Вернуться в список работ

Экспериментальное исследование обработки втулок на токарном станке с чпу

А.А. Кудрявцев, Лобко А.А., Коваленко В.И. (ДонГТУ, г.Донецк, Украина)

“Практика і перспективи розвитку институційного партнерства”. Вісник ДонНТУ – ТРТУ. т. 2. Донецьк: РВА ДонНТУ, 2003. – С. 149 – 156.

В условиях лаборатории кафедры «Технология машиностроения» Донецкого государственного технического университета была произведена окончательная обработка втулок на токарно-винторезном станке с ЧПУ модели 16К20Ф3 2Р22 проходными резцами, оснащенными пластинами из минералокерамики. Обрабатываемые втулки являются важной составной частью подшипникового узла; к ним предъявляются специальные требования по торцовому и радиальному биению. В некоторых случаях после предварительной обработки (вследствие значительных погрешностей заготовок втулок по наружному диаметру) оставались втулки с частично необработанной поверхностью – “чернотой”. Перед окончательной обработкой производились замеры исходной величины наружного диаметра и величины торцового биения. Схема измерения величины торцового биения представлена на рис. 1.

Рисунок1;

Измерение величины исходного диаметра производилось при помощи штангенциркуля ШЦ-1 ГОСТ 166-80 (цена деления 0,1мм, диапазон измерений 0-125 мм). При измерении величины торцового биения использовался индикатор часового типа ИЧ10 ГОСТ 577-68 (цена деления 0,01 мм, диапазон измерения 0-10 мм).
При окончательной обработке детали подвергались черновому и чистовому точению наружной поверхности на следующих режимах. Черновое точение: частота вращения шпинделя n=500 об/мин, подача s=0,15 мм/об, величина глубины резания t при черновом точении не была постоянной, так как зависела от величины исходного диаметра. Чистовое точение: n=550 об/мин, s=0,07 мм/об, t=0,07 мм.
После окончательной обработки производились замеры радиального биения, схема измерения которого представлена на рис. 2.

Рисунок2;

Всего было обработано 144 втулки. Графическое представление измеренных параметров (фрагмент) представлено на рис. 3. Числовые значения величин (фрагмент) представлены в табл. 1

Рисунок3;

После первого чистового точения были зафиксированы следующие результаты: с «чернотой» - 10 штук (6,9%), с величиной радиального биения, превышающей допустимое значение – 80 штук (55,6%), годных – 54 штуки (37,5%). Технологическим процессом предусмотрена повторная (при необходимости, многократная) обработка втулок, отбракованных на предшествующей обработке по параметру радиального биения.
Зависимость количества отбракованных деталей от количества последующих обработок точением представлена на рис. 4.

Рисунок4;

Для того чтобы на основании ограниченного объёма экспериментальных данных, содержащих погрешности, получить достоверные зависимости, необходимо произвести статистическую обработку этих данных. Предположим, что прибор имеет только случайные (не систематические) погрешности. Измерим таким прибором какуюлибо величину. Полученное в результате такого эксперимента множество называется генеральной совокупностью [1].
Определив среднее значение и среднее квадратическое отклонение генеральной совокупности, можно (используя вместо этих числовых характеристик их точечные оценки Рисунок4; и Рисунок4; ) по правилу «трёх сигм» проверить, не являются ли некоторые сомнительные значения ошибочными. Если окажется, что они отличаются от среднего арифметического Рисунок4; больше, чем на Рисунок4; , то их следует отбросить, так как с доверительной вероятность 0,9973 эти значения являются грубыми ошибками [2]. После этого рассчитываются окончательные значения Рисунок4; и Рисунок4; .
Экспериментальные исследования были спланированы таким образом, что, после визуального осмотра обработанных деталей, детали с частично необработанной наружной поверхностью («черноты») сразу же отбраковывались, как явный брак. Для остальных обработанных деталей производилось измерение контролируемых параметров. Основные статистические характеристики исследуемых параметров для деталей без «черноты» (134 шт.) приведены в табл. 2.

Таблица 2 – Статистические характеристики исследуемых параметров втулок (исключая детали с «чернотой»), мм
ПараметрыСреднее арифметическоеСтандартное отклонение,SxПоловина доверительного интервала,3SxДоверительный диапазон значений,Рисунок4
D заг.52,860,13710,395152,47…53,26
В торц.0,03720,030,090…+0,13
В рад.0,0540,02860,08590…+0,140

После анализа результатов статистической обработки были отбракованы детали, величины значений биений которых превышали допустимые, то есть выходящих за пределы доверительного диапазона Рисунок4; . После этого для оставшейся группы деталей была проведена повторная статистическая обработка, результаты которой приведены в табл. 3.

Таблица 3 – Статистические характеристики исследуемых параметров втулок (исключая детали, отбракованные после первоначальной чистовой токарной обработки), мм

ПараметрыСреднее арифметическоеСтандартное отклонение,SxПоловина доверительного интервала,3SxДоверительный диапазон значений,Рисунок4
D заг.52,8670,14120,423752,45…53,29
В торц.0,02030,01920,05770…+0,078
В рад.0,0510,02210,06440…+0,117

Анализ схемы обработки втулок позволяет предположить возможные причины выхода радиального биения обработанных деталей за пределы допуска. Такими причинами могут быть следующие: особенности предварительной обработки деталей, которая выполнялась различными производителями; повышенное радиальное биение заготовок; неодинаковая твёрдость поверхностей деталей после термообработки; отклонения от круглости наружной поверхности; отклонение формы отверстия заготовки в продольном сечении (предположительно - конусность с меньшим диаметром у базового торца); при обработке некоторых деталей в передней бабке станка возникали посторонние звуки - радиальное биение таких деталей всегда выходило за пределы поля допуска (можно предположить, что в зону зацепления зубчатых колёс попадали абразивные частицы, находящиеся в масле). Результаты выполненных экспериментальных исследований использованы для последующего более углубленного анализа процесса обработки втулок, в частности, при проведении дисперсионного и корреляционного анализа.

Список литературы: 1. Справочник по теории вероятностей и математической статистике / Королюк В.С., Портенко Н.И., Скороход А.В., Турбин А.Ф. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. – 640 с. 2. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология: Учебник для вузов. – М.: Изд-во стандартов, 1991. – 492 с., ил.