Оренбургский государственный университет
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
10.4 Расчет технологических операционных размерных цепей Расчет следует начинать с размерной цепи, содержащей только одно состав- ляющее звено с неизвестным номиналом, например, для построенной размерной схемы: размерная цепь для замыкающего звена Z(41-40) или размерная цепь для за- 94 мыкающего звена Z(23-24). Определив его и считая его известным в других опера- ционных размерных цепях, последовательно рассчитывают другие размерные цепи. Расчеты производятся, используя средние значения звеньев, в следующей по- следовательности. Колебание замыкающего звена размерной цепи определяется по следующим формулам: ∑ − = = Δ 1 1 m i A A i ω ω , (10.3) где i A ω - погрешность (допуск) i-того составляющего звена; m - число звеньев размерной цепи, включая замыкающее. ∑ − = ⋅ = Δ 1 1 2 2 m i i A A i t λ ω ω , (10.4) где t - коэффициент риска, определяющий вероятность выхода значений за- мыкающего звена за пределы поля допуска; 2 i λ – коэффициент относительного рассеяния, зависящий от закона распре- деления составляющего звена. Формула (10.3) используется при расчете размерной цепи методом max-min, формула (10.4) – при расчете вероятностным методом. Переход к формуле (10.4) производится при числе составляющих звеньев, большем четырех, пяти. Некоторые значения t в зависимости от вероятности выхода значений замы- кающего звена за пределы, установленные формулой (10.4), Р приведены в таблице 10.2. 95 Таблица 10.2 – Вероятность выхода значений замыкающего звена за пределы поля допуска в зависимости от коэффициента риска t 1 1,65 2 2,57 3 3,29 3,89 P, % 32 10 4,5 1 0,27 0,1 0,01 Значения коэффициента относительного рассеяния, 2 i λ , в зависимости от за- кона распределения значений составляющего звена следующие: - нормальный закон распределения - 1/9; - закон распределения Симпсона - 1/6; - закон равной вероятности - 1/3. Среднее значение замыкающего звена: - для звеньев припусков 2 min Δ + = Δ Δ A A A m ω ; (10.5) - для звеньев размеров 2 min max Δ Δ Δ + = A A A m , (10.6) где max Δ A - максимальное значение замыкающего звена; min Δ A - минимальное значение замыкающего звена. Для звеньев припусков в формулу (10.5) подставляется минимальный припуск min Z , определяемый по формуле (10.2). Среднее значение составляющего звена с неизвестным номиналом 96 x m i i i x m m m A A A ξ ξ ∑ ∑ − = Δ ⋅ − = 2 1 ( , (10.7) где A i m - среднее значение i-того известного составляющего звена; x i ξ ξ , - коэффициенты передачи i-того известного и неизвестного состав- ляющих звеньев. Номинальное значение составляющего звена с неизвестным номиналом x m A x x EC A A − = , (10.8) где EC A x - координата середины поля допуска определяемого звена. Округление расчетных номиналов следует производить таким образом, чтобы оно вызвало минимальное изменение замыкающего звена размера или увеличение звена припуска. В некоторых случаях необходимо округлять расчетные номиналы до значений, соответствующих стандартным размерам осевого инструмента, или до стандартных размеров проката. При расчете размерных цепей с замыкающими звеньями размерами после оп- ределения фактической погрешности замыкающего звена необходимо сравнить его значение с допуском данного размера, установленным чертежом детали. Если ока- жется, что фактический допуск замыкающего звена размера, определенный через составляющие звенья, меньше заданного чертежом детали допуска, то в проекти- руемый технологический процесс необходимо внести изменения с целью его улуч- шения: - уменьшить допуски составляющих звеньев за счет выбора более точных ме- тодов обработки, за счет увеличения числа технологических переходов; - расширить допуск замыкающего звена после анализа служебного назначения детали и по согласованию с конструкторскими службами; 97 - изменить последовательность обработки; - изменить схему простановки размеров детали или технологического процес- са; - выбрать другие технологические базы. В качестве примера рассмотрим расчет операционной размерной цепи для за- мыкающего звена припуска Z(41-40), сформированной по размерной схеме (рисунок 10.7). Размерная цепь приведена на рисунке 10.9. Рисунок 10.9 – Размерная цепь с замыкающим звеном припуском Z(41-40) Исходные данные: - минимальное значение замыкающего звена припуска - = min Z 0,695 мм; - известное составляющее звено – А(11 – 41) = 80 -0,19 ; - неизвестное составляющее - А(11 – 40) -0,41 Колебание припуска ∑ − = = Δ 1 1 m i A A i ω ω , 62 , 0 19 , 0 43 , 0 = + = Δ A ω мм. Среднее значение замыкающего звена 2 min Δ + = Δ Δ A A A m ω , 005 , 1 2 62 , 0 695 , 0 = + = Δ m A мм. 98 Среднее значение составляющего звена с неизвестным номиналом , 2 1 x m i i i x m m m A A A ξ ξ ∑ − = Δ ⋅ − = 91 , 80 1 ) 1 ( 905 , 79 005 , 1 = − ⋅ − = m x A мм. Номинальное значение составляющего звена с неизвестным номиналом x m A x x EC A A − = , 125 , 81 ) 215 , 0 ( 91 , 80 = − − = x A мм. После округления до знака отклонений в большую сторону получаем: 13 , 81 = x A мм. Аналогично производится расчет остальных размерных цепей. Порядок расче- та устанавливается так, чтобы в рассчитываемую размерную цепь входило лишь од- но неизвестное составляющее звено. В общем случае определение неизвестных мо- жет быть выполнено путем решения системы линейных уравнений. 10.5 Использование ЭВМ для размерного анализа Выполнение всех размерных расчетов вручную требует огромных затрат вре- мени. Это определяет необходимость применения автоматизированных систем раз- мерного анализа при проектировании технологического процесса. Одной из таких систем является автоматизированная система технологического размерного анализа (АСТРА) [15]. При ее применении не требуется: определять точность размерных связей и минимальные припуски на обработку, строить размерные схемы техноло- гического процесса, формировать и рассчитывать размерные цепи. Работа с систе- мой сводится к описанию исходных данных по детали, исходной заготовке и техно- 99 логическому процессу. Исходными данными для работы с системой являются: уточ- ненный чертеж детали; эскиз, определяющий конфигурацию исходной заготовки, маршрут обработки. Первым этапом работы является описание детали. Сначала необходимо ука- зать число поверхностей детали и дополнительно указать, сколько из них цилиндри- ческих поверхностей. Не следует включать в число рассматриваемых поверхностей фаски, канавки и другие неответственные поверхности. В число поверхностей не следует также включать поверхности, обрабатываемые однократно путем снятия напуска: крепежные отверстия, лыски и т.п. Все последующие действия будут про- изводиться с использованием системы меток поверхностей, такой же, как и при руч- ном построении размерных схем. Затем следует произвести идентификацию по- верхностей и осей в соответствии с ранее изложенными правилами. Расположение меток (идентификаторов) должно строго соответствовать реальному расположению поверхностей и осей детали. Затем указывается шероховатость поверхностей и их габариты, что необходи- мо для определения правильности выбранных технологических переходов и для оп- ределения минимальных припусков. Размеры детали указываются между метками поверхностей в соответствии с чертежом. Номиналы и предельные отклонения размеров задаются либо в виде чи- словых значений (через запятую, например: 40, 0.2, -0.2), либо виде номинала и стандартного поля допуска (32 H7) либо в виде свободного размера (45), предельные отклонения в этих случаях определяются из базы данных системы. Для цилиндриче- ских поверхностей указываются их диаметральные размеры. Далее программно производится проверка связанности системы размеров детали и правильности зада- ния номиналов. При правильном указании размеров возможен переход к следующе- му этапу – описанию исходной заготовки. При описании заготовки сначала указывается вид заготовки, затем уточняется метод ее получения. Также вводятся все данные, необходимые для определения до- пусков заготовки. Например, для отливок указываются: материал, метод получения отливки, особенности данного метода, наибольший габаритный размер, отношение 100 наибольшего и наименьшего размеров отливки. Затем уточняется наличие поверх- ностей исходной заготовки, поскольку не все поверхности детали получаются в тех- нологическом процессе изготовления заготовки. После этого задается система раз- меров заготовки. Следующим этапом является описание технологических переходов, при этом последовательно указывается: обрабатываемая поверхность, технологическая база, метод и вид обработки. При описании переходов проверяется правильность выбора переходов. Определение числа и характера размерных связей, назначение операци- онных допусков и минимальных припусков производится программно. После опи- сания последнего перехода производится автоматизированное определение извест- ных звеньев, замыкающих звеньев, установление возможностей получения требуе- мой точности размеров, а также формирование и расчет размерных цепей. Кроме значений операционных размеров определяются значения максимальных припусков, необходимые для назначения режимов резания. Полученные результаты могут быть выведены на печать. При работе с автоматизированной системой используется сис- тема меню и подменю, что облегчает ее освоение и практическое использование. На всех этапах работы с ней возможно получение подсказок, имеется подсистема диаг- ностики ошибок ввода. При выполнении данного этапа курсового проекта необходимо произвести по- строение размерных схем проектируемого технологического процесса, что необхо- димо для облегчения внесения возможных изменений в технологию. Размерные схемы приводятся в пояснительной записке и выносятся в графическую часть про- екта. Кроме этого необходимо привести результаты расчета припусков и операци- онных размеров, полученные с помощью системы АСТРА. 10.6 Применение опытно-статистического метода определения припусков По рекомендации руководителя проекта студенты могут воспользоваться уп- рощенным опытно-статистическим методом расчета припусков. Данный метод сле- дует использовать также при определении операционных размеров для обработки 101 шлицевых, зубчатых, фасонных поверхностей, поскольку для таких поверхностей невозможно применить методику размерного анализа. Опытно-статистический метод заключается в определении операционных размеров и размеров исходной заготовки путем последовательного наслоения номи- нальных припусков на поверхности детали. Номинальные промежуточные припуски определены путем обработки большого объема статистического материала, накоп- ленного в практике машиностроения. Для различных видов обработки номинальные припуски приведены [16], а также в приложении Е. Определение операционных размеров и размеров исходной заготовки произ- водится в порядке обратном последовательности обработки каждой поверхности. Сначала на поверхность детали наслаивается припуск на отделочную обработку, за- тем – на чистовую и черновую. Для удобства следует привести схему расположения припуска на обрабатываемой поверхности. В качестве примера на рисунке 10.10 приведена схема расположения припусков при трехкратной обработке наружной цилиндрической поверхности. А 0 – размер исходной заготовки; А 1 – размер после выполнения первого технологического перехода; А 2 – размер после второго перехода; А 3 – размер после третьего перехода (размер детали). 102 Рисунок 10.10 – Схема расположения припусков на наружной цилиндрической поверхности Номинальные промежуточные размеры для данной схемы расположения при- пусков 3 3 2 2Z A A + = , 2 2 1 2Z A A + = , 1 1 0 2Z A A + = Схема расположения промежуточных припусков при обработке отверстия приведена на рисунке 10.11 Рисунок 10.11 - Схема расположения припусков при обработке отверстия Номинальные промежуточные размеры при обработке отверстия 3 3 2 2Z A A − = , 2 2 1 2Z A A − = , 1 1 0 2Z A A − = 103 Результаты определения промежуточных размеров удобно представить в виде таблицы 10.3. В таблице приведены размеры, соответствующие маршруту обработки поверхностей по рисунку 10.12. Для обработки применено черновое и чистовое фрезерование. Заготовка – отливка 9 класса точности по ГОСТ 26645-85. Номинальные припуски приняты по приложению Е. Допуск исходной заготовки по приложению А. Допуски, соответствующие методам обработки, по приложе- нию Б. Таблица 10.3 - Припуски и промежуточные размеры Технологический переход Припуск, мм Номи- нальный размер, мм Допуск, мм Размер с предель- ными от- клоне- ниями Исходная заготов- ка - 66,2 2,0 0 , 1 2 , 66 ± Черновое фрезеро- вание плоскости 1 2,30 63,9 h12 (0,300) 3 , 0 9 , 63 − Черновое фрезеро- вание плоскости 2 2,30 61,6 h12 (0,300) 3 , 0 6 , 61 − Чистовое фрезеро- вание плоскости 1 0,80 60,8 h9 (0,074) 074 , 0 8 , 60 − Чистовое фрезеро- вание плоскости 2 0,80 60 h9 (0,074) 074 , 0 0 , 60 − 11 Определение режимов резания Режимы резания, с одной стороны, определяются техническими факторами: требуемой шероховатостью обрабатываемой поверхности, возможностями техноло- гического оборудования, требуемой точностью и др. С другой стороны, от режимов резания зависит производительность и технологическая себестоимость. Таким обра- зом, назначение режимов резания является важной технико-экономической задачей. Режимы резания назначают по нормативам режимов резания [10] или исполь- зуют аналитический метод расчета [7]. В настоящее время наибольшее распростра- 104 нение получило определение режимов резания по нормативам. Режимы резания оп- ределяются для каждого технологического перехода. При этом следует руково- дствоваться следующей общей последовательностью назначения режимов. Сначала устанавливают глубину резания t. Глубина резания должна равняться припуску, снимаемому на данном переходе. При этом необходимо учитывать, что при работе на станках средней мощности максимальная глубина резания не должна превышать при точении – от 8 до 10 мм, при фрезеровании цилиндрическими фре- зами – от 10 до 12 мм, при фрезеровании торцовыми фрезами – от 12 до 15 мм; При больших значениях припуска или при необходимости снять напуск с поверхности заготовки обработку следует производить за несколько рабочих ходов. Следующим этапом определения режимов резания является назначение пода- чи S. Для большинства методов обработки, таких как - точение, сверление, растачи- вание, определяется подача в миллиметрах на оборот заготовки или инструмента, S о мм/об. Для фрезерования исходным расчетным значением подачи является подача в миллиметрах на зуб фрезы, S z , мм/зуб. Для строгания, некоторых видов шлифования принимается подача в миллиметрах на двойной ход, S мм/дв.ход. Для черновых пе- реходов значение подачи определяется прочностными характеристиками элементов технологической системы. Для чистовых технологических переходов подача огра- ничивается требуемой точностью и шероховатостью обработанной поверхности. Значения подач приведены в [7, 10], для наиболее распространенных методов обра- ботки можно использовать таблицы приложения Ж. Выбранная подача корректиру- ется по паспортным данным станка. Затем следует определить период стойкости инструмента Т. Период стойко- сти, обеспечивающий наиболее экономичные режимы обработки, определяется в соответствии со следующей зависимостью ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = Е Э t m T и з эк 1 1 , (11.1) где m – показатель относительной стойкости; 105 з t - время простоя станка, связанное с заменой инструмента, мин; и Э - затраты на эксплуатацию инструмента за его к период стойкости, руб.; Е – стоимость минуты работы оборудования, руб./мин. Определение экономичного периода стойкости в соответствии с зависимостью (11.1) требует большого числа исходных данных. Поэтому чаще используют таб- личные значения периода стойкости [7]. При определении режимов резания по нор- мативам предполагается использование нормативного периода стойкости. Скорость резания V определяется в зависимости от периода стойкости Т, от глубины резания t, подачи S, от механических характеристик обрабатываемого ма- териала, от марки инструментального материала, от состояния поверхности заготов- ки и от ряда других факторов. Значения скорости резания приведены в [7, 10], для наиболее распространенных методов обработки - в приложении Ж. Частота вращения n определяется по формуле D V n ⋅ ⋅ = π 1000 , (11.2) где D – диаметр обрабатываемой поверхности или диаметр инструмента, мм. Частота вращения корректируется по паспортным данным станка. В качестве утонченного значения ут n принимается наиболее близкое значение. При бесступен- чатом регулировании привода главного движения станка желательно округлить рас- четную частоту вращения до значения кратного 10. После этого уточняется скорость резания. Уточненная скорость резания ут V определяется по формуле 1000 ут ут n D V ⋅ ⋅ = π , (11.3) При черновой обработке производят проверку выбранного режима резания по мощности привода главного движения станка. 106 η ⋅ ≤ ст рез N N , (11.4) где рез N - мощность, потребная на резание, кВт; ст N - мощность главного привода станка, кВт; η - коэффициент полезного действия привода главного движения (0,9 - 0,8). При невыполнении условия (11.4) необходимо уменьшить глубину резания, подачу или применить на данной технологической операции станок большей мощ- ности. Для современных станков с ЧПУ ограничением является значение максималь- ного крутящего момента на шпинделе. Крутящий момент от сил резания, (Н·м) 30 1000 n N M рез рез ⋅ ⋅ = π (11.5) В паспортных данных металлорежущих станков часто приводятся в только максимальные и минимальные значения частот вращения и подач, а также число ступеней К. Промежуточные значения в таких случаях принимают по нормали стан- костроения H11-1. Для чего предварительно определяют знаменатель геометриче- ской прогрессии ряда частот вращения или подач 1 min max − = K n n ϕ , (11.6) где ϕ - знаменатель геометрической прогрессии; n max и n min - наибольшая и наименьшая частоты вращения привода главного движе- ния; К - число ступеней частот вращения привода главного движения. 107 Стандартные значения частот вращения и подач приведены в приложении Г. В качестве примера рассмотрим назначение режимов резания на черновую об- работку шейки вала. Исходные данные: а) обрабатываемый материал - сталь 45; б) заготовка - штампованная поковка, полученная в закрытом штампе на прес- сах; в) оборудование - токарный станок с ЧПУ 16Б16Т1; г) режущий инструмент – контурный резец с пластинкой твердого сплава Т15К6 (Резец 2103-0695 Т15К6 ГОСТ 20872-80); д) заготовка установлена в центрах; е) диаметр обработки D = 20 мм; Глубина резания t соответствует припуску z = 1,5 мм. Подача S = 0,4 мм/об (таблица Ж.1) Период стойкости соответствует нормативному. Скорость резания V = 170 м/мин (таблица Ж.4). Частота вращения n D V n π 1000 = , 2707 20 170 1000 = ⋅ ⋅ = π n об/мин. По паспортным данным станка принимаем n ут = 2000 об/мин. Уточненная скорость резания V ут 1000 Dn V ут π = , 108 125 1000 2000 20 = ⋅ ⋅ = π ут V м/мин. Мощность резания N = 0,8 кВт (таблица Ж.7), данная мощность не превышает мощности главного привода станка N ст = 4,2 кВт. Аналогично определяются режимы резания для остальных технологических переходов. В ПЗ достаточно в качестве примера показать последовательность опре- деления режимов для одного перехода. Данные по всему технологическому процес- су необходимо представить в виде таблицы. Таблица 11.1 - Режимы резания № оп Переходы t, мм S, мм/об (мм/мин) V, м/мин, (м/с) n, об/мин N, кВт (М кр , Н·м) 1 Фрезеровать торцы 005 2 Центровать 2 отверстия 010 Точить поверх- ности 1,5 0,4 125 2000 0,8 |