Шишкин Основы проектирования станочных приспособлений 2010. Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств Москва 2010
 Скачать 7.83 Mb.
|
|
2.5.3. Расчет сил закрепления заготовки при обработке отверстий Задача 13. Расчет сил закрепления заготовки при расточке отверстия. Составить расчётные схемы и определить требуемую силу закрепления заготовки при расточке отверстия. Схема обработки приведена на рис. 2.53. Рис. 2.53. Схема обработки 129 Размеры заготовки, место приложения сил закрепления и значение сил резания приведены на рис. 2.54 ив табл. 2.14. а) б) Рис. 2.54. Обозначения размеров заготовки Таблица 2.14 Условия задач № задачи Вариант места приложения сил закрепления, мм H, мм h, мм D, мм P x , H P y , H P z , H Обрабатываемый материал 3.1.1 1 100 100 40 35 280 470 1400 СЧ 3.1.2 2 100 100 40 35 280 470 1400 СЧ 3.1.3 1 120 150 80 50 280 470 1400 СЧ 3.1.4 2 120 150 80 50 280 470 1400 СЧ 3.1.5 1 150 150 90 60 280 470 1400 СЧ 3.1.6 2 150 150 90 60 280 470 1400 СЧ 3.1.7 1 160 100 40 40 320 560 1700 Сталь 45 3.1.8 2 160 100 40 40 320 560 1700 Сталь 45 3.1.9 1 180 150 80 60 320 560 1700 Сталь 45 3.1.10 2 180 150 80 60 320 560 1700 Сталь 45 3.1.11 1 200 160 90 70 320 560 1700 Сталь 45 3.1.12 2 200 160 90 70 320 560 1700 Сталь 45 3.1.13 1 210 160 90 70 305 520 1600 Сталь Ст. 3 3.1.14 2 210 160 90 70 305 520 1600 Сталь Ст. 3 3.1.15 1 210 200 100 70 305 520 1600 Сталь Ст. 3 130 Задача 14. Расчет сил закрепления заготовки прихватом в центре при сверлении отверстия. Составить расчётные схемы и определить требуемую силу закрепления заготовки прихватом в центре при сверлении отверстия. Схема обработки приведена на рис. 2.55. Рис. 2.55. Схема обработки Размеры заготовки, обрабатываемого отверстия и значение сил резания приведены на рис. 2.56 ив табл. 2.15. Рис. 2.56. Обозначения размеров заготовки и обрабатываемого отверстия 131 Таблица 2.15 Условия задач № задачи D, мм d, мм D 1 , мм d 0 , мм P 0 , H р, м Обрабатываемый материал 3.2.1 250 150 175 12 310 32 Сталь Ст. 3 3.2.2 200 150 175 20 480 65 Сталь Ст. 3 3.2.3 200 100 150 25 650 78 Сталь Ст. 3 3.2.4 180 100 140 30 870 105 Сталь Ст. 3 3.2.5 200 20 150 25 650 78 Сталь Ст. 3 3.2.6 220 20 170 30 870 110 Сталь Х 3.2.7 250 50 100 25 670 78 Сталь Х 3.2.8 280 60 180 30 870 110 Сталь Х 3.2.9 300 80 200 25 670 78 Сталь Х 3.2.10 280 180 230 30 720 96 Сталь Х 3.2.11 250 100 200 25 700 91 СЧ 3.2.12 180 30 150 20 420 48 СЧ 3.2.13 150 50 100 30 720 96 СЧ 3.2.14 100 20 60 20 420 49 СЧ 3.2.15 80 20 50 20 420 49 СЧ Задача 15. Расчет сил закрепления заготовки прихватами при сверлении отверстия параллельного основанию. Составить расчётные схемы и определить силу закрепления заготовки прихватами при сверлении отверстия параллельного основанию. Схема обработки приведена на рис. 2.57. Рис. 2.57. Схема обработки 132 Размеры заготовки, обрабатываемого отверстия и значение сил резания приведены на рис. 2.58 ив табл. 2.16. Рис. 2.58. Обозначения размеров заготовки и обрабатываемого отверстия Таблица 2.16 Условия задач № задачи L, мм В, мм d, мм P 0 , H р, м Расстояние между прихвата- ми, мм Обрабатываемый материал 3.3.1 250 100 18 430 53 200 Сталь Ст. 5 3.3.2 240 60 20 480 65 100 Сталь Ст. 5 3.3.3 230 60 25 650 78 50 Сталь Ст. 5 3.3.4 200 50 25 650 78 0 Сталь Ст. 5 3.3.5 200 50 30 870 105 100 Сталь Ст. 5 3.3.6 250 80 15 400 50 150 Сталь Х 3.3.7 240 70 18 450 55 150 Сталь Х 3.3.8 230 60 20 420 57 120 Сталь Х 3.3.9 220 50 22 480 68 140 Сталь Х 3.3.10 210 50 22 480 68 150 Сталь Х 3.3.11 200 60 25 610 59 180 СЧ 3.3.12 210 70 22 450 52 160 СЧ 3.3.13 220 80 20 420 48 170 СЧ 3.3.14 230 50 18 400 45 200 СЧ 3.3.15 250 60 16 400 42 210 СЧ Задача 16. Расчет сил закрепления заготовки в тисах при сверлении отверстия. 133 Составить расчётные схемы и определить силу закрепления заготовки в тисах при сверлении отверстия. Схема обработки приведена на рис. 2.59. Рис. 2.59. Схема обработки Размеры заготовки, обрабатываемого отверстия и значение сил резания приведены на рис. 2.60 ив табл. 2.17. Рис. 2.60. Обозначения размеров заготовки и обрабатываемого отверстия 134 Таблица 2.17 Условия задач № задачи L, мм В, мм d, мм P 0 , H р, м Обрабатываемый материал 3.4.1 250 100 18 430 53 Сталь Ст. 3 3.4.2 240 60 20 480 65 Сталь Ст. 3 3.4.3 230 60 25 650 78 Сталь Ст. 3 3.4.4 220 50 25 650 78 Сталь Ст. 3 3.4.5 210 50 30 870 105 Сталь Ст. 3 3.4.6 250 80 30 900 115 Сталь 45 3.4.7 240 80 15 400 50 Сталь 45 3.4.8 230 70 15 400 50 Сталь 45 3.4.9 220 70 18 450 55 Сталь 45 3.4.10 210 60 18 450 55 Сталь 45 3.4.11 200 60 20 420 48 СЧ 3.4.12 210 100 20 420 48 СЧ 3.4.13 220 100 22 450 52 СЧ 3.4.14 230 90 22 450 52 СЧ 3.4.15 250 90 24 600 59 СЧ Задача 17. Расчет сил закрепления заготовки прихватами при сверлении отверстия перпендикулярного основанию. Составить расчётные схемы и определить силу закрепления заготовки прихватами при сверлении отверстия перпендикулярного основанию. Схема обработки приведена на рис. 2.61. Рис. 2.61. Схема обработки 135 Размеры заготовки, обрабатываемого отверстия и значение сил резания приведены на рис. 2.62 ив табл. 2.18. Рис. 2.62. Обозначения размеров заготовки и обрабатываемого отверстия Таблица 2.18 Условия задач № задачи D, мм d, мм P 0 , H р, м Обрабатываемый материал 3.5.1 250 35 940 121 Сталь Ст. 5 3.5.2 240 35 940 121 Сталь Ст. 5 3.5.3 230 30 870 105 Сталь Ст. 5 3.5.4 220 30 870 105 Сталь Ст. 5 3.5.5 210 28 750 98 Сталь Ст. 5 3.5.6 200 28 750 98 Сталь Х 3.5.7 180 25 650 78 Сталь Х 3.5.8 170 25 650 78 Сталь Х 3.5.9 160 22 600 72 Сталь Х 3.5.10 150 22 600 72 Сталь Х 3.5.11 180 20 480 64 СЧ 3.5.12 200 20 480 64 СЧ 3.5.13 220 18 430 55 СЧ 3.5.14 240 18 430 55 СЧ 3.5.15 250 16 400 51 СЧ 136 Глава 3 ПОГРЕШНОСТЬ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВОК В СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ 3.1. Точность и погрешность при механической обработке. Общие понятия и определения Требуемая точность изготовления машины постоянно возрастает с развитием уровня техники. Первые научные работы поточности механообработки, можно считать, появились совсем недавно – 50…60 лет назад [25, 26] . Современные работы [11, 27] развивают положения корифеев машиностроения. Но необходимо отметить, что литературы по расчету точности приспособлений, к сожалению, минимум. Пожалуй, к первыми практически единственным, следует отнести [28, 29], которые носят научный характерно не учебный. Таким представляется автору состояние вопроса на настоящее время. Итак, точность – одна из характеристик качества изделия. В машиностроении под точностью детали (изделия или машины) понимают степень ее приближения к геометрически правильному ее прототипу [26]. Термин погрешность используют для количественной оценки точности, так как погрешность - разность между приближенным значением некоторой величины и ее точным значением. Мерами точности служат, с одной стороны, устанавливаемые допустимые отклонения, ас другой – измеренные, те. познанные с известной степенью приближения, действительные отклонения реальной детали [26]. Ниже приводится краткое толкование указанных терминов в соответствии с принятой системой государственных стандартов [24]. В соответствии с ГОСТ 25346-89 и 24642-81 допустимые идей- ствительные отклонения определяются 137 - допуском размеров (отклонения размеров от номинальных значений - отклонением и допуском формы (овальность, конусность, прямолинейность- отклонением и допуском расположения поверхностей (параллельность, перпендикулярность, концентричность - микронометрические характеристики поверхностного слоя ГОСТ 25142-82). Источников причин погрешностей, возникающих при механической обработке деталей машин, более двух десятков, их выявление и оценка представляет значительную трудность не только для специалистов, нов первую очередь, для студентов, обучающихся по машиностроительному профилю. В конечном счете, задачей специалистов по металлообработке является прогнозирование суммарных погрешностей, возникающих на различных операциях обработки и сравнение их значений с допуском размера, формы или отклонения поверхностей. Для определения ожидаемой (расчетной) суммарной погрешности необходимо определить составляющие суммарной погрешности. Для решения подобных задач, прежде всего, следует рассмотреть классификацию погрешностей, возникающих при выполнении операций механической обработки. 3.2. Погрешности механической обработки. Классификация погрешностей В технической литературе, в том числе учебной, вопросам классификации погрешностей уделено достаточное внимание. Наиболее удачной на настоящее время является классификация погрешностей, представленная Махаринским Е.И. и Гороховым В.А. в работе [30]. Предлагаемая классификация отражает, в основном, два аспекта – характер проявления возникающих погрешностей (метрологический аспект) и источники (причины) составляющих суммарную погрешность механической обработки, в том числе, связанные с использованием станочных приспособлений. На рис. 3.1 приведена классификация погрешностей по их проявлению в технической системе. 138 Источником систематических погрешностей является определенная причина или процесс, знание которых позволяет прогнозировать уровень погрешности в любой момент времени протекания технологического процесса. Случайные погрешности возникают в результате совокупного действия большого количества технологических факторов. Причинная связь между случайной погрешностью и вызывающими ее факторами иногда бывает известной (явной, а иногда – не вполне выясненной (неявной. Рис. 3.1. Классификация погрешностей по проявлению ( Δ – погрешность τ – время i – номер заготовки) В зависимости от характера влияния времени τ на протекание технологического процесса, погрешности проявляются как стационарные или нестационарные. Источники погрешностей формируются в технологической системе [25]. Технологическая система включает совокупность следующих элементов – станок, станочное приспособление, режущий инструмент, обрабатываемая заготовка. В результате взаимодействия указанных элементов технологической системы возника- Погрешности систематические случайные стационарные нестационарные стационарные нестационарные ют различные погрешности, рис. 3.2. Погрешности, порождаемые элементами станка, – СТ И – погрешности, зависящие от инструмента, П – погрешности приспособлений, З – погрешности, связываемые с обрабатываемыми заготовками. Рис. 3.2. Источники элементарных погрешностей, возникающих в технологической системе Δ СТ.Г – геометрические погрешности станка Δ СТ.ИЗ – погрешности износа узлов станка Δ СТ.Т – погрешности от тепловых деформация узлов станка Δ СТ.УПР – погрешности упругих деформаций станка Δ И.Г – геометрические погрешности инструмента Δ И.ИЗ – погрешности износа инструмента Δ И.Т – погрешности тепловых деформаций инструмента Δ П.Г – геометрические погрешности станочных приспособлений Δ П.ИЗ – погрешности износа элементов приспособлений Δ П.З – погрешности закрепления заготовки в приспособлении ПУСТ погрешности установки Δ П.Б – погрешности базирования Δ З.Г – геометрические погрешности заготовки (неравномерность припуска Δ З.ОСТ – погрешности заготовки, вызванные остаточными технологическими напряжениями Δ З.УПР – погрешности упругих деформаций заготовки (при зажиме) ПОГРЕШНОСТИ Элементы ТС Систематический Случайный Станок Δ СТ Инструмент Δ И Приспособление Δ П Заготовка Δ З Δ СТ.Г , Δ СТ.ИЗ , Δ СТ.Т Δ И.Г , Δ И.ИЗ , Δ И.Т Δ П.Г , Δ П.ИЗ Δ З.Г Δ СТ.УПР Δ П.З , ПУСТ, Δ П.Б Δ З.ОСТ , Δ З.УПР 140 Как уже отмечалось, технологический процесс механической обработки осуществляется во времени. Кроме того, процесс резания по характеру является динамическим – силы резания меняют свою величину и направление, технологическая система представляет собой упругую динамическую систему (УДС) [25]. Поэтому многие элементарные погрешности не остаются постоянными во времени и являются нестационарными. Кроме того, в реальных процессах практически все виды погрешностей реализуются одновременно. Результатом их проявления является суммарная погрешность обработки. Основная цель данной классификации заключается в том, чтобы обеспечить студентам лучшее понимание механизмов возникновения и проявления элементарных погрешностей, которые, в конечном счете, формируют суммарную погрешность механической обработки. Многообразие факторов, являющихся источниками погрешностей механической обработки вызывает значительные трудности в определении суммарной погрешности обработки. Способы определения характеристик систематических, случайных погрешностей, а также суммарной погрешности обработки подробно излагают в курсе основы технологии машиностроения [26], [30]. В последующих разделах данного пособия более детально рассматриваются погрешности с использованием в технологических системах станочных приспособлений. 3.3. Виды размеров, получаемых на технологических операциях Получаемые в результате технологической операции размеры называются операционными. Все операционные размеры заготовки, получаемые на операциях технологического процесса, можно разделить на несколько видов, которые различаются схемами ива- риантами обработки [34]. 1. Размеры, получаемые мерным инструментом или комплектом инструментов. Эти размеры получают в основном методом копирования как размеры замкнутых поверхностей. Примером является получение диаметров отверстий при сверлении (риса, обработка концевой, шпоночной или дисковой фрезами (рис. 3.3, б, при зенкеровании, развертывании (рис. 3.3, в, хонинговании (рис. 3.3, г. Получаемый диаметр отверстия детали в основном зависит от диаметра соответствующего инструмента, которым осуществлялась обработка, если не принимать во внимание динамические погрешности, вызываемые биением шпинделя, а также упругую деформацию заготовки. В ряде случаев при развертывании инструмент закрепляют в плавающем патроне в шпинделе, что позволяет не передавать на инструмент динамические нагрузки, вызванные радиальным биением шпинделя, а также отклонением оси вращения шпинделя относительно оси обрабатываемого отверстия. С этой же целью при хонинговании хон закрепляют в шпинделе через карданный или шаровой шарнир. Станок, таким образом, служит лишь приводом движения инструмента. Настройка инструмента на получение требуемого размера может осуществляться методом полной взаимозаменяемости, когда для получения требуемого диаметра отверстия выбирается соответствующий стандартный инструмент, например сверло или зенкер требуемого диаметра. В сложных инструментах настройка требуемого размера в узком диапазоне может осуществляться методом регулирования, например раздвиганием брусков в хонинговальной головке. На рис. 3.3, д представлена схема обработки комплекта поверхностей, при которой размер b получается в результате работы комплекта инструментов. 2. Размеры заготовки, получаемые формообразующим движением. Размеры получают с использованием формообразующего движения инструмента или заготовки. Примером является получение размера при растачивании отверстия в заготовке 1 (рис. 3.4) бор- штангой 2. Расточная борштанга 2 закреплена в шпинделе 3, имеющем конусное отверстие. Размер R получается перемещением резца 4 в борштанге микрометрическим винтом при настройке борштан- ги вне станка. 142 Рис. 3.3. Схема получения размеров заготовки мерным инструментом а – сверлом б – концевой фрезой в – разверткой г – хонинговальной головкой д – комплектом фрез Рис. 3.4. Схема получения диаметра отверстия растачиванием 3. Размеры заготовки, получаемые от отработанных поверхностей до технологических баз. При обработке на станках получаются размеры, которые определяются расстоянием от режущих кромок инструментов или осей 143 до технологических баз заготовки. Примеры таких размеров показаны на рис. 3.5. Рассмотрим как обеспечивается заданный диаметр при обработке заготовки на токарном станке (риса. Рис. 3.5. Размеры заготовок, получаемых от отработанных поверхностей Обработанной базой является в данном случае наружная цилиндрическая поверхность заготовки. Хотя технологической базой для данной схемы базирования является ось заготовки, так как в данном случаев самоцентрирующем патроне реализуется схема базирования заготовки по плоскости и элементу симметрии (оси заготовки. Для обеспечения размера O с требуемым по чертежу допуском необходимо ограничить допуск настроечного размера режущего инструмента на станок, допуск на износ режущего инструмента, допуск тепловой деформации. А для этого необходимо выбрать соответствующие средства. При обработке заготовок корпусных деталей на станках в числе прочих образуются размеры заготовки от обработанных поверхностей или их осей. На рис. 3.5, б показана операция фрезерования торцовой фрезой плоскости заготовки. В результате операции получают размер Г обрабатываемой заготовки от режущих кромок инструмента до технологической базы заготовки. Размер Г должен соответствовать требованиям чертежа. 4. Размеры заготовки, получаемые между поверхностями, обработанными за один установ. Размер Г, получаемый между двумя поверхностями, обработанными на станке за один установ заготовки (рис. 3.6), зависит от 144 двух размеров Г и Г. Каждый из них получен от обработанной поверхности до одной и той же технологической базы заготовки, как размер второго вида (см. рис. 3.5, б. Рис. 3.6. Схема получения размера между поверхностями, обработанными за один установ заготовки и режущего инструмента 5. Размеры заготовки, получаемые от измерительных баз. Сначала рассмотрим получение размера от измерительной базы заготовки при сверлении отверстий на вертикально-сверлильном станке с ручным движением подачи (рис. 3.7). Если требуется выдержать размер Г – глубину отверстия, то вначале прикасании сверлом верхней плоскости заготовки фиксируют по шкале и лимбу положение шпинделя. Принимая зафиксированное положение шпинделя за начало отсчета размера, отсчитывают по лимбу перемещения шпинделя, равное Г, после чего шпиндель с инструментом возвращают в исходное положение. Как видно из схемы на рис. 3.7, на погрешность размера Г, получаемого от измерительных баз ИБ, не влияют погрешности установки заготовки, установки и настройки режущего инструмента. 145 Рис. 3.7. Схема получения размера заготовки от измерительной базы 6. Размеры заготовки, полученные с использованием активного контроля. Суть этого метода получения размера состоит в том, что операционный размер детали измеряется в процессе его получения и сравнивается с заданным. В размерной цепи технологической системы предусмотрено компенсирующее звено, размер которого автоматически подстраивается так, чтобы получался требуемый размер детали. Характерным примером может быть автоматическое шлифование на круглошлифовальном станке с активным контролем размеров (рис. 3.8). Шлифовальный круг 1 с помощью серводвигателя СД подается с поперечным движением врезания к заготовке 2, которая шлифуется в центрах. Прибор ИП контактного или бесконтактного типа измеряет текущий диаметр D детали. Информация о размере D поступает в систему управления СУ станком, которая выключает движение подачи и отводит шлифовальный круг от заготовки при достижении заданного диаметра. Точность получаемого размера зависит от точности измерения, точности позиционирования и динамической точности цепи обратной связи. К этому же типу размеров относятся размеры, получаемые методом пробных проходов. |