После составления маршрута обработки приступают к детальной проработке каждой технологической операции. Содержание операции часто определяется количеством переходов, которые могут быть выполнены на выбранном типе станка, при этом стремятся добиться сокращения трудоемкости, повышения производительности и экономичности. Начинают с построения схемы. Для массового производства предпочтительны многоинструментальные операции с параллельной или параллельно-последовательной обработкой поверхностей, с непрерывной или раздельной загрузкой заготовок, обеспечивающие наивысшую производительность за счет многократного взаимного перекрытия основного и вспомогательного времени. В то же время значительная концентрация операций (значительное увеличение числа переходов) с использованием большого количества инструментов в наладке, может привести к снижению общей производительности за счет простоев, связанных с частой заменой и подналадкой инструментов.

В массовом производстве на содержание операции оказывает влияние длительность ее выполнения, которая должна быть равна или кратна такту.

Для серийного производства чаще проектируют одноместные, одно- и многоинструментальные операции с последовательной обработкой поверхностей.

В условиях единичного и мелкосерийного производства тяжелого машиностроения тенденция к проектированию высококонцентрированных операций связана со значительными потерями времени, возникающими при частых перестановках (и выверках) крупногабаритных заготовок со станка на станок.

Кроме изложенного на степень концентрации оказывают влияние: конструкция заготовки, взаимное расположение обрабатываемых поверхностей, величина промежуточных припусков, конструкции применяемых инструментов и другие факторы. Низкая жесткость заготовки, например, может служить причиной отказа от параллельной обработки. Обработку с высокими требованиями к точности и чистоте поверхностей часто выделяют в самостоятельную отделочную (финишную) операцию, выполняемую на станках повышенной точности.

Формальными показателями количественной характеристики схем построения операций служат коэффициенты совмещения основного (К_С.О) и оперативного (К_С.ОП) времени [9, с. 262], значения которых определяют при техническом нормировании всей операции.

Построив схему, подбирают режущий инструмент и режимы обработки, необходимые для эффективного выполнения операции на выбранной модели станка. Инструмент должен обеспечить: наибольшую производительность, требуемую точность и шероховатость поверхности, а также обеспечить целесообразное использование технических возможностей оборудования.

Алмазы и минераллокерамические твердые сплавы обеспечивают наивысшую производительность при окончательной, отделочной обработке. Титано-вольфрамовые твердые сплавы применяют при обработке сталей на сравнительно спокойных режимах резания. При обработке сталей с толчками, с вибрациями и обработке чугуна лучшие результаты дают вольфрамовые сплавы. Быстрорежущие и инструментальные стали используют для изготовления фасонного инструмента и в тех случаях, когда из-за малой мощности или скорости станка невозможно использовать свойства твердых сплавов.

В случаях невозможности или низкой эффективности использования стандартного инструмента изготавливают специальный, который, как правило, обходится дороже. Для принятого вида инструмента и, в первую очередь, для многоинструментальной обработки составляют план-схему размещения инструментов в инструментальных блоках, в шпинделях и револьверных головках, в суппортах и т.д. Затем выполняют расчет таких режимов резания, которые должны обеспечить согласованную работу всех инструментов.

Проектирование операций завершают разработкой схемы контроля и выбором необходимых контрольно-измерительных средств; каждая технологическая операция должна выполняться с соблюдением, специально составленной или утвержденной ранее, инструкции по охране труда (ИОТ).

Для практики студентам достаточно подробно разработать одну-две технологические операции. Мотивации или подробное обоснование всех принятых решений следует изложить в пояснительной записке текстом, а схему установки заготовки (см. рис.4) и порядок выполнения технологических переходов с обозначением обрабатываемых поверхностей и выдерживаемых размеров, представить отдельным рисунком (или эскизом).

Пример 6. Для технологического маршрута обработки детали (см. пример 5) спроектировать операцию 05 ? подобрать производительный и эффективный вариант предварительной токарной обработки всех наружных поверхностей заготовки и рациональный способ расточки отверстия в ступице для последующего нарезания шлиц.

Эффективность построения таких операций маршрута (см. пример 5), как 10 ? шлицепротяжная, 25 ? зубофрезерная, 30 ? зубозакругляющая очевидны. Больший интерес представляет операция 05 ? токарная, на которой согласно технологическому маршруту (см.табл.5) следует предварительно обточить все поверхности заготовки, а отверстия в ступице - обработать еще и окончательно.

Предварительную обработку поверхностей с оставлением небольших припусков (по 0,3 мм на сторону) для чистовой, целесообразно выполнить точением. При этом будут легко достигнуты точность размеров, соответствующая 12 квалитету, и шероховатость поверхностей в пределах 10?6,3. Для обработки отверстия в ступице диаметром 46Н11 (см.рис.1) подходит двукратное зенкерование, которое обеспечит заданную точность размера и шероховатость поверхности (см. приложение 3).

С учетом серийности производства деталей операции можно выполнять на универсальном токарно-винторезном станке мод. 16К20 в два установа с последовательной обработкой каждой наружной поверхности соответствующим инструментом (резцом) и попеременной установкой в пиноль задней бабки зенкеров для предварительной и окончательной обработки отверстия.

Можно обрабатывать заготовки на токарно-револьверном станке мод. 1К341 в два установа с параллельно-последовательной обработкой отдельных поверхностей. Такие станки широко используются на предприятиях с серийным выпуском продукции. В техпроцесс для выполнения этой операции включен восьмишпиндельный вертикальный токарный полуавтомат мод. 1К282, который из-за высокой производительности чаще применяют в крупносерийном производстве. Этот станок позволяет вести обработку одновременно на шести позициях (первая и вторая позиции загрузочные),сразу большим числом различных инструментов. Вычертим технологические эскизы с выделением обрабатываемых поверхностей и указанием опор и технологичкских зажимных устройств. Операция включает 12 переходов. На позиции I заготовка устанавливается в патрон, базируясь на необработанные поверхности 3 и 5. Переходы 1 и 2, подрезка торца ступицы 1 и торца венца 2 проходными резцами осуществляется на позиции III (рис. 4).

Переходы 3 и 4 ? точение наружной поверхности венца 3 проходным резцом и предварительное зенкерование отверстия в ступице 4 производят на позиции V.

На позиции VII снимаются фаски 7 и 8 фасонными резцами ? переходы 5 и 6.

Далее с позиции I следует перестановка заготовки в патрон на позицию II с базированием по обработанным поверхностям 2 и 3.

Переходы 7 и 8 ( подрезка торца венца 5 и торца ступицы 6 проходными резцами) выполняют на позиции IV.

Переходы 9 и 10 (обработка по наружной поверхности венца 3 проходным резцом и чистовое зенкерование отверстия 4) производят на позиции VI.

На позиции VIII снимаются наружная 9 и внутренняя 10 фаски на другом торце ступицы ? переходы 11 и 12. Обработка за один установ базового торца колеса и чистовое зенкерование отверстия в ступице позволяют обеспечить перпендикулярность между плоскостью торца и осью отверстия. При данной схеме обработки многократно взаимно перекрывается основное время. Вспомогательное время, связанное с установкой, закреплением, откреплением и перестановкой заготовок, полностью исключается, так как перекрывается временем обработки. Таким образом, имеет место высококонцентрированная операция с параллельно-последовательной обработкой всех поверхностей.

Целесообразность построения операции 05 в таком варианте следует подтвердить экономическими расчетами после назначения режимов резания и технического нормирования. В заключение на стандартных технологических картах и в соответствии с правилами ЕСТД составляют подробное операционное описание, которое вместе с маршрутным подшивается в пояснительную записку в виде приложения (см. приложение 1).

9. ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ

Припуском называют слой материала, удаляемый в процессе механической обработки в целях достижения заданных точности и качества обрабатываемой поверхности детали.

Чертежи исходных заготовок отличаются от чертежей готовых деталей тем, что на всех обрабатываемых поверхностях предусматриваются припуски, изменяющие их размеры, а иногда и форму.

Промежуточным припуском называют слой, снимаемый при выполнении данного (i-го) технологического перехода механической обработки (или одной операции).

Общим припуском называют сумму промежуточных припусков по всему технологическому маршруту механической обработки данной поверхности. Его определяют как разность размеров заготовки и готовой детали.

Величиной общего и промежуточных (операционных) припусков на обработку во многом определяется рентабельность техпроцесса.

Преувеличенные припуски влекут за собой перерасход материала, необходимость в дополнительных переходах (рабочих ходах) или операциях, в результате чего производительность обработки снижается.

Уменьшенные припуски усложняют достижение заданной точности размеров и качества обработки поверхностей, а при определенных условиях являются причиной появления брака.

Прогрессивный расчетно-аналитический способ позволяет определить припуски для конкретных условий обработки [5, с. 59-92; 9, с.243-255; 10, с.173-197 и др.]. Величиной минимального припуска, рассчитанного по этому способу , учитывается необходимость удаления шероховатости (Rz_i-1), дефектного слоя (h_i-1) и пространственных отклонений заготовки, (), полученных на смежном (i-1) предшествующем переходе, и необходимость компенсации погрешности установки (), возникающей на выполненном (i-м) переходе. Для каждой схемы базирования и вида обработки заготовки разработана следующая зависимость:

_.

Максимальные припуски для каждого перехода по этому методу () определяют как сумму минимального припуска () с разностью допусков заготовки () и детали (), т. е.

С учетом значений и и допусков, назначаемых на каждый технологический переход, устанавливают размеры по всему технологическому маршруту обработки поверхности, округляя их до того знака десятичной дроби, с каким указан допуск: для валов в сторону увеличения (в плюс), а для отверстий в сторону уменьшения (в минус).

Расчетно-аналитическим методом следует воспользоваться для расчета припусков на одну из наиболее ответственных поверхностей детали (отверстие или вал). На остальные поверхности, как указывалось в разделе 3, припуски следует назначить по таблицам [10,15], т.е. воспользоваться опытно-статистическим способом.

Раздел следует начинать с указаний о том, для обработки каких поверхностей и для выполнения каких операций (переходов) предполагается рассчитать припуски. Далее составляют схему расположения всех промежуточных припусков и допусков (см. рис. 5) и карту расчета припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам с внесением в нее всех расчетных значений: R_Z, h, ?, ? (см. табл. 6).

После определения припусков на все поверхности необходимо уточнить размеры на чертеже заготовки и окончательно рассчитать ее массу. Текст пояснительной записки с определением припусков расчетно-аналитическим способом, с заключительной таблицей и схемой расположения промежуточных припусков и допусков может составлять 2?3 страницы.

Пример 7. Рассчитать припуски и промежуточные предельные размеры для обработки отверстия под шлицы 46Н 11(+0,16) в заготовке детали (см. рис. 1).

Согласно принятому маршруту обработки отверстие получают в два перехода - черновым и чистовым зенкерованием. Обработка ведется на операции 05 в два установа с базированием по необработанным, а затем обработанным наружным цилиндрическим поверхностям венца и торцам ( см. рис. 4, поз.V и VI )

Исходные данные. По чертежу и техническим требованиям к заготовке ( см. рис. 2 ): R_Z = 240 мкм , h = 300 мкм , мкм, а после чернового зенкерования R_Z = 50 мкм, h = 50 мкм [10, с. 190, табл. 27] и , мкм ( полагая, что коэффициент уменьшения погрешностей К_у = ? _дет./?_заг= 0,05 [ 9 ] и, ).Погрешности установки заготовки в трехкулачковый патрон по необработанной поверхности мкм, а по обработанной -- мкм [10, с. 42, табл. 13]. Предельные отклонения диаметра отверстия в заготовке ES = +500 мкм и EI = ?1000 мкм [ 10, с. 144, табл. 23] и рис. 2.

Внесем исходные данные в табл. 6 и рассчитаем величину минимальных припусков, мкм [9]:

,

для чернового зенкерования

мкм,

для чистового зенкерования

мкм.

Таблица 6

Маршрут обработ-ки	Элементы допуска, мкм.	Расчетные размеры	Допуск на промежуточный размер, мкм.	Предельные (округленные )
	Rz	h	?	?	2Zmin, мкм	Dmax, мм.		размеры заготовки, мм	значения припусков, мкм
								Dmax	Dmin	2Zmn	2Zmax
Заготов- ка Зенкеро-вание черновое Зенкеро-вание чистовое	240 50 6.3)	300 50 (20)	700 35 (2)	- 280 70	2588 356	43,216 45,89 46,16	1500 390 160	43,20 45,8 46,16	41,70 45,4 46,0	- 2600 360	- 3710 590
Общий припуск -2Zобщ.	2960	4300

Карта расчета припусков на обработку отверстий диаметром 46Н11

Проведем проверку правильности выполненных расчетов:

или

и .

Составим схему расположения припусков и допусков (рис.5).

Определим общий номинальный припуск:



Номинальный диаметр отверстия в заготовке:

Следовательно, на чертеже заготовки будет указан размер диаметра

Рис. 5. Схема расположения припусков и допусков на обработку отверстия диаметра 46H11

Схема обеспечивает наглядность и способствует более глубокому пониманию вопроса. Ее рекомендуется составить (в черновике) до начала всех расчетов. Методика определения значений пространственных отклонений заготовки для различных случаев приводится в [5, 7, 10, 30] и прочей литературе.

10. РЕЖИМ ОБРАБОТКИ, СИЛЫ И МОМЕНТЫ СИЛ РЕЗАНИЯ

Для проектируемых операций режим обработки поверхностей заготовки рассчитывают по формулам теории резания [11, 13, 25, 31]. Исходными данными к расчетам служат: номер, наименование и краткое содержание операции, сведения о заготовке (ее форма, размеры обрабатываемых поверхностей, величина припусков, характеристика материала), требования к точности размеров, точности формы и расположению к величине шероховатости обработанных поверхностей; принятые модель станка, конструкции приспособлений и инструмента; обязательно рисунок или эскиз обработки (см. рис. 6). Условия выполнения операций являются необходимой информацией для любых технологических расчетов и должны быть подробно изложены в плане раздела. Далее устанавливают глубину резания, затем подачу и скорость резания. При обработке поверхностей за один рабочий ход глубина резания равна величине припуска. При обработке поверхности в несколько рабочих ходов припуск делят так, чтобы для последнего рабочего хода глубина резания была наименьшей и обеспечивала заданную точность обработки. Подачу принимают по таблицам из справочников максимально допустимую: при черновой обработке ? условиями прочности самого слабого звена технологической системы; при чистовой и отделочной ? исходя из требований к точности и шероховатости поверхности.

Для одного-двух переходов расчет выполняют с подробными объяснениями, ссылками на таблицы и страницы первоисточников. Результаты расчетов режимов резания для других переходов в данной операции представляют таблицами (см. пример 8).

Режимы резания для других операций технологического маршрута могут быть установлены по упрощенным зависимостям [5, 14, 29 и др.] Далее, пользуясь программами кафедры, с помощью ЭВМ выполняют оптимизацию режимов для многоинструментальных наладок и выбор более экономичных ? для одноинструментальных. Во всех случаях принимаемые значения подач S и расчетные значения частот вращения шпинделей (числа двойных ходов в минуту) n следует скорректировать со значениями, действительно имеющимися на выбранной модели станка. Правила коррекции излагаются в учебниках по технологии машиностроения. При расчетах на ЭВМ в пояснительной записке коротко излагают суть решаемой задачи, указывают целевую функцию и приводят результаты (распечатку) вычислений.

Затем, пользуясь принятыми значениями режимов резания, по фор-мулам из [11, 13, 31] или другим, определяют действующие на заго-товку в процессе обработки силы и моменты сил резания. Для одного-двух переходов расчеты выполняет подробно, со ссылками на техническую литературу. Приводят эскизы с указаниями направления действующих сил и моментов. Результаты остальных расчетов сводят в таблицу (см. пример 8). Здесь же в заключении определяют эффективную мощность резания и сравнивают ее с мощностью приводов станка. По коэффициенту использования мощности судят о правильности выбора оборудования. При низкой загрузке станка по мощности или недостаточной мощности его приводов подбирают более подходящую модель.

Пример 8. Установить режим обработки, рассчитать силы резания и необходимую мощность станка для выполнения операции 05.

Операция 05 ? токарная. Выпол-няется на вертикальном восьми-шпиндельном автомате мод. 1К282 в два установа. На шести рабочих позициях предварительно обрабаты-вают наружную поверхность венца, подрезают все торцы, выполняют черновое и чистовое зенкерование отверстия в ступице, снимаются фаски. На каждой позиции выполняют по два перехода (см.рис.4 к примеру 6). Режущие части всех инструментов из твердого сплава Т15К6.

Позиция III, переходы 1 и 2 ? точить поверхность 1 и 2 одновременно (рис.6). Оставим для чистовой обработки торцов припуск 0,3 мм. Тогда глубина резания мм. Подачу примем по [11, с.268, табл.14] мм/об (соответствует одной из ступеней по паспортным данным станка). Наибольшие диаметры обработки: ступицы мм, венца мм.

Скорость резания

где коэффициент скорости резания; - показатели степtней принимают по [11, с.269, табл.17] равным и ; - коэффициент, учитывающий конкретные условия резания: ; ? коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала [11,с.261, табл.1].

(по [11, с.162, табл.2] и );

? коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки, [11, с.163, табл.5] (для поковки);

? коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала, [11, с.263, табл.63] (для Т15К6);

и ? коэффициенты, учитывающие параметры резца [11, с.271 табл.18], и (для и r = 0,5);

С учетом всех значений величина

;

Т_м ? стойкость инструмента в многоинструментальной наладке.

,

где Т ? стойкость до затупления в одноинструментальной наладке,

Т = 60 мин; K_Тм ? коэффициент многоинструментальности [11, с. 264,табл. 7] K_Тм = 3,5 (при 12 инструментах).

Тогда скорость резания при обработке торца венца 2

м/мин,

а частота вращения шпинделя

мин^-1.

Примем по паспорту станка ближайшую меньшую частоту вращения n = 185 мин^-1 , при этом действительная скорость резания торца 2

м/мин,

а торца ступицы 1

м/мин.

Тангенциальная составляющая сил резания P_Z ( Н ) при точении [11, c.271]

где C_Pz ? коэффициент сил резания и показатели степени по [11, с.273, табл. 22] C_Pz = 300, X_P = 1, Y_p= 0,75 и n = ?0,15;

K_p ? поправочный коэффициент [11, c.271 ].С учетом значений первичных коэффициентов [11, с.265, табл. 9 и 10; с.273, табл. 23]

.

При обработке торца 1

Н

При обработке торца 2

Н.

По той же формуле, но с другими значениями коэффициента Cp и показателей степеней рассчитаем радиальные составляющие сил резания.

При обработке торца 1

Н.

При обработке торца 2

Н.

Общая величина

Н

Эффективная мощность при точении [11, c. 271]

для торца 1 кВт,

для торца 2 кВт.

Таким же образом установлены значения t, S, V, n, P_Z и N_Ei для остальных переходов операции 05 (табл. 7).

Общая эффективная мощность резания при одновременной ( параллельной ) обработке поверхностей всеми двенадцатью инструментами

кВт.

Таблица 7

Расчетные значения режимов резания для операции 05

Номер перехода	?, мин	L, мм	t, мм	S, мм/об	V, м/мин	n, мин-1	PZ, Н	Tкр, Н?м	Nei, кВт
1	65	14	1,7	0,42	35,4	185	1472	-	0,83
2	225	29	1,7	0,42	130	185	1208	-	2,57
3	225	16	2,2	0,42	169	240	1497	-	4,13
4	45,3	55	2	1,20	34,2	240	-	74,6	1,84
5	65	4	1	0,18	35,4	185	465	-	0,27
6	49,3	5	2	0,18	28,6	185	959	-	0,45
7	65	14	1,7	0,42	35,4	185	1452	-	0,89
8	225	29	1,7	0,42	130	185	1208	-	2,57
9	225	16	2,2	0,42	169	240	1497	-	4,13
10	46	55	0,35	0,85	34,5	240	-	12,2	0,3
11	65	4	1	0,18	37,8	185	460	-	0,27
12	50	5	2	0,18	29	185	953	-	0,44
	?Ne=18,7

Мощность главного привода станка 1K282 - N = 22 кВт; c учетом потерь (КПД передач ? = 0,85) она практически полностью будет затрачиваться на обработку заготовок (?_N = 1). Следовательно, с технической стороны станок мод. 1K282 соответствует требованиям рационального выполнения данной токарной многоинструментальной операции.11. РАЗМЕРНЫЕ И ТОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

11.1 Расчет технологических размеров цепей

Технологические размерные расчеты позволяют определить величину и допуск выполняемого размера на i-м технологическом переходе, проверить достаточность припуска (особенно при окончательной обработке), правильность простановки настроечных размеров и др.

Известно, что при несовпадении конструкторских, измерительных и технологических (установочных) баз приходится прибегать к пересчету размеров и ужесточению допусков. При несоблюдении принципа постоянства баз (при смене технологических баз) возникает погрешность в расположении поверхностей, величина которой также выявляется размерным анализом.

На практических аудиторных занятиях решают две-три размерные цепи, звеньями которых являются операционные размеры и припуски, получаемые по мере последовательного выполнения технологического процесса, а также окончательные размеры детали.

Чаще встречается прямая задача размерных цепей, при решении которой исходят из заданных требований к величине исходного (замыкающего) звена, которые устанавливаются заранее на основании аналитических расчетов и технических требований чертежа. Базой для ее решения служат операционные эскизы обработки заготовки.

Общая последовательность решения размерных цепей, согласно ГОСТ 16320?70 следующая: формулируют задачу и устанавливают исходное звено; исходя из поставленной задачи, устанавливают номинальное значение, координаты середины поля допуска и величину допуска исходного звена; выявляют и строят схему размерной цепи; рассчитывают номинальные размеры всех составляющих звеньев; выбирают способ решения технологической размерной цепи или метод достижения требуемой точности исходного звена, экономичный в данных производственных условиях; в зависимости от выбранного метода выполняют расчет допусков и предельных отклонений составляющих звеньев размерной цепи. Иногда общая схема решения нарушается, изменяется или уточняется (см. примеры 9 и 10).

Полученные значения размеров и допусков проставляют на операционных эскизах обработки.

При выполнении размерного анализа студенты пользуются знаниями, полученными при изучении курсов "Основы взаимозаменяемости, стандартизации и технических измерений", " Основы технологии машиностроения", и указаниями [2, с. 550-633; 7, c. 10l-113; 8, с. 126-142; 9, с. 49-55; 16; 23, с. 127-141 и др.]

П р и м е р 9. Расстояние между торцом венца и выступающим торцом ступицы зубчатого колеса 16 мм (см.с.8 и рис.1). Это номинальный размер. Его предельные значения легко определить, решая основную линейную размерную цепь (рис.7), в которой размер между торцами ступицы А_? = 41_-0,5 принят замыкающим звеном, а А₁ = 25_-0,13 и А₂ - составляющими, увеличивающими звеньями.

Откуда



Для выполнения технологических переходов 1 и 2 на операции 05 следует установить размеры В₁ и В₂ соответственно между поверхностями 1 и 2 и технологической базой 5.

При разработке технологического маршрута (см.пример 6) отмечалось, что предварительное обтачивание заготовки будет выполняться с оставленным припуском Z = 0,3 мм на каждой поверхности, необходимого для последующей чистовой обработки.

Заметим, что расстояние между поверхностями рассматриваемых торцов при наличии на них одинаковых припусков должно оставаться неизмеримым, равным 16_-0,37 мм.

С учетом изложенного определим технологические размеры В₁ и В₂. Номинальное значение размера

где t ? припуск (глубина резания), оставленный на предварительную обработку поверхности 5 (см. пример 8). Ориентируясь на экономическую точность предварительной обработки точением (см. приложение 3), назначим на размер В₁ технологический допуск по 12 квалитету точности, тогда В₁ = 43,3h12(_-0.25).

Теперь решим производную размерную цепь (рис.7), в которой В₁ и В₂ ? составляющие звенья, соответственно увеличивающее и уменьшающее, а замыкающим звеном принято В_? = А₂ = 16_-0,37.

Номинальное значение

Предельные значения

На изображениях на карте эскизов и при составлении схем технологических наладок станка между обрабатываемой поверхностью и базой рекомендуется проставлять технологические размеры с односторонним полем допуска, направленным в "тело" детали. Тогда, в данном случае, должно быть (см.рис.6)

В₁ = 43,3_-0,25 ;

В₂ = 27,42_-0,12 .

Значение размеров В₁ и В₂ проставляют на карте эскизов (КЭ), см. приложение 1. Размер между поверхностями 1 и 2 при правильной настройке станка будет выдержан автоматически.

В заключение отметим, что при решении основной (кратчайшей) размерной цепи А размер А₂ не мог быть принят замыкающим звеном, так как требовалось точно выдержать расстояние между торцами ступицы, а при решении производной цепи В, в целях точного выполнения указанного размера, его пришлось включить в качестве замыкающего (В_? = А₂).

Пример 10. Этот пример, не связанный с основной темой технологического проектирования, приводится с целью изложения общей методики технологических пересчетов размеров для случаев, часто встречающихся в практике.

На рис.8, а изображен чертеж втулки, а на рис.8, б - ее заготовки. Рас-точку отверстий D производят на револьверном станке в два установа (рис.8, в и г) методом автоматического получения размеров. Для настройки станка требуется установить технологические размеры на глубину расточки этих отверстий.

Рассмотрим размерную цепь (рис. 8, д), в которой исходным (замыкающим) звеном принят трудно-контролируемый конструкторский размер между торцами отверстий D ? А_? = 60 ± 0,2; А₁ и А₃ ? глубина расточки отверстий ? уменьшающие звенья и А₂ ? длина втулки ? увеличивающее звено.

По чертежу А₁=20H11(^+0,13) и А₂ = 100h14(_-0,87).

Из основного уравнения линейной размерной цепи

А₂ - (А₁ + А_? + А₃) = 0,

номинальное значение звена

А₃ = А₂ - А₁ - А_? = 100 - 20 - 60 = 20.

При расточке отверстий D в размеры А₁ и А₂ примем в качестве проверочных технологических баз поверхности заготовки соответственно К и L. Для настройки станка удобно, чтобы

А₃ = А₁ = 20H11(^+0.13).

Проверим возможность такой настройки. Поскольку цепь (рис.8, д) составлена из ограниченного количества звеньев и допуски на размеры достаточно велики, решим ее методом максимума и минимума, при котором

Т_А? = Т_А1 + Т_А2 + Т_А3, (а)

но, подставив численные значения допусков, получим неравенство

0,40 ? 0,13 + 0,87 + 0,13.

Из формулы (а) следует, что при фиксированных значениях Т_А?, Т_А1 и Т_А3 должно быть

Т_А2 = Т_А? - (Т_А1 + Т_А3)= 0,40 - (0,13 + 0,13) = 0,14.

Ужесточим допуск на длину заготовки втулки, т.е. изготовим ее с более высокой точностью.

Уравнения размерной цепи

А_?нб = А_2нб - (А_1нм + А_3нм);

А_?нм = А_2нм - (А_1нб + А_3нб).

Решим относительно звена А₂:

А_2нб = А_?нб + (А_1нм + А_3нм) = 60,2+(20+20)=100,20,

А_2нм = А_?нм + (А_1нб + А_3нб) = 59,8 - (20,13+20,13)=100,06.

Откуда А₂ = 100 и Т_А2 = 0,14.

На технологических эскизах (в КЭ и к схеме наладки станка) допуск направим в "тело" заготовки-вала, представив размер в следующем виде:

А₂ = 100,2_-0,14.

Заметим, что допуск на длину заготовки для такого варианта построения операции должен быть уменьшен более чем в 6 раз

Другой вариант: расточка обоих отверстий с использованием в качестве контактных (опорных) технологических баз при установе 1-поверхности L, а при установе 2 ? поверхности К (см.рис. 8, в, г). Для определения размера между базой и режущей кромкой инструмента, необходимого для настройки станка, в этом случае достаточно решить трехзвенную размерную цепь (рис.8, е), состоящую, например, из размеров: В_? = 60 ± 0,2 мм, В₁ = 20^+0,13 и В₂ - имеющего следующие значения:

номинальное В₂ = В₁ + В_? = 20 + 60 = 80;

максимальное В_2нб = В_1нм+ В_?нб = 20 + 60,2 = 80,20;

минимальное В_2нм = В_1нб + В_?нм = 20,13+59,8 = 79,83;

откуда В₂ = 80 и Т_В2 = 0,27.

Технологический размер с односторонним расположением поля допуска, обеспечивающий продолжительную работу станка без подналадки, будет В₂ = 79,93^+0,27. Аналогичный результат получим при решении размерной цепи, составленной из звеньев В₂ , В₃ и В_?..

Максимальное и минимальное значения замыкающего размера, как и в случае использования проверочных баз, лежат в пределах заданных конструктором

В_?нм = В_2нб - В_1нм = 80,2 - 20 = 60,2,

В_?нм = В_2нб - В_1нм = 79,93 - 20,13 = 59,8.

Так же, как и в первом варианте, длина заготовки должна быть в пределах размера А₂ = 100,2_-0,14, при этом остальные размеры детали А₁, А₃ (или В₁ и В₃ ) и В_? при правильной настройке станка, будут получаться автоматически.

Далее следует выполнить расчет точности обработки одной-двух поверхностей.

11.2 Расчет точности выполнения технологических операций

Точность изготовления деталей определяется точностью выполнения размеров, точностью форм и расположения поверхностей. Разность между действительными (измеренными) и теоретическими (указанными в чертеже) значениями отмеченных величин называют погрешностями. Общая погрешность обработки ? в каждом конкретном случае формируется из суммы начальных (первичных) погрешностей, среди которых чаще доминируют 6 основных. Ниже приводятся их краткие характеристики:

*?у ? погрешность, возникающая из-за упругих отжатий технологической системы под действием сил резания. ?у ? это рассеивание выполняемого размера, равное разности предельных значений отмеченных отжатий. Величину ?у ? определяют в тех сечениях заготовки, где она получается наибольшей (обычно в местах, где жесткость технологической системы минимальна). Действительные значения ?у случайны. На практике изменение их величин связано с режимом обработки, колебаниями припуска и твердости поверхностей заготовок в партии и другими причинами. В [8, 9, 26] и прочей литературе приводятся расчетные зависимости, по которым определяют предельные значения ?у для различных схем обработки. Пользуясь этими зависимостями, а также справочным материалом о жесткости технологической системы (например, из [10]), удается заранее рассчитать величину ?у для конкретных условий выполнения технологической операции;

*?н ? погрешность настройки, представляющая собой разность возможных предельных положений режущего инструмента на станке при его настройке на выполняемый размер. Предельная величина ?н зависит от метода настройки. Для каждой последующей настройки (или поднастройки) станка действенное значение ?н случайно и отличается от предыдущего. В справочнике [10] приводятся методика, расчетные зависимости и таблицы со значениями параметров, необходимые для расчетов величины ?н на практике. При обработке всей партии заготовок с одной настройки станка погрешность ?н из расчетов можно исключить [9];

*? погрешность установки, случайная величина, складывающаяся из погрешностей базирования , закрепления и положения заготовки в приспособлении или на станке . Погрешность базирования для различных схем определяют по формулам [10, 2.3 и др.].При совпадении технологических (установочных) баз с измерительными она отсутствует. Погрешность определяется величиной смещения проекции измерительной базы на направление выполняемого размера в процессе закрепления заготовки. При постоянных силе зажима и условиях контакта баз заготовок с опорами величину можно из расчета исключить. Обычно принимают ? 0,01?0,015. Как и другие составляющие значение считают случайной величиной и суммируют с и по правилу сложения векторов;

*?и ? погрешность, связанная о износом режущего инструмента. Погрешность обусловлена систематическим изменением положения режущей кромки относительно технологической базы заготовки. Нормальный износ протекает пропорционально времени обработки или пути резания. Его интенсивность зависит от свойств обрабатываемого материала и материала инструментов, метода обработки, режима и условий резания, конструкции инструмента и других факторов; характеризуется величиной относительного износа U₀, мкм/км. Для наиболее распространенных случаев зависимости для расчета ?и и значения U_o приводятся в [8, 9, 10, 30] . Величину ?и сокращают посредством своевременной ручной или автоматической поднастройки станка, использованием более износостойких режущих материалов, конструированием широких режущих кромок, позволяющих увеличить подачу (например, при строгании) и тем самым сократить путь резания, выбором рациональных режимов резания и СОЖ и др.;

*?т ? погрешность, обусловленная температурными деформациями оборудования, инструмента и обрабатываемых заготовок. С началом работы технологическая система разогревается, при этом удлиняются режущие кромки инструментов, увеличиваются в размерах заготовки, изменяют первоначальное положение оси шпинделей и т.д. Вследствие первоначального нагрева отдельных частей происходит раскоординация системы, нарушающая настройку станка и приводящая к изменению технологических размеров. После разогрева и наступления в системе теплового равновесия указанные процессы прекращаются. Повторной поднастройкой системы в разогретом состоянии удается величину ?т свести к минимуму. Этим же целям способствует организация обработки с ритмичными перерывами машинного времени, обильное охлаждение зоны резания и др.[8, 9, 10, 30];

*?ф ? погрешность формы и.размеров обрабатываемых поверхностей, возникающая вследствие погрешностей изготовления и сборки станков, износа и деформации их составных частей (например, станин при длительной эксплуатации и оседании фундаментов и пр.). Допустимые погрешности изготовления различных типов станков (осевое и радиальное биение шпинделей, неперпендикулярность или не параллельность их осей станинам, столам или поверхностям других узлов и т.п.) лимитированы и приводятся в [8, 10, 25, 30], а также в соответствующих стандартах на приемку станков. Этими сведениями следует воспользоваться, предварительно проанализировав влияние допустимых погрешностей на точность обработки в проектируемой операции. В отличие от других, погрешность ?ф при выполнении конкретной технологической операции имеет определенную величину, постоянную для всех деталей партии. Кроме перечисленных в процессе механической обработки заготовок могут возникнуть погрешности, связанные с перераспределением внутренних напряжений в заготовке или недостаточной жесткостью заготовок, возникающие из-за кинематической неточности станка, присущие принятой схеме (или методу) обработки поверхности и пр.

На практике весьма важно уметь определить величину и правильно оценить степень влияния каждой начальной погрешности (с учетом возможностей их взаимной компенсации) на точность изготавливаемой детали.

Методика расчета суммарной погрешности обработки ? изложена в [8, 9, 10, 15, 30] и другой литературе, где одновременно приводятся таблицы или формулы для определения численных значений всех начальных погрешностей. Точность обработки считается достаточной, если технологический допуск на выполняемый размер Т_d ? ? и погрешности формы и расположения поверхностей укладываются в допустимые пределы.

Зная условия обработки (оборудование, инструмент, режим резания, схему закрепления, действующие силы и прочее), студенту следует первоначально тщательно проанализировать и обосновать, какие из начальных погрешностей влияют на точность выполнения операции, а затем определить суммарную погрешность размеров на выполняемых операциях и сравнить результат с допуском.

В случае, если ? > Т_d. необходимо, варьируя факторами, определяющими условия обработки, добиться необходимой точности.

Следует помнить, что проектировать технологический процесс операции, не обеспечивающий заданной точности и других технических требований, бессмысленно.

Подраздел может быть изложен на 2?3 с., при этом должны делаться ссылки на ранее составленные эскизы и схемы обработки, а также на первоисточники.

Пример 11. Проверить, обеспечивается ли точность размера 27,42_-0,12 при подрезке торца 2 (см. рис.4 и 6) на операции 05. Условия обработки соответствуют рассмотренным в примерах 6 и 8.

Условие обработки без брака ? ? ? Т_d (Т_d = 0,12 ? допуск на выполняемый размер).

Суммарная погрешность обработки, мкм

,где ?у ? погрешность, связанная с деформациями системы СПИД, мкм. Для принятой схемы обработки ?у возникает из-за взаимных отжатий резцов с суппортом и заготовки. По [10, с.30, табл.11] жесткость в этом направлении для станков типа 1K282 J = 900/50 = 196 Н/мкм. При суммарной составляющей сил резания Р_y = 1262,4 Н (см. с. 40).

?у = Р_y/J = 1262,4/196 = 6,4 мкм;

?н ? погрешность настройки станка на размер, мкм. Для обработки плоских поверхностей [10, c.70].

Коэффициенты Кр = 1,2 и Kи = 1 учитывают отклонения закона распределения элементарных величин ?р и ?и от нормального; ?р ? погрешность регулирования. При настройке станка по эталону с контролем металлическим щупом, по [10, с. 71, табл.26] ?p = 10 мкм; ?и ? погрешность измерения, по [10, с. 72, табл,27] для размеров до 50 мм и при возможной точности станка в пределах jТ10 ? ?и = 20 мкм.

В таком случае

мкм;

? погрешность установки. Для принятой схемы обработки технологические базы заготовки совпадают с измерительными, а силы зажима направлены перпендикулярно выдерживаемому размеру. По этой причине отсутствует;

?и ? погрешность обработки, вызываемая размерным износом инструмента ?и = 2U_оL/1000, мкм [10, с.73]. В этом выражении L ? длина резания, м; Uo ? относительный износ резцов, мкм/км. При точении партии деталей n = 200 шт, со скоростью V = 130 м/мин и времени обработки каждой заготовки t₀ = 0,37 мин (см. табл.7).

L = n?V?t₀ = 200?130?0.37 = 9620 м,

а величина U₀ = 3 мкм/км [10, с. 74, табл.28].

Тогда

?и = 2?3?9620/1000 = 58 мкм;

?т ? погрешность, связанная с температурными деформациями системы СПИД, мкм. Величина ?т зависит от режима работы станка и длительности процесса резания. За время операционного цикла при отношении t₀/ t_ш = 0,37/0,88 = 0,42 резец и заготовка не успевают разогреваться на столько, чтобы существенно изменить свои размеры. Поэтому примем ?т = 0;

?ф ? погрешность, связанная с геометрическими неточностями станков, мкм. Значение ?ф рассчитывают по формулам, определяют по таблицам или принимают ?ф ? 0,7 от соответствующих величин по ГОСТам на нормы точности [10, c. 53]. Для вертикальных многошпиндельных токарных полуавтоматов согласно ГОСТ 6820?75 погрешности подрезки торцов у партии заготовок не нормируются [10, c. 56, табл. 23].

Таким образом, суммарная погрешность

мкм.

Поскольку технологический допуск на размер 27,42 - T_d = 120 мкм, то условие обработки без брака выполняется.

Другие, более характерные примеры расчетов точности обработки приводятся в [7, c.146-149; 9, c.106 и др.]

Для определения общей погрешности обработки допустимо пользоваться иными методиками, например, из работ [8, 28] и пр.

12. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ

Качество поверхности определяется величиной шероховатости и волнистости, ее твердостью, структурой, химико-физическим и физико-механическим состоянием поверхностного слоя и др. Оно является важнейшим показателем, определяющим надежность работы и долговечность изделий.

К настоящему времени машиностроители накопили определенный объем сведений для того, чтобы в результате лезвийной или абразивной обработки получать поверхности с заданным качеством.

На качество поверхности оказывают непосредственное влияние режим обработки, используемый инструмент (особенно геометрия его режущей части) и оборудование, наличие вибраций, применяемые СОЖ и другие факторы.

Увеличение сил резания и продолжительности силового воздействия приводят к образованию на поверхности наклепа (упрочненного слоя) и формированию остаточных напряжений сжатия. Этому способствует увеличение глубины резания (t), подачи (S), радиуса закругления режущей кромки (r), переход от положительных к отрицательным передним углам (?), т.е. внедрение силового резания. Увеличение скорости резания (V) приводит к повышению температур в локальных зонах обработки, разупрочнению (возврату к исходному состоянию металла) с тенденцией образования на поверхности остаточных напряжений растяжения. Благоприятная геометрия обработки (уменьшение главного ? и вспомогательного угла в плане ?₁, подачи S и увеличение r) способствует сокращению величины шероховатости поверхности. Интенсивное наростообразование, наблюдающееся в зоне скоростей резания V = 20?40 м/мин, c увеличением V > 60 м/мин практически прекращается и поверхность получается чистой. Шлифование с выхаживанием, особенно твердых (закаленных на мартенсит) поверхностей, также приводит к существенному снижению шероховатости.

В ходе практикума следует подтвердить, что в результате обработки (принятым методом и в установленном режиме) одна из обрабатываемых поверхностей (желательно после окончательной обработки) будет обладать качеством, соответствующим требованиям чертежа или операционного (технологического) эскиза. Для этого следует воспользоваться материалами, изложенными в [8, с. 193-237; 9, с. 118-140], или др. Расчетные зависимости, связывающие показатели качества поверхностей с факторами, их определяющими, для многих видов обработки, можно найти в справочниках [10; с. 89-114; 27, c. 212-225]. Этот подраздел объемом до одной страницы следует закончить положительным выводом.

Как и в случае с точностью обработки, при невыполнении требований к качеству поверхностей, следует пересматривать условия обработки, добиваться того, чтобы качество поверхности соответствовало требованиям чертежа.

Пример 12. Согласно технологическому процессу торец 2 (см. рис.4) после предварительной обработки должен иметь шероховатость поверхности Rа = 10 мкм. Проверить, обеспечивает ли принятый в операции 05 режим обработки требуемую шероховатость.

Величину шероховатости при торцевом точении поверхности определяют по формуле [10, с. 104, табл. 5]

где ? ? передний угол резца, ? = 5°; K_M ? коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемости стали 40Х на шероховатость поверхности K_M = 1,2; r ? радиус закругления режущей кромки резца, r = 0,5 мм и S ? принятая подача, S = 0,42 мм/об. С учетом значений

мкм,

Таким образом, в процессе обработки будет обеспечиваться заданная шероховатость торца венца.

Пример 13. Согласно технологическому процессу отверстие в ступице Ф46Н11 после чистового зенкерования (перед протягиванием шлиц) должно иметь шероховатость Rа = 5 мкм, указанную на чертеже детали (см. рис. 1). Проверить, обеспечивает ли принятый в операции 05 (переход 10) режим обработки требуемую шероховатость.

Величину шероховатости при зенкеровании отверстия в стали 40Х определяют по формуле [10, с. 103, табл.5]

,