Лекции ОТМС. Лекции, 6 часов самостоятельное изучение ) тема жизненный цикл изделий машиностроения и его технологическая со ставляющая. (2 Часа лекции) Введение
 Скачать 10.52 Mb.
|
|
Пример. Обеспечить в процессе изготовления корпуса статора электродвигателя симметричность отверстия относительно необрабатывае-мых наружных поверхностей в горизонтальной плоскости (рис. 40). Несимметричность А ∆ обнаружится при выполнении расточной операций и через составляющее звено А 1 будет зависеть от принятой схемы базирования детали на первой операций, в которой обрабатываются плоскость основания и установочные отверстия. На (рис. 40, б, в) приведены два варианта базирования детали на первой операции, отличающиеся только тем, что в первом варианте опорная база (точка 6) создана на боковой поверхности корпуса, а во втором варианте в качестве опорной базы принята плоскость симметрии наружных поверхностей корпуса. Скрытая опорная база во втором варианте может быть создана с помощью самоцентрирующего приспособления, губки которого условно показаны стрелками, обеспечи-вающего точность расположения обрабатываемых установочных отверстий относительно плоскости симметрии. Проанализировав технологические размерные цепи и оценив возможные погрешности их составляющих звеньев, получим: в первом варианте ωА ∆ = ωА 1 + ωА 2 = ωБ 1 + ωБ 2 + ωА 2 = 0,1 + 2,4 + 0,1 = 2,6 мм; во втором варианте ωА ∆ = ωА 1 + ωА 2 = ωВ ∆ + ωА 2 = 0,3 + 0,1 = 0,4 мм. Пример. При обработке корпуса (рис. 11.27) необходимо обеспечить равномерность припуска в отверстии D. Неравномерность припуска обнаружится на операции растачивания отверстия. Для большинства операций обработки корпуса в качества технологических баз используется основание и два технологически отверстия. При избранной схеме базирования детали на расточной операции неравномерность припуска проявится как относительное смещение оси отверстия в заготовке и оси вращения борштанги с резцом (рис. 11.27, а). Рассматривая решение этой задачи в вертикальной плоскости, такое смещение можно представить замыкающим звеном А ∆ размерной цепи А, составляющими звеньями которой будут: A 1 − расстояние между осью отверстия в заготовке и установочной технологической базой детали и А 2 − расстояние между осью обработанного отверстия (осью вращения борштанги с резцом) и той же базой детали. Точность расстояния А 2 зависит только от расточной операции. Расстояние А 1 установится при обработке основания К на первой операции технологического процесса. Точность расстояния A 1 будет зависеть от схемы базирования на первой операции. При обработке поверхности К могут быть использованы различные варианты базирования детали. По первому варианту (рис. 11.27, б) в качестве установочной базы можно использовать поверхность полок (т. 1, 2, 3), а в качестве направляющей и опорной технологических баз – боковые поверхности основания детали. При такой схеме базирования детали на первой операции расстояние А 1 получается как замыкающее звено Б ∆ трехзвенной размерной цепи Б: ωА 1 = ωБ ∆ = ωБ 1 + ωБ 2 5 6 1 3 4 А 1 =Г В 1 Б 1 =В В 2 в) б) а) 4 5 1,2 3 Б 2 Б 1 А 1 =Б K d D А А 2 А 1 5 4 1,2 3 6 2 6 K K г) К а б в г 1,2 6 4 5 3 3 1 6 4 2 5 3 6 1,2 5 4 А 1 =Б А 1 =Г Б Б Б 1 =В В В А А А К К D d Рис. 11.27. Анализ вариантов базирования при обработке отверстий в корпусной детали Составляющее звено Б 2 – это выдерживаемый размер при обработке детали на настроенном станке, а звено Б 1 – размер, принадлежащий заготовке. Его точность достигается в процессе получения заготовки и зависит от простановки размеров на чертеже заготовки. Если размеры заготовки будут проставлены и выдержаны в процессе ее получения так, как показано на рис. 42, в, то размер Б 1 будет формироваться как замыкающее звено В ∆ размерной цепи В и его погрешность ωБ 1 будет равна погрешности ωВ ∆ , представляющей сумму погрешности составляющих звеньев В 1 и В 2 : ωБ 1 = ωВ ∆ = ωВ 1 + ωВ 2 В соответствии с выявленной схемой образования погрешности ωА ∆ в первом варианте базирования детали на первой операции ωА ∆ = ωА 2 + ωА 1 = ωА 2 + ωБ 2 + ωБ 1 =ωА 2 + ωБ 2 + ωВ 1 + ωВ 2 Численные значения возможных погрешностей: ωА 2 , ωБ 2 , ωВ 1 , ωВ 2 , – могут бать определены с помощью нормативов средне экономической точ-ности используемых методов обработки и допусков на размеры заготовки. В соответствии с этими нормативами и при условии, что в рассматриваемом примере габаритные размеры корпусной детали находятся в пределах 280–500 мм, расстояние В 1 – в пределах 120–280 мм, расстояние В 2 будет менее 50 мм, а отливка будет выполнена по второму классу точности. ωА ∆ = 0,1 + 0,3 + 2,4 + 1,6 = 4,4 мм. Во втором варианте может быть выбрана схема базирования на первой операции, приведенная на рис. 41, г: отверстие в заготовке большего диаметра использовано в качестве двойной направляющей технологической базы, роль опорных баз выполняют отверстие меньшего диаметра и боковая поверхность основания. В этом случае расстояние А 1 будет получено как замыкающее звено Г ∆ размерной цепи технологической системы, на которой выполняется первая операция: ωА ∆ = ωА 2 + ωА 1 = ωА 2 + ωГ ∆ = 0,6 мм. Так как второй вариант дает более короткий путь достижения точности А ∆ и полностью исключает влияние погрешностей заготовки на величину неравномерности припуска при обработке отверстия ØD, его можно считать более удачным решением поставленной задачи. Выбор способов обработки и числа необходимых переходов. После предварительной наметки последовательности обработки всех поверхностей детали следует выбрать способы и средства обработки каждой из них и определить число переходов, необходимых для экономичного превращения заготовки в готовую деталь. На выбор способов, средств и числа переходов оказывают влияние следующие основные факторы: 1) требования к качеству, которым должна отвечать готовая деталь; 2) требуемые величины уточнения в которые необходимо обеспечить в результате обработки каждой из поверхностей деталей; 3) число поверхностей, подлежащих обработке и их относительное расположение на детали (соосно, на различных станках или одной и т. д.); 4) величина уточнений ε, даваемых различными технологическими системами при экономичной обработке деталей; 5) расчетные допуски по всем характеристикам качества, которым должны отвечать заготовки или детали, поступающие на оборудование, при помощи которого осуществляются тот или иной способ обработки (например, фрезерование, строгание, сверление), назовем «входными» допусками; 6) технико-экономические показатели, характеризующие каждый способ обработки; 7) число деталей подлежащих изготовлению в единицу времени и по неизмеряемому чертежу. Учитывая все изложенное, при выборе способов обработки каждой из поверхностей детали (или сочетаний поверхностей) следует найти такой способ, который позволил бы экономично осуществить непосредственный переход от заготовки к готовой детали при обработке каждой из поверхностей, т. е. обеспечить получение требуемой величины уточнения е. При этом желательно чтобы все или возможно большее число поверхностей детали обрабатывались одним способом. Это позволит совместить наибольшее количество переходов во времени, уменьшить количество операций, сократить трудоемкость, цикл и себестоимость обработки. Поскольку требуемую величину уточнения ε можно получить сочетанием различных способов обработки, осуществляемых на различном оборудовании, то необходимо из равнозначных, с точки зрения обеспечения требуемой величины уточнения ε, вариантов выбрать тот, который дает наименьшую себестоимость. Рассмотрим в качестве примера выбор способов обработки и установления числа переходов, необходимых для обработки большого числа гладких цилиндрических валиков диаметром d = 25 мм, длиной L – 60 мм с допуском на диаметр δ д = 2 3 мкм/с, с отклонениями формы, не выходящими за пределы допуска на диаметр, и с шероховатостью поверхности Ra = 0,02 0,04 мкм. Учитывая большое количество и конструктивные особенности валиков, выберем в качестве заготовки калиброванный прутковый материал. Допуск на диаметральный размер материала δ заг = 0,280 мм. Следовательно, для получения валиков с требуемой точностью диаметрального размера необходимо в результе обработки обеспечить получение уточнения заг д в 280 140 2 Анализ существующих способов, обеспечивающих получение требуемой шероховатости позволяет выбрать два способа: суперфиниш и притирку. Суперфиниш, обеспечивая требуемую шероховатость поверхности, практически не позволяет по своей природе получить требуемое уточнение ε д = 140 для достижения точности диаметрального размера и формы валиков. Притирка в отличие от суперфиниша позволяет получить экономично не только требуемую шероховатость поверхности, но и точность размера формы в пределах требуемых допусков при условии, что поступающие на притирку детали имеют припуск на обработку не более 5–20 мкм на диаметр (для стали) при отклонениях формы в пределах допуска δ 2 = 15 мкм. Другими словами, притирка может дать уточнение, равное 2 1 д 15 7 5 2 , Сопоставляя эту величину с требуемой ε д = 140, видим, что осуществить переход от заготовки к готовой детали путем одного способа обработки не представляется возможным. Необходимо найти еще один или несколько способов обработки, которые бы обеспечили получение оставшейся величины уточнения д 2 1 140 18 6 7 5 , , Для обработки калиброванных прутков можно использовать бесцентровое шлифование, которое при допуске на диаметр калиброванных прутков при их экономичной обработке может обеспечить уточнение, равное заг 3 ш 280 2 8 100 , где δ ш = 100 мкм допуск на точность диаметральных размеров прутков, обрабатываемых бесцентровым шлифованием. Как видно, величина уточнения двух намеченных процессов получается равной 4 1 3 7 5 2 8 21 , , вместо требуемого ε д = 140. Следовательно, между притиркой и бесцентровым шлифованием необходимо ввести еще один способ обработки, который давал бы уточнение В качестве такого способа может быть использована предварительная притирка, которая позволяет экономично обеспечить требуемую величину уточнения ε 5 6,8 при деталях, поступающих с отклонениями по диаметральному размеру, не выходящими за пределы допуска ш / = 0,1 мм, что обеспечивается предшествующим бесцентровым шлифованием. Таким образом, для получения требуемой точности валик должен пройти четыре операции: бесцентровое шлифование, обеспечивающее уточнение ε 3 = 2,8; разрезку прутков на валики требуемой длины; предварительную притирку, дающую уточнение ε 5 = 6,8; окончательную притирку, дающую уточнение ε 1 = 7,5. В результате обработки общее уточнение д 3 5 1 2 8 6 8 7 5 142 8 / , , , , т. е. даже несколько больше требуемого уточнения ε д = 140. Таким образом, намеченный технологический процесс обеспечит требуемую точность валиков по всем показателям точности (размеру, форме и шероховатости поверхности). Установить последовательность обработки поверхностей и выбрав способ обработки и необходимое оборудование и другие виды технологической оснастки и инструмента, производят расчет припусков на обработку и межпереходных размеров. Расчет припусков и межпереходных размеров Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности заготовки для достижения заданной точности и качества поверхности детали. Классификация припусков на обработку Различают общие и промежуточные припуски. Промежуточным припуском называют слой материала, снимаемый при выполнении данного технологического перехода. Общий припуск – это сумма всех промежуточных припусков снятых при обработке данной поверхности. Различают минимальные, номинальные и максимальные припуски на обработку. Расчету подлежит минимальный припуск на обработку. Колебание же размера обрабатываемой поверхности заготовки в пределах допуска на ее изготовление создает колебание величины припуска от минимального до максимального. Величины припусков на обработку могут быть установлены опытно-статическим методом или определены с использованием расчетно-аналитического метода. Опытно-статистический метод применяют для обычных деталей средней точности в условиях единичного и серийного производств. Данный метод ускоряет процесс проектирования технологического процесса обработки деталей, но он не учитывает конкретные условия обработки данных поверхностей, что приводит к завышению припусков на обработку. Расчётно-аналитический метод определения припусков применяют в условиях крупносерийного и массового производства, а также в условиях единичного производства при обработке крупных и особенно ответственных деталей. После определения минимальных промежуточных припусков необходимо определить предельные промежуточные (межпереходные) размеры. Промежуточными (межпереходными) размерами называют размеры, получаемые на каждом технологическом переходе. Расчётно-аналитический метод определения припусков Расчётно-аналитический метод определения припусков базируется на анализе производственных погрешностей, возникающих при конкретных условиях получения заготовок и их обработки, определении величины элементов, составляющих припуск и их суммирования. Расчётно-аналитический метод определения припусков необходимо применять в условиях крупносерийного и массового производства. Факторы, определяющие величину припуска 1. Высота неровностей профиля R Zi-1 , полученная на предшествующем переходе обработки данной поверхности. Величина R Zi-1 зависит от метода, режимов и условий выполнения предшествующей обработки. 2. Состояние и глубина поверхностного слоя T i-1 , полученные на предшествующем технологическом переходе. Этот слой, отличающийся от основного металла по механическим свойствам, наличию остаточных напряжений и структуре, включается в припуск не всегда. Разные металлы в зависимости от вида и режимов обработки имеют разную величину изменённого слоя. У заготовок, изготовленных из серого чугуна, изменённый слой представляет собой перлитную корку, которая обычно полностью удаляется в первом переходе при обработке лезвийным инструментом с целью сохранения его стойкости. Поэтому для последующих переходов обработки поверхности величина T i-1 принимается равной нулю. Стальные поковки и штамповочные заготовки имеют обезуглероженный поверхностный слой. Этот слой снижает предел выносливости металла, поэтому его следует удалить при механической обработке. 3. Суммарное значение пространственных отклонений i-1 в расположении обрабатываемой поверхности относительно базовых поверхностей за готовки, оставшихся после выполнения предшествующего перехода. В минимальный припуск входят пространственные отклонения, имеющие самостоятельные значения, не связанные с допуском на выполняемый размер. Они могут быть заданы непосредственно как допустимая кривизна вала, коробление поверхностей, смещение и увод отверстия, непараллельность осей, неперпендикулярность, радиальное и торцевое биение и прочие, а также допуском на расположение, поверхности или оси, координирующим размером. Причинами пространственных отклонений могут быть: пространственные погрешности изготовления литейных форм и штампов; деформации детали в процессе обработки; погрешности взаимного положения рабочих элементов станка. В табл. 11.4 приводятся расчётные формулы для определения суммарного значения пространственных отклонений для различных видов заготовок при их обработке на первой операции, с учётом способов базирования заготовок, влияющих на величину пространственных отклонений. Величину остаточной кривизны после выполняемого перехода определяется по формуле заг у ост ρ к ρ , где ост ρ – остаточная кривизна; у к – коэффициент уточнения; заг ρ – кривизна заготовки. Погрешность установки заготовки уi ε на выполняемом переходе. Погрешность уi ε в общем виде определяют как векторную сумму погрешности базирования б ε , погрешности закрепления з ε и погрешности приспособления пр ε , т. е. пр з б у ε ε ε ε В случае, когда можно определить направление векторов: пр з б у ε ε ε ε Знаки в приведенном выражении зависят от направления векторов. Когда же предвидеть направление векторов затруднительно, их суммируют по правилу квадратного корня: 2 2 2 пр з б у ε ε ε ε Погрешность базирования имеет место при несовпадении технологической и измерительной баз и зависит также от допуска и погрешности формы базовых поверхностей. В табл. 11.6 и 11.7 приводятся формулы для определения погрешности базирования при обработке заготовок в различных приспособлениях. Погрешность закрепления з ε возникает в результате смещения обрабатываемых поверхностей заготовок от действия зажимной силы. Погрешность приспособления пр ε является следствием неточности изготовления станочного приспособления, погрешности установки самого приспособления на станке и износа его рабочих поверхностей. К погрешности приспособления относится и погрешность индексации – поворота зажимных устройств при обработке заготовок на многопозиционных станках. За исключением последней составляющей, элементы погрешности приспособления часто трудно выявить как самостоятельные значения, поэтому их учитывают как входящими в погрешность закрепления. С учётом сказанного для однопозиционной обработки: 2 2 з б у ε ε ε или з б у ε ε ε При обработке заготовок на многопозиционных станках для расчёта припуска под второй переход погрешность определяют по формуле: инд уi у уi ε ε к ε 1 , где у к – коэффициент уточнения (можно принимать у к = 0,06); 1 уi ε – погрешность установки на первом переходе; инд ε – погрешность индексации поворотного устройства (поворотного стола, шпиндельного барабана, револьверной головки и т. д.), при расчётах можно принимать инд ε = 0,05 мм. При последующих переходах остаточная погрешность установки мала, и ею можно пренебречь, а учитывать только погрешность индексации. Таблица 11.4 Суммарное значение пространственных отклонений для различных видов заготовок и механической обработки Тип детали и схема базирования Расчётные формулы 1. Литые заготовки Корпусные детали, по отверстиям с паралельными осями и перпендикулярной к ним плоскости А + d Р с м Р к о р То же, по плоскости, противоположной обрабатываемой L P к Детали – тела вращения, в самоцентрирующих патронах по наружному диаметру с при-жимом к торцевой поверхности d D B P с м b Р к о р 2 2 см кор см кор к L кор D кор к D 2 2 d см кор см в В к В Продолжение табл. 11.4 Тип детали и схема базирования Расчётные формулы 2. Штампованные заготовки Стержневые детали (валы ступенчатые, рычаги др.) с базированием по крайней ступени (поверхности) l P к о р P с м Стержневые детали при обработке в центрах l L P к Детали типа дисков с прошиваемым центральным отверстием (шестерни, диски и др.) с установкой по наружному диаметру и торцу 2 2 см кор кор к l 2 2 2 см кор ц кор к l при 2 / L l 2 0, 25 1 Ц 2 2 эскц см ρ ρ ρ Продолжение табл. 11.4 Тип детали и схема базирования Расчётные формулы p c м р э к с ц То же, при обработке торцевых поверхностей D р к о р r R 3. Заготовки из сортового проката При консольном закреплении в самоцентрирующих патронах l P к о р кор кор k D кор кор k l 2 2 кор ц Окончание табл. 11.4 Тип детали и схема базирования Расчётные формулы При обработке в центрах кор k l L P к о р l 4. Сверление центровых отверстий в заготовке При установке в самоцентрирующих зажимных устройствах D + р При установке на призмах с односторонним прижимом при 2 / L l 2 0, 25 1 ц 25 , 0 ц ρ мм 25 , 0 2 2 2 Ц (при = 90 ) 25 , 0 3 2 2 Ц (при =120 ) Обозначения, используемые в табл. 2.9: ρ , 1 ρ , ρ – суммарное значение пространственных отклонений обрабатываемой поверхности; кор ρ – величина коробления обрабатываемой поверхности; см ρ – смещение обрабатываемой поверхности относительно базовой или смещение одних участков поверхностей относительно других; ц ρ – погрешность зацентровки; к – удельная кривизна обрабатываемой поверхности; эксц ρ – эксцентричность; δ – допуск на диаметральный размер базовой поверхности заготовки, используемой при зацентровке. Таблица 11.5 Значение коэффициента уточнения у к Заготовка Технологический переход Коэффициент уточнения у к Калиброванный прокат После обтачивания: однократного 0,05 двукратного 0,02 После шлифования: чернового 0,06 чистового 0,04 Горячекатаный прокат, штамповка, отливка После обтачивания: чернового и однократного 0,06 получистового 0,05 чистового 0,04 Таблица 11.6 Погрешность базирования при обработке в приспособлениях Базирование Схема установки Погрешность базирования По центровым отверстиям: на жесткий передний центр на плавающий передний центр По внешней поверхности: в зажимной цан-ге по упору и в самоцентрирующем ся патроне с упорным торцом В самоцентри- рующихся призмах В призме при об- работке отверстия по кон-дуктору D 2 D 1 C a b d D a b d a D l к о н д у к т о р н а я в т у л к а 1 D = 0; 2 D = 0 a = 0; b = ц C = ц При плавающем центре: b = 0; C = 0 D = 0; d = 0 a = 0; b = 0 d = 0 C = 0 2 2 α sin δ ε D С Продолжение табл. 11.6 Базирование Схема установки Погрешность базирования По плоской поверхности при обработке отверстия по кон- дуктору В призме при обработке паза В призме при обработке плоскости D d a h m n b D 2 D l 2 D l 0 m 1 2 1 2 sin D h 1 2 1 2 sin D n 2 2 sin D m b = 0 Продолжение табл. 11.6 Базирование Схема установки Погрешность базирования По отверстию: на жесткой оправке со свободной посадкой По отверстию: на разжимной оправке, на жесткой оправке По плоскости при обработке уступа A B D A A h D 1 A - A a b D 1 К l C b A B min D S 1 A B min D S 2 A B min h S |