Рабочая профессия_Учебное пособие. Рабочая профессия
 Скачать 3.93 Mb.
|
|
Контрольные вопросы 1. Чем руководствуются работники, выполняя трудовые функции? 2. Назовите основные трудовые функции оператора автоматических станков с программным управлением. 3. Какими знаниями должен обладать оператор автоматических стан- ков с программным управлением? 4. Назовите основные этапы технологической подготовки деталей для обработки на станке с ЧПУ. 5. Перечислите нормативно-технические документы в области стан- дартизации. Какова их иерархия? 16 2. НОРМИРОВАНИЕ ТОЧНОСТИ В МАШИНОСТРОЕНИИ Точность в технике – это степень приближения значения параметра изделия, процесса и прочего к его заданному значению. Требования к точности могут относиться к точности механической обработки или к другому виду обработки деталей; механизмов и машин; систем автоматизированного управления; измерений и т. д. Кроме термина «точность» часто используют термин «погрешность». Когда применяют термин «точность», то обычно имеют в виду качествен- ный показатель, характеризующий отличие этого показателя от заданного значения. Так, говоря о точности, употребляют выражения «высокая точ- ность», «низкая точность» и т. д. Однако эти понятия, как и сам термин «точность», невозможно использовать для нормирования степени при- ближения значения параметра к заданному. Термин «погрешность» применяют для количественной оценки точ- ности. Погрешность – разность между приближенным значением некото- рой величины и ее точным значением. Это определение относится к так называемой абсолютной погрешности, которая обычно нормируется для характеристики точности в машиностроении. Таким образом, погреш- ность является показателем точности. В случае когда считают, что точ- ность высокая или низкая, необходимо привести значение погрешности. Нельзя говорить, например, о высокой точности изготовления, если не указывать погрешность этого изготовления. В машиностроении в основном рассматривают точность обработки элементов деталей. Необходимо говорить не о точности изготовления де- тали, а о точности изготовления ее элементов. Любая деталь, даже про- стейшей формы, состоит из нескольких элементов. Так, простейший ци- линдрический валик образован тремя элементами: одной цилиндрической и двумя плоскими торцевыми поверхностями, требования к точности ко- торых разные. Цилиндрический валик может быть ступенчатым, и требо- вания к точности изготовления ступеней разных диаметров, как правило, 17 отличаются, поскольку у разных элементов детали разные функциональ- ные назначения. В машиностроении чаще всего нормируют требования к точности элементов детали и только иногда – механизма в целом. Возникает вопрос: зачем надо нормировать (устанавливать, опреде- лять) требования к точности, разве нельзя изготовить детали строго по чертежу? Оказывается, что абсолютно точное изготовление всех элемен- тов детали не нужно, да и невозможно. Требования к точности элементов детали должны быть разными в зависимости от их функционального назначения. С другой стороны, невозможно по целому ряду причин изготовить абсолютно точно какой-либо элемент детали, даже самый простой. Чем точнее требуется выполнить элемент детали, тем дороже это будет стоить (стоимость изготовления растет по кривой второго порядка в зависимости от повышения требований к точности) (рис. 2). Рис. 2. Зависимость стоимости механической обработки от точности изготовления элемента детали 18 Необходимо уметь нормировать точность элементов деталей, учиты- вая их функциональное назначение и стоимость изготовления. Решение этой непростой задачи напрямую влияет на эффективность производства. 2.1. Т РЕБОВАНИЯ К ТОЧНОСТИ На рабочем чертеже кроме размеров указывают и требования к точно- сти геометрических параметров элементов деталей. Существуют четыре параметра, которые характеризуют ее: точность размера, точность формы поверхности, точность относительного расположения элементов деталей и точность по шероховатости поверхности. Рассмотрим их ниже (рис. 3). 1. Точность размера. Размер каждого элемента детали должен нахо- диться в определенных пределах и может отличаться от заданного не больше, чем на установленную величину. Нормирование точности разме- ра заключается в указании возможных отклонений от заданного значения. 2. Точность формы поверхности. Элементы детали должны иметь за- данную номинальную (идеальную) геометрическую форму (плоскость, цилиндр, конус, сфера и т. д.) В этом случае требования к точности формы определяют допустимые искажения формы по сравнению с идеально пра- вильной. 3. Точность относительного расположения элементов деталей. Любая деталь представляет собой совокупность поверхностей (элементов) опре- деленной формы. Каждый элемент детали должен быть расположен отно- сительно других в заданном положении. Выполнить это абсолютно точно невозможно, и поэтому необходимо определить степень возможных от- клонений расположения одних поверхностей относительно других. 4. Точность по шероховатости поверхности. При любом виде обра- ботки поверхности на деталях будут ее следы – неровности, которые ока- жут влияние на функциональные свойства поверхностей, особенно в со- пряжениях. Нормировать точность для шероховатости поверхности – значит установить допустимые значения микронеровностей на рассматри- ваемых поверхностях. 19 Рис. 3. Идеальная поверхность вала и реальная с отклонениями: е – смещение осей (эксцентриситет) Номинальные поверхности – это идеальные геометрические поверх- ности, не имеющие отклонения формы, расположения, шероховатости, размера. 2.2. П РИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕТАЛЕЙ Существует много причин, по которым невозможно изготовить эле- менты деталей абсолютно точно. Рассмотрим те из них, которые имеют место при изготовлении деталей в машиностроении. 1. Состояние оборудования и его точность. Обрабатывающий станок в большинстве случаев почти полностью переносит свою неточность на обрабатываемую деталь. Так, биение шлифовального круга и вибрация приводят к появлению неровностей на обрабатываемых поверхностях де- талей. Если в станке устройство подачи инструмента работает не плавно, то невозможно получить точный размер элемента детали. Точность вы- 20 полнения штампа полностью переносится на точность штампованной де- тали. 2. Качество и состояние технологической оснастки. Технологическая оснастка является вспомогательным оборудованием, которое используется для изготовления деталей. Если в кондукторе для сверления отверстий в детали неправильно расположены направляющие втулки, то деталь будет с погрешностями. Если ось центров для установки детали на шлифоваль- ном станке не параллельна рабочим перемещениям при шлифовании, то невозможно получение цилиндрической детали: она может оказаться ко- нической. 3. Режимы обработки. Для каждой поверхности детали существуют оптимальные режимы обработки, учитывающие характеристики обраба- тываемых и режущих материалов, условия обработки и требования к точ- ности геометрических параметров деталей. Несоблюдение заданных ре- жимов может привести к появлению погрешностей. Если при шлифовании применять большие подачи, то могут появиться большие неровности на поверхности, прижоги, приводящие к уменьшению поверхностной проч- ности и т. д. 4. Неодинаковость припуска на обработку и неоднородность матери- ала заготовок. По этим причинам происходит непредсказуемый износ ин- струмента. Разные припуски у однотипных деталей приводят к разному разогреву каждой из них, и их размеры после остывания оказываются дру- гими, чем полученные непосредственно после обработки. Неоднородность заготовок по твердости в разных местах приводит к появлению вибрации в процессе резания, а это, в свою очередь, – к появлению поверхностных неровностей. 5. Температурные условия. В общемировой практике принято, что все размеры должны определяться при температуре 20 °С. Поэтому изменение температуры, особенно в процессе изготовления или измерений, отража- ется как на размере детали, так и на искажении формы и расположения ее поверхностей. 21 6. Упругие деформации детали, станка, инструмента. При обработке деталей на станках имеют место статические и динамические нагрузки на все элементы системы «станок – приспособление – инструмент – деталь» ( СПИД). Эти нагрузки образованы усилиями крепления детали на станке и усилиями в процессе резания, которые вызывают упругие деформации во всех элементах технологической системы, в том числе и детали. Напри- мер, осевое усилие крепления детали в центрах вызывает ее изгиб и, как следствие, невозможность получения цилиндрической поверхности точ- ной формы. Искажается форма детали после снятия усилия прижима дета- ли к плоскости станка при обработке. 7. Квалификация и субъективные ошибки рабочего. Опытный ста- ночник к размеру подходит постепенно, не стремится за один проход снять весь припуск. Приведенные выше причины показывают принципиальную невоз- можность изготовления совершенно одинаковых деталей без погрешно- стей. Поэтому приходится решать вопрос о допустимых отклонениях каж- дого из геометрических параметров элементов деталей с тем, чтобы дета- ли или узлы из них могли выполнять возложенные на них функции, т. е. необходимо нормировать требования к точности. Конструктор должен обоснованно определять возможные отклонения геометрических параметров элементов детали для того, чтобы деталь от- вечала своему назначению. Технолог решает вопрос о том, как на имею- щемся оборудовании добиться получения заданной конструктором точно- сти. Обычно конструктор стремится назначить более высокую точность ( поскольку не всегда достоверно известна точность, необходимая для де- тали), а технологу желательно иметь дело с меньшей точностью (посколь- ку такие детали легче и дешевле в изготовлении). В этом и заключается постоянное противоречие между требованиями конструктора и технолога. 22 2.3. В ИДЫ РАЗМЕРОВ Размер – числовое значение линейной величины (диаметра, длины и т. п.) в выбранных единицах измерения. Другими словами, размер эле- мента детали – расстояние между двумя характерными точками этого элемента. Размер элемента, установленный измерением с допустимой погреш- ностью, называют действительным размером. Он выявляется экспери- ментальным путем (измерением), а погрешность определяется какими- либо нормативными документами. Действительный размер находят в слу- чаях, когда требуется определить соответствие размеров элементов детали установленным требованиям. Если же такие требования не установлены и измерения проводят не с целью приемки продукции, то возможно исполь- зование термина «измеренный размер», т. е. полученный в результате из- мерений. Истинный размер – размер, полученный в результате изготовления, значение которого нам неизвестно, хотя оно и существует. К значению ис- тинного размера мы приближаемся по мере повышения точности измере- ний, поэтому понятие «истинный размер» часто заменяют понятием «дей- ствительный размер», который близок к истинному в условиях поставлен- ной цели. Номинальный размер– размер, относительно которого определяются отклонения. Для деталей, составляющих соединение, он является общим для отверстия и вала. Номинальный размер D(d) определяется конструк- тором в результате расчетов на прочность, жесткость, при измерении га- баритов и прочего или с учетом конструктивных и технологических сооб- ражений. Этот размер указывают на чертеже. Учитывая погрешность обработки, конструктор указывает не один размер, а два предельно допустимых размера элемента, между которыми должен находиться (или быть им равным) действительный размер. Эти два размера называют наибольшим предельным размером d НБ (наибольший 23 допустимый размер элемента детали) и наименьшим предельным разме- ромd НМ (наименьший допустимый размер элемента детали). Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называется допуском на обработку. T D = D НБ – D НМ ; T d = d НБ – d НМ Допуск всегда положительная величина, он не может быть отрица- тельным. Это интервал значений размеров, между которыми должен находиться размер годного элемента детали. d НМ ≤ d Д ≤ d НБ ; D НМ ≤ D Д ≤ D НБ Следовательно, допуск показывает разрешенную погрешность обра- ботки, заранее предусмотренную и отраженную в чертеже детали. В этом случае годными и взаимозаменяемыми будут такие детали, у которых размер, получившийся после обработки, находится в пределах допуска. Чем меньше допуск, тем точнее должен быть изготовлен нормируе- мый элемент детали, следовательно, тем труднее, сложнее и дороже его изготовление. Напротив, чем больше допуск, тем грубее требования к элементу детали и тем проще и дешевле его изготовление. Таким образом, устанавливать (нормировать) точность размера – значит указывать два его возможных (допустимых) предельных значения. Правильность получения размеров при обработке проверяется их из- мерением. Измерить размер – значит сравнить его значение с величиной, приня- той за единицу (для линейных размеров единицей измерения является метр). 24 Все инструменты и приборы, применяемые для измерений, имеют общее название – измерительные средства. При измерениях возникают погрешности и поэтому абсолютно точно определить размер детали не- возможно. Погрешностью измерения называется отклонение результата измере- ния от истинного значения измеряемой величины. Ее могут вызвать: по- грешности, вносимые установочными мерами и образцами; неточности средства измерения или изношенность его отдельных частей; температур- ные влияния; ошибки, связанные с опытом и навыками человека, который проводит измерение и т. д. Допуск на обработку на чертежах показывается в виде двух отклоне- ний от номинального размера. Одно отклонение называется верхним, а другое – нижним. Верхнее отклонение ЕS (еs) – алгебраическая разность между наибольшим предельным размером и номинальным размером. ЕS (еs) = D(d) НБ – D(d). Нижнее отклонение ЕI (еi) – алгебраическая разность между наименьшим предельным размером и номинальным размером. ЕI (еi) = D(d) НМ – D(d). Отклонение всегда указывается со знаком «+» или «–». Когда предельный размер больше номинального, то в чертеже откло- нение ставится со знаком «+». Если предельный размер меньше номи- нального, то отклонение является отрицательным и в чертеже ставится со знаком «–». Когда один из предельных размеров равен номинальному, то отклонение оказывается равным нулю и в чертеже не проставляется. 25 2.4. Г РАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ОТКЛОНЕНИЙ Для наглядного представления о возможном соотношении размеров применяется метод графического построения предельных отклонений, при котором принято величины возможных отклонений откладывать только с одной стороны рассматриваемого размера. Величины положительных от- клонений откладываются вверх относительно номинального размера, а от- рицательные – вниз. Так, на рис. 4 изображено отверстие с двумя положи- тельными отклонениями и вал с двумя отрицательными отклонениями. Пространство, ограниченное линиями верхнего и нижнего отклонений (за- штрихованные полоски), называется полем допуска. Рис. 4. Графическое изображение размеров и отклонений 26 Но такое графическое изображение неудобно, так как содержит лиш- нюю информацию. Невозможно совместить масштабы номинального и предельных размеров, поскольку сам размер составляет десятки и сотни миллиметров, а отклонения – всегда доли миллиметра. Тогда для нагляд- ности поступают следующим образом. Значение номинального размера опускается, а его положение (без указания значения в масштабе) заменя- ется горизонтальной линией, от которой (теперь уже в масштабе) показы- вают границы предельных размеров, т. е. отклонения. Таким образом, при графическом изображении можно увидеть отклонения и предельные размеры. Нулевая линия – линия, соответствующая номинальному размеру, от которой указывают отклонения размеров при графическом изображении полей допусков и посадок. Обычно она располагается горизонтально, и плюсовые отклонения от номинального размера откладываются вверх, а минусовые – вниз от нулевой линии. Между верхним и нижним отклонениями расположено поле допуска. При нормировании точности выделяют одно отклонение из двух, ко- торым характеризуют положение поля допуска относительно номинально- го размера. Это отклонение получило название основного, т. е. ближайше- го к нулевой линии. Для полей допусков, расположенных выше нулевой линии, основны- ми отклонениями являются нижние отклонения, а для полей допусков, ко- торые расположены ниже нулевой линии, – верхние. У полей допусков, имеющих положительные и отрицательные отклонения, за основное при- нимают то, которое находится ближе к нулевой линии. Для предельных размеров, ограниченных верхним и нижним отклоне- ниями, применяется понятие пределов максимума и минимума материала. Предел максимума материала–термин,относящийся к тому из пре- дельных размеров, которому соответствует наибольший объем (масса) ма- териала, т. е. наибольший предельно допустимый размер вала и наимень- ший предельно допустимый размер отверстия. 27 По-другому этот предел можно представить как границу значения годного размера элемента детали, которая будет достигнута первой в про- цессе снятия материала. Предел минимума материала–термин, относящийся к тому из пре- дельных размеров, которому соответствует наименьший предельно допу- стимый размер вала и наибольший предельно допустимый размер отверстия. Другими словами, это предел, который определяет границу неиспра- вимого брака. Обозначить графически два предельно допустимых размера можно несколькими способами (рис. 5): − указать непосредственно два предельных размера, между которыми должны находиться размеры годных деталей; − указать номинальный размер и два отклонения от него (верхнее или нижнее); − указать номинальный размер, одно отклонение (основное отклоне- ние) и допуск на размер для получения второго отклонения. Рис. 5. Способы указания полей допусков Нельзя приступать к решению задач в области нормирования точно- сти в машиностроении без графического построения соединения вала с отверстием. Формальный подход может привести к появлению ошибок выбора. |