса производства. Он выявляется с помощью измерения получившегося метиза. И для выяснения необходимости дальнейшей доработки, нужно обращаться к еще одному понятию — предельный размер. Он уже указывается, как номинальное значение с отклонением. В нашем примере – это 34.5 мм. В большую сторону, 35.5 мм. Диапазон между этими параметрами считается допуском.
Взаимозаменяемость деталей
При современных темпах производства на сбор конструкций отводятся максимально урезанные сроки. Машины работают в активном ритме. Это характерно для сбора велосипедных, мотоконструкций, машиностроения, двигателей и во множестве иных областей. И для проведения подобных процессов нужно огромное внимание уделить тому, подходят ли метизы по уровню квалитета. В противном случае это скажется на скорости. Останавливать производственный процесс для подгонки изделий никому не захочется.
И по итогу, точность обработки детали – это:
Также этот аспект исключительно важен в вопросах ремонта. Ведь взаимозаменяемость тут тоже становится центральным фактором. Если сломанную деталь невозможно заменить на новую без подгонки, значит:
Сопряжение
Еще один важный аспект. Точность обработки поверхностей детали демонстрирует свою важность как раз в сопрягаемых элементах — тех, что соприкасаются друг с другом поверхностями на определенной площади. Помимо того, что они обязаны быть взаимозаменяемыми, стоит понимать, что сопряжение требует идеально подобранной поверхности. В противном случае появится повышенное трение, неучтенный расход энергии, ведь метизы будут тормозить ход. А также сильно пострадает эксплуатационный срок. При интенсивной работе особенно. В этом ракурсе срок службе может быть снижен в десятки раз. Что опять же, ударит по экономике предприятия.
Как видно, практически все изменения в первую очередь наносят урон экономической составляющей. Корректное соблюдение параметров – это отличный способ сократить издержки. Да и стоит понимать, что сильные отклонения – это шанс получить санкции от контролирующих органов, в частности, Роспотребнадзора. Ведь полученная продукция не будет соответствовать заявленной по начальной сделке. А это скажется в форме нарушений прав конечного потребителя.
Зазоры и натяги
При наличии широких диапазонов допуска, это вполне расхожая ситуация. В принципе понятие точности обработки деталей тесно связано с ними.
Чтобы понять, что это такое, представим брусок из металла или дерева с размерами в 30-02мм. И он должен быть помещен в паз, предназначенный для него. Но габариты этого слота следующие – 30-0.2+0.2мм. Что получится после того, как мы поместим туда брусок? В лучшем случае их характеристики будут идеально соответствовать. Тогда это не наш случай. Гораздо чаще возникает ситуация, когда брусок окажется меньше, чем паз. Теоретически он слот может оказаться больше на 0.4мм. А значит, объект будет вполне свободно двигаться. Его допустимо прижать к одной или другой стороне. Такая постановка как раз и называется свободной.
Но вполне часто появляется и обратная ситуация. Собственно, если слот окажется меньше, чем брусок. Опять же игра с допустимыми габаритами. И заметьте, все в пределах ГОСТа и квалитета чертежа. Вставить объект напрямую не получится, он слишком большой. Придется забивать его, заталкивать, прессовать. Суть в том, что зазор будет отрицательным.
Обе ситуация не несут положительного эффекта. Но это тот минус, с наличием которого придется смириться. И чем выше диапазоны допускаемых значений, тем сильнее будут натяги и зазоры. Получается этакий баланс. Чем лучше подогнаны метизы, чем меньше проблемы со сбором. Но дороже само производство, станки, сотрудники. А если удешевить работу, то переплатить придется в правке зазоров и натягов. Исходя из этого и дается определение понятию точность обработки. Получается, своего рода и некий механизм, позволяющий найти баланс между экономическими затратами и получаемой выгодой.
Посадка изделий
Это способ соединения метизов. Он характеризуется как наличием свободы движения, так и ее отсутствием. Все зависит от того, насколько габариты двух составных частей соответствуют друг другу. Обычно подразумевается один метиз, который помещается в паз или слот.
Посмотрим, как у нас будет меняться посадка, если изначальные размеры не соответствуют объектам. То есть, появляется зазор или натяг. И каким образом это может сказать на дальнейшем процессе сбора.
Посадка с зазором
В части случаев это строго необходимое требование. Как вариант, шпиндель на подшипниках во фрезерном станке. Тут зазор положен по регламенту. Но небольшой. А вот при размещении колец на отправке в том же агрегате, положен серьезная свобода. И если поменять их местами, то шпиндель не сможет нормально работать на скорости. А кольца не дадут ход, слишком туго затянувшись.
Получается, что, отклоняясь от норм зазора, проблемы становятся еще неприятнее, чем при обычном выходе метиза за пределы допуска.
Посадка с натягом
Обратная ситуация. Тут значение расхождений не так важно, при работе ощущается гораздо менее явно. Но есть свой нюанс. Ведь если натяг в итоге получится слишком крупным, то поместить изделие в паз будет невозможно. Подогнать пару десятых миллиметра – это вполне реализуемо даже без специальных приспособлений. А вот справиться с расхождением в 0.7-1 мм, просто нереально. Придется заново снимать стружку, иначе оба объекта при прессовке деформируются или треснут. Зависит от материала, который был задействован при их создании.
Точность обрабатываемых деталей по классам
Мы уже поняли, насколько важно, чтобы вышедшее из-под станка изделие соответствовало параметрам, заявленным чертежом. Но эта значимость в различных случаях отличается. Легко понять, что черенок от граблей не обязан быть подходящим по размеру под стальную часть до сотой Мкм. И при этом составляющие станка должны быть очень точно подобраны, не выходить за размерные рамки. А ювелирные весы имеют и еще более высокие требования. Все подстраивается под конечную цель финального прибора. И в зависимости от этого фактора, принято выявлять классы. И их сейчас по современным регламентам ровной десять штук. И к высокоточным относится ровно половина — с первого по пятый. К диапазону среднего уровня принадлежат шестой и седьмой класс. А оставшиеся три считаются неточными.
Перед установкой настроек для работы важно не только обращать внимание на схему, точные значения, но и класс. Хотя этот фактор зачастую учитывается при формировании чертежа. Но уточнить на всякий случай все же стоит. То есть, получается новый алгоритм, как определить точность обработки детали на станке. Не только указанные диапазоны изменений в чертеже имеют значение, но и характеристика по классу.
Применение по областям
Указанные выше группы используются повсеместно. Сейчас чуть меньше, ведь появились и иные ориентиры. А вот еще 25-30 лет назад это были главные факторы, на которые все ориентировались при определении отклонений.
Посмотрим, где сейчас используются классы:
Причины неточностей
Мы уже частично упоминали эти факторы. Но давайте скомпилируем полученные знания. Неточность зачастую возникает:
Таблица допусков
При работе с деревом обычно заявленные требования становятся ниже, чем для стали. Ведь этот материал подразумевает наличие различных неровностей после процедур, шероховатостей, деформаций по годовым кольцам или возможных микротрещин. Диапазоны у них более щадящие. Да и доработка проводится легче. При этом существует определенный запас для натяга. Деформация древесных волокон происходит проще, чем стальных элементов.
В данной таблице приведены значения исключительно для древесного материала, шпона, массива. Для финальной сверки используются различные измерительные инструменты. Линейки, штангенциркули и обычные метры.
Точность обработки деталей
Взаимозаменяемость деталей.
Выпуск велосипедов, мотоциклов, тракторов, автомобилей, электродвигателей, швейных и других машин осуществляется на заводах такими темпами, когда счет времени обработки и сборки ведется не только минутами, но и секундами. Детали этих машин должны быть изготовлены точно по чертежам и техническим условиям так, чтобы при сборке они подходили одна к другой без слесарной подгонки, что сокращает время на сборку и удешевляет стоимость изделия. Важно также, чтобы при ремонте машины новая деталь, заменяющая изношенную, могла быть установлена на ее место без подгонки. Детали, удовлетворяющие таким требованиям, называются взаимозаменяемыми. Взаимозаменяемость – это свойство деталей занимать свои места в узлах и изделиях без предварительного подбора или подгонки по месту.
Сопряжение деталей.
Две детали, подвижно или неподвижно соединяемые друг с другом, называют сопрягаемыми. Размеры, по которым происходит соединение этих деталей, называют сопрягаемыми размерами. Размеры, по которым не происходит соединение деталей, называют свободными размерами. Примером сопрягаемых размеров может служить наружный диаметр фрезерной оправки и соответствующий ему диаметр отверстия в насадной фрезе, диаметр шейки оправки и соответствующий ему диаметр отверстия в подшипнике подвески. Примером свободных размеров может служить наружный диаметр установочных колец фрезерной оправки, длина фрезерной оправки, ширина цилиндрической фрезы.
Сопрягаемые детали должны быть выполнены взаимозаменяемыми.
Понятие о точности обработки.
Изготовить партию взаимозаменяемых деталей абсолютно одинакового размера невозможно, так как на точность обработки влияют неточность и износ станка, износ фрезы, неточности при установке и закреплении заготовки и другие причины. Как правило, все детали данной партии при обработке имеют отклонения от заданных размеров и формы. Но величины этих отклонений должны быть назначены таким образом, чтобы сопрягаемые размеры могли обеспечить сборку деталей без подгонки, т.е. чтобы детали были взаимозаменяемыми.
Конструкторы изделий при назначении величины допускаемых отклонений на сопрягаемые детали руководствуются установленными государством стандартами – ГОСТ. Ниже вкратце излагаются основные понятия о допусках и предельных отклонениях, вытекающие их ГОСТ 7713-55.
Понятие о допуске и предельных отклонениях. Величина допустимых отклонений указывается в чертежах детали со знаками плюс и минус.
Знак минус показывает, что деталь может быть изготовлена с отклонением в меньшую сторону; знак плюс показывает, что деталь может быть изготовлена с отклонением в большую сторону. Например, поставленный в чертеже бруска размер 10-0,1 мм показывает, что брусок может быть отфрезерован так, чтобы после его обработки его размер лежал в пределах между 10 мм и 9,9 мм. Точно также поставленный в чертеже диаметр паза 10 +0,2 мм показывает, что паз может быть отфрезерован так, чтобы после обработки его размер лежал в пределах между 10 мм и 10,2 мм.
Поставленный в чертеже размер 10 +0,2 -0,1 мм показывает, что обработанная деталь будет годной, если ее размер составляет не менее 9,9 мм и не более 10,2 мм, т.е. лежит в этих пределах.
Номинальным размером называется основной расчетный размер, от которого исходят при назначении отклонений. Если в чертеже указан размер 10 +0,2 -0,1 мм, то размер 10 мм называется номинальным.
Действительным размером называется размер, полученный при измерении обработанной детали. Размеры, между которыми может находиться действительный размер годной детали, называются предельными размерами. Действительный размер детали с размерами 10 +0,2 -0,1 мм может лежать в пределах 10+0,2 = 10,02 мм и 10-0,1 =9,9 мм. Больший размер называется наибольшим предельным размером, а меньший – наименьшим предельным размером.
Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называется допуском размера.
Допуск можно также определить, как разность между верхним и нижним предельными отклонениями.
Действительным отклонением называется разность между действительным и номинальным размерами.
При графическом изображении допусков отклонения размеров откладываются от линии, соответствующей номинальному размеру и называемой нулевой линией; положительные отклонения откладываются вверх от нулевой линии, а отрицательные – вниз. 
Зазоры и натяги.
Если брусок с размерами грани 10-0,1 мм посадить в паз с размерами грани 10 +0,2 +0,1 мм, то в соединении бруска с пазом получится зазор, и брусок можно будет передвигать вдоль паза. Такая посадка (сопряжение двух деталей) называется свободной. Наибольший зазор в этом случае составит 0,3 мм, а наименьший будет равен 0,1 мм.
Если же размер бруска будет 10 +0,2 +0,1 мм, а паза 10-0,1 мм, то брусок не войдет свободно в паз и его придется вставлять с силой или запрессовывать. В соединении получится натяг или отрицательный зазор, наименьшая величина которого равна 0,1 мм. А наибольшая 0,3 мм. Такая посадка называется неподвижной, так как брусок нельзя будет передвигать вдоль паза.
Таким образом, можно сделать следующие заключения.
Посадки.
Посадкой называется характер соединения сопрягаемых деталей, определяемый разностью между размерами паза и бруска, создающий большую или меньшую свободу (зазор или натяг) их относительного перемещения или степень сопротивления взаимному перемещению. В зависимости от наличия в сопряжении бруска и паза зазора или натяга различают посадки с зазором, с натягом и переходные.
Посадками с зазором, или свободными, называют такие посадки, при которых обеспечивается возможность относительного перемещения сопряженных деталей во время работы. В зависимости от величины зазора степень относительного перемещения деталей, сопряженных свободной посадкой, может быть различной. Для вращения шпинделя фрезерного станка в подшипниках зазор должен быть меньшим и, следовательно, посадка более тугой, чем для посадки колец на фрезерную оправку.
Посадками с натягом, или неподвижными, называют посадки, при которых во время работы не должно происходить перемещения сопряженных деталей относительно друг друга. В зависимости от величины натяга степень свободы сопряженных деталей неподвижной посадки может быть различной. Так, посадку шейки вала в кольцо шарикоподшипника производят с меньшим натягом, чем посадку колеса железнодорожного вагона на шейку оси.
При переходных посадках возможно получение, как натягов, так и зазоров. При наибольшем предельном размере бруска и наименьшем предельном размере паза получается натяг, а при наименьшем предельном размере бруска и наибольшем предельном размере паза получается зазор (в таблицах допусков в графе «натяг» обозначен знаком минус).
Ниже приводятся посадки, относящиеся к рассмотренным трем группам; в скобках даются их сокращенные обозначения. 
Наибольший натяг получается при горячей посадке, меньший — при прессовых посадках; наименьший зазор получается при скользящей посадке, немного больший — при посадке движения, почти втрое больший при ходовой, затем еще больший при легкоходовой и, наконец, наибольший при широкоходовой посадке.
При глухой, тугой, напряженной и плотной посадках, как указывалось выше, возможны натяги и зазоры в зависимости от получающихся отклонений размера.
Классы точности.
Точность изготовления характеризуется величиной допускаемых отклонений от заданных размеров и формы. Для разных машин требуются детали с различной точностью обработки. Очевидно, что детали плуга, дорожного катка и других сельскохозяйственных и дорожных машин могут быть изготовлены менее точно, чем детали фрезерного станка, а детали фрезерного станка требуют меньшей точности, чем детали измерительного прибора. В связи с этим в машиностроении детали разных машин изготовляют по разным классам точности. В СССР (были) приняты десять классов точности.
Применение классов точности в различных областях
Чтобы показать, с какой посадкой и по какому классу точности нужно изготовить деталь, в чертежах на номинальных сопрягаемых размерах ставится буква, обозначающая посадку, и цифра, соответствующая классу точности. Например, С4 означает: скользящая посадка 4-го класса точности; Х3 — ходовая посадка 3-го класса точности и т. п. Для посадок 2-го класса точности (особенно широко распространенных) цифра 2 не ставится. Поэтому, если в чертеже на сопрягаемом размере рядом с буквой посадки нет цифры, то это значит, что деталь надо изготовить по 2-му классу точности. Например, Л означает легкоходовая посадка 2-го класса точности.