Шишкин Основы проектирования станочных приспособлений 2010. Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств Москва 2010
 Скачать 7.83 Mb.
|
|
4.1. Цели расчета погрешностей станочных приспособлений Расчет приспособления на точность выполняет конструктор на стадии проектирования с целью определения размеров, технических требований при изготовлении деталей, сборки приспособлений. При выполнении размерного анализа появляется возможность анализа рационального распределения допусков деталей, входящих в конструкцию конкретного приспособления. На основании данного расчета возможно определить длительность эксплуатации установочных элементов в приспособлении, что, в свою очередь, позволяет составить график выполнения ремонтных работ, проверки приспособлений на точность. На практике опытный конструктор решает подобную задачу в уме, принимая составляющие звенья размерных цепей с точностью не до микрометров, а принимает размеры звеньев условно с округлением. В результате расчета, конечно, появляется ошибка, но ее значимость достаточна мала. Учитывая, что на начальном этапе изучения данного курса такой опыту студентов отсутствует, возникает необходимость достаточно подробно представить материал в данном раздела пособия. Подробный материал в учебной литературе потех- нологической оснастке в настоящее время отсутствует. 4.2. Общая методика расчета погрешностей станочных приспособлений При разработке конструкции любого изделия, в том числе приспособления возникает необходимость выполнения размерного анализа [37, 38]. Конструкторская размерная цепь определяет расстояние или относительный поворот между осями (или) поверхностями деталей в изделии. Конструкторскими называют и подетальные размерные цепи. На рабочем чертеже изделия размер замыкающего (исходного) звена обычно не указывается, так как он должен получаться автоматически в результате выполнения размеров, указанных на чертеже. В сборочных размерных цепях замыкающим звеном может быть зазор, линейный или угловой размер, точность которого оговаривается в технических условиях. Основное условие расчета на точность T Σ Δ ≤ , (4.1) где Σ Δ – суммарная погрешность обработки Т – допуск на проверяемый параметр. Допуск является известной величиной для конкретной технологической операции, на которую разрабатывается проектируемое приспособление. Суммарную погрешность конструктор рассчитывает, анализирует и назначает допуск. 4.2.1. Последовательность расчетов 1. Из технологического процесса на данную операцию необходимо определить параметр, на точность которого в значительной степени влияет конструкция приспособления. 2. Необходимо составить расчетную схему для определения всех погрешностей, влияющих на выполнение проверяемых параметров. Записать в общем виде расчетное уравнение (уравнения. 4. Выявить все составляющие суммарной погрешности, влияющие на точность выполнения проверяемого параметра, и определить их возможные значения. 5. Рассчитать суммарную погрешность обработки Δ Σ , сравнить ее с допуском Т на проверяемый параметр и сделать соответствующие выводы [39]. 186 4.2.2. Определение параметров точности Для определения параметра (операционного размера или технического требования, на точность выполнения которого влияет специальное приспособление, необходимо все размеры и технические требования, выполняемые на данной операции, разделить на две группы а) размеры и формы обрабатываемых поверхностей, пределы изменения которых оговариваются в технологическом процессе допусками на размеры (диаметры отверстий, валов, и т. д) и техническими условиями формы (отклонениями от круглости, прямолинейности и т. п. Выполнение этих параметров точности почти не зависит от конструкции специального приспособления б) размеры и технические требования, определяющие положение обрабатываемых поверхностей относительно других поверхностей заготовки, пределы изменения которых оговариваются в технологических процессах допусками на эти размеры и техническими требованиями – отклонениями от перпендикулярности, параллельности и т.п. Выполнение этих параметров точности в значительной степени зависит от конструкции специального приспособления и точности его изготовления. Например, на операционном эскизе, приведенном на риса необходимо обеспечить выполнение двух параметров точности диаметра отверстия Ø 10 +0,18 (Т = 0,18 мм) и линейного размера 10 , 0 10 , 0 Т = 0,20 мм. В данном случае точность выполнения диаметрального размера отверстия (Т = 0,18 мм) зависит от метода обработки, а точность выполнения линейного размера 10 , 0 10 , 0 Т = 0,20 мм) зависит от конструкции специального приспособления, так как определяет положение оси обрабатываемого отверстия относительно базовой поверхности. Таким образом, при проектировании специального приспособления на заданную операцию проверяемым параметром является размер 10 , 0 10 , 0 На операционном эскизе, приведенном на рис. 4.1, б необходимо обеспечить два параметра точности диаметральный размер 50 -19 , техническое требование – допуск радиального биения обрабатываемой поверхности Т = 0,1 мм. Точность выполнения диаметрального размера (Т = 0,19 мм) зависит от выбранного метода обработки, а техническое требование (Т = 0,1 мм) зависит от конструкции специального приспособления, так как определяет положение обрабатываемой поверхности относительно базовой поверхности Следовательно, проверяемым расчетным параметром здесь будет техническое требование – допуск радиального биения. а) б) Рис. 4.1. Примеры выполняемых размеров 4.2.3. Разработка расчетной схемы При разработке расчетной схемы следует помнить о следующем выполняемые расчеты позволяют получить лишь приближенные результаты, зависящие от степени приближения расчетной схемы к реальным условиям. Другими словами, в зависимости от той или иной расчетной схемы можно получить различные результаты. Большая часть составляющих суммарной погрешности обработки имеет геометрический смысли на размерной схеме они могут быть показаны в виде размерных величин, образующих определенные размерные связи. В этом случае расчетную схему строят на основе схемы СП. При этом учитывают ряд особенностей, а именно а) отображают лишь часть принципиальной схемы с таким расчетом, чтобы оставалась возможность для построения на ней размерных связей б) определяют элементы (поверхности или осевые линии) заготовки, СП и станка, влияющие на точность выполняемого параметра на схеме отображаются размерные связи, определяющие часть составляющих суммарной погрешности обработки. Возможны два способа разработки принципиальной схемы. 188 Первый способ основан на полном отображении векторных значений основных погрешностей, возникающих при обработке данной заготовки. Пояснение показано на риса. На схеме изображена лишь половина СП, построенная относительно номинального положения его оси. При обработке требуется обеспечить допуск радиального биения обрабатываемой поверхности относительно поверхности АТ мм. На точность выполнения этого параметра оказывает влияние радиальные биения посадочной поверхности шпинделя станка (точка 1), конической поверхности оправки точка 2), установочной поверхности оправки (точка 3) и возможное радиальное смещение базовой поверхности заготовки (точка 4). Этим обусловлено появление погрешностей Δ 1 , Δ 2 , Δ 3 и Δ 4 , составляющих погрешность а) б) Рис. 4.2. Расчетная схема для оправки 189 Анализ этих погрешностей показывает следующее Δ 1 = с – погрешность, появляющаяся вследствие радиального биения посадочной поверхности (точка 1) шпинделя станка погрешности Δ 2 и Δ 3 следует рассматривать как одну погрешность п = Δ 2 + Δ 3 , определяющую (рис. 4.2, б) пространственное расположение установочной поверхности (точка 3) оправки по отношению к опорной конической поверхности (точка 2), по которой она устанавливается на станке погрешность Δ 4 является погрешностью базирования, равная отклонению от соосности, те. Δ 4 = Δ б Второй способ основан на выявлении основных погрешностей, связанных с конструкцией СП. Поясним изложенное на примере. При фрезеровании поверхности (риса) призматической заготовки требуется обеспечить выполнение размера H с допуском TH. В принципиальной схеме СП (рис. 4.3, б) предусмотрена настройка фрезы относительно установочных элементов по установу. При такой схеме установки и настройки режущего инструмента основными погрешностями, связанными с конструкцией СП, являются • погрешность расположения режущего инструмента относительно установочных элементов Н, являющаяся следствием неточности настройки режущего инструмента относительно установочной поверхности • погрешность установки заготовки у, связанная с совмещением базовой поверхности заготовки с установочной поверхностью СП; • погрешность настройки СП на станке с, связанная с совмещением опорной поверхности с поверхностью стола на станке. а) б) Рис. 4.3. Расчетная схема для фрезерного приспособления 190 Каждая погрешность имеет свой физический смысл. Так погрешность р зависит от метода настройки режущего инструмента относительно установочных элементов и для рассматриваемого примера (рис. 4.3) складывается из трёх составляющих Н = Δ 1 + Δ 2 , (4.2) где Δ 1 – допуск на размер Н Δ 2 – погрешность метода настройки. При настройке по щупу Δ 2 складывается из погрешности изготовления щупа по толщине (или диаметру) и погрешности установки фрезы по щупу. Погрешность изготовления щупа равна его допуску. Рекомендуется принимать 0,006 мм при h ≤ 3 мм и 0,008 мм при h > 3 мм. Погрешность установки фрезы рекомендуется принимать равную 0,02 мм при h < 3 мм и 0,01 при h > 3 мм. Погрешность установки у определяют по формуле (3.2) с учетом рекомендаций, изложенных в разделе 3. Погрешность с зависит от способа фиксирования СП на станке и определяется с учетом рекомендаций, изложенных в разделе. 4.2.4. Определение расчетного уравнения Суммарная погрешность Δ Σ обработки складывается из большого числа систематических и случайных погрешностей, например, погрешностей от неточностей изготовления, износа и деформации станка, СП и режущего инструмента, деформации технологической системы под действием сил резания, температурных деформаций и других. Основным способом определения Δ Σ является аналитический способ. Однако этот способ связан с большим количеством отдельных погрешностей обработки и трудностями их аналитического определения. В связи с этим при проектировании СП допустим метод приближенного определения погрешности Δ Σ , в основе которого использован способ разделения погрешностей на погрешности го иго рода. К погрешностям города отнесены такие погрешности, которые не могут определены аналитически без экспериментальной проверки в каждом конкретном случае обработки. Эти погрешности возникают от деформации элементов технологической системы под действием сил резания, от изменений температуры в технологической системе, от остаточных напряжений обрабатываемой заготовки и им подобных. К погрешностям города отнесены такие погрешности, которые можно определить по соответствующим справочным таблицам или расчетным формулам. Эти погрешности возникают от геометрической неточности применяемого оборудования, от неточности изготовления режущего инструмента и его износа, от неточности СП, его фиксации на станке и других факторов. Суммарные погрешности обработки, таким образом, можно определить по формуле Σ Σ Σ ′ ′′ Δ = Δ + Δ , (4.3) где Σ ′ Δ и Σ ′′ Δ – соответственно, суммарные погрешности го иго рода. При выполнении точностных расчетов в процессе проектирования СП можно определять величину города как некоторую часть средней экономической точности обработки 1 м.о k Σ ′ Δ = ⋅ Δ , (4.4) где Δ м.о – погрешность, равная величине средней экономической точности применяемого метода обработки k 1 – коэффициент, зависящий от точности выполняемого параметра и учитывающий долю погрешности, которую трудно определить аналитически его величину следует принимать равной k 1 = 0,5, если точность обработки соответствует 10-му квалитету (или грубее k 1 = 0,6, если точность обработки соответствует 8-му и 9-му квалитету; k 1 = 0,7, если точность обработки соответствует 7-му и точнее. Из всего многообразия погрешностей, относящихся к погрешностям второго рода, следует различать 1. Погрешности, независящие от конструкции СП. К ним относятся Δ м.о – погрешность применяемого метода обработки ст – погрешность от геометрической неточности применяемого оборудования и – погрешность от неточности изготовления инструмента Δ изм – погрешность метода измерения. 192 2. Погрешности, зависящие от конструкции СП и точности его изготовления. К ним относятся погрешности, связанные с установкой заготовки в СП у, расположением режущего инструмента ни настройки СП на станке Δ с Погрешность установки заготовки в СП с учетом случайного характера составляющих её погрешностей определяется по формуле 2 2 2 у б з и = Δ + Δ + Δ + Δ , (4.5) где б – погрешность базирования заготовки в СП; з – погрешность закрепления заготовки в СП; ус, и – погрешности изготовления и износа рабочей поверхности установочных элементов. Учитывая изложенное, суммарную погрешность обработки можно определить по предельным значениям мост и изм у н си вероятностным методом 2 2 2 2 2 2 2 мост и изм у н с = ⋅Δ + Δ + Δ + Δ + Δ + Δ + Δ , (4.7) Эти зависимости (2.6) и (2.7) являются основными для расчета ожидаемой точности обработки. Если при проверочном расчете требуемая точность проверяемого параметра не выполняется, то это будет означать, что, возможно, какое-то из слагаемых суммарной погрешности обработки завышено. Дальнейшие расчеты связаны с поиском составляющих, величина которых может быть уменьшена без существенного ущерба выполнения операции. По формуле (4.6) суммирование погрешностей производится путём арифметического сложения их максимальных значений. Это позволяет определить лишь возможное предельное значение суммарной погрешности обработки Δ Σ , а затем оценить её величину. Однако такое суммирование предполагает, что все составляющие суммарной погрешности обработки (за исключением погрешности установки) одновременно имеют максимальное значение и один и тот же знак (одно направление. Такое явление при большом числе суммирования погрешностей маловероятно. Поэтому на стадии проектирования СП все составляющие суммарной погрешности Δ Σ 193 следует отнести к разряду случайных, и суммирование проводить по формуле (4.7). По этой формуле можно определить ожидаемое среднее значение суммарной погрешности обработки Δ Σ , а затем путём сравнения с допуском на обработку оценить её значение. 4.2.5. Определение параметров, входящих в расчетные уравнения Погрешность метода обработки Δ м.о определяют по таблицам средней экономической точности принятого метода обработки по прил. П. Погрешность от неточности изготовления станков ст можно определить, пользуясь ГОСТами на нормы точности металлорежущих станков или по паспортным данным. На некоторые станки общего применения эта погрешность может быть определена по прил. П. Погрешность от неточности изготовления режущего инструмента и его износа ив одних случаях определяется с учетом поднаст- ройки на заданный размер экспериментально, в других случаях учитывается влияние изменения размера инструмента на проверяемый параметр. Например, изменение диаметров осевого инструмента (сверл, зенкеров, разверток) приводит к появлению погрешностей выполнения межцентровых расстояний. Для некоторых осевых инструментов величина такой погрешности может быть определена по справочной литературе. Погрешность измерения Δ изм определяют в зависимости от точности проверяемого параметра. Она составляет определенную часть допуска на этот параметр. Рекомендуется принимать значения Δ изм в пределах 20...30 % от допуска на проверяемый параметр (30 %, если точность выше го квалитета и 20 %, если точность й квалитет и грубее. Погрешности, зависящие от конструкции СП, обычно определяются соответствующими расчетами. Погрешность базирования б появляется следствие отклонения фактически достигнутого положения заготовки в СП от требуемого. Ее величина зависит от принятого способа установки и определяется расчетами или табличными значениям литературы. 194 Например, погрешность базирования при установке заготовки отверстием на наружную цилиндрическую поверхность оказывается равной величине максимального зазора, которая складывается из допуска на отверстие, гарантированного зазора и допуска навал. Погрешность закрепления з заготовки в СП определяется величиной отклонения расположения базы заготовки от ее положения, достигнутого при базировании (в направлении выполняемого на данной операции размера. Она образуется от действия на заготовку сил зажима и связанных с ним перемещений, изменяющих положение сбазированной заготовки в СП. Погрешности и – погрешность изготовления и износа установочных элементов СП, которая определяется поданным, приводимым в приложении. При проведении точностных расчетов, следует учитывать, что в ряде случаев в справочной литературе приводится только погрешность установки у, а не отдельные ее составляющие. Погрешность н – погрешность пространственного расположения настройки) инструмента относительно установочных поверхностей СП. Ее величина обычно зависит от большого числа факторов и определяется расчетами. Например, при сверлении отверстия по кондукторной втулке погрешность Δ Н зависит от положения оси шпинделя станка по отношению к плоскости стола (отклонению от перпендикулярности, зазора между кондукторной втулкой и сверлом и др. Погрешность п – погрешность пространственного расположения установочных поверхностей СП по отношению к посадочным поверхностям станка. Эту величину принято определять и задавать на чертежах СП конструктивно. Например, при проектировании оправки на токарный станок предусматривается простановка на чертеже оправки допуска соосности установочных и посадочных поверхностей. Допустимая величина радиального биения установочной поверхности относительно посадочной поверхности определяется как некоторая доля допуска радиального биения обрабатываемой поверхности заготовки. Обычно эту величину принимают равной 1/4...1/2 части допуска на заготовку. Полученная величина и будет составлять погрешность п 195 |