Основы технологии машиностроения

8. Технологическая документация массового производства разрабатывается самым детальным образом.

9. Технические нормы тщательно рассчитываются и подвергаются экспериментальной проверке

Тип машиностроительного производства может быть определен по коэффициенту закрепления операций.

Коэффициент закрепления операций определяется отношением числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест в данном подразделении.

Кз=??Oi/??Pi

Коэффициент закрепления операций Кз

Для массового производства равен единице.

Для крупносерийного - свыше 1 до 10 включительно.

Для среднесерийного - свыше 10 до 20 включительно.

Для мелкосерийного производства - свыше 20 до 40 включительно.

4. Характеристика серийного производства. Коэффициент закрепления операций

Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска (для деталей средних размеров - от десятков штук до десятков тысяч штук в год).

В зависимости от количества изделий подлежащих изготовлению различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производство. Признаки серийного производства:

1. Используется универсальное, специализированное и частично специальное оборудование. Широко применяются станки с ЧПУ. Оборудование расставляется по технологическим группам с учетом направления основных грузопотоков цеха. Часто используются переменно-поточные автоматические линии. Применяются гибкие автоматизированные системы станков с ЧПУ, связанных транспортирующими устройствами управляемых от ЭВМ.

2. Технологическая оснастка в основном универсальная, однако, во многих случаях (особенно в крупносерийном производстве) создается высокопроизводительная специальная оснастка; при этом целесообразность ее создания должна быть предварительно обоснована технико-экономическим расчетом. Большое распространение имеет переналаживаемая технологическая оснастка, позволяющая существенно повысить коэффициент оснащенности серийного производства.

3. В качестве исходных заготовок используется горячий и холодный прокат, литье в землю и точные методы литья, поковки и точные штамповки и прессовки, целесообразность применения которых также обосновывается технико-экономическими расчётами.

4. Требуемая точность механической обработки достигается как методами автоматического получения размеров, так и методами пробных ходов и промеров с частичным применением разметки.

5. Средняя квалификация рабочих выше, чем в массовом производстве, но ниже, чем в единичном. Наряду с рабочими высокой квалификации, работающими на сложных универсальных станках, и наладчиками используются рабочие-операторы, работающие на настроенных станках.

6. В зависимости от объема выпуска и особенностей изделий обеспечивается полная и неполная взаимозаменяемость, в ряде случаев на сборке применяется пригонка по месту.

7. Технологическая документация и техническое нормирование подробно разрабатываются для наиболее сложных и ответственных деталей при одновременном применении упрощенной документации и опытно-статистического нормирования простейших деталей.

Серийное производство является основным типом современного машиностроительного производства, предприятиями этого типа выпускается в настоящее время 75-80% всей продукции машиностроения. По своим технологическим и производственным характеристикам серийное производство занимает промежуточное положение между единичным и массовым производством.

Тип машиностроительного производства может быть определен по коэффициенту закрепления операций.

Коэффициент закрепления операций определяется отношением числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест в данном подразделении.

Кз=??Oi/??Pi

Коэффициент закрепления операций Кз

Для массового производства равен единице.

Для крупносерийного - свыше 1 до 10 включительно.

Для среднесерийного - свыше 10 до 20 включительно.

Для мелкосерийного производства - свыше 20 до 40 включительно.



5. Характеристика единичного производства. Коэффициент закрепления операций

Единичное производство характеризуется широтой номенклатуры изготовляемых или ремонтируемых изделий и малым объемом выпуска изделий (для деталей средних размеров - несколько десятков штук в год).

Признаки единичного производства:

1. На рабочих местах выполняются разнообразные технологические операции, повторяющиеся нерегулярно или не повторяющиеся совсем

2. Используется универсальное оборудование, которое расставляется в цехах по технологическим группам (токарный, фрезерный, сверлильный, зуборезный и т. п. участки).

3. Специальные приспособления и инструменты, как правило, не применяются (они создаются только в случаях невозможности выполнений, операции без специальной технологической оснастки).

4. Исходные заготовки -простейшие (литье в землю, горячий прокат, поковки) с малой точностью и большими припусками.

5. Требуемая точность приобработке достигается методом пробных ходов и промеров с использованием разметки.

6. Взаимозаменяемость деталей и узлов во многих случаях отсутствует, взаимозаменяемость ограничивается изготовлением резьб, цилиндрических поверхностей, посадочных поверхностей под подшипники качения. Широко применяется пригонка по месту.

7. Квалификация рабочих очень высокая так как от нее в значительной мере зависит качество продукции.

8. Технологическая документация сокращенная и упрощенная.

Применяется опытно-статистическое нормирование труда (определение длительности операций)

Тип машиностроительного производства может быть определен по коэффициенту закрепления операций.

Коэффициент закрепления операций определяется отношением числа всех различных технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест в данном подразделении.

Кз=??Oi/??Pi

Коэффициент закрепления операций Кз

Для массового производства равен единице.

Для крупносерийного - свыше 1 до 10 включительно.

Для среднесерийного - свыше 10 до 20 включительно.

Для мелкосерийного производства - свыше 20 до 40 включительно.

6. Погрешности обработки

На процесс изготовления изделия (в частности на процесс механической обработки заготовки на станке) оказывает влияние большое количество разнообразных факторов. Поддерживать значения этих факторов на одном уровне в процессе обработки практически невозможно, что приводит к невозможности изготовления изделия с абсолютной точностью. Таким образам, в процессе механической обработки возникают погрешности - отклонения параметров точности от требуемых значений.

Все погрешности, возникающие при механической обработке, можно разделить на два вида: Системные и случайные.

Систематическая погрешность - это такая погрешность, которая для всех заготовок рассматриваемой партии остается постоянной или же закономерно изменяется при переходе от каждой обрабатываемой заготовки к следующей.

В первом случае погрешность принято называть постоянной систематической погрешностью, а во втором случае - переменной систематической погрешностью.

Причинами возникновения систематических и переменных систематических погрешностей обработки заготовок являются

1. Неточность и износ технологического оборудования (станков).

2 Неточность и износ режущего инструмента Ди.

3 Деформация обрабатываемых заготовок в процессе их закрепления в приспособлении.

4. Тепловые деформации, происходящие в технологической системе

5. Погрешности теоретической схемы обработки.

Случайная погрешность - погрешность, которая для различных заготовок рассматриваемой партии имеет различные значения, не подчиняющиеся никакой видимой закономерности. Причины появления случайных погрешностей:

1. Колебание упругих отжатий технологической системы вследствие непостоянства снимаемого припуска и твердости заготовки.

2. Непостоянство положения заготовки вследствие погрешности установки е.

3. Неточности настройки станка Дн.

Для анализа погрешностей, возникающих в процессе механической обработки (анализа точности) используются два метода

Статистический - использующий аппарат математической статистики. Находит применение в массовом и крупносерийном производстве, когда обрабатываются больше заготовок.

Расчетно-аналитический метод, при котором расчет погрешностей ведется по эмпирическим и аналитическим формулам при строго регламентированных условиях выполнения технологической операции.

В общем случае суммарная погрешность обработки на предварительно настроенном станке:

где - суммарная погрешность формы в результате геометрической неточности станка, деформаций заготовки при закреплении, температурных деформаций технологической системы и т.д.

7. Статистический метод исследования качества

Для статистического анализа точности берется партия заготовок, количеством не менее n=50 шт. обработанных на одном станке в период между настройками. Затем производится измерение интересующего нас параметра (точность размеров, формы, шероховатость)

Измеренные параметры разбиваются на 7-11 интервалов таким образом, чтобы значения не попадали на границы интервала, для чего граница принимается на один знак после запятой точнее, чем цена деления измерительного инструмента.

Для построения имперической кривой рассеивания, по оси x- значение интервалов l, y- количество размеров попадающих в каждый интервал m или частоты m/n. Ступенчатая структура - наз. гистограмма.

Определяются характеристики эмпирического распределения:

Среднее значение измеренной вел-ны:

Среднее крадратическое отклонение:

По найденным параметрам lср, S строится теоретическая кривая какого-либо закона.

Поначалу сравнение теор. и эмпирической кривой производится визуально, окончательное сравнение с помощью критерия Пирсона и Романовского.

Конечный результат статистического анализа - определить какому теор. закону распределения подчиняется данное эмпирическое распределение.

8. Закон нормального распределения

Закон Гаусса (нормального распределения)

Распределение по закону возникает когда на процесс мех. Обработки оказывают влияние большое количество несвязанных или слабо связанных факторов, т.е. под действием СП. Это реализуется при обработке заготовок на настроенных станках при отсутствии переменных СП

Уравнение закона:

где y- частота появления размера li

определяет форму кривой, чем оно больше - тем кривая растянута больше.

При определении S по результатам измерений, его значение получается неточным, поэтому при точностных расчетах используют формулу:

- поправочныйкоэф.;S - среднеквадратическое отклонение.

Закон нормального распрелеления имеет место при обработке заготовок 8,9,10 кв точности и грубее.

9. Закон равной вероятности

Имеет место если рассеивание размеров возникает только в результате переменной СП равномерно возрастающей или убывающей.

Если рассеяние размеров зависит только от переменных систематических погрешностей (например, от износа инструмента) распределение размеров партии обработанных заготовок подчиняются закону равной вероятности a и b - размеры заготовок в начальный и конечный момент времени:

Закон равной вероятности распостроняется на размеры заготовок повышенной точности 5,6 кв., бывает 4 кв., при их получении МПХ и П. В данном случае допуски настолько малы, что вероятность получения размера по max, min и среднему значению одинакова.

Если рассеяние размеров зависит только от переменных систематических погрешностей (например, от износа инструмента) распределение размеров партии обработанных заготовок подчиняются закону равной вероятности

При этом размеры обрабатываемых заготовок изменяются на величину: 2l = b-a;величинаl является параметром закона ровной вероятности.

Среднее арифметическое значение размера:

Lср = (а + b)/ 2

Среднее квадратическое отклонение:

у=l/Размещено на http://www.allbest.ru/

Фактическое поле рассеивания:

щ=2*Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

*у

10. Композиции законов распределения

При обработке заготовок на точность их размеров оказывают влияние большое количество разнообразных факторов, вызывающих появление как случайных, так и СП.

В этом случае закон распределения погрешностей представляет собой композицию нескольких ранее рассмотренных законов:

1) сочетания воздействия случайных погрешностей вызываемых распределение по закону Гаусса и постоянной систематической погрешности

Форма кривой зависит от условий обработки количества обработанных заг-ок, числа постоянных погрешностей.

2) сочетания воздействия СлП (закон Гаусса) и переменной СП (износ инструмента)

Распределение размеров будет подчинятся закону Бородочева, функция а(t) которую можно рассматривать как образованную смещением кривой Гаусса вдоль оси x на величину 2L закона равной вероятности.

- среднее значение размера в начальный момент времени.

- величина характеризующая сумму неслучайных погрешностей действующих в момент времени t.

Форма кривой распределения определяется параметром:

Если ближе к 0 , то график функции близок к закону Гаусса.

Если близок к бесконечности - к закону равной вероятности.

После рассеяния функции Бородочева определяется не только величиной , но и

11. Определение количества вероятного брака. Определение количества заготовок требующих дополнительной обработки. Применение высокопроизводительных станков

Брак возникает в том случае, если поле рассеивания выходит за границы поля допуска.

Количество годных заготовок определяется площадью фигуры А, используем функцию Лапласа:

- значение этой функции уже не зависит от конкретного X и . Они заранее рассчитаны и приведены в таблице.

Количество годных заготовок (брак):

;

В случае, когда распределение случайной величины подчиняется закону эксцентриситета, закон Симпсона, количество брака и годных заготовок определяется по функциям аналогичным функциям Лапласа. Если распределение подчиняется функции Бородочева, то при определении брака помимо параметров X и необходимо учитывать количество заготовок требуемых дополнительной обработки.

В некоторых случаях например при отсутствии требуемой точности условие не выполняется, но поскольку неисправимый брак допускать нельзя, станок настраивают таким образом, что весь брак является исправимым, после чего его дополнительно обрабатывают на другом станке.

- целенаправленно полученное смещение в процессе настройки.

Применение высокопроизводительных станков пониженной точности осуществляется стремлением повысить производительность обработки, которая ограничивается пониженной точностью высокопроизводительных станков.

Кривая Гаусс обладает следующим свойством: даже привследствие особой формы кривой количество брака будет незначительным, если обеспечить совмещение середины полей допуска и поля рассеивания

Окончательно решение о применении высокопроизводительных станков производится после сопоставления:

- экономического эффекта;

- от производственной обработки;

-потерь на невосполнимый брак и дополнительную обработку исправимого брака.

12. Понятие размерной цепи их виды. Технологические размерные цепи. Задачи, решаемые при расчёте РЦ

РЦ - наз. совокупность размеров расположенных по замкнутому контуру, определяющих взаимного расположения поверхностей или осей поверхностей одной детали или нескольких деталей сборочного соединения. В том случае, если размеры связывают поверхности и оси деталей изделия, то речь идет о конструкторской РЦ.

Технологическая РЦ в зависимости от решаемой задачи подразделяются на два вида:

1) РЦ технологической системы - определяющие взаимосвязь размеров и др. точностных параметров станка, приспособления, инструмента в процессе выполнения одной операции.

Данные РЦ позволяют выявить какой степени составлен. Технологической системы влияют на степень технологической обработки.

2) Операционные РЦ - служат для выявления взаимосвязей операционных размеров допусков и припусков на нескольких операциях ТП.

Размер Ао требуемый по чертежу непосредственно при обработке не выдерживается, а рассматривается как замыкающее звено технологической системы РЦ. Размеры входящие в РЦ наз ее звеньями. Звено является исходным при постановке задачи или получающиеся последней в процессе ее решения наз - исходным или замыкающим.

Остальные звенья являются составляющими. Они могут быть увеличивающими и уменьшающими. Составляющее звено при увеличении которого, замыкающее звено так же увеличивается - увеличивающим, при уменьшении - уменьшается - наз. Уменьшающим.

Чаще всего в машиностроении приходится иметь дело с линейными РЦ. К ним относят: плоские РЦ и пространственные РЦ

При расчете различных РЦ могут решаться две задачи:

1) прямая или проектная - по параметрам исходного звена определяются параметры составляющих звеньев (параметры: допускаемые max и min размеры, max размеры)

2) проверочная или обратная - по параметрам составляющих звеньев определяются параметры замыкающего звена.



13. Метод неполной взаимозаменяемости (определение, условия применения, преимущества и недостатки)

Требуемая точность замыкающего звена достигается не во всех, но в подавляющем большинстве случаев при включении в РЦ звена без их подбора, выбора изменения значения.

Если распределение замыкающего звена подчиняется закону Гаусса, то даже при условии:

количество брака будет незначительным в следствии особой формы кривой Гаусса. Этот факт лежит в основе метода МНВ. Если составляющие звенья подчиняются закону равной вероятности , то замыкающее звено будет подчинятся закону Гаусса при выполнении условия

.

При этом мы сможем применять МНВ . Если распределение составляющих звеньев подчиняется закону Симпсона, то для того чтобы A0 подчинялось закону Гаусса требуется выполнение условия:

.

При распределении составляющих звеньев по закону Гаусса:

.

Преимущества: МНВ находит очень широкое применение. Он позволяет значительно (1,6-1,8 раз) увеличить поля допусков на составляющие звенья по сравнению МПВ, как правило, используется при рассмотрении многозвенных цепей (>5)

При решении проектной задачи:

1) Назначаются поля допусков для составляющих звеньев исходя из средней величины допуска или среднего количества едениц допуска приходящегося на размер

i_i- величина единицы поля допуска i-го звена.

Назначение допуска должно быть стандартным, т.е. должны соответствовать определенному квалитету.

2) Проверяется правильность назначения допусков

На все составляющие звенья кроме одного , принятого регулирующим производится распределение полей допусков относительно номинальных значений, при этом допуски откладываются в металл

3) Определяется середина поля допуска регулирующего звена исходя из соответств. формулы:

4) Определяется предельное отклонение регулирующего звена

14. Понятие базирования. Необходимость базирования. Теоретические основы базирования. Правило шести точек

Базированием наз. придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат. В практике машиностроения необходимость базирования возникает:1)при соединении деталей и узлов в процессе сборки 2) при обработке заготовок в различных технологических системах. 3) при установке и закреплении на станке режущего инструмента. 4)при измерении деталей. При мех. обработке на металлорежущих станках базированием называется придание заготовке требуемого положения относительно элементов станка, определяющих траекторию движения режущего инструмента при подаче.

Из теоретической механики известно, что для полной неподвижности тв. тела необходимо лишить его 6-ти степеней свободы: трёх поступательных перемещений вдоль осей координат и 3-х вращений относительно этих осей. Это достигается наложением двухсторонних позиционных связей. 3 связи на нижней поверхности лишает её 3-х степеней свободы: возможности перемещения вдоль Z и поворачиваться вдоль X и Y. 2 связи на боковой поверхности(4,5) - делают невозможным перемещение вдоль X и вращение вдоль Z. 1-а связь на торце (6) делает невозможным перемещение вдольY.

Если длину стержней символизирующих связи довести до нуля, то получим идеальную опорную точку. Под идеальной опорной точкой понимают точку контакта заготовки и приспособления делающую невозможным перемещение заготовки перпендикулярно опорной поверхности.

Для полного базирования заготовки в приспособлении необходимо и достаточно создать в нем 6 опорных точек, определённым образом расположенных относительно базовых поверхностей заготовки. Расположение точек на базовых поверхностях заготовки называется теоретической схемой базирования. Определение схемы базирования изделия при изготовлении и сборке - важный этап процесса разработки тех процесса. При переходе от теоретической схемы к практической идеальные опорные точки превращаются в опоры приспособления и у заготовки появляется возможность дополнительного перемещения, которые могут быть реализованы под действием осевых моментов возникающих при обработке. Чтобы этого не случилось, заготовку необходимо закрепить, поэтому в конструкции приспособления предусмотрены соответствующие зажимные механизмы.

15. Базирование по длинной цилиндрической поверхности

Длинной считается поверхность у которой l>d. Возможны следующие схемы установки:

1. Установка наружным цилиндром в призму:

Точки 1,2,3,4 - двойная направляющая база. Лишает заготовку четырех степеней свободы. Точка 5 - опорная база. Точка 6 - опорная база, фиксирует угловое положение заготовки, в качестве такой базы может использоваться паз, лыска, радиальное или осевое отверстие.

2. Установка по наружной поверхности в самоцентрирующий патрон с длинными кулачками

Точки 1,2,3,4 - двойная направляющая база. Точка 5 - опорная база.

Такая схема к.п. используется при обработке заготовки на токарных и круглошлифовальных станках. В этом случае нет необходимости в фиксации углового положения заготовки (точка 6 отсутствует).

3. Установка отверстием на разжимную оправку или на жесткую оправку с натягом.

Точки 1,2,3,4 - двойная направляющая база. Точка 5 - опорная база. При такой установке необходимость фиксации углового положения заготовки к.п. отсутствует - нет точки 6.

4. Установка по длинному отверстию на жесткую оправку с зазором или на палец.

Точки 1,2,3,4 - двойная направляющая база. В отличие от предыдущих случаев базирование осуществляется по точкам, лежащим на поверхности отверстия, а не по его оси. Точки 5,6 - опорные базы

16. Базирование по короткой цилиндрической поверхности

Короткой считается поверхность для которой d>l. Возможны следующие схемы установки:

1. установка по наружной поверхности в призму

1, 2, 3 - установочная база

4, 5 - двойная опорная база

6 - опорная база

2. установка по наружной поверхности в самоцентрирующий патрон, установка по отверстию на разжимную оправку или жесткую оправку с натягом.

1, 2, 3 - установочная база

4, 5 - центрирующая база

Точки лежат на оси отверстия или оси наружной цилиндрической поверхности

3. установка отверстия на жесткий палец или оправку с зазором.

1, 2, 3 - установочная база

4, 5 - двойная опорная база

6 - опорная база

4. установка наружной поверхностью во втулку с натягом.

4, 5 - двойная опорная база. 6 - опорная база

17. Неполное базирование. Скрытая база

При выполнении деталью своих функций в машине не всегда есть необходимость лишать её всех 6-ти степеней свободы (шпиндель станка может вращаться). Такое состояние вещей называется неполным базированием. Оно часто имеет место и при обработке на станках. В зависимости от технологической задачи решаемой для обработки в процессе базирования могут быть использованы 1,2 или 3 базы несущие 3,4,5,6 опорных точек.

В процессе обработки необходимо выдержать размер А. С точки зрения обеспечения точности этого размера точность положения заготовки в направлении а, б не имеет значения.

Часто в процессе изготовления бывает удобно определить их положение не по реальным поверхностям, а по воображаемым плоскостям, осям, точкам (плоскость симметрии, осевая линия). Такие базы называют скрытыми. Базирование по скрытым базам осуществляется с использованием различных центрирующих устройств (самоцентрирующие патроны, оправки, тиски). Например, если при растачивании отверстия в корпусе ось отверстия необходимо совместить с плоскостью симметрии корпуса реализуется следующая схема установки.

Скрытая база - плоскость симметрии (реализуется подвижной призмой).

18. Настроечные технологические базы

Настроечная ТБ - поверхность заготовки, по отношению к которой ориентируются обрабатываемые поверхности и получается при одном с ними установе.

Размеры 2,3,4, получаемые при обработке зависят не от положения контактной базы К, а выдерживаются относительно поверхности N (настроечной ТБ), относительно которой производится установка упоров, определяющих положения инструмента, с помощью которого получаются данные размеры. Настроечные базы широко используются при обработке заготовок на предварительно настроенных станках, когда техпроцесс строится по принципу концентрации операций, т.е. когда за одну установку стремятся обработать как можно большое число поверхностей, такая обработка характерна для многошпиндельных, многорезцовых автоматов и полуавтоматов, револьверных станков, станков с ЧПУ, станков типа обрабатывающий центр, а также для обработки фасонным и комбинированным инструментом.

+ использования настоечных ТБ: 1. расширяются возможности простановки размеров на чертежах (не только топорных поверхностей), что увеличивает точность и снижает себестоимость обработки 2. концентрация операций снижает их количество, уменьшается потребность в оборудовании 3. на размеры проставленные от настроечной базы не оказывает влияние погрешность установки.

-: существенное усложнение настройки станка.

К обработке с использование настроечных баз относится растачивание отверстий с точным осевым расстоянием.

Размеры C и D имеют высокую точность.

19. Назначение чистовых технологических баз

Выбору технологических баз предшествует выявление служебного назначения детали в машине и обусловленных этим размерных связей одних ее поверхностей с другими. При назначении чистовых технологических баз рекомендуется.

1) Соблюдать принцип единства и принцип постоянства технологических баз.

2) Широко использовать контактные, настроечные и проверочные технологические базы и предоставляемые ими преимущества.

3) Чистовые базы должны иметь высокую точность и минимальную шероховатость, для чего в их качестве следует выбирать поверхности, точность которых вследствие простоты обработки наиболее велика (плоскости, цилиндрические поверхности, центровые отверстия).

4) При необходимости использовать искусственные технологические базы.

5) Выбранные базы должны обеспечить простую конструкцию приспособления, удобство в установке и снятии заготовки, надежное ее закрепление.

6) Технологические базы, определяющие точность углового положения заготовки (установочная, направляющая, двойная направляющая) должны иметь достаточные габариты.

20. Жёсткость технологической системы

Жёсткость технологической системы j - её способность сопротивляться появлению упругихотжатий, по действием деформирующей силы.

Р - составляющая силы резания перпендикулярная поверхности резания;

У - упругоеотжатие в направлении перпендикулярном обрабатываемой поверхности.

Это перемещение возникает в результате упругих деформаций деталей технологической системы и контактных деформаций на поверхностях сопряжения этих деталей. Контактные деформации составляют до 85% от У. Они по своей природе являются также упругими.

Жёсткость - величина не линейная. Для упрощения расчётов на рабочем диапазоне изменение силы резания её считают линейной и определяют по формулам:

21. Влияние жёсткости на точность формы обрабатываемых заготовок

При обработке партии заготовок величина НВ и t являются разными для различных заготовок. Непостоянство t связано с предыдущей обработкой и погрешностью методов получения заготовок (литьё, прокат). Непостоянство твёрдости связано с предыдущей обработкой, с особенностями производства заготовок по твёрдости.

Непостоянство глубины резания и твёрдости при обработке имеет место не только для партии заготовок, но и в пределах определённой заготовки. Это приводит к возникновению погрешности формы, аналогичной погрешности исходной заготовки. Но при обработке в определённых технологических системах возникновение погрешности формы можно связать с непостоянством жёсткости технологической системы в отдельных участках.

У=У_заг.+У_{пер.бабки}+У_{зад.бабки}+У_инстр

Судя по рисунку, вследствие непостоянства жёсткости по длине обработки упругие отжатия заготовки в разных сечениях будут разными, что приводит к возникновению погрешности формы. При обработке длинных валов малого диаметра основной вклад вносит отжатие заготовки.

х - расстояние от левого торца заготовки до места приложения силы резания;

l - длина заготовки;

Е - модуль упругости Юнга;

I - момент инерции сечения детали (заготовки)

d - диаметр заготовки. Частный случай:

1. При обработке нежёсткой заготовки в жёсткой технологической системе (длинный вал в центрах) наблюдается бочкообразность вала после обработки;

2. Обработка жёсткой заготовки в нежёсткой технологической системе (короткий вал большого диаметра в центрах) наблюдается седлообразность вала после обработки.

Для увеличения жёсткости заготовок в процессе механической обработки используются вспомогательные опоры и дополнительные опорные поверхности.

22. Жёсткость технологической системы и уточнение

Жёсткость технологической системыj - её способность сопротивляться появлению упругихотжатий, по действием деформирующей силы.

Р - составляющая силы резания перпендикулярная поверхности резания;

У - упругоеотжатие в направлении перпендикулярном обрабатываемой поверхности.

Это перемещение возникает в результате упругих деформаций деталей технологической системы и контактных деформаций на поверхностях сопряжения этих деталей. Контактные деформации составляют до 85% от У. Они по своей природе являются также упругими.

Жёсткость - величина не линейная. Для упрощения расчётов на рабочем диапазоне изменение силы резания её считают линейной и определяют по формулам:

Уточнение - отношение одноимённых погрешностей исходной заготовки (Д_исх.) к соответствующим погрешностям обработанной заготовки (Д_обр.).

В качестве погрешностей могут использоваться погрешности формы и размеров (допуск или поле рассеивания).

Исходные погрешности вызывают приращение глубины резания Дt на отдельных участках обрабатываемой поверхности. В результате возникает приращение силы резания на этих же участках ДР_у, появлению дополнительных упругих отжатий и изменение диаметра после обработки.

Получаем величину для уточнения:

Частный случай, когда х = 1, получаем:

уточнение пропорционально жёсткости.

Таким образом, уточнение прямо пропорционально жесткости ТС:

Каждый проход инструмента приводит к уменьшению погрешности.

е > 1: Каждый проход инструмента приводит к увеличению точности. Такая ситуация сохраняется до тех пор, пока Д_обр. не станет близкой погрешности, возниикающей из-за неточности ТС. (например погрешности станка).

В ряде случаев (например, при обработке длинных нежестких валов) е < 1 идет возрастание погрещности и Д_обр становится больше чем Д_исх.

23. Пути увеличения жёсткости технологической системы

1. Создание технологической системы повышенной жёсткости:

а) повышение собственной жёсткости элементов технологической системы, детали технологической системы должны иметь большие площади поперечного сечения, малые вылеты, быть массивными;

б) сокращение количества звеньев в технологической системе:

1/j_У = У1/j_i

- чем меньше i тем больше суммарная жёсткость j_У.

Это относится не только к уменьшению числа промежуточных звеньев приспособлений, вспомогательного инструмента (оправки, резцедержатели), но и к уменьшению количества деталей в приспособлениях, станках;

в) повышение контактной жёсткости стыков деталей или элементов технологической системы. ? 85 % У происходит от контактных деформаций.

-обеспечение большой площади соприкосновения деталей, уменьшение шероховатости и погрешности формы контактирующих поверхностей;

г) повышение качества сборки - стремятся тщательно прижать сопрягаемые поверхности друг к другу, обеспечить минимальные зазоры в сопряжении, прибегают к предварительному натягу, на станке делают гидравлические пружинящие устройства, возможно применение грузов. Т. е. если узел предварительно нагрузить то любое дополнительное перемещение будет требовать всё большей силы, это значит, что жёсткость возросла.

2. Жёсткость технологической системы зависит от большого числа факторов: температуры, условия нагружения, количество и качество СОЖ, степень изношенности элементов технологической системы (например, через 30 минут работы на холостом ходу, жёсткость шпиндельной бобки повышается на 30 - 40 %). Поэтому перед началом точной обработки станки необходимо прогревать.

С целью обеспечения высокой жёсткости необходимо стабилизировать условия эксплуатации оборудования.



24. Статический метод определения жесткости

Узлы станка нагружаются статическими силами, аналогичными по величине и направлению сил возникающих при обработке. Упругое отжатиеизмеряют и жёсткость находят по формуле:

j = P / У.

1 - оправка, установленная в шпиндель станка;

2 - динамометр, устанавливающийся на суппорт;

3 - индикатор, измеряющий деформации динамометра, по которому определяется сила Р;

4 - индикатор, измеряющий упругие отжатия.

Статические силы - силы, создаваемые грузами, пневмо- и гидроцилиндрами, динамометрами.

Разгружая и нагружая узел станка можно построить следующий график:

1 - кривая первичного нагружения;

2 - кривая разгрузки;

3 - кривая вторичногонагружения;

о-а - величина первоначальных зазоров в ТС.

Кривые 2 и 3 несовпадают, образуя петлю Гисерезиса.

Площадь фигуры, ограниченной кривыми 2 и 3 равна работе, затраченной на преодоление сил трения и нагрев деталей ТС в результате их упругих и контактных деформаций.

Жесткость, определенная статическим методом позволяет составить нормативы жесткости для станков различных типов и размеров. По этим нормативам определяют качество станков при их изготовлении и ремонте.

При определении статической жёсткости не учитываются толчки и вибрации, имеющие место при обработке. Поэтому статическую жесткость нельзя использовать при точностных расчётах.



25. Производственный метод определения жесткости

При расчете поверхностей, связанных с непостоянством отжатий ТС, используют жесткость, определенную производственным методом.

Он заключается в следующем:

На обрабатываемой поверхности заготовки создается уступ, величину которого принимают равной исходной погрешности (Д_исх.). Затем, за один проход инструмента выполняется обработка ступенчатой поверхности. Уступ, оставшийся на обработанной поверхности принимается равным погрешности после обработки.

Определим

Часто при обработке сила резания переодически изменяется например, при обтачивании эксцентрично расположенного участка вала она будет изменятся по синусойде.

Аналогичная ситуация получается при прерывистом резании, фрезеровании, обработке прерывистых поверхностей сила резания изменяется импульсами. В этих случаях может рассматриватся динамическая жёсткость. j = А_р / А_у Ар-амплитуда колебания силы резания; Ау- амплитуда колебания упругих отжатий.

Динамическая жёсткость зависит от частоты возбуждающей силы. Например, для технологической системы с одной степенью свободы жёсткость имеет вид:

26. Понятие динамической системы, ее устойчивость

Технологическая система в процессе обработки заготовки, в совокупности с процессами резания, трения и процессами, происходящими в приводах, образуют замкнутую динамическую систему. При этом замкнутость определяется взаимодействием всех вышеперечисленных процессов с упругой составляющей технологической системы.

Все процессы проходят через упругую составляющую. Важнейшая характеристика любой системы - её устойчивость. Система, находящаяся в покое или движении по определённому закону может быть выведена из этого состояния единичным внешним воздействием, ограниченным по величине. Если после этого система возвращается в исходное состояние, то она - устойчива, если не возвращается - неустойчива.

Неустойчивость может быть двух видов:

- периодическая, в том случае, когда в динамической системе устанавливаются колебания - автоколебания;

- апериодическая - с течением времени происходит нарастание деформаций заготовки или режущего инструмента, что заканчивается поломкой.

Одна и та же система в зависимости от режимов резания, геометрии и размеров режущего и вспомогательного инструмента, может быть как устойчивой, так и неустойчивой.

Степень устойчивости динамической системы определяется по скорости, по времени затухания собственных колебаний динамической системы, вызванных однократным единичным воздействием.

Чем меньше величина Т тем устойчивее система.

27. Динамическая настройка по пробным заготовкам с помощью универсального материального инструмента (с учётом переменной СП)

В процессе обработки крупных партий заготовок, сопровождаемой интенсивным износом режущего инструмента, при настройке возникает задача наиболее рационального расположения кривой рассеяния в поле допуска с целью использования значительной части этого поля для компенсации переменных систематических погрешностей обработки.

Таким образом, удается увеличить срок работы станка без поднастройки, а, следовательно, и повысить производительность.

В процессе обработки партии заготовок в связи с износом режущего инструмента происходит изменение положения кривой рассеяния. После обработки некоторого количества п1 заготовок кривая рассеяния размеров заготовок пересекает линию наибольшего предельного размера и возникает опасность появления брака. В этот момент следует произвести поднастройку станка, при которой кривая рассеяния возвратится вниз в свое исходное положение, созданное первоначальной настройкой.

При такой настройке, очевидно, нельзя определять настроечный групповой средний размер по величине среднего арифметического, а необходимо вычислить его по значениям предельных размеров.

Во избежание получения при обработке маломерных заготовок необходимо, чтобы минимальное значение группового среднего размера удовлетворяло выражению

При наличии существенного влияния переменных систематических погрешностей, уменьшающих размеры охватываемых заготовок (например, при значительном удлинении резца от нагрева в начальный период резания), в формулу необходимо дополнительно ввести возможную величину погрешности а, т. е.

В большом числе случаев обработки заготовок (особенно при наличии охлаждения) значение а ничтожно мало и расчет наименьшего настроечного размера производится по формуле.

Формула для подсчета максимального значения группового среднего размера (с учетом части допуска b, используемой для компенсации переменных систематических погрешностей) имеет вид

Допуск на настройку определяется разностью предельных значений групповых средних размеров:

и после преобразований приводится к виду

Следовательно, при увеличении Тп с целью упрощения и ускорения настройки при прочих равных условиях приходится сокращать величину b, что приводит к возрастанию числа необходимых поднастроек и снижает производительность операции.

28. Статическое регулирование точности обработки

При обработке заготовок на настроенных станках контроль точности обр-ки может осуществляться каждой обработанной деталь, но это связано с большими потерями времени, особенно при обр-ки крупных партий заготовок. Более эффективен явл-ся метод статистич. регулирования точности. Заключается он в след:

1) Через опред. Промежутки времени берется выборка из m=3…8 заготовок, только что обработанных на станке.

2) Детали измеряются и опред-ся расчетные параметры, они откладываются на специальных картах. Считается что ТП протекают удовлетворительно, если получ. значение не выходит за заранее расчитанные границы.

Метод статистич. регулирования прим-ся при: -обр-ки больших партий заготовок. -при наличии систематической переменной погрешности .-при большом периоде размерной стойкости инструмента.-значительное привыш. поля допуска под полем рассеивания вызванного действия и случайных погрешностей.Т>w не менее чем в 1.2 раза. Т- допуск, w- поля рассеивания.

Рассмотрим наиболее распространенный метод статич. регулирования-метод средних и размахов в этом случае поле обр-ки 3-8 заготовок опред-ся их среднее значение и размерах R=Lmax-Lmin

29. Управление точностью обработки путём компенсации упругих отжатий ТС

Автоматическую поднастройку ТС можно свести к мин. влияния на точность обработки переменной систематической погрешности - величина допуска будет равна полю рассеивания без действия случайных погрешностей, важнейшие из которых, колебание упругих отжатий ТС , непостоянство снимаемого припуска.

Дальнейшее повышение точности может быть обеспечено исп. Более жесткой ТС, стабилзац. Силы резания путем применения более точных заготовок и т.д., но эти мероприятия не всегда экономически обоснованы и технически реализуемы.Более эффективным в этом случае является метод адаптивного управления точностью обработки.

Этот метод заключается в поддержание постоянства упругих отжатий.

При обработке всех заготовок

Анализируя эту формулу приходит к выводу, что постоянство величина y можно обеспечить, регулируя в процессе обработки жесткость, подачу, геометрию режущего инструмента.

Наиболее характерным является регулирование с помощью изменения S. Этот метод легко осуществим, но приводят к непостоянности шероховатостей по длине обработки.

В зависимости от направления вращения винта опоры сходятся или расходятся, тем самым изменяется жесткость.

Помимо указанных методов компенсирования непостоянства упругих отжатий ТС можно изменяя настроечный размер.

1-2 - датчики, фиксирующие положение инструмента и заготовки

3 - задатчик - задает необходимое положение инструмента и заготовки

4 - сравнительное устройство

5 - исполнительное устройство

Всеми вышеперечисленными методами уменьшают величину щ_у в 3-9 раз, что значительно повышает точность обработки.

30. Погрешность в результате тепловых деформаций станков

Основными причинами нагревания станков и их отдельных частей (шпиндельных бабок, столов, станин и др.) являются: потери на трение в подвижных механизмах станков (подшипниках, зубчатых передачах), гидроприводах и электроустройствах, во встроенных электромоторах, а также теплопередача от охлаждающей жидкости, отводящей теплоту из зоны резания, и нагревание от внешних источников (местное нагревание от близко расположенных батарей, солнечных лучей, охлаждение через фундамент).

Важное влияние на точность обработки оказывает нагревание шпиндельных бабок. При работе станка происходят постепенное разогревание шпиндельных бабок и их смещение в вертикальном и горизонтальном (на рабочего) направлениях. При этом температура В различных точках корпуса бабки изменяется от 10 до 50 °С. Наибольшая температура нагрева наблюдается в местах расположения подшипников шпинделя и подшипников быстроходных валов.

На рис. показано горизонтальное смещение оси передней бабки токарного станка при работе в центрах. В первый период работы станка после его запуска нагревание вызывает смещение шпинделя на рабочего, что приводит к непрерывному изменению размеров и формы обрабатываемых заготовок (при обработке крупных валов), т. е. к появлению переменной систематической погрешности.

Продолжительность нагревания передней бабки, сопровождающегося смещением оси шпинделя, составляет 3--5ч (после чего температура нагрева и положение оси стабилизируются).

В этой ситуации имеет место постоянная систематическая погрешность (получаемые при обработке размеры для всех заготовок из рассматриваемой партии будут отличаться от настроечного размера на одну и ту же величину).

Данную погрешность в большинстве случаев можно компенсировать настройкой станка.

При остановке станка происходят его медленное охлаждение и обратное перемещение оси шпинделя.

Рисунок - Горизонтальное смещение оси передней бабки токарного станка от его нагрева при работе в центрах.

Для устранения погрешности обработки, связанной с тепловыми деформациями станка, производят предварительный прогрев станка его обкаткой вхолостую в течение 2--3 ч. Последующую обработку заготовок следует проводить без значительных перерывов в работе станка.

Для уменьшения погрешности может так же применяться дополнительный подогрев и охлаждение деталей и узлов станка

31. Погрешности в результате тепловых деформаций инструмента

Некоторая часть теплоты, выделяющейся в зоне резания, переходит в режущий инструмент, вызывая его нагревание и изменение размеров. При токарной обработке наибольшая часть погрешности, связанной с тепловыми деформациями технологической системы, обусловлена удлинением резцов при их нагревании.

Рисунок - Влияние перерывов работы резца на его тепловые деформации

1 - охлаждение резца; 2 -- нагревание резца при непрерывной работе; 3 -- работа в условиях резания с перерывами; Дl_Маш -- удлинение резца за машинное время; L'пер -- уменьшение длины резца при охлаждении за время перерыва (А. П. Соколовский)

При повышении скорости резания, глубины резания и подачи интенсифицируется нагревание, а следовательно, увеличивается удлинение резца. Большое влияние на удлинение оказывает вылет резца: Например, при уменьшении вылета резца с 40 до 20 мм удлинение сократилось с 28 до 18 мкм. Удлинение резца приблизительно обратно пропорционально площади поперечного сечения его стержня. С увеличением толщины пластинки твердого сплава удлинение резца уменьшается.

Нагревание и удлинение резцов прямо пропорционально твердости обрабатываемого материала. В обычных условиях работы без охлаждения удлинение резца может достигать 30--50 мкм. При создании обильного охлаждения удлинение резцов уменьшается в 3--3,5 раза.

Удлинение Дlр (мкм) резца в условиях теплового равновесия можно приближенно подсчитать по формуле:

где С -- постоянная (при V = 100-200 м/мин, t <1,0 мм, s <0,2 мм -- С = 4,5);

lр -- вылет резца, мм; Р -- поперечное сечение резца, мм².

В первый период работы до наступления теплового равновесия удлинение резца сопровождается непрерывным изменением размеров обрабатываемых заготовок (при небольших габаритах заготовок) или формы поверхностей (при больших размерах заготовок).

При обработке заготовок с перерывами машинного времени Тмаш в момент прекращения резания начинаются охлаждение резца и его укорочение, которые продолжаются до начала следующего периода резания.

Общее удлинение Дlр резца при ритмичной работе с перерывами машинного времени приближенно составляет:

32. Понятие минимального припуска. Факторы, влияющие на величину припуска

При исп. расчетно-аналитического метода опр. мин. припуск - слой металла, который необходимо удалить для устранения погрешностей обработки и дефектов поверхности, полученных на предыдущих технологических переходах, а также погрешности установки на данной операции.

Элементы минимального припуска:

1) Rz_(i-1) - шерох., получаемая на предыдущем переходе или операции

2) h_(i-1) - дефектный слой получаемый на предыдущем переходе. В кач-ве h можно рассматривать обезуглероженный слой для штамповки, корка для отливок, наклеп для обр. рез-ем.

3) с_(i-1)- пространственное отклонение обрабат. пов-сти относительно базовой. В рассмотрение приним. отклонения от перпендикулярности и параллельности, от соосности и позиционный допуск. При смещении оси отверстия относительно оси базовой пов-сти величина мин. припуска будет включать слагаемые 2Дсм при этом необходимо удалять хороший металл.

Под величиной с не рассматривается погрешность явл. частью допуска, например при расчете припуска на обработку штамповки.

Величина смещения будет учит. в 1-м случае, во 2-м случае эта величина входит в допуск на р-р D и при расчете отдельно не учитывается.

е_i на данном переходе характеризует отклонение обраб. пов-ти от требуемого положения.

На этапе расчета припусков составляющую Дпр погрешность установки опр. Трудно

при обр. цилиндрич. пов-стей

при обр. плоскостей

При обр. заготовок на многопозиционных и многошпиндельных станках при расчете е учитывается погрешность индикации, имеющ. место при перемещении заготовки в следующую позицию ? 0,02…0,05 мм погр. детали.

В зависимости от способа обр. и обрабатываемой пов-стиZ_i рассчитывают по ф-лам:

- обр. наружных и внутренних цилиндрич. пов-стей

- плоских пов-стей

В зависимости от усл. обр. какая-либо составляющая может отсутствовать

- при обр. в центрах е_i=0

- при механической обр. после термообработки h_i-1=0, т.к. поверхностный слой прошел перекристаллизацию его дефекты устранены

- при обр. отверстий в самоустанавливающемся инструменте (разверткой, закрепленной в плавающем патроне) е_i =0, с_i-1=0

33. Определение предельных операционных размеров и размеров заготовки

В случае обработки заготовки на настроенных станках из-за упругих отжатий ТС при обработке заготовки макс. размера получим деталь макс. размера, мин. - мин.

...