Расчетно-аналитический метод определения припусков на механическую обработку заготовок

КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА

зі спеціальності «Технології машинобудування»

Тема ``Розрахунково-аналітичний метод визначення припусків на механічну обробку заготовок''

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Определение припуска на обработку заготовок

1.2 Опытно-статистический метод определения припусков

1.3 Расчетно-аналитический метод определения припусков

1.4 Интегрально-аналитический метод определения припусков

1.5 Сравнительная характеристика методов расчета припусков

1.6 Выводы и постановка задачи исследования РАЗДЕЛ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИПУСКОВ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ ЗАГОТОВОК РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИМ И ОПЫТНО-СТАТИСТИЧСКИМ МЕТОДАМИ

2.1 Определение припусков на механическую обработку расчетно-аналитическим методом

2.2 Определение припусков на механическую обработку опытно-статистическим методом определения припусков на механическую обработку заготовок

2.3 Определение зависимости распределения припуска по этапам обработки

2.5 Выводы РАЗДЕЛ 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБРАБОТКИ ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ

3.1 Метод наименьших квадратов

3.2 Определение коэффициентов уравнения с помощью метода наименьших квадратов

3.3 Разработка программы для автоматизации расчета припусков

3.4 Выводы РАЗДЕЛ 4. ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧЕРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

4.1 Характеристика помещения

4.2 Анализ состояния охраны труда

4.3 Мероприятия по улучшению условий труда ВЫВОДЫ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРИЛОЖЕНИЯ

В современном машиностроении большинство заготовок подвергается механической обработке. Суть механической обработки состоит в удалении поверхностных слоев материала заготовки для обеспечения необходимых размеров, формы деталей и качества поверхностного слоя детали. Слишком завышенные или заниженные припуски на обработку снижают качество обрабатываемой детали, недостаточная их величина может привести к браку деталей.

При обработке заготовок для деталей машин на металлорежущих станках в среднем от 20% до 50% их веса отходит в стружку. Также величина припуска наряду со скоростью резания и подачей определяет условия обработки элементарных поверхностей детали, качество поверхностного слоя детали после обработки, технико-экономические показатели процесса обработки. Поэтому необходимость назначения технически обоснованных величин припусков очевидна.

При массовом выпуске изделий, даже самое незначительное уменьшение припусков на обработку деталей дает весьма ощутимую экономию качественного металла за год. Наряду с уменьшением отхода металла в стружку достигается также экономия металла за счет сокращения брака деталей по качеству поверхности. Уменьшение объема стружки и сокращения брака деталей повышает эффективность использования металлообрабатывающего оборудования. Значительное уменьшение припусков на обработку деталей сокращает расход режущего инструмента, снижает время, затрачиваемое на обработку деталей, способствует применению новых прогрессивных технологий производства деталей машин. Экономия металла, режущих инструментов и применение новых технологий значительно уменьшают себестоимость деталей, что является весьма весомым аргументом в вопросе разработки новых, более эффективных методов назначения припусков на обработку деталей.

Актуальность проблемы. На сегодняшний день существующие методы расчета припусков представлены опытно-статистическим, расчетно-аналитическим и интегрально-аналитическим методами. Каждый из этих методов имеет как преимущества, так и недостатки. При определении припусков на обработку необходимо стремиться к их уменьшению, но в разумных пределах, что бы его было достаточно для устранения погрешностей и дефектов предыдущей обработки. В связи с широким распространением в современном производстве компьютерных технологий и систем автоматизированной подготовки производства, использование таблиц и справочников для определения припусков снижает эффективность работы технолога, поэтому возникает необходимость в методе определения припусков, ориентированном на САПР ТП.

Цель и задачи исследования

. Целью исследования является автоматизация расчета припусков на обработку заготовок деталей машин.

Для достижения цели работы, необходимо решить следующие задачи:

— опытно-статистическим и расчетно-аналитическим методом определить величины припусков на обработку для различных интервалов размеров заготовок цилиндрической формы, получаемых следующими методами: литье, штамповка, ковка;

— по полученным данным построить графики распределения припуска в зависимости от количества стадий обработки детали;

— выполнить анализ полученных результатов, выявить зависимость распределения припусков по этапам обработки;

— определить факторы, влияющие на характер распределения припусков по этапам обработки;

Объект исследования — припуски на механическую обработку заготовок.

Предмет исследования — зависимость распределения величины припуска на механическую обработку заготовок по этапам обработки.

Методы исследования. Результаты работы получены на основе теоретических и практических исследований, расчетов припусков на обработку. Графики распределения припусков были построены с помощью ЭВМ с использованием программы Microsoft Excel. С помощью метода наименьших квадратов были получены значения коэффициентов, входящих в уравнение распределения припусков по этапам обработки.

Научная новизна. Выявлена экспонентная зависимость распределения припусков по этапам обработки. Определены факторы, от которых зависят коэффициенты, входящие в уравнение данной экспонентной зависимости. В частности: квалитет точности заготовки после каждого этапа обработки и интервал размеров заготовки.

Практическое значение полученных результатов состоит в том, что на основе теоретических и экспериментальных исследований разработана программа для определения припусков на механическую обработку заготовок. Программа позволяет автоматизировать процесс определения припусков на каждый из этапов обработки, лишает необходимости в использовании большого количества справочников, таблиц, не требуется специальных формул для расчета припуска.

РАЗДЕЛ 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Определение припуска на обработку заготовок

Одной из важнейших задач, решаемых в рамках технологического проектирования, является обеспечение требуемого качества деталей и машин при минимальных затратах ресурсов. В условиях высокой стоимости материалов проблема снижения материалоемкости производства особенно актуальна. Одним из путей снижения материалоемкости является уменьшение припусков на обработку. Помимо роста материальных затрат, «закладываемых» в заготовку вместе со стоимостью материала, завышенные значения припусков ведут к росту трудоемкости и энергозатрат при изготовлении изделий, снижению эффективности использования оборудования, в первую очередь с ЧПУ, и в конечном итоге к росту себестоимости изготовления изделия. Проблема припусков может быть снята в условиях, когда заготовительное производство будет выдавать готовые детали, что в ближайшем будущем недостижимо. Поэтому проблема назначения припусков — это старая и до сих пор актуальная проблема, решаемая в рамках технологии машиностроения.

На этапе изготовления деталей машин особое внимание обращают на их качество и его важнейший показатель — точность. В прошлом столетии точность деталей машин выросла почти в 2000 раз. Такого увеличения не наблюдается ни по одному из показателей служебных характеристик. Понятие «точность» относится не только к размеру, но и к форме, взаимному расположению поверхностей, физико-механическим характеристикам деталей и среды, в которой их изготавливают. Важнейшим показателем качества является точность всех параметров изготовления детали. Сложность решения проблемы точности состоит в необходимости учета одновременного действия многих факторов, каждый из которых вызывает определенную первичную погрешность изготовления детали.

Например, свою долю в погрешности детали вносят неточности оборудования, но одновременно с этим на точность детали влияют погрешность настройки режущего инструмента, его износ. Процесс формирования погрешностей сопровождается температурными деформациями технологической системы и зависит от ее динамических качеств. Изменение сил, действующих на систему в ходе обработки заготовок, неизменно приводит к возникновению упругих деформаций, значения которых постоянно изменяются. Задача технолога состоит в определении числового значения с доведением до числа каждой первичной погрешности и в умении правильного учета — суммирования значений этих погрешностей. Опираясь на закономерности основ технологии машиностроения, можно определить ожидаемую точность обработки и сравнить ее с допуском на размер, форму, расположение уже в ходе его разработки.

Исследование путей улучшения качества поверхности с целью повышения эксплуатационных свойств долгое время ограничивалось рссмотрением методов и условий осуществления последней операции, завершающей технологический процесс обработки детали. Таким образом исключалась возможность влияния результатов предшествующих операций технологического цикла на износостойкость, контактную жесткость, усталостную прочность и другие эксплутационные свойсва готовых деталей.

Позже в результате проведенных исследований была доказана несостоятельность подобного положения и установлено существование технологической наследственности при образовании качества рабочих поверхностей деталей машин. Причем технологическая наследственность проявляется не только после чистовых операций, но и может оказывать влияние на изменение свойств или потерю точности формы готовой детали при ее эксплуатации в результате воздействия тех или иных элементов качества поверхности, созданных в поверхностном слое детали при ее черновой обработке.

Самым простым и наглядным примером, подтверждающим проявление технологической наследственности, может служить явление геометрического копирования исходных погрешностей формы детали. Если, например, на предыдущей операции деталь имела овальность, то и на последующей операции получится овальность, только меньшей величины. При выполнении ряда операций форма и размеры детали все больше и больше уточняются, но исходные погрешности в какой-то степени копируются на всех операциях.

Еще в 30-е годы А. П. Соколовский в своих работах говорил, что точность размеров, погрешности формы заготовок после каждого этапа обработки переносятся на готовую деталь, постепенно уменьшаясь, копируясь. В связи с этим очевидно, что достичь высокой точности детали за один этап обработки достаточно сложно и возникает необходимость в обработке деталей за несколько этапов.

С точки зрения достижения необходимой точности детали задача сводится к выбору необходимого объема полуфабриката и приданию ему формы и размеров, которые приближаются к будущей детали, то есть к отклонениям, лимитированным допусками на готовую деталь. Поэтому было введено понятие «уточнение».

Под фактическим уточнением _ф понимают отношение полей рассеивания щ_з заготовок партии полуфабрикатов к полям рассеивания щ_д партии готовых деталей по рассматриваемой характеристике точности:

(1.1)

Расчетное уточнение — это отношение допусков на рассматриваемую характеристику точности партии заготовок и готовых деталей:

(1.2)

Готовые детали будут годными, если, отсюда и для достижения необходимой точности партии деталей необходимо найти такую технологическую систему, пройдя которую партия деталей стала бы пригодной. Однако на практике в машиностроении еще практически нет таких систем. В большинстве случаев для достижения необходимой точности приходится использовать ряд технологических систем, каждая из которых дает свою величину уточнения _i. Таким образом, партия заготовок, пройдя последовательно несколько технологических систем, получает необходимые уточнения и превращается в готовые детали.

(1.3)

где n — количество технологических систем или этапов обработки поверхности. Для получения пригодных деталей по характеристике точности необходимо:

(1.4)

В связи с невозможностью достижения требуемой точности и качества поверхности деталей за один этап обработки, возникает необходимость в использовании многооперационной обработки заготовок деталей машин. В целях достижения высокого качества конечной обработки заготовки необходимо при каждом выполняемом переходе механической обработки предусматривать припуск, компенсирующий погрешности предшествующей обработки [1, 2].

Механической обработкой черных заготовок последовательно, за ряд переходов, достигают соответствия форм, размеров и качества поверхностей детали чертежу в пределах установленных им отклонений.

При этом на каждом переходе с обрабатываемой поверхности снимается в виде стружки слой металла, в результате чего изменяется размер заготовки. Удаляемый в процессе обработки слой металла называют припуском на обработку.

Преувеличенные припуски на обработку ведут в некоторых случаях к удалению наиболее износоустойчивых поверхностных слоев обрабатываемой детали. Вместе с тем преувеличенные припуски, вызывают необходимость введения дополнительных технологических переходов, увеличивают трудоемкость процессов обработки, затраты металла, силовой электроэнергии, рабочего инструмента и тем самым приводят к повышению себестоимости деталей.

Уменьшение припусков на обработку является одним из средств экономии металла и снижения трудоемкости процессов механический обработки. Однако недостаточные припуски на обработку не обеспечивают возможности удаления дефектных поверхностных слоев металла и получения требуемой точности и чистоты обработанных поверхностей, а в ряде случаев создают неприемлемые технологические условия для работы режущего инструмента, так как может быть оставлена зона с твердой литейной коркой или окалиной. В результате недостаточных припусков возрастает брак, что, естественно, повышает себестоимость выпускаемой продукции. В результате назначения недостаточной величины припусков возрастает вероятность получения брака, что повышает себестоимость выпускаемой продукции.

Слишком широкие допуски на размеры заготовок осложняют выполнение технологических операций механической обработки на предварительно настроенных станках, вынуждая прибегать к сортировке обрабатываемых заготовок по размерам, и снижают точность обработки в приспособлениях [4,20].

Установление оптимальных величин припусков на обработку и технологических допусков на размеры заготовок по всем переходам является одной из основных задач, правильное решение которой имеет весьма существенное технико-экономическое значение.

Различают промежуточные и общие припуски.

Промежуточным припуском называют слой материала, необходимый для осуществления технологического перехода. Промежуточный припуск определяется как разность размеров, получаемых на смежных предшествующем и выполняемом переходах технологического процесса обработки данной элементарной поверхности.

Общим припуском называют слой материала, необходимый для выполнения всей совокупности технологических переходов, т. е. всего процесса обработки данной элементарной поверхности от черной заготовки до готовой детали. Общий припуск определяется разностью размеров черной заготовки и готовой детали. Общий припуск на обработку равен сумме промежуточных припусков по всем технологическим переходам процесса обработки от черной заготовки до готовой детали [4]:

(1.5)

1.2 Опытно-статистический метод определения припусков

В машиностроении широко применяется опытно-статистический метод определения припусков на обработку. При этом методе припуск устанавливается суммарно на весь технологический процесс механической обработки, без расчета величины припуска по составляющим его элементам, а на основании опытных данных о фактических припусках, при которых производилась обработка заготовок аналогичных деталей машин. В частности, припуски на отливки назначаются независимо от технологического процесса обработки элементарных поверхностей. Опытно-статистические значения припусков на чистовую и отделочную обработку не учитывают схем базирования и других условий выполнения операций.

Опытно-статистические величины припусков обычно завышены, так как они не учитывают особенностей выполнения технологических процессов и соответствуют условиям обработки, при которых припуск должен быть наибольшим.

Методика построения нормативных таблиц, дающих готовую величину припуска, заставляет технолога назначать припуск догматически, отвлекая его от анализа условий выполнения операций и изыскания путей уменьшения величины припусков.

При использовании табличного метода назначения припусков необходимо учитывать следующие обстоятельства:

— общие табличные припуски — это припуски на обработку соответствующей поверхности заготовки. Если обработка поверхности выполняется за два перехода, то на первый переход дается около 70% общего припуска, на второй около 30%. В случае трех переходов общий припуск распределяется в соотношении 60% - 30% - 10%;

— промежуточные табличные припуски — это минимальные припуски на выполнение соответствующего перехода;

— расчетная длина заготовки, учитываемая при назначении промежуточных припусков, зависит от характера крепления детали в процессе обработки;

— расчетная длина, по которой определяется промежуточный припуск, не распространяется на детали сложной формы, а также на сильно деформируемые в результате термической обработки детали. Для этих операций припуски устанавливают больше табличных;

— промежуточные припуски даются с учетом правки заготовок перед механической обработкой, а также рихтовки после каждого вида обработки нежестких и деформируемых деталей.

При опытно-статистическом методе припуски определяются по стандартам и таблицам, которые составлены на основе обобщения и систематизации производственных данных передовых предприятий. Припуски на механическую обработку поковок, изготовленных различными методами, отливок из металлов и сплавов приведены, например, в ГОСТ 7505–89, ГОСТ 7062–90, ГОСТ 7829–70, ГОСТ 26 645–85. В этих стандартах припуски даны в зависимости от массы и габаритных размеров деталей, их конструктивных форм, заданной точности и шероховатости обрабатываемой поверхности.

С помощью опытно-статистического метода можно решить две задачи:

— определить общий табличный припуск на обработку поверхности заготовки. В случае известного общего припуска на обработку поверхности промежуточные припуски назначают, распределяя в определенной пропорции общий припуск между переходами.

— определить промежуточные табличные припуски по отдельным переходам.

Для определения припусков опытно-статистическим методом на сегодняшний день существует большое количество справочной литературы, различные таблицы, справочники, ГОСТы. Выбирая необходимый нормативный документ, с помощью которого будут определяться необходимые величины припусков на обработку, нужно учитывать не только размеры заготовок, но и их форму, материал и метод получения заготовки.

Некоторые из существующих государственных стандартов для определения припусков приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Справочная литература для определения припусков на обработку

Преимуществами опытно-статистического метода являются:

— простота расчетов;

— возможность систематизации и стандартизации.

В то же время данный метод имеет и свои недостатки:

— припуск назначается без учета конкретных производственных условий;

— при расчете припуска не учитываются элементарные погрешности обработки;

— для избегания брака величина припуска завышается, что приводит к снижению коэффициента использования материала;

— использование таблиц лишает технолога необходимости анализировать и совершенствовать процесс производства;

— данный метод невозможно использовать в режиме САПР ТП.

В связи с этим возникла задача научно-обоснованного определения припусков па обработку, и с 1935 г. в советской литературе по технологии машиностроения появляются работы, в которых дается анализ факторов, влияющих на величину припуска в дальнейшем разрабатываются методы расчета припусков на обработку.

1.3 Расчетно-аналитический метод определения припусков

Метод расчета припусков, лишенный недостатков опытно-статистического метода, был разработан проф. В. М. Кованом. Этот метод известен как расчетно-аналитический метод определения припусков. В соответствии с этим методом промежуточный припуск должен быть таким, чтобы при его снятии устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные на предшествующем технологическом переходе, а также погрешность установки обрабатываемой заготовки, возникающая на выполняемом переходе. Этот метод базируется на учете выполнения конкретных условий принимаемого технологического процесса, анализе погрешностей, присущих каждому методу обработки, закономерностях уменьшения погрешностей предшествующей обработки и законе суммирования погрешностей.

Он позволяет выявить возможности экономии материала и снижения трудоемкости механической обработки. В сравнении с опытно-статическими величинами припусков по расчетно-аналитическому методу обеспечивает экономию металла от 6 до 15% чистого веса деталей, снижение трудоемкости обработки и, следовательно, снижение себестоимости обработки в целом.

Переходя к анализу факторов, определяющих величину минимальных припусков следует напомнить, что каждой заготовке, и зависимости от метода ее выполнения, присущи определенные точность и качество шероховатости, так же как и в результате выполнения каждого технологического перехода механической обработки получаем соответствующую точность и определенное качество поверхности.

Припуски на обработку определяют таким образом, чтобы на выполняемом технологическом переходе были устранены погрешности заготовки, имевшиеся после выполнения предшествующего перехода.

Качество поверхности заготовок на любой стадиях обработки характеризуется микронеровностями или шероховатостью, состоянием и глубиной поверхностного слоя. Во избежание последовательного наращивания в поверхностном слое отклонений от нормального: состояния основного металла микронеровности и дефекты поверхностного слоя, получившиеся на предшествующем технологическом переходе, подлежат удалению при выполняемом переходе.

Однако при расчете припусков на обработку надо учитывать не полную глубину поверхностного слоя, а лишь верхнюю дефектную часть его, оставляя нетронутым наклепанный слой, более износостойкий, чем нижележащие слои, и обуславливающий более высокую чистоту поверхности при обработке резанием в его зоне.

Геометрические погрешности формы поверхностей — овальность, конусность, бочкообразность, седлообразность, вогнутость, выпуклость и т. п. могут быть допущены только в пределах поля допуска на размер, составляя обычно некоторую часть его, и поэтому при расчете припусков не учитываются.

Пространственные отклонения — кривизна осей, коробление поверхностей, увод и непараллельность осей, неперпендикулярность осей и поверхностей, отклонения от соосности ступеней валов и отверстий, эксцентричность внешних поверхностей относительно отверстий и т. п. — не связаны с допуском на размер элементарной поверхности и имеют самостоятельное значение. Они учитываются в минимальном припуске в виде слагаемого с_а. При выполняемом переходе могут возникнуть погрешности установки, вызывающие смещение заготовки и требующие соответствующего увеличения припуска на обработку. Таким образом наименьший ассиметричный припуск на обработку z_min должен включать погрешности поверхностного слоя (высоту микронеровностей Н и глубину дефектного поверхностного слоя Т), суммарное значение пространственных отклонений с, оставшихся от предшествующей обработки, и погрешность установки заготовок при выполняемой операции _б. Некоторые формулы для определения z_min для конкретных условий обработки приведены ниже.

Последовательная обработка противоположных или расположенных отдельно поверхностей:

.(1.6)

Параллельная обработка противоположных плоскостей:

.(1.7)

Обработка наружных и внутренних поверхностей вращения:

.(1.8)

Обтачивание цилиндрической поверхности заготовки, установленной в центрах:

.(1.9)

Развертывание, протягивание отверстий:

(1.10)

Суперфиниширование, полирование:

.(1.11)

Шлифование после термообработки, при наличии _б:

(1.12)

. (1.13)

Шлифование после термообработки, при отсутствии _б:

(1.14)

.(1.15)

Схемы расположения припусков для наружной поверхности вращения и для круглого отверстия даны на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Схема расположения припусков для наружной поверхности вращения, обрабатываемой за три перехода Преимущества данного метода в следующем:

— учитывает погрешности, присущие каждому методу обработки и законы суммирования погрешностей;

— сокрщает отход металла в стружку по сравнению с табличными значениями припусков;

— создает единую систему определения припусков на обработку, размеров заготовки и детали по технологическим переходам;

— способствует повышению технологической культуры производства.

1.4 Интегрально-аналитический метод определения припусков

Помимо широко используемых опытно-статистического и расчетно-аналитического методов, существует также интегрально-аналитический метод, разработанный Д. К. Липатовым.

Суть интегрально-аналитического метода состоит в том, что величина припуска определяется по эмпирическим формулам, которые связывают его с параметрами обрабатываемой поверхности. Например, для определения припусков на четвертом этапе обработки штампованной заготовки рекомендуется использовать формулу:

Z₄=0,2+0,0002d+0,0004l,(1.16)

где l, d — длина и диаметр обрабатываемой поверхности.

Преимущество данного метода в том, что он в основном ориентирован на САПР ТП, не требует использования дополнительных таблиц и справочников.

Недостатки метода:

— результаты расчетов являются достаточно приблизительными;

— эмпирические формулы для расчета припусков на обработку разработаны не для всех этапов и способов обработки заготовок.

В связи с этим данный метод не получил широкого распространения и требует широкомасштабных исследований для установления более точных зависимостей припусков поверхностей.

1.5 Сравнительная характеристика методов расчета припусков

В таблице 1.2 приведены преимущества и недостатки существующих на сегодня методов расчета припусков на обработку.

Таблица 1.2 — Преимущества и недостатки методов расчета припусков

1.6 Выводы и постановка задачи исследования

В соответствии с проведенным обзором литературных источников по вопросу исследования можно сделать следующие выводы:

1 На сегодняшний день существующие методы расчета припусков представлены тремя методами: опытно-статистическим, расчетно-аналитическим и интегрально-аналитическим. Каждый из представленных методов имеет как свои преимущества, так и свои недостатки. Расчетно-аналитический метод является наиболее точным, так как учитывает некоторые конкретные условия обработки, схему базирования заготовки, погрешности предшествующих этапов обработки. В свою очередь, опытно-статистический метод белее удобен, поскольку не требует дополнительных расчетов, все значения припусков на обработку представлены в справочных таблицах. Интегрально-аналитический метод представляет собой попытку автоматизировать процесс расчета припусков. Но не совсем удачную, так как результаты расчетов достаточно приблизительные и требующиеся эмпирические формулы определены не для всех этапов и способов обработки поверхностей заготовок.

2 В связи с этим, в условиях широкого распространения в современном производстве компьютерных технологий возникает необходимость в разработке метода расчета припусков, который был бы ориентирован на САПР ТП и не требовал от технолога больших затрат времени и использования большого количества справочной литературы.

Таким образом, в результате анализа литературы можно сформулировать цель работы: автоматизация процесса расчета припусков на механическую обработку заготовок.

Для достижения цели работы, необходимо решить следующие задачи:

— опытно-статистическим и расчетно-аналитическим методом определить величины припусков на обработку для различных интервалов размеров деталей цилиндрической формы; методы получения заготовок: литье, штамповка, ковка;

— по полученным данным построить графики распределения припуска в зависимости от количества стадий обработки детали;

— выполнить анализ полученных результатов, выявить зависимость распределения припусков по этапам обработки определить уравнение данной зависимости;

— определить факторы, влияющие на характер распределения припусков по этапам обработки;

— на основе выявленной зависимости распределения припуска и влияющих на нее факторов создать компьютерную программу, которая позволила бы автоматизировать процесс расчета припусков в режиме САПР ТП.

РАЗДЕЛ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИПУСКОВ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ ЗАГОТОВОК РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИМ И ОПЫТНО-СТАТИСТИЧСКИМ МЕТОДАМИ

2.1 Определение припусков на механическую обработку расчетно-аналитическим методом

Расчету припусков на механическую обработку предшествуют два определяющих этапа разрботки технологического процесса, результаты которых непосредственно влияют на расчет припусков и межоперацинных размеров. Это выбор метода получения заготовки и определение необходимых операций (переходов), обеспечивающих достижение требуемой точности при обработке рассматриваемой поверхности.

Проведем рсчет припусков на обработку расчетно-аналитическим методом для наружной цилиндрической поверхности при обработке за 3 и за 4 перехода. В качестве методов потучения заготовки расмотрим литье, штамповку и ковку на молотах. При обработке заготовок за три перехода в качестве необходимых операций примем черновое, получистовое и чистовое точение. При обработке за 4 перехода — черновое и получистовое точение, предворительное и чистовое шлифование.

Расчетная формула для наружных циллиндрических поверхностей:

. (2.1)

Значение составляющей припуска с определяется как векторная сумма пространственных отклонений; для диаметральных размеров погрешность пространственного отклонения формы и взаимного расположения поверхностей заготовки:

(2.2)

где с_см - результат смещения половинок штампа по разъему или половинок литейной формы,

с_кор — величина коробления заготовки, проявляется в виде отклонения оси заготовки, для заготовок типа валов:

с_кор=?· l.(2.3)

Для последующих технологических переходов:

с_i=k_i· с_заг , (2.4)

где k_i — коэффициент уточнения: k₁=0,06; k₂=0,05; k₃=0,04; k₄=0,0.

Погрешность установки _у также определяется как векторная сумма погрешности базирования _б и погрешности закрепления _з. Так как предвидеть направления векторов затруднительно, суммируют по правилу квадратного корня:

.(2.5)

В случае установки заготовок в самоцентрирующем трехкулачковом патроне погрешность базирования не имеет места (_б=0); погрешность закрепления _з возникает в результате смещения обрабатываемых поверхностей от действия зажимной силы, она зависит от размеров заготовки и от параметров качества базовой поверхности [17, 19].

Расчет припусков на обработку литой заготовки

Рассмотрим обработку заготовок из интервалов рзмеров 18−30 мм и 120−180 мм за три и за четыре этапа обработки. Предположим, что при обработке за три этапа выполняют токарную чистовую, токарную получистовую операции и чистовое шлифование. А при обработке за четыре этапа — токарную чистовую, токарную получистовую операции и получистовое и чистовое шлифование Значения составляющих элементов припуска Rz_i, h_i, с_i, _i для заготовок получаемых литьем определяем по ГОСТ 26 645–85 или по справочникам [14, 15, 17,20, 26], полученные значения заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 — Данные для расчета припусков на обработку заготовок

Составим аналогичню таблицу исходных данных для заготовок из интервала рзмеров 120−180 мм.

Таблица 2.2 — Данные для расчета припусков на обработку заготовок

По полученным результатам построим графики распределения припусков по этапам обработки. Вдоль оси абсцис через равные интервалы откладываем номера переходов механической обработки заготовок, вдоль оси ординат — значения припусков, соответствующие каждому из этих переходов.

Рисунок 2.1 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.2 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Рисунок 2.3 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.4 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Графики распределения припусков на обработку для литых заготовок из остальных интервалов размеров приведены в приложении А. Данные для определения припусков расчетно-аналитическим методом приведены в приложении Г в таблице Г. 1.

Расчет припусков на обработку штмпованной заготовки

Рассмотрим заготовки из тех же интервалов размеров 18−30 мм и

120−180 мм, что и для литых заготовок. Значения составляющих элементов припуска Rz_i, h_i, с_i, _i для заготовок получаемых штамповкой определяем по ГОСТ 7505–89 или по справочникам [14, 15, 17,20, 26], полученные значения заносим в таблицу.

Таблица 2.3 — Данные для расчета припусков для штампованных заготовок

Составим таблицу для заготовок из интервала размеров 120−180 мм.

Таблица 2.4 — Данные для расчета припусков для штампованных заготовок

По полученным результатам также построим графики распределения припусков по этапам обработки. Вдоль оси абсцис через равные интервалы откладываем номера переходом механической обработки заготовок, вдоль оси ординат — значения припусков, соответствующие каждому из этих переходов.

Рисунок 2.5 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.6 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Рисунок 2.7 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.8 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Графики распределения припусков на обработку для штампованных заготовок из остальных интервалов размеров приведены в приложении Б. Данные для определения припусков расчетно-аналитическим методом приведены в приложении Г в таблице Г. 2.

Расчет припусков на обработку кованой заготовки

Значения составляющих элементов припуска Rz_i, h_i, с_i, _i для заготовок получаемых штамповкой определяем по ГОСТ 7062–90 или по справочникам [14, 15, 17,20, 26], полученные значения заносим в таблицу.

Таблица 2.5 — Данные для расчета припусков для кованых заготовок

Составим таблицу для заготовок из интервала размеров 120−180 мм.

Таблица 2.6 — Данные для расчета припусков для кованых заготовок

По полученным результатам построим графики распределения припусков по этапам обработки.

Рисунок 2.9 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.10 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Рисунок 2.11 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.12 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Графики распределения припусков на обработку для штампованных заготовок из остальных интервалов размеров приведены в приложении В. Данные для определения припусков расчетно-аналитическим методом приведены в приложении Г в таблице Г. 3.

2.2 Определение припусков на механическую обработку опытно-статистический методом

Определим припуски на обработку по опытно-статистическому методу, согласно данному методу по таблицам определяется общий припуск, который потом распределяется по переходам. Существуют следующие рекомендации распределения припуска на механическую обработку:

— 70% суммарного припуска отводится на черновую обработку;

— 30% - на чистовую.

Если же маршрут механической обработки состоит из черновой, получистовой и чистовой обработки, то:

— 60% припуска отводится на черновую обработку;

— 30% - на получистовую;

— 10% - на чистовую.

Определение припусков для литых заготовок

По ГОСТ 26 645–85 определяем общие припуски на обработку литых заготовок и распределяем их по переходам. Результаты приведены в таблице.

Таблица 2.7 — Значения припусков, определенные по ГОСТ 26 645–85

По этим данным также строим графики распределения припусков на обработку.

Рисунок 2.13 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.14 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Рисунок 2.15 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.16 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Графики распределения припусков по этапам обработки для остальных интервалов размеров приведены в приложении А. Результаты расчетов припусков на обработку опытно-статистическим методом дл литых заготовок приведены в приложении Г в таблице Г. 4.

Определение припусков для штампованных заготовок

По ГОСТ 7505–89 определяем общие припуски на обработку штампованных заготовок и распределяем их по переходам. Результаты приведены в таблице.

Таблица 2.8 — Значения припусков, определенные по ГОСТ 7505–89

По этим данным также строим графики распределения припусков на обработку.

Рисунок 2.17 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.18 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Рисунок 2.19 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.20 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Графики распределения припусков по этапам обработки для остальных интервалов размеров приведены в приложении Б. Результаты расчетов припусков на обработку опытно-статистическим методом дл штампованных заготовок приведены в приложении Г в таблице Г. 5.

Определение припусков для штампованных заготовок

По ГОСТ 7062–90 определяем общие припуски на обработку кованных заготовок и распределяем их по переходам. Результаты приведены в таблице.

Таблица 2.9 — Значения припусков, определенные по ГОСТ 7062–90

По этим данным также строим графики распределения припусков на обработку.

Рисунок 2.21 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.22 — График распределения припусков при обработке за 3 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Рисунок 2.23 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 18−30 мм Рисунок 2.24 — График распределения припусков при обработке за 4 перехода для заготовок из интервала размеров 120−180 мм Графики распределения припусков по этапам обработки для остальных интервалов размеров приведены в приложении А. Результаты расчетов припусков на обработку опытно-статистическим методом дл литых заготовок приведены в приложении Г в таблице Г. 6.

Сравнив все построенные графики распределения припусков на обработку по стадиям обработки, видим что они похожи между собой. Несмотря на то, что они имеют определенные различия в зависимости от способа получения заготовки и ее размеров, эти различия незначительны и вызваны погрешностями расчетов и довольно обобщенными значениями составляющих элементов припуска. Графики, построенные по значениям припусков из ГОСТов более плавные, чем графики построенные по расчетным значениям. Это связано с тем, что распределение припусков по операциям приблизительное, в процентах от общего припуска. С увеличение интервала размеров заготовок увеличивается кривизна графика распределения припусков.

В связи с этим можно сделать вывод, что величина припуска на механическую обработку распределяется по экспонентной зависимости, и данная зависимость имеет место для всех интервалов размеров заготовок, независимо от способов получения заготовки и методов ее обработки.

2.3 Определение зависимости распределения припуска по этапам обработки

В результате выполненных ранее расчетов были определены значения припусков на механическую обработку заготовок и построены графики зависимости величины припуска от этапа обработки заготовки. Сравнив все построенные графики распределения припусков на обработку по стадиям обработки, видим, что они похожи между собой. Несмотря на то, что они имеют определенные различия в зависимости от способа получения заготовки и ее размеров, эти различия незначительны и вызваны погрешностями расчетов и довольно обобщенными значениями составляющих элементов припуска.

Рассмотрим полученные зависимости более подробно и определим в какой зависимости от этапа обработки находится припуск. В качестве примера на рисунках 2.25 — 2.27 приведены графики распределения припусков для заготовок из интервала размеров 50−80 мм, полученных тремя разными способами.

Рисунок 2.25 — График распределения припусков по этапам обработки для штампованных заготовок Рисунок 2.26 — График распределения припусков по этапам обработки для литых заготовок Рисунок 2.27 — График распределения припусков по этапам обработки для кованых заготовок По виду данных экспериментальных кривых можно сделать вывод, что величина припуска на механическую обработку заготовок находиться в экспонентной зависимости от этапа обработки. Ориентировочно данную зависимость можно описать с помощью уравнения экспоненты:

у=е^СХ.(2.6)

Коэффициент с учитывает то, что рассматриваемая нами зависимость является убывающей, а не возрастающей, в отличии от стандартной экспонентной зависимости у=е^Х. Для удобства дальнейших расчетов значение е^С можно заменить коэффициентом b. Тогда рассматриваемое нами уравнение примет вид

у=b^Х.(2.7)

Проанализировав приведенные на рисунках 2.28 — 2.33 графики распределения припусков для штампованных заготовок разных размеров, видим, что с увеличением интервала размеров обрабатываемой заготовки значения припусков увеличиваются, это также необходимо учесть в формуле распределения. Поэтому введем коэффициент а, который будет учитывать интервал размеров.

Рисунок 2.28 — График распределения припусков по этапам обработки для штампованных заготовок из интервала 3−6мм Рисунок 2.29 — График распределения припусков по этапам обработки для штампованных заготовок из интервала 6−10мм Рисунок 2.30 — График распределения припусков по этапам обработки для штампованных заготовок из интервала 10−18мм Рисунок 2.31 — График распределения припусков по этапам обработки для штампованных заготовок из интервала 50−80мм Рисунок 2.32 — График распределения припусков по этапам обработки для штампованных заготовок из интервала 180−250мм Рисунок 2.33 — График распределения припусков по этапам обработки для штампованных заготовок из интервала 400−500мм Для заготовок, получаемых способами литья и ковки значения припусков также увеличиваются с увеличением размеров заготовок.

С учетом всех изменений формула распределения величины припуска в зависимости от этапа обработки будет выглядеть так:

у=a· b^X . (2.8)

Значение у в данной формуле соответствует значению припуска на текущем этапе обработки, а значение х учитывает квалитет точности на данном этапе обработки. Остальные параметры приведенной формулы можно определить с помощью метода наименьших квадратов.

2.4 Выводы

припуск заготовка деталь машина

1 Значения припусков, полученные расчетно-аналитическим методом и опытно-статистическим (табличным), показывают, что табличный метод менее точный, значения припусков завышены он является экономически менее эффективным.

2 В ходе выполнения работы были построены графики распределения припусков на обработку в зависимости от стадии обработки для различных методов получения заготовок. Анализ данных графиков показал, что припуски на обработку распределяются по экспонентной зависимости, не зависимо от размеров заготовки и от способа ее получения. Определены факторы, которые влияют на характер этого распределения, а именно интервал размеров заготовки и количество этапов обработки. Определено уравнение, описывающее данную зависимость, имеет вид у=a· b^X. Значение у в данной формуле соответствует значению припуска на текущем этапе обработки, а значение х учитывает квалитет точности на данном этапе обработки. Остальные параметры приведенной формулы можно определить с помощью метода наименьших квадратов.