Тимирязев В.А. и др. Основы технологии машиностроения

Министерство образования и науки Российской Федерации РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА имени И. М. ГУБКИНА Кафедра стандартизации, сертификации и управления качеством производства нефтегазового оборудования

В. А. ТИМИРЯЗЕВ, В. А. ЯСАШИН В. Н. АГЕЕВА, Д. В. ГОЛОЛОБОВ

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ Учебно-методическое пособие по практическим занятиям и самостоятельной работе

Москва 2014

УДК 621.77

Р е ц е н з е н т: д.т.н., профессор кафедры «Стандартизация, сертификация и управление качеством производства нефтегазового оборудования» М. З. Хостикоев

В. А. Тимирязев, В. А. Ясашин, В. Н. Агеева, Д. В. Гололобов Основы технологии машиностроения: Учебно-методиче-

ское пособие по практическим занятиям и самостоятельной работе. – М.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2014. – 171 с. Настоящее пособие предназначено для бакалавров направления подготовки 15.03.02 (151000) «Технологические машины и оборудование»: профили «Морские нефтегазовые сооружения», «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов», «Оборудование нефтегазопереработки» и направления 15.03.01 (150700) «Машиностроение»: профили «Оборудование и технология сварочного производства», «Оборудование и технология повышения износостойкости и восстановление деталей машин и аппаратов». Рассмотрены содержание и методика выполнения практических занятий и самостоятельной работы по дисциплине «Основы технологии машиностроения».

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств», «Автоматизация технологических процессов и производств (нефтегазовая отрасль)».

© Тимирязев В. А., Ясашин В. А., Агеева В. Н., Гололобов Д. В., 2014 © РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2014

Содержание Практическое занятие № 1. Четыре вида поверхностей деталей машин ........................................................................................................................4 Практическое занятие № 2. Конструкторские базы деталей машин ........13 Практическое занятие № 3. Выявление конструкторских размерных цепей ...................................................................................................................25 Практическое занятие № 4. Расчет конструкторских размерных цепей методами взаимозаменяемости .................................................................34 Практическое занятие № 5. Расчет конструкторских размерных цепей методами регулировки и пригонки ...........................................................52 Практическое занятие № 6. Выбор технологических баз деталей ............65 Практическое занятие № 7. Расчет точности замыкающего звена размерной цепи для одного и для партии изделий ..............................................73 Практическое занятие № 8. Выбор технологических баз для обработки большинства поверхностей детали .............................................................82 Практическое занятие № 9. Разработка технологических маршрутов изготовления деталей машин ............................................................................91 Практическое занятие № 10. Разработка техпроцесса сборки узла.........101 Практическое занятие № 11. Три метода получения и измерения размеров деталей машин .....................................................................................110 Практическое занятие № 12. Назначение припусков на изготовление детали аналитическим методом .....................................................................119 Практическое занятие № 13. Аналитический расчет режимов обработки поверхностей детали ..................................................................................154 Задания для самостоятельной работы студентов ...................................159 Самостоятельная работа №1...........................................................................159 Самостоятельная работа №2...........................................................................160 Самостоятельная работа №3...........................................................................164 Литература ......................................................................................................170

3

Практическое занятие 1 ЧЕТЫРЕ ВИДА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Цель практического занятия Освоить методику выявления на деталях машин четырех видов поверхностей, каждая из которых выполняет свое функциональное назначение. План проведения занятия 1. Изучить чертеж предложенного узла машины. 2. Определить служебное назначение каждой из деталей узла. 3. Выявить основные базирующие поверхности деталей. 4. Найти исполнительные поверхности и вспомогательные базы деталей. 5. Определить свободные поверхности деталей. 6. Обозначить четыре вида поверхностей на каждой из деталей предложенного узла соответствующими символами. 7. Дать короткую формулировку состава поверхностей, определяющих геометрию каждой из деталей узла (пример таких формулировок приведен ниже). 8. Оформить и сдать работу. Основные теоретические положения Виды поверхностей деталей машин. Различные поверхности деталей машин в общем случае могут быть классифицированы по функциональному назначению на 4 вида [1]. 1. Исполнительные поверхности  которыми деталь выполняет свое служебное назначение (поверхности детали, с помощью которых реализуется ее служебное назначение). 2. Основные базирующие поверхности (основные конструкторские базы детали) – при помощи которых определяется поло4

жение детали в машине. Основные базы детали должны включать три базовые поверхности, определяющие одну из трех типовых схем базирования. 3. Вспомогательные базирующие поверхности  при помощи которых определяется положение других деталей, присоединяемых к данной. У многих деталей вспомогательные базы выполняют функцию исполнительных поверхностей. 4. Свободные поверхности  которые не соприкасаются, не контактируют с поверхностями других деталей. Во многих случаях вспомогательные базы деталей выполняют роль исполнительных поверхностей. В качестве примера на рис. 1.1 представлен вал редуктора с установленным на нем зубчатым колесом. Исполнительными поверхностями зубчатого колеса являются боковые поверхности зубьев, обеспечивающие передачу крутящего момента от одного колеса к другому. Основными конструкторскими базами зубчатого колеса являются базовое отверстие, левый торец и шпоночный паз в отверстии, по которым зубчатое колесо устанавливается на вал

Рис. 1.1. Схема расположения 2-х видов поверхностей на деталях редуктора: (…) – основные базы; (xxx) – вспомогательные базы 5

(рис. 1.1). Основные базы деталей обозначены точками. В свою очередь, основными базами вала являются опорные шейки под подшипники, торец буртика и шпоночный паз на конце вала, через который передается крутящий момент на вал. Подшипники, определяющие положение вала, установлены в отверстие корпуса. Основными базами подшипника являются цилиндрическая поверхность наружного кольца и его торец, который упирается в крышку. Две крышки закрывают отверстие в корпусе. Основными базами крышки являются фланец и центрирующий поясок, по которым крышка базируется в корпусе. Положение зубчатого колеса на валу определяют вспомогательные базы вала – это центральная ступень вала и торец его буртика. На рисунке 1.1 вспомогательные базы деталей обозначены крестиками. Отверстия, в которых установлены подшипники, являются вспомогательными базами корпуса. Роль вспомогательных баз выполняют также две торцевые поверхности корпуса, которые определяют положение крышек. В свою очередь, вспомогательной базой крышки является ее торец, который определяет осевое положение наружного кольца подшипника. Свободные поверхности деталей на схеме обозначены значком. Таким образом, для деталей редуктора (рис. 1.1) следует записать: Шестерня. Исполнительные поверхности: боковые поверхности зубьев. Основные базы: отверстие, левый торец; паз под шпонку. Вспомогательные базы: правый торец, определяющий осевое положение втулки. Вал. Основные базы: опорные шейки под подшипники, левый торец буртика, который упирается во внутреннее кольцо подшипника, шпоночный паз на конце вала. Вспомогательные базы: ступени вала, определяющие положение шестерни и втулки, торец, определяющий положение шестерни, и шпоночный паз, определяющий положение шпонки. 6

Подшипник. Основные базы: наружное кольцо, которое входит в отверстие корпуса; торец наружного кольца, который упирается в буртик крышки; Третья базовая поверхность, определяющая угловое положение наружного кольца является скрытой, конструктивно не оформленной базой. Она формируется в результате натяга, возникающего при запрессовке наружного кольца подшипника в отверстие корпуса. Вспомогательные базы: внутреннее кольцо, торец, определяющий положение вала. Крышка. Основные базы: торец, который контактирует с корпусом, центрирующий поясок, который входит в отверстие, отверстия под винты. Вспомогательные базы: торец крышки, определяющий положение наружного кольца подшипника. Анализ приведенной на рис. 1.1 схемы показывает, что соединение деталей в машинах происходит путем совмещения основных базирующих поверхностей присоединяемой детали, например, зубчатого колеса, со вспомогательными базирующими поверхностями базовой детали – вала. Если с основными базами присоединяемой детали – шестерни (см. рис. 1.2) связать координатную систему  X , Y , Z  , а со вспомогательными базами базовой детали – вала координатную систему ( x, y, z ), то сборку деталей можно представить как совмещение координатной системы основных баз шестерни  X , Y , Z  с координатной системой вспомогательных баз вала ( x, y, z ):

 X , Y , Z   ( x, y , z )  у

Отклонение одной координатной системы относительно другой характеризует погрешность установки зубчатого колеса на вал  у , которая определяется вектором 7

 у   a y , by , c y ,  y ,  y ,  y  ,

где a y , by , c y  параметры смещения,  y ,  y ,  y  параметры поворот одной координатной системы относительно другой.

Рис. 1.2. Схема формирования составляющих погрешности установки в процессе соединения деталей

Так как положение детали в изделии определяют ее основные базы, а работает деталь в изделии исполнительными поверхностями или вспомогательными базами, то наиболее важными размерами детали, простановка которых на чертеже обязательна, являются линейные и угловые размеры, определяющие положение вспомогательных баз детали относительно ее основных баз. Вопросы для обсуждения 1. Что такое исполнительные поверхности детали? 2. Назовите четыре вида поверхностей деталей машин, определяемые их функциональным назначением. 3. Какие функции выполняют основные базы детали? 4. Какие функции выполняют вспомогательные базы детали? 5. По каким поверхностям осуществляется соединение деталей при сборке? 6. Назовите составляющие вектора погрешности установки детали. 8

Приложение П1 Пример выявления функционального назначения поверхностей деталей редуктора

Рис. 1.3. Схема обозначения функционального назначения поверхностей деталей редуктора: ИП – исполнительные поверхности; (....) – основные базы; (ххх) – вспомогательные базы; (  ) – свободные поверхности

Зубчатое колесо Исполнительные поверхности: Боковые поверхности зубьев колеса. Основные базы: 1  цилиндрическая поверхность отверстия колеса; 2  левый торец колеса, который упирается в буртик вала; 3  шпоночный паз, определяющий угловое положение вала. Вспомогательные базы: правый торец колеса, определяющий положение втулки. Свободные поверхности: поверхности, которые не соприкасаются с поверхностями других деталей. Вал Основные базы: 1  две опорные шейки под подшипники; 2  торец буртика, который упирается во внутреннее кольцо подшипника; 3  шпоночный паз на конце вала. 9

Вспомогательные базы (они же исполнительные поверхности): 1  ступени вала, определяющие положение зубчатого колеса, двух втулок и колеса, установленного на выходе вала; 2   правый торец буртика, который определяет положение зубчатого колеса и шпоночные пазы, определяющие положение шпонок. Свободные поверхности  расположены по контуру колеса, которые не соприкасаются с поверхностями других деталей. Подшипник качения (левый) Основные базы: 1  цилиндрическая поверхность наружного кольца, которое устанавливается в корпус; 2  левый торец наружного кольца, который упирается в крышку; 3  скрытая база, которая определяется натягом, возникающим при запрессовке наружного кольца в корпус. Вспомогательные базы (они же исполнительные поверхности): 1. Цилиндрическая поверхность внутреннего кольца, в которое входит опорная шейка вала. 2. Правый торец внутреннего кольца, определяющий положение вала. Свободные поверхности  поверхности, которые не соприкасаются с поверхностями других деталей. Подшипник качения (правый) Основные базы: Основные базы: 1  цилиндрическая поверхность наружного кольца, которое устанавливается в корпус; 2 – правый торец наружного кольца, который упирается в крышку; 3  скрытая база, которая определяется натягом, возникающим при запрессовке наружного кольца в корпус. 10

Вспомогательные базы (они же исполнительные поверхности): 1   цилиндрическая поверхность внутреннего кольца, в которое входит опорная шейка вала; 2   левый торец внутреннего кольца, определяющий положение втулки. Свободные поверхности: которые не соприкасаются с поверхностями других деталей. Крышка (левая) Основные базы: 1  торец крышки, который упирается в корпус; 2  цилиндрическая поверхность центрирующего пояска, которая входит в отверстие; 3  отверстие под крепежные винты. Вспомогательные базы (они же исполнительные поверхности): торец центрирующего пояска, определяющий положение наружного кольца подшипника. Свободные поверхности  которые не соприкасаются с поверхностями других деталей. Втулка Основные базы: 1  отверстие, по которому втулка базируется на валике; 2  левый торец, который упирается в колесо; 3  скрытая база, образуемая силами трения. Вспомогательные базы (они же исполнительные поверхности)  правый торец втулки, определяющий положение внутреннего кольца подшипника Свободные поверхности  наружная цилиндрическая поверхность втулки.

11

Уплотнение Исполнительные поверхности  цилиндрическая поверхность отверстия, которая обеспечивает герметичность по цилиндрической поверхности втулки. Основные базы  составляющие клинообразной круговой поверхности, по которым уплотнение базируется в крышке. Свободные поверхности  которые не соприкасаются с поверхностями других деталей. Шпонка Основные базы  основание и контурная поверхность, по которым шпонка входит в вал. Вспомогательные базы  две плоские поверхности, которыми шпонка входит в шпоночный паз зубчатого колеса. Свободные поверхности  которые не соприкасаются с поверхностями других деталей.

12

Практическое занятие 2 КОНСТРУКТОРСКИЕ БАЗЫ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Цель практического занятия Освоить методику выявления конструкторских баз деталей узла машины. План проведения занятия 1. Нарисовать эскизы деталей предложенного узла. 2. Для каждой детали выявить базовые поверхности, образующие комплект ее основных баз (см. приложение 2.1). 3. Построить на основных базовых поверхностях каждой детали координатную систему основных конструкторских баз с указанием параметров подвижности (а, b, c, , , ) . 4. Определить схему базирования каждой из деталей узла. 5. Нанести на основные базы рассматриваемых деталей теоретические опорные точки, определяющие соответствующую схему базирования. 6. Построить матрицы соответствия опорных точек и отнимаемых параметров подвижности. 7. Оформить и сдать работу. Основные теоретические положения Под базированием понимают придание детали требуемой точности относительно положения при лишении ее всех шести степеней свободы. В свою очередь, поверхность или сочетание поверхностей, а также ось или точка, принадлежащие заготовке, детали или из-делию, которые используют для базирования, называют базами [1]. В зависимости от функционального назначения базы различают конструкторские, технологические и измерительные. 13

Конструкторские базы используют для определения положения детали или сборочной единицы в изделии. Следует различать основные и вспомогательные конструкторские базы. С помощью основных конструкторских баз осуществляется базирование самой детали или сборочной единицы в изделии, а с помощью вспомогательных баз определяется положение других деталей, присоединяемых к данной. Различные по форме и размерам детали машин в общем случае могут быть забазированы по одной из трех типовых схем: 1) по трем плоскостям (базирование в координатный угол); 2) с использованием двойной опорной базы; 3) с использованием двойной направляющей базы. Базирование по трем плоскостям (в координатный угол). При этой схеме происходит совмещение трех базовых поверхностей присоединяемой детали с тремя поверхностями базовой детали. Любое твердое тело, расположенное в пространстве, например призматическая деталь (см. рис. 2.1), имеет шесть степеней свободы, определяемые вектором подвижности  = (а, b, c, , , ), где а, b, c  параметры смещения в направлении соответствующих координатных осей X, Y, Z; , ,   параметры поворота вокруг соответствующих координатных осей. Лишение детали всех шести степеней свободы достигается путем наложения на нее двухсторонних связей. Это показано на примере призматической детали, представленной на рис. 2.1. Если на базирующей поверхности детали Х0Y взять точку 1 и связать ее с соответствующей точкой 1', расположенной в координатной плоскости xoy, то деталь будет лишена одной степени свободы  параметра с, т.е. возможности перемещения в направ14

лении оси Z. Если на плоскости Х0Y взять точку 2 и наложить на нее двухстороннюю связь, то деталь будет лишена второй степени свободы  параметра , т.е. возможности вращения вокруг оси . Возьмем на плоскости Х0Y детали точку 3 и также наложим на нее двухстороннюю связь. В результате деталь будет лишена еще одной степени свободы  параметра , т.е. возможности поворота вокруг оси X.

Рис. 2.1. Схема наложения связей для лишения детали шести степеней подвижности

Базирующая поверхность, на которой располагаются три опорные точки Т1, Т2, Т3, отнимающие у детали три степени свободы  одно смещение, например с, и два поворота, например  и , называется установочной базой:  Т1   c  Т 2      .     Т 3    

В рассматриваемом примере установочной базой является плоскость Х0Y. Для лишения детали оставшихся степеней свободы возьмем на координатной плоскости X0Z точку 4 и наложим двухстороннюю связь, связав ее с соответствующей точкой 4', расположенной в плоскости xoz. В результате деталь будет 15

лишена еще одной степени свободы  параметра b, что исключает возможность ее перемещения в направлении оси Y. Затем возьмем на плоскости Х0Z точку 5 и свяжем ее с соответствующей точкой 5'. Это позволит наложить на деталь еще одну связь, которая исключает возможность поворота детали вокруг оси Z и отнимает еще одну степень свободы  параметр . Базирующая поверхность, на которой располагаются две опорные точки Т4, Т5, отнимающие у детали две степени свободы  одно смещение, например, b, и один поворот , называется направляющей базой:

Т 4  b  Т 5      .     В данном случае направляющей базой является координатная плоскость Х0Z. Для лишения детали последней степени свободы  возможности перемещения в направлении оси X (параметр а)  возьмем на координатной плоскости Y0Z точку 6 и свяжем ее с соответствующей точкой 6' на координатной плоскости yoz. Базирующая поверхность, на которой располагается одна опорная точка Т6, отнимающая у детали одну степень свободы (смещение или поворот), называется опорной базой:

Т 6   а  . В данном случае опорной базой является координатная плоскость YOZ. При контакте базирующих поверхностей присоединяемой и базовой детали, теоретически опорные точки Т1, Т2,…Т6 проявляются как точки контакта, а схема базирования по трем плоскостям (в координатный угол) условно обозначается как показано на рис. 2.2. 16

Рис. 2.2. Схема расположения опорных точек при базировании детали типа плитка по трем плоскостям

Базирование с использованием двойной опорной базы Для этой схемы базирования характерным является совмещение центра базовой поверхности присоединяемой детали с центром соответствующей поверхности базовой детали. Наглядной иллюстрацией данной схемы является базирование детали типа диска в самоцентрирующемся трехкулачковом патроне (см. рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема расположения опорных точек при базировании детали типа диска с использованием двойной опорной базы

В данном случае торец диска, определяемый координатной плоскостью Y0Z, является установочной базой, на которой располагаются три опорные точки Т1, Т2, Т3, отнимающие у детали 17

три степени свободы  возможность перемещения в направлении оси X, (параметр a) и возможность поворота вокруг осей Y и Z (параметры  и ):  Т1  а  Т 2     .     Т 3    

При одновременном перемещении в направлении центра трех самоцентрирующихся кулачков происходит совмещение центра устанавливаемой детали с центром патрона. В результате у детали отнимается две степени свободы  перемещение в направлении оси Y (параметр b  опорная точка Т4) и перемещение в направлении оси Z (параметр c  опорная точка Т5). Таким образом, ось диска выполняет роль двойной опорной базы: Т 4  b  Т 5    c  .    

Базирующая поверхность, на которой располагаются две опорные точки, отнимающая у детали две степени свободы – два смещения в направлении двух координатных осей, называется двойной опорной базой. Для лишения детали оставшейся степени свободы  возможности вращения  вокруг оси X  используется опорная база  координатная плоскость XOZ, на которой располагается точка Т6:

Т 6    . Базирование с использованием двойной направляющей базы Базирование по этой схеме обеспечивает совмещение оси базовой поверхности присоединяемой детали с осью соответствующей поверхности базовой детали. 18

Рис. 2.4. Схема расположения опорных точек при базировании валика в призматическом схвате робота диска с использованием двойной направляющей базы

На рисунке 2.4 представлена схема базирования вала в призматическом схвате робота с использованием двойной направляющей базы. Наличие в схвате двух самоцентрирующихся призматических губок позволяет при захвате вала обеспечить совмещение оси вала с осью призматического схвата. Таким образом, ось 0Y является двойной направляющей базой. Опорные точки Т1, Т2 обеспечивают направление оси вала в координатной плоскости Х0Y, отнимая у детали смещение а в направлении оси X и поворот  вокруг оси Z. Опорные точки Т3, Т4 обеспечивают направление оси вала в координатной плоскости Y0Z, отнимая у детали смещение с в направлении оси Z и поворот  вокруг оси X:  Т1   а  Т 2         . Т 3   с      Т 4    Базирующая поверхность, на которой располагается четыре опорные точки, отнимающие у детали четыре степени свободы – два смещения и два поворота в двух перпендикулярных плоскостях  называется двойной направляющей базой. 19

Помимо двойной направляющей базы в рассматриваемый комплект баз входят также две опорные базы, одна из которых отнимает одно смещение b, а вторая один поворот . Плоскость Х0Z – опорная база (точка Т5) отнимает у вала смещение

Т 5  b в направлении оси Y. В свою очередь, плоскость X0Y – опорная база (точка Т6)  отнимает у вала поворот [T6] = > [] вокруг оси Y. Правило шести точек. Анализ рассмотренных трех типовых схем базирования показывает, что все они имеют общую закономерность, которая формулируется как правило шести точек: Для лишения детали всех шести степеней свободы, определяемых вектором  = (а, b, c, , , ), необходимо и достаточно наличия шести теоретических опорных точек, которые располагаются на трех базирующих поверхностях, образующих комплект баз одной из трех типовых схем базирования. Вопросы для обсуждения

1. Что следует понимать под базированием деталей в машинах? 2. Назовите три типовые схемы базирования деталей. 3. Какие три базовые поверхности образуют схему базирования по трем плоскостям? 4. Какие три базовые поверхности образуют схему базирования с использованием двойной опорной базы? 5. Какие три базовые поверхности образуют схему базирования с использованием двойной направляющей базы? 6. В чем заключается правило шести точек? 7. С какой целью составляют матрицу соответствия опорных точек и отнимаемых степеней подвижности?

20

Приложение П2 Пример выявления конструкторских баз деталей редуктора (рис. 1.3) Зубчатое колесо  базирование с использованием двойной направляющей базы Ось базового отверстия 0Y совмещается с осью ступени вала.

Ось 0Y  двойная направляющая база, на которой расположены четыре опорные точки.  Т1   c  Т 2       Т 3   a      Т 4     Плоскость X0Z  опорная база Т 5  в Плоскость Y0Z  опорная база T 6  β

Рис. 2.5. Схема базирования зубчатого колеса

Вал  базирование с использованием двойной направляющей базы

Ось опорных шеек вала совмещается с осью, проходящей через отверстие двух подшипников. 21

 Т1   c  Т 2    Ось 0Y  двойная направляющая база.      Т 3   a      Т 4    

Рис. 2.6. Схема базирования валика

Плоскость X0Z  опорная база: Плоскость Y0Z  опорная база: Т5  в

T6  β

Подшипник  базирование с использованием двойной опорной базы

Рис. 2.7. Схема базирования подшипника 22

Ось наружного кольца подшипника совмещается с осью отверстия в корпусе. Плоскость XOZ  установочная база: Т1

в

Т2   Т3 

Ось ОY  двойная опорная база: Т4 Т5



а с

Плоскость Y0Z  опорная база: T6  β

Крышка  базирование с использованием двойной опорной базы

Ось центрирующего пояска совмещается с осью отверстия в корпусе.

Рис. 2.8. Схема базирования крышки

Плоскость X0Z  установочная баз

Т1 в Т2   Т3 

Ось 0Y – двойная опорная база Т4 с  Т5 а

Плоскость YOZ  опорная база: T6  β 23

Шпонка  базирование по трем плоскостям

Рис. 2.9. Схема базирования шпонки

Плоскость основания шпонки (XOY) совмещается с плоскостью шпоночного паза Плоскость X0Y  установочная база: Т1 c Т2    Т3

Плоскость симметрии шпонки (Y0Z) совмещается с плоскостью симметрии вала. Плоскость Y0Z - направляющая база: Т4 a  T5 

Плоскость X0Z определяет положение шпонки в требуемом сечении вала. Плоскость X0Z – опорная база: |T6| => |b|

24

Практическое занятие 3 ВЫЯВЛЕНИЕ КОНСТРУКТОРСКИХ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ

Цель практического занятия

Освоить методику выявления конструкторских размерных цепей машин. План проведения занятия

1. Осмыслить поставленную преподавателем техническую задачу. 2. Формализовать поставленную задачу замыкающим звеном соответствующей линейной или угловой размерной цепи. 3. Выявить составляющие звенья конструкторской размерной цепи, руководствуясь изложенными ниже рекомендациями. 4. Составить уравнение размерной цепи, определив характер каждого из звеньев (увеличивающее или уменьшающее) и его принадлежность к соответствующей детали узла. 5. Используя аналогичный подход, выявить несколько конструкторских размерных цепей, определяющих решение других технических задач. 6. Определить в выявленных цепях общие звенья и общие базы, установив тем самым характер связей между размерными цепями (параллельный, последовательный или комбинированный). Основные теоретические положения

Размерные связи делятся на связи, определяющие точность расстояния и определяющие точность относительного поворота поверхностей [2]. Требуемая точность расстояний и относительных поворотов 25

обеспечивается линейными и угловыми размерами деталей, которые связывают исполнительные поверхности машин. Размеры базовых деталей, связывающие исполнительные поверхности машин, образуют замкнутый контур соответствующей размерной цепи. Совокупность размеров, расположенных по замкнутому контуру один за другим, называют размерной цепью. На рисунке 3.1 представлены схемы размерных цепей конической зубчатой передачи привода станка. Линейная размерная цепь А (рис. 3.1а) определяет совпадение вершин делительных конусов по горизонтали. Угловая размерная цепь  (рис. 3.1б) определяет точность угла скрещивания  перпендикулярность оси делительного конуса одного колеса относительно оси делительного конуса другого. В каждой размерной цепи присутствует замыкающее (исходное) звено  и составляющие звенья. Замыкающее (исходное) звено непосредственно определяет поставленную задачу. В расчетах это звено является исходным, а при сборке изделия получается как замыкающее.

а)

б)

Рис. 3.1. Схемы размерных цепей конической зубчатой передачи

26

Составляющие звенья определяют линейные или угловые размеры соответствующих деталей, которые участвуют в формировании точности замыкающего звена. Они обозначаются определенной буквой и цифрой, определяющей порядковый номер звена (Аi , i). Звенья линейных размерных цепей обозначают заглавными буквами русского алфавита А, Б, В…и др., а звенья угловых цепей обозначают малыми буквами греческого алфавита

, , , …и др. С изменением величины составляющих звеньев изменяется и величина замыкающего звена. Составляющее звено, с увеличением которого происходит увеличение замыкающего звена, называется увеличивающее. Такие звенья обозначают стрелкой, направ  ленной слева направо А4, А5 . Составляющее звено, с увеличением которого происходит уменьшение замыкающего звена, называется уменьшающее. Такие звенья обозначают стрелкой, направленной справа налево   А1, А2 . В соответствии с этим уравнение размерной цепи, определяющее номинальное значение замыкающего звена, имеет вид: i k  i  m 1  А   Аi   Аi i 1

i  k 1

  где Аi – увеличивающие составляющие звенья цепи; Аi – умень-

шающие составляющие звенья цепи; m – общее число звеньев размерной цепи, включая замыкающее; k – число увеличивающих звеньев размерной цепи. Звено, за счет изменения линейного или углового размеров которого устраняется излишняя, по сравнению с допустимой, погрешность замыкающего звена, называется компенсатором. Для выделения такие звенья обводят квадратом, как, например, 27

А4. В зависимости от решаемых задач различают конструкторские, технологические и измерительные размерные цепи. Конструкторские цепи определяют размерные связи, формируемые в конструкциях машин. Поскольку положение деталей и узлов в машинах определяют их основные базы, а работают детали своими исполнительными поверхностями или вспомогательными базами, то составляющими звеньями конструкторских размерных цепей являются расстояния и повороты, которые определяют положение исполнительных поверхностей и вспомогательных баз относительно основных баз детали. Примером конструкторских размерных цепей являются размерные цепи конической зубчатой передачи, приведенные на рис. 3.1, уравнения которых имеют вид: А =  А1  А2  А3 + А4 + А5 + А6 + А7 +А8;   1  2  3  4  5  6  7

Выявление конструкторской размерной цепи следует начинать с замыкающего звена, которое определяет решения конкретной задачи, например, необходимость достижения определенного расстояния или относительного поворота между деталями изделия. Затем, начиная с ближайшей к замыкающему звену детали, необходимо последовательно выявлять все базовые детали, определяющие положение звеньев, ограничивающих замыкающее звено. На каждой из рассматриваемых базовых деталей следует выявлять составляющее звено, т.е. необходимый размер в заданном направлении от вспомогательных баз (исполнительных поверхностей) детали до ее основных баз. Переходя таким образом от вспомогательных баз деталей к основным, следует замкнуть цепь с другой стороны соответствующим размером последней базовой детали. 28

Размерные цепи, имеющие одно или несколько общих звеньев, называют параллельно связанными. Общие звенья не рекомендуется выбирать в качестве компенсаторов, так как компенсация отклонений в одной цепи может привести к формированию отклонений в другой размерной цепи. Размерные цепи, имеющие общие базовые поверхности, называют последовательно связанными. Размерные цепи, которые имеют параллельный и последовательный вид связей, называют комбинированно связанными. Вопросы для обсуждения

1. Что следует понимать под размерной цепью? 2. Какие два вида размерных цепей Вы знаете? 3. Как обозначается замыкающее звено и составляющие звенья? 4. Что следует понимать под увеличивающими и уменьшающими звеньями цепи? 5. Какую функцию выполняет звено-компенсатор? 6. Какие связи определяют конструкторские размерные цепи? 7. Напишите уравнение размерной цепи в общем виде.

29

Приложение П3 Примеры конструкторских размерных цепей редуктора (рис. 1.3)

Рис. 3.2. Размерная цепь А, определяющая расстояние от торца колеса до стенки корпуса

Уравнение размерной цепи имеет вид: А =  А1  А2  А3  А4 + А5, где А1, А2, А3, А4, А5 – звенья размерной цепи, представляющие, соответственно, линейные размеры колеса, вала, подшипника, крышки и корпуса.

Рис. 3.3. Размерная цепь К, определяющая расстояние от торца вала до крышки 30

Уравнение размерной цепи имеет вид: К =  К1 +К2 +К3, где К1, К2, К3 – звенья размерной цепи, представляющие соответственно линейные размеры вала, подшипника и крышки.

Рис. 3.4. Размерная цепь Г, определяющая расстояние от торца вала до втулки

Уравнение размерной цепи имеет вид: Г =  Г1  Г2  Г3  Г4 + Г5. где Г1, Г2, Г3, Г4, Г5 – звенья размерной цепи, представляющие, соответственно, линейные размеры правой втулки, подшипника, левой втулки, колеса, вала.

Рис. 3.5. Размерная цепь Б, определяющая расстояние от торца вала до крышки 31

Уравнение размерной цепи имеет вид: Б = Б 1 + Б 2 + Б 3  Б 4  Б 5, где Б1, Б2, Б3, Б4, Б5 – звенья размерной цепи, представляющие, соответственно, линейные размеры вала, подшипника, крышки, корпуса, второй крышки. Угловые размерные цепи выявляют аналогично линейным цепям. Однако при этом необходимо учитывать, что угловые размеры формируются не от всех базовых поверхностей. Поэтому часто имеют место случаи, когда линейный размер на рассматриваемой поверхности формируется от одной базы, а угловой размер, принадлежащий той же поверхности, формируется от другой базы (рис. 3.6).

Рис. 3.6 Схема размерная цепи , определяющей поворот торца колеса относительно стенки корпуса: 1  ось базового отверстия колеса; 2 – ось опорной шейки вала, совпадающая с осью отверстия в подшипнике; 3  ось отверстия в корпусе под подшипник, совпадающая с осью наружного кольца подшипника

Уравнение размерной цепи имеет вид:

 =  1 +  2 + 3+ 4, где 1 ….4  угловые размеры деталей редуктора: 32

1 – перпендикулярность торца колеса относительно базового отверстия; 2 – параллельность оси ступени вала относительно оси опорной шейки вала;  3 – параллельность оси опорной шейки вала относительно оси отверстия в корпусе; 4 – перпендикулярность оси отверстия относительно стенки корпуса. Если составляющие звенья угловой цепи определены правильно и стрелки звеньев ориентированы на те базовые поверхности, от которых формируется поворот, то звенья, у которых направленность стрелок соответствует замыкающему звену, являются уменьшающими и имеют знак минус, а звенья с противоположной направленностью стрелок  увеличивающими и имеют знак плюс.

33

Практическое занятие 4 РАСЧЕТ КОНСТРУКТОРСКИХ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ МЕТОДАМИ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ

Цель практического занятия

Освоить методику расчета конструкторских размерных цепей методами взаимозаменяемости (полной, неполной, групповой). План проведения занятия

1. Выявить конструкторскую размерную цепь узла, определяющую решения поставленной задачи. 2. Рассчитать конструкторскую размерную цепь в номиналах, определив значения составляющих звеньев исходя из требуемой точности замыкающего звена. 3. Рассчитать конструкторскую размерную цепь в допусках с использованием метода полной взаимозаменяемости. 4. Задавшись определенным процентом исправимого брака и законом рассеяния отклонений на звеньях, рассчитать конструкторскую размерную цепь по методу неполной взаимозаменяемости. 5. Рассчитать конструкторскую размерную цепь с использованием метода групповой взаимозаменяемости. 6. Сравнить допуски, получаемые на составляющих звеньях при использовании трех методов взаимозаменяемости и сделать выводы. 7. Оформить и сдать отчет.

34

Основные теоретические положения

Расчет размерной цепи в номиналах. Решение прямой и обратной задачи Расчет размерной цепи включает расчет номинальных значений составляющих звеньев ( А, А1, …Аm-1 ) и допусков (T, T1, …Tm1) на все звенья цепи [2]. При этом следует различать решение прямой и обратной задачи. Решение прямой задачи означает определение требуемой точности составляющих звеньев Аi , Ti исходя из заданной точности замыкающего звена А,Т: (А, Т )  (А1, T1, …. Аi , Ti, ….. Аm1, Tm1). Решение обратной задачи означает определение точности замыкающего звена при заданной точности составляющих звеньев: (А1, T1, …. Аi , Ti, ….. Аm1, Tm1)  (А , Т). Расчет любой размерной цепи выполняют в два этапа. 1. На первом этапе рассчитывают размерную цепь в номиналах. Расчет выполняют согласно уравнению размерной цепи, которое в общем случае имеет вид:  i  m 1  А   Аi   Аi i k

i 1

i  k 1

2. На втором этапе выполняют расчет размерной цепи в допусках с учетом выбираемого метода достижения точности замыкающего звена. Для достижения требуемой точности замыкающего звена при сборке изделий и при изготовлении деталей применяют пять методов: полной взаимозаменяемости, неполной (частичной) взаимозаменяемости, групповой взаимозаменяемости, регулировки и пригонки. Рассмотрим расчеты размерных цепей в допусках при использовании всех пяти методов достижения точности. 35

Достижение точности методом полной взаимозаменяемости

Сущность метода полной взаимозаменяемости заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается путем включения в размерную цепь составляющих звеньев без какого-либо выбора, подбора или изменения их величин. Согласно методу полной взаимозаменяемости допуск на замыкающем звене Т должен быть равен сумме допусков Тi составляющих звеньев: m 1

Т    Тi

(4.1)

i 1

где m –число звеньев размерной цепи. При решении прямой задачи расчет по этому методу начинают с определения среднего допуска на составляющие звенья: Т ср 

Т m 1

.

(4.2)

Ориентируясь на полученное значение среднего допуска Тср, назначают допуски на все составляющие звенья, учитывая при этом сложность изготовления каждой детали. При этом назначают не только допуски на составляющие звенья Тi, но и допускаемые предельные отклонения (вi , нi): (Т1 , в1 , н1), (Т2 , в2 , н2)… (Тi , вi , нi)… (Тm-1 , вm-1 , нm-1). Затем по формуле (4.2) определяют правильность назначения допусков. Однако этого не достаточно. Допуск на замыкающем звене может быть по-разному расположен относительно номинала. Поэтому необходимо рассчитать получаемые на замыкающем звене предельные отклонения в, н, т.е. необходимо проверить пра36

вильность назначения предельных отклонений (вi, нi) на составляющих звеньях. Для этого используют следующие формулы: i k  i  m 1   в   iв   iн ; i 1

 н

i  k 1

 н i  m 1  в   i   i . ik

i 1

i  k 1

(4.3)

(4.4)

При расчете точности с использованием координат середин полей допусков oi для проверки определяют координату середины поля допуска замыкающего звена 0. Она рассчитывается как алгебраическая сумма координат середин полей допусков увеличивающих и уменьшающих звеньев: ik  i  m 1   0     0i    0i (4.5) i 1

i  k 1

  где  0i ,  0i  координаты середин полей допусков увеличиваю-

щих и уменьшающих звеньев. Затем по формулам (4.6), (4.7) рассчитывают получаемые предельные отклонения на замыкающем звене и сравнивают их с требуемыми значениями.  в

 0 

 н   0  

1 i  m 1 2

 Тi ;

i 1

1 i  m 1 2

 Тi .

i 1

(4.6) (4.7)

Метод полной взаимозаменяемости целесообразно использовать для достижения высокой точности в малозвенных размерных цепях. Его применение особенно эффективно в условиях поточного производства при больших программах выпуска. При широком допуске на замыкающем звене этот метод можно эффективно применять и в многозвенных цепях. 37

Достижение точности методом неполной взаимозаменяемости

Сущность метода неполной (частичной) взаимозаменяемости заключается в том, что требуемая точность на замыкающем звене размерной цепи достигается не у всех изделий, а у подавляющего их большинства при включении в размерную цепь составляющих звеньев без какого-либо выбора, подбора или изменении их величин. Этот метод основан на использовании положения теории вероятности, согласно которому формирование в одном изделии  увеличивающих звеньев с наибольшими отклонениями iв и  уменьшающих звеньев с наименьшими отклонениями iн практически маловероятно. Фактические отклонения на составляющих звеньях группируются вокруг их средних значений. При данном методе представляется возможным за счет определенного процента исправимого брака расширить допуски на составляющие звенья по сравнению с методом полной взаимозаменяемости, до экономически целесообразных значений. При этом методе допуск на замыкающем звене определяется выражением: Т  t

m 1

 Т i 1

2 i

2 i

(4.8)

где Тi – допуски на составляющие звенья; i – коэффициент, характеризующий закон рассеяния отклонений на i-ом составляющем звене; t – коэффициент риска, характеризующий процент изделий, у которых отклонения на замыкающем звене выходят за пределы установленного допуска. Выполнение расчетов с достаточной для практики точностью возможно при описании распределения отклонений на составляющих звеньях с помощью трех следующих законов: 38

1) нормального рассеяния (закон Гаусса), его действие проявляется в условиях крупносерийного и массового производства, для него 2 = 1/9; 2) треугольника (закон Симпсона), его действие проявляется в серийном производстве и для него 2 = 1/6. 3) равной вероятности, его действие проявляется в единичном и мелкосерийном производстве, для него 2 = 1/3. Коэффициент риска t, характеризующий допускаемый процент брака, представляет собой отношение t = Ti / 2i или t = xi / i где i  среднеквадратическое отклонение; хi – отклонение равное половине поля допуска замыкающего звена. Между принимаемым коэффициентом риска t и допускаемым процентом брака P% имеет место определенное соответствие: Р% t

32 1

10 1,65

4,5 2,0

1,0 2,57

0,27 3.0

0,1 3.29

0,01 3.89

Получаемый при этом брак является исправимым. Бракованные изделия разбирают, детали опять раскладывают по группам, а затем повторно собирают. И при другом сочетании деталей, входящих в сборочную единицу, собранное изделие оказывается годным. Координату середины поля допуска замыкающего звена 0 при этом методе рассчитывают так же, как и при методе полной взаимозаменяемости: ik  i  m 1   0     0i    0i . i 1

i  k 1

При решении прямой задачи расчет точности выполняют в следующем порядке: 39

1. Допуская определенный процент брака, принимают коэффициент t, а затем зная характер производства, определяют коэффициент 2 и рассчитывают средний допуск на составляющие звенья: Т ср 

Т 2

t λ ( m  1)



(4.9)

где m – число звеньев в цепи. 2. Ориентируясь на Тср назначают допуски и предельные отклонения на составляющие звенья с учетом сложности изготовления каждой детали: Т1(в, н) ….. Тm1(вm-1, нm1). 3. Затем выполняют проверку по формулам: 1

m 1

2

i 1

 в   0   t  i2Т i2 ;  н

1

m 1

2

i 1

  0   t  i2Т i2 .

(4.10)

(4.11)

Если необходимо выявить возможный процент брака при назначенных допусках на составляющие звенья Ti или при известных полях рассеяния i отклонений, то применяют формулу: t

Т i  m 1



i 1

.

(4.12)

2 2

 i i

Метод используется для достижения точности в многозвенных цепях. Наиболее точные результаты достигаются при больших количествах сборок в крупносерийном и массовом производствах.

40

Достижение точности методом групповой взаимозаменяемости

Сущность метода групповой взаимозаменяемости заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена достигается путем включения в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих к одной из групп, на которые звенья были предварительно рассортированы. 1. Вначале задачу пытаются решить с использованием метода полной взаимозаменяемости и по формуле (4.2) находят средний допуск для составляющих звеньев: Т ср 

Т m 1

.

2. Если полученный допуск Тср. оказывается по величине маленьким (жестким), то его увеличивают в n раз, Тср=n Тср

(4.13)

где n – предполагаемое число групп сортировки. В результате получаем расширенный средний допуск. 3. Ориентируясь на Тср, назначают расширенные допуски на составляющие звенья Тi, величина которых должна быть кратна числу n. При этом необходимо учитывать два расчетных условия реализации данного метода: Условие 1 сумма допусков увеличивающих звеньев должна равняться сумме допусков уменьшающих:  i  m 1   Т i   Т i ,

i k

i 1

i  k 1

где k – число увеличивающих звеньев размерной цепи. 41

(4.14)

Условие 2  координата середины поля допуска, получаемая на замыкающем звене при расширенных допусках 0, должна быть равна требуемой координате середины поля допуска: i k

i  m 1

i 1

ik

0    0i   0i   0i .

(4.15)

Для эффективной реализации этого метода необходимо также выполнение следующих двух технологических условий. 1. Допуски на составляющие звенья, ограничивающие относительный поворот, отклонения формы и шероховатость поверхностей деталей, должны соответствовать не расширенным допускам Тi, а устанавливаться в соответствии с численными значениям групповых допусков Тi / n. 2. Обеспечение идентичность законов рассеяния отклонений на составляющих звеньях. Данное условие вытекает из необходимости получения комплектности деталей для собираемых изделий. Невыполнение этого условия приводит к тому, что в одинаковых группах оказывается различное число деталей. Различные смещения центра группирования отклонений относительно середины поля допуска у двух соединяемых деталей 1  2 приводят к формированию разного числа парных деталей в группах I и II. В результате в этих двух группах остается большое число некомплектных (невостребованных) деталей. Идентичность законов рассеяния отклонений на составляющих звеньях достигают путем правильной настройки станков при изготовлении комплектующих деталей изделия. В результате выполненного расчета составляют таблицу сортировки деталей по группам размеров, которая в общем случае имеет вид: 42

Звенья цепи

А1

А2

Аm - 1

...

1в

1н

2в

2н

...

в(m1)

н(m1)

I груп.

в1,I

н1,I

в2,I

н2,I

...

в(m1),I

н(m1), I

II груп.

в1,II

н1,II

в2,II

н2,II

...

в(m1),II н(m1), II

J. . .

...

...

...

...

...

n груп.

в1,n

н1,n

в2,n

н2,n

...

...

...

в(m1),n н(m1), n

По горизонтали располагают звенья цепи, а по вертикали для каждого звена располагают рассчитанные предельные отклонения, относящиеся к каждой из групп. При сборке с использованием метода групповой взаимозаменяемости соединение деталей, принадлежащих к одной группе, обеспечивает достижение точности замыкающего звена по полной взаимозаменяемости, а при рассмотрении всех групп имеет место групповая взаимозаменяемость. В соответствии с этим, для проверки правильности разбиения расширенных допусков Тi на группы и назначения предельных отклонений в каждой из групп можно использовать формулы предельных отклонений (4.3), (4.4), которые в общем случае для всех n групп имеют вид: i k  i  m 1   в   ijв   ijн ; i 1

 н

i  k 1

 н i  m 1  в   ij   ij , i k

i 1

i  k 1

(4.16)

(4.17)

где j – номер соответствующей группы сортировки, j = (1…n). Метод групповой взаимозаменяемости применяют для достижения высокой точности в малозвенных размерных цепях, например для обеспечения требуемой точности зазора между телами качения и двумя кольцами при сборке прецизионных подшип43

ников. Применение метода в многозвенных цепях требует выполнения большого объема работ, связанных с измерением деталей и их сортировкой, что сводит на нет его эффективность. Поэтому этот метод обычно применяют в трех и четырехзвенных размерных цепях. Вопросы для обсуждения

1. Как Вы понимаете необходимость решения прямой задачи? 2. Как Вы понимаете необходимость решения обратной задачи? 3. Как выполняется расчет размерной цепи в номиналах? 4. Какая задача решается при расчете размерной цепи в допусках? 5. Как рассчитать размерную цепь с использованием метода полной взаимозаменяемости? 6. Как рассчитать размерную цепь с использованием метода частичной (неполной) взаимозаменяемости? 7. Как рассчитать размерную цепь с использованием метода групповой взаимозаменяемости?

44

Приложение П4 Пример расчета конструкторских размерных цепей с использованием методов взаимозаменяемости

Задача: обеспечить требуемый зазор А между корпусом (шайбой) и шестерней (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема размерной цепи А, определяющей зазор между корпусом (шайбой) и шестерней

Согласно техническим требованиям зазор А должен быть в пределах от 0 до 0,3 мм. Это означает, что номинальное значение в

зазора А= 0, верхнее предельное отклонение  = 0,3мм, нижнее н

предельное отклонение  =0мм, допуск на зазор равен: в

н

ТА =   – 

= 0,3 – 0 = 0,3 мм.



В свою очередь, координата середины поля допуска 0 составляет: в

н

0 = (  +  ) / 2 = (0.3 – 0) / 2 = 0,15 мм. Выявляем размерную цепь, определяющую требуемый зазор: А=  А1 + А2 – А3, а затем, определив по чертежам размеры деталей, рассчитываем цепь в номиналах. A

 A1

0

70 75 5 45

 A2

 A3

Расчет показывает, что номинальные размеры деталей (звеньев цепи), проставленные в чертежах, определены правильно: А = – 70 + 75 – 5 = 0 мм. Далее выполняем расчет размерной цепи в допусках с учетом выбираемого метода достижения точности. Метод полной взаимозаменяемости Рассчитываемый средний допуск Тср по формуле (4.2):

Т ср 

Т m 1



0,3 4 1

 0,1 мм.

Ориентируясь на полученный Тср, назначаем допуски и предельные отклонения на составляющие звенья с учетом сложности изготовления деталей: Ti, i

 A1

ТАi вi нi 0i

0,06 0 – 0,06 – 0.03

 A2

0,2 0.2 0 0.1

 A3

0,04 ? 0 ? –0,04 ? – 0,02

Правильность назначения допусков проверяют по формуле (4.1): 4 1

Т =  Ti = 0,06 + 0,2 + 0,04 = 0,3 мм. 1

Координату  03 для третьего звена определяем, используя формулу (4.5): 0

     02  ( 01   03 ) ; 0,15 = 0,1 – (– 0,03 +  03 )

отсюда  03 = – 0,02 мм. В результате предельные отклонения 3в , 3н для третьего звена составят: 46

1

1

2

2

3в   03  T3 = – 0,02 + 1

1

2

2

0,04 = 0 мм;

3н   03  T3 = – 0,02 – 0,04 = – 0,04 мм. Проверка, выполненная по формулам предельных отклонений (4.3), (4.4), подтверждает правильность расчета:  в =  в2 – ( 1н + 3н );

 в = 0.2 – (– 0.06 – 0,04 ) = 0,3 мм,

 н =  н2 – ( 1в + 3в );

 н = 0 – ( 0 + 0) = 0 мм.

Метод неполной взаимозаменяемости Расчет по методу неполной взаимозаменяемости выполняем для условия крупносерийного производства, при котором распределения отклонений на звеньях соответствует нормальному закону 2 = 1/9. Допускаемый процент исправимого брака принимаем Р = 1%, для которого согласно приведенной выше таблице коэффициент риска составляет t = 2,57. В результате по формуле (4.9) находим Тср : Т ср 

Т 2

t  ( m  1)



0,3 2,57 1 (4  1) 9

 0, 202 мм.

Сравнение допусков Тср, получаемых методами полной и частичной взаимозаменяемости, показывает, что допущение риска Р = 1% позволяет расширить средний допуск на составляющие звенья в два раза: 0,202 мм  0,1 мм. Ориентируясь на Тср, назначаем допуски Ti на составляющие звенья с учетом сложности изготовления деталей. Назначаем также предельные отклонения вi , нi на звенья А1 и А2, оставляя звено А3 как расчетный компенсатор. 47

T i , i

А1

А2

А3

ТАi

0,16 0,08

0,3 0,3

0,08 ? 0,04

0,08 0

0

? 0,04 ? 0

вi нi 0i

0,15

Правильность назначения допусков проверяем по формуле (4.12): 4 1

Т   2,57   1  (0,162  0,32  0,082 ) = 0,3 мм. 9 i 1

Координату  03 для третьего звена определяем, используя формулу (4.5)

    0    02  ( 01   03 ) ;

0,15 = 0,15 – (0 +  03 )

отсюда  03 = 0 мм. В результате предельные отклонения 3в , 3н для третьего звена составят: 1

1

2

2

3в   03  T3 = 0 + 1

1

2

2

3н   03  T3 = 0 

0,08 = 0.04 мм;

0,08 = – 0,04 мм.

Проверку правильности расчета выполняем по формулам (4.10) , (4.11):    1 в  0    02  ( 01   03 )  t  2 Т12  Т 22  Т 32 = 2



0,15 – (0 +0) +

1 2



0,3 = 0,3 мм;

   1  0н   02  ( 01   03 )  t  2 Т12  Т 22  Т 32 = 2



0,15 – (0 +0)  48

1 2

0,3 = 0 мм.



Проверка подтвердила правильность назначенных допусков и предельных отклонений. Метод групповой взаимозаменяемости Рассчитываем средний допуск Тср по формуле (4.2): Тср =

0.3 4 1

= 0.1 мм.

Так как средний допуск оказался достаточно жестким, то расширяем его в 3 раза, где n = 3  принимаемое число групп сортировки. В результате получаем расширенный средний допуск: Тср = Тсрn = 0,13 = 0,3 мм. Ориентируясь на полученный допуск Тср, назначаем расширенные допуски Тi и предельные отклонения вi , нi на составляющие звенья с учетом сложности изготовления деталей. Назначаемые допуска должны быть кратны принятому числу групп сортировки n = 3. T i , i

 A1

 A2

 A3

Т i

0,3

0,45

0,15

(0,13)

(0,153)

(0,053)

вi

0,15

0,45

0,15

нi

0,15

0

0

0i

0

0,225

? 0,075

При этом необходимо обеспечить выполнение первого расчетного условия (4.14), которое в данном случае имеет вид:    Т 2  Т1  Т 3 ; 0,45 = 0,3 + 0,15мм. 49

Предельные отклонения на составляющие звенья вi , нi и координаты середин полей допусков 0i назначают с учетом выполнения:    02  (01  03 )  0    0  .   Назначив координаты середин полей допусков 01 и 02 ,  находим из второго расчетного условия (4.19) величину 03 :  0,225  (0 + 03 ) = 0 = 0,15 мм,  откуда 03 = 0,075 мм.  Затем определяем предельные отклонения звена A3 : 1

1

2

2

3в  03  T3 = 0,075 +

0,15 = 0.15 мм;

1

1

2

2

3н  03  T3 = 0,075 

0,15 = 0 мм.

На основе полученных данных составляем таблицу сортировки деталей по группам: Группа

 А1





в

1

I II III

 А2



н

1

0,05 0.05 0.15

0,15 0,05 0.05

 А3



в 2

0,15 0.3 0.45



н 2

0,0 0.15 0.3

в 3

0,05 0.1 0.15



н 3

0 0,05 0.1

Схема расположения расширенных допусков, разделенных на три группы, представлена на рис. 4.2. Проверку правильности расчета для всех групп разбиения, выполняем по формулам предельных отклонений (4.16), (4.17), которые имеют вид:







в н н    2  (1   3 ) ; в 







н в в    2  (1   3) . н 

50

Рис. 4.2. Схема разделения на группы расширенных допусков звеньев цепи

Проверка для I группы: в

н

  = 0,15 – (– 0,15 + 0) = 0,3мм;   = 0 – (– 0,05 + 0,05) = 0мм. Проверка для II группы: в н   = 0,3 – (– 0,05 + 0.05) = 0,3мм;   = 0,15 – (0,05 + 0,1) = 0мм.

Проверка для III группы: в

н

  = 0,45 – (0,05 + 0,1) = 0,3мм;   = 0,3 – (0,15 + 0,15) = 0мм. Таким образом, проверка подтвердила правильность расчета. В пределах каждой группы имеет место полная взаимозаменяемость, а в рамках всех групп – групповая взаимозаменяемость. Сравнение допусков на составляющие звенья, получаемых при данном методе достижения точности, с соответствующими допусками при методе полной взаимозаменяемости показывает, что использование метода групповой взаимозаменяемости позволяет расширить допуски в два-три раза. 51

Практическое занятие 5 РАСЧЕТ КОНСТРУКТОРСКИХ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ МЕТОДАМИ РЕГУЛИРОВКИ И ПРИГОНКИ

Цель практического занятия

Освоить методику расчета конструкторских размерных цепей с использованием методов регулировки и пригонки. План проведения занятия

1. Выявить, с помощью какого компенсатора, заложенного в конструкции узла, можно обеспечить точность замыкающего звена методом регулировки. 2. Назначить на составляющие звенья расширенные производственные допуска и определить величину компенсации. 3. В случае использования подвижного компенсатора следует сравнить возможную величину перемещения, создаваемого компенсатором, и требуемую величину компенсации. 4. При применении неподвижного компенсатора необходимо рассчитать количество групп компенсаторов и их размеры. 5. Построить таблицу и схему соответствия отклонения, получаемого на замыкающем звене и применяемого компенсатора. 6. Рассчитайте размерную цепь с использованием метода пригонки. 7. Сравнить допуски, получаемые на составляющих звеньях при использовании трех методов – регулировки, пригонки и метода полной взаимозаменяемости.

52

Основные теоретические положения Достижение точности методом регулирования

Сущность метода регулирования заключается в том, что требуемая точность на замыкающем звене обеспечивается изменением величины заранее выбранного звена-компенсатора без снятия с него слоя материала [2]. Существует две разновидности метода регулирования – с использованием подвижного компенсатора и с помощью использованием неподвижного компенсатора. Компенсация отклонений на замыкающем звене с использованием подвижного компенсатора обеспечивается путем перемещения подвижного звена-компенсатора на требуемую величину. Роль компенсатора могут выполнять различные регулировочные винты, клинья и другие подвижные детали, которые перемещаются на требуемую величину и фиксируются в нужном положении. Такой компенсатор должен быть заранее заложен в конструкции изделия. Для примера на рис. 4.1 представлен рассматриваемый узел – редуктор, в котором для обеспечения требуемого зазора между шестерней и стенкой корпуса предусмотрена подвижная втулка, которая перемещается на требуемую величину и фиксируется стопорным винтом в необходимом положении. При регулировке с использованием неподвижного компенсатора отклонения на замыкающем звене компенсируются за счет подбора и ввода в цепь компенсатора требуемого размера. Роль компенсатора в этом случае выполняют различные мерные прокладки, шайбы, кольца, размеры которых и необходимое количество групп определяют расчетным путем. Звено, выполняющее роль неподвижного компенсатора, предусматривается конструктором на стадии проектирования изделия. 53

Расчет числа групп неподвижных компенсаторов и их размеров выполняется в следующем порядке. 1. На составляющие звенья размерной цепи устанавливают расширенные экономически целесообразные допуски Т1, Т2, Т3… Тm1. 2. Затем определяют величину компенсации Т k  наибольшую возможную величину регулировки: i  m 1

Т k   Т i  Т  , i 1

(5.1)

где Т   допуск на замыкающем звене. 3. Число групп компенсаторов N рассчитывают по формуле: N

Тk Т   Т ком

 1,

(5.2)

где Т ком  допуск на звено-компенсатор. Если в результате расчета число групп компенсатров N оказывается дробным, то для получения ближайшего целого числа N необходимо расширить допуск у одного или нескольких составляющих звеньев до значения, при котором деление величины компенсации на разность допусков замыкающего звена и компенсатора дает целое число. 1. Предельные отклонения звена компенсатора  вк ,  кн определяют по формулам: в в в  к =     + Т ком , в 'в н  н =       Т ком ,

(5.3)

(5.4) где  в ,  н – требуемые предельные отклонения на замыкающем звене. 'в 'н   ,   – предельные отклонения на замыкающем звене, по-

лучаемые при расширенных допусках Тi без учета звена компенсатора (m2): 54

 ' в m2  ' н    i   i 'в 

i k

i 1

ik

(5.5)

k 1



m2



'н 'в    i   i 'н 

i 1

(5.6)

k 1

Подставив полученные значения  'в и  'н  в выражения (5.3) и (5.4), находим предельные отклонения компенсаторов  вк ,  нк , которые принадлежат соответственно к предельным отклонениям компенсаторов I–oй и последней, N-й группам. Таблица 5.1 i

I



в

I



н

 I = k

в

н

н

II

…

N

 II

в

…

 N = k

н

…

N

 II

в

в

н

5. Для определения предельных отклонений компенсаторов в каждой из групп необходимо рассчитать величину ступени компенсации Р. 'в

'н

 Р    . N

(5.7)

Предельные отклонения компенсаторов в каждой из групп связаны выражением Тком= вi  нi, из которого следует, что нN = вк  Тком.

вI = нк + Тком;

(5.8)

В свою очередь? предельные отклонения в соседних группах определяют путем прибавления ступени компенсации: вII = вI + P;

нII = нI + P.

(5.9)

В результате определяют предельные отклонения в каждой из групп компенсаторов и заносят их в приведенную выше табл. 5.1. В соответствии с рассчитанными размерами изготавливают N групп компенсаторов, а затем в процессе сборки измеряют фак55

тическое отклонение на замыкающем звене и для достижения требуемой точности устанавливают компенсатор требуемого размера. С этой целью составляют таблицу соответствия (табл. 5.2), в которой в верхней строке указывают пределы отклонений '   , а в нижней – компенсаторы соответствующей группы.

Таблица 5.2

Пределы отклонений '  ,

в н (  ,  )

Применяемые компенсаторы

…

до  'н  +Р

от (  'н  +Р) до 'н   +2Р

I

II

…

от  'н 

от 'н   +(N1)Р до  'в  N

Для проверки правильности расчета числа групп и размеров компенсаторов рассматриваемую цепь представляют как трехзвенную, например:   А = А  Ак; А =  A1 + A2 ; где А – замыкающее звено; А  звено, представляющее сумму составляющих звеньев с учетом знака без компенсатора; Ак  звено-компенсатор. В соответствии с этим проверку правильности расчета размеров каждой группы компенсаторов можно выполнить по формулам предельных отклонений:  в   в   нк ;

(5.10)

 н   н   вк ,

(5.11)

где  в ,  н  требуемые предельные отклонения на замыкающем звене;  в ,  н  фактические предельные отклонения на замыкающем звене в каждом из интервалов, представленных в первой строке таблицы соответствия. 56

Применение метода регулировки обеспечивает возможность достижения и поддержания в процессе эксплуатации и ремонта узла высокой степени точности. Его реализация не требует больших временных затрат и не представляет сложности при нормировании операций. Поэтому его широко используют также в поточном производстве. Применение метода особенно эффективно для достижения требуемой точности в многозвенных размерных цепях. Достижение точности методом пригонки

Сущность метода пригонки заключается в том, что требуемая точность на замыкающем звене достигается путем изменения величины заранее выбранного звена компенсатора путем снятия с него определенного слоя материала [2]. Слой материала с компенсатора может сниматься различными методами – шлифованием, тонким точением, шабровкой и др. Все это означает необходимость выполнения трудоемких пригоночных ручных работ, которые включают измерения фактической точности на замыкающем звене и выполнение пригонки для устранения недопустимых отклонений. Методика расчета точности при использовании этого метода заключается в следующем: 1) на все составляющие звенья устанавливают расширенные экономически целесообразные допуски Т1, Т2, Т3… Тm1. 2) затем определяют величину компенсации Т k по формуле: i  m 1

Т k   Т i  Т  . i 1

(5.12)

Величина компенсации, в данном случае Т k представляет собой наибольший возможный слой материала, который может 57

быть удален с компенсатора для достижения требуемой точности замыкающего звена. Для того чтобы на звене компенсаторе гарантированно иметь минимальный и достаточный слой материала, позволяющий компенсировать наибольшее возможное отклонение, в координату середины поля допуска компенсатора необходимо внести поправку  k . Величина вносимой поправки рассчитывается по формуле: i  m 1

Тk

i 1

2

 k    '0i   0  

(5.13)

где  '0  координаты середины полей допусков при принятых производственных допусках Т1 … Т m 1 , которые суммируют алгебраически с учетом знака координаты и характера звена согласно выражению (4.5);  0  требуемая координата середины поля допуска на замыкающем звене. В случае симметричного расположения полей допусков, когда '  0i = 0 мм,  0 = 0 мм величина вносимой поправки составляет

 k  0,5  Tk . В качестве компенсатора рекомендуется выбирать деталь с малыми габаритными размерами, пригонка которой менее трудоемка. Применение метода пригонки позволяет обеспечить достижение высокой точности при установлении на деталях узла расширенных, экономически целесообразных допусков. Вопросы для обсуждения

1. В чем заключается сущность метода регулировки? 2. Что такое звено-компенсатор? 3. Какие две разновидности метода регулировки Вы знаете? 58

4. Приведите примеры применения подвижных компенсаторов. 5. Какие детали машин могут быть использованы в качестве неподвижных компенсаторов? 6. Что следует понимать под величиной компенсации? 7. Что надо сделать, чтобы при расчете получить целое число групп неподвижных компенсаторов? 8. Что такое ступень компенсации и как она рассчитывается? 9. В чем сущность метода пригонки? 10. С какой целью вносят поправку в координату середины поля допуска компенсатора? 11. Как рассчитать поправку, вносимую в координату середины поля допуска звена компенсатора? Приложение 5.1 Пример расчета конструкторской размерной цепи А (рис. 4.1) с использованием методов регулировки и пригонки

Метод регулировки Задача: рассчитать размерную цепь А, обеспечив достижение требуемого зазора между корпусом и шестерней: А = 0 мм; в = 0,3 мм; н=0 мм; 0 = 0,15 мм (см. рис. 4.1) методом регулировки с использованием неподвижного компенсатора.

Анализ размерной цепи А показывает, что в конструкции узла заложена возможность применения метода регулировки с неподвижным компенсатором, роль которого может выполнять шайба – звено А3. Расчет размерной цепи выполняем согласно изложенной выше методике. 1. Назначаем на составляющие звенья расширенные экономически целесообразные допуски и предельные отклонения: 59

 A1

Ti, i

 A2

 A3

0,45

0,1

вi

0,3 0,35 0

0,45

0

нi

0,3

0

0,1

ТАi

0,35 

Цифры со звездочкой означают первоначально заданные величины, которые в процессе расчета изменены на требуемые значения.

2. По формуле (5.1) определяем величину компенсации: Тк = (0,3 + 0,45 + 0,1)  0,3 = 0,55 мм. 3. Определяем число групп компенсаторов по формуле (5.2): N=

0.55 0.3  0.1

+ 1 = 3.75.

Для получения целого числа N расширяем допуск на звене А1 (ролик) на величину 0,05 мм и получаем новый допуск: Т2 = 0.3 + + 0.05 = 0,35 мм. В результате величина компенсации составит Тк = 0,6, а количество групп компенсаторов определяется целым числом: N =

0.6 0.3  0.1

+ 1 = 4 группы.

4. Определяем предельные отклонения компенсаторов по формулам (5.3), (5.4), для чего сначала выполняем расчет предельных отклонений на замыкающем звене по формулам (5.6), (5.6):

 'в  ' н 'в   =  2  1 = 0,45 – (– 0,35) = 0,8 мм;  'н  'в 'н =    2  1 = 0– 0 = 0 мм. В результате согласно (5.3), (5.4) предельные отклонения компенсатора составят: 60

вк = в4 = 0,8 – 0,3 + 0,1 = 0,6 мм; нк = н1 = 0 – 0 – 0,1= – 0,1 мм.

Далее находим предельные отклонения компенсаторов в каждой группе: группы компенсаторов i вi нi

I 0 0,1

II 0,2 0,1

III 0,4 0,3

IV 0,6 0,5

Недостающие предельные отклонения в крайних группах получены согласно (5.8): в1 = н1 + Тком = – 0.1 + 0.1 = 0 мм; н4 = вIV – Тком = 0.6 – 0.1 = 0.5 мм.

Определяем по формуле (5.7) величину ступени компенсации 0.8  0

Р =

= 0.2 мм,

4

а затем по формулам (5.9) находим предельные отклонения в группах: вII = 0 + 0.15 = 0.15 мм;

вIII= 0.15 + 0.15 = 0.3 мм;

нII =-0.05 + 0.15 = 0.1 мм;

нIII =0.1 + 0.15 = 0.25 мм.

В результате получаем следующие размеры компенсаторов: Группа Размер

I

II

0

0..2

5

5

 0.1

0.1

III 0.4

5

0.3

IV 0.6

5

0.5

Таблица соответствия отклонений на замыкающем звене и выбираемых компенсаторов имеет вид: Пределы отклонений '

в

н

  , (  ,  )

Применяемые компенсаторы

от 0,0 до 0,2

от 0,2 до 0,4

от 0,4 до 0,6

II

III

I 61

от 0,6 до 0,8 IV

Схема достижения точности замыкающего звена с использованием четырех групп компенсаторов приведена на рис. 5.1. Для проверки правильности расчета представим рассматриваемую размерную цепь А как трехзвенную:   А = А  Ак; А =  A1 + A2 ; Ак = А3.

Рис. 5.1. Схема достижения точности замыкающего звена с использованием четырех неподвижных компенсаторов

В результате, согласно (5.10) и (5.11) получим: Для группы I: в = 0,2(0,1) = 0,3 мм; н= 00 = 0 мм. Для группы II: в= 0,40,1 = 0,3 мм;

н= 0,20,2 = 0 мм.

Для группы III: в= 0,60,3 = 0,3 мм;

н= 0,40,4 = 0 мм

Для группы IV: в= 0,80,5 = 0,3 мм; н= 0,60,6 = 0 мм Таким образом, проверка показывает, что расчет групп и размеров компенсаторов выполнен правильно. Метод пригонки Рассчитать размерную цепь А, определяющую зазор между корпусом и шестерней (А = 0 мм; в= 0,3 мм;

н= 0 мм;

0 = 0,1 мм) (см. рис. 4.1) с использованием метода пригонки. 62

1. Назначаем на составляющие звенья еще более широкие допуски и предельные отклонения: Аi

 A1

 A2

 A3

 A3 

ТАi вi нi 0i

0,4 0 – 0,4 – 0,2

0,5 0,5 0 0,25

0,2 0 – 0,2 – 0,1

0,2 0,7 0,5 0,6



В правом столбце цифры со звездочкой означают полученные в результате расчета требуемые предельные отклонения компенсатора.

В качестве звена-компенсатора выбираем шайбу  звено А3. Затем рассчитываем согласно (4.32) величину компенсации: i  4 1

' T k   T i  T  = (0,4 + 0,5 + 0.2) – 0,3 = 0,8 мм.

i 1

По формуле (5.13) определяем величину поправки, которую необходимо внести в координату середины поля допуска компенсатора: i  4 1 T   k   0i   0  + k =

2

i 1

= 0,8/2 + [0,25 – (– 0,2 – 0,1)]– 0,15 = 0,8 мм. В результате внесения поправки координата середины поля допуска звена компенсатора составит: 03 = – 0,1 +  k = – 0,1 + 0,8 = 0,7 мм.

Таким образом, компенсатор – звено А3  должен иметь размеры 50,7 0,5 мм. Это позволит получить на компенсаторе слой металла, достаточный для устранения возможного наибольшего отклонения замыкающего звена. Для проверки рассчитаем по формулам (4.3), (4.4) предель63

ные отклонения, получаемые на замыкающем звене при новых размерах компенсатора А3 = 50,7 0,5 мм:

в н н в     2  (1   3 ) ; н в в н     2  (1   3) ;

в

   0,5 – (–0,4 + 0,6) = 0,3 мм; н   = 0 – ( 0 + 0,8) = – 0,8 мм.

Полученное  в  0,3 мм означает, что по верхнему отклонению требуемая точность замыкающего звена достигается и поэтому пригонка не требуется. В свою очередь, полученное  н = = – 0,8 мм означает, что по нижнему отклонению имеет место натяг N =  н = 0,8 мм, который устраняют путем пригонки при снятии рассчитанной величины компенсации Tk = 0,8 мм. В результате достигается требуемая точность замыкающего звена по нижнему отклонению:  н  N  Tk = 0,8 – 0,8 = 0 мм.

64

Практическое занятие 6 ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ ДЕТАЛЕЙ

Цель практического занятия

Освоить методику выбора технологических баз при изготовлении деталей машин. План проведения занятия

1. Изучить чертеж предложенной детали. 2. Определить задачи обработки, выявив линейные и угловые размеры, которые необходимо выдержать на данной операции. 3. Выявить поверхности детали, от которых необходимо получить требуемые линейные и угловые размеры, и определить возможность их использования в качестве технологических баз. 4. Сформулировать задачи обработки на данной операции. 5. Выявить состав базовых поверхностей, которые могут образовать комплект технологических баз детали на данной операции. 6. Обосновать выбранный комплект технологических баз и нарисовать технологический эскиз обработки заготовки. 7. Обозначить выбранную схему базирования путем постановки на технологическом эскизе базовых точек. 8. Оформить и сдать работу. Основные теоретические положения

Под базированием понимают придание детали требуемой точности относительно положения при лишении ее всех шести степеней свободы. В свою очередь поверхность или сочетание поверхностей, а также ось или точка, принадлежащие заготовке, 65

детали или изделию, которые используют для базирования, называют базами. В зависимости от функционального назначения базы бывают конструкторские, технологические и измерительные. Технологические базы которые используют для определения положения заготовки при обработке ее на станке, а также для определения положения детали или сборочной единицы в процессе выполнения сборки или ремонта. Правило шести точек. Анализ рассмотренных трех типовых схем базирования показывает, что все они имеют общую закономерность, которая формулируется как правило шести точек. Для лишения детали всех шести степеней свободы, определяемых вектором  = (а, b, c, , , ), необходимо и достаточно наличие шести теоретических опорных точек, которые располагаются на трех базирующих поверхностях, образующих комплект баз одной из трех типовых схем базирования. Принцип совмещения баз. При назначении технологических баз для обеспечения более точной обработки необходимо совмещать измерительные и технологические базы, в том числе использовать эти поверхности не только при обработке, но и при сборке. Принцип постоянства баз При разработке технологических процессов необходимо стремиться к тому, чтобы одна и та же поверхность (по возможности) была использована в качестве базы. Исключение составляют черновые базы (например, изготовление центровых отверстий). Принцип последовательной смены баз. Если не удается разработать технологический процесс (выполняемый при одной установке заготовки), тогда в качестве следующей базы необходимо использовать поверхность (ранее уже обработанную), точ66

ность которой должна быть выше. В практике достигнутое правильное положение детали может измениться, если возникнут силы или моменты сил, нарушающие контакт поверхности детали с опорными точками приспособлений. Поэтому для сохранения полученного при базировании правильного положения детали необходимо обеспечить непрерывность контакта баз. Другими словами, необходимо обеспечивать определенность базирования деталей. ОПРЕДЕЛЕННОСТЬ БАЗИРОВАНИЯ детали  «неизменность» ее положения относительно поверхностей другой детали или деталей, с которыми она соединена и которые определяют ее положение в процессе изготовления. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ БАЗИРОВАНИЯ  единичное или многократное изменение требуемого положения детали относительно поверхностей сопряженных деталей (или детали), определяющих ее положение. Неопределенность базирования всегда порождает дополнительные погрешности и, следовательно, снижают точность обработки на предварительно настроенных станках. Выбор технологических баз на конкретных операциях при обработке определенных поверхностей следует выполнять исходя из требований достижения точности обработки на данной операции. Так, например, на рис. 6.1 представлен эскиз призматической детали с требованиями, определяющими размер и положение паза относительно плоских поверхностей. В соответствии с этим базирование детали при фрезеровании паза пальцевой фрезой на вертикально-фрезерном станке выполняют по трем плоскостям, от которых заданы требуемые параметры точности. Установочной базой является плоскость А, имеющая наибольшую площадь, и относительно которой заданы параллельность паза и размер Б. 67

Направляющей базой является плоскость В, имеющая наибольшую протяженность, что позволит получить заданный размер Г и параллельности паза.

Рис. 6.1. Схема базирования детали типа плитка на операции фрезерования паза

Опорной базой является торец плитки, от которого задан линейный размер К. На рисунке 6.2 приведен второй пример детали типа диска с техническими требованиями на получение отверстия. В соответствии с заданными требованиями базирование детали при сверлении отверстия на вертикально-сверлильном станке выполняют с использованием двойной опорной базы. Установочной базой является плоскость А, перпендикулярно к которой должно располагаться отверстие, а двойной опорной базой является центр диска 0, от которого размерами Б и Г заданы координаты центра получаемого отверстия.

68

Рис.6.2. Схема базирования на операции сверления отверстия детали  диска

Эта схема базирования может быть реализована путем закрепления диска в самоцентрирующемся трех кулачковом патроне или в самоцентрирующихся тисках с призматическими губками. На рисунке 6.3 представлена схема базирования вала в центрах. Технологическими базами вала, определяющими его положение при токарной обработке, являются центровые гнезда (двойная направляющая база Т1, Т2, Т3, Т4), торец (опорная база Т5) и опорная база Т6, создаваемая поводком для вращения вала.

Рис. 6.3. Схема базирования на токарной операции валика

Вопросы для обсуждения

1. Что такое технологические базы? 2. Как следует выбирать технологические базы? 3. Приведите примеры технологических баз. 4. От каких баз формируются операционные размеры ? 5. В чем заключается принцип единства баз?

69

Пример выявления технологических баз детали Задача 1 Выявить технологические базы детали при обработке поверхности d.

Рис. 6.4. Чертеж детали № 1

Решение. При решении поставленной задачи необходимо учитывать требования указанные конструктором на чертеже. Для решения поставленной задачи, исходя из анализа требований, выбираем схему базирования детали типа «вал».

Рис. 6.5. Схема базирования детали №1

Двойная опорная база: Т1 T2 T3

c 

 a

 T4 Характер проявления  скрытая. Опорная база: Т5  в 70

Характер проявления  явная. Опорная база: Т6  

Характер проявления  скрытая. Задача 2 Выявить технологические базы детали при обработке паза шириной с.

Рис. 6.6. Чертеж детали № 2

Решение. При решении поставленной задачи необходимо учитывать требования указанные конструктором на чертеже, а также исходя из анализа этих требований, выбираем схему базирования детали типа «призма».

Рис. 6.7. Схема базирования детали №2 71

Установочная база: T1 c T2 =>  T3  Характер проявления базы  явный. Направляющая база: T4 a =>  T5  Характер проявления базы  явный. Опорная база: Т6  b Характер проявления базы  явный.

72

Практическое занятие № 7 РАСЧЕТ ТОЧНОСТИ ЗАМЫКАЮЩЕГО ЗВЕНА РАЗМЕРНОЙ ЦЕПИ ДЛЯ ОДНОГО И ДЛЯ ПАРТИИ ИЗДЕЛИЙ

Цель практического занятия

Освоить методику расчета точности замыкающего звена размерной цепи для одного и партии изготавливаемых изделий. План проведения занятия

1. Ознакомиться с конструкцией предложенного преподавателем узла машины. 2. Сформулировать служебное назначение узла. 3. Выявить размерную цепь А, определяющую зазор между торцом колеса и буртиком оси. 4. Рассчитать размерную цепь в номиналах, используя приводимые данные размеров деталей узла. 5. Рассчитать точность замыкающего звена для партии изделий. 6. Используя приведенные отклонения размеров деталей, рассчитать точность замыкающего звена для одного изделия. Основные теоретические положения

Погрешность на замыкающем звене размерной цепи возникает в результате отклонений, формируемых на составляющих звеньях рассматриваемой цепи [5]. При этом следует различать два варианта определения погрешности на замыкающем звене размерной цепи для одного изделия и для партии изделий. В первом случае имеет место одна реализация размерной цепи, при которой на каждом из составляющих звеньев возникает одно определенное отклонение i (рис. 7.1а). В результате на за73

мыкающем звене формируется отклонение , величина которого определяется как алгебраическая сумма отклонений i составляющих звеньев с учетом их знака и характера: i k  i  m 1      i   i , (7.1) i 1

i  k 1

  где i , i  отклонения соответственно увеличивающего и умень-

шающего звеньев. Для трехзвенной размерной цепи А, приве   денного на рис. 7.1а, имеем:    1   2 и при 1  0, 2 мм ,   2  0,1 мм отклонение на замыкающем звене составит:    0, 2  (0,1)  0,3 мм

а

б

Рис. 7.1. Схема формирования погрешности на замыкающем звене размерной цепи: а – для одного изделия; б – для партии изделий

Во втором случае, когда рассматривается погрешность замыкающего звена для партии изделий , имеет место многократная реализация размерной цепи. При этом отклонения i на составляющих звеньях могут изменяться в пределах от верхнего вi до нижнего нi допускаемых предельных значений, а погрешность составляющего звена i представляет собой поле рассеяния i, которое определяется как разность (рис. 7.1б): i = вi – нi В результате, на замыкающем звене формирование отклоне74

ний может происходить в пределах от верхнего в до нижнего н значений и для рассматриваемого примера (см. рис. 7.1б) это можно записать: в = в1 – н2 и н = н1 – в2. Погрешность замыкающего звена  также представляет собой поле рассеяния, величина которого определяется как разность:  =в – н = (в1  н1) + (в2  н2),

что означает:  = 1 + 2. Таким образом, погрешность замыкающего звена для партии изделий представляет собой поле рассеяния , величина которого рассчитывается как арифметическая сумма полей рассеяния отклонений i , формируемых на составляющих звеньях: i  m 1

   i ,

(7.2)

i 1

где m – число звеньев размерной цепи. В общем случае, при учете возможности различного влияния каждого из составляющих звеньев, выражение (7.2) принимает вид: i  m 1

   i  i ,

(7.3)

i 1

где i – передаточное отношение составляющего звена. Передаточные отношения i определяют степень влияния отклонения каждого из составляющих звеньев на точность замыкающего звена, они представляют собой частные производные (коэффициенты приведения): 1 

A A1

; 2 

A A21

; …………….. m 1 

A Am 1

.

Для плоских размерных цепей с параллельными звеньями i  1 . 75

Для рассматриваемой в качестве примера (рис. 7.1б) трехзвенной размерной цепи А поля рассеяния i на составляющих звеньях при в1 = 0,3мм, н1 = – 0,1 мм и в2 = 0,15 мм , н2 = = – 0,15 мм составляют: 1 = 0,3 – (– 0,1) = 0,4 мм; 2 = 0,15– (– 0,15) = 0,3 мм.

В соответствии с этим, согласно (рис. 7.1б) погрешность замыкающего звена размерной цепи для партии изделий составит:  = 0,4 + 0,3 = 0,7 мм. Тексты ситуаций для анализа задач

Рис. 7.2. Опора зубчатого колеса

На рисунке 7.2 представлена схема опоры зубчатого колеса и схема размерной цепи А, определяющей осевой зазор между торцом винта и торцом зубчатого колеса. Уравнение размерной цепи: А = – А1 – А2 + А3. В таблице 7.1 приведены данные по точности деталей рассматриваемого узла, которые взяты из чертежей трех деталей  зубчатого колеса А1, шайбы А2 и базовой оси А3. 76

Таблица 7.1 Данные по точности деталей рассматриваемого узла, взятые из чертежей

Размеры деталей заданные в чертежах 0

А1 = 40 0,2 мм

0

А2 = 50,1 мм

0,4

А3 = 450,1 мм

измеренные значения размеров деталей Предельные отклонения заданных размеров Верхние предельные B B отклонения размеров  B  …….   ……   …… 1

В

i

Нижние предельные отклонения размеров

2

Н

1  …….

3

Н

Н

 2  ……

 3  ……

Н

i

В

Н

Тi =  i   i

Допуски на размеры деталей Т1 = Т2 =

Т3 =

Предельные отклонения размера на замыкающем звене Верхнее предельное отВ H H В В клонения       3  ( 1   2 ) = ………………. Нижние предельное отH

клонения  

Н В В Н     3  ( 1   2 ) = ……………….

Допуск замыкающего звена Т, обеспечиваемый при сборке с использованием метода полной взаимозаменяемости В H Т = Т1 + Т 2 + Т3 = …… Т =    = …….. 



Используя полученные данные необходимо определить:  верхние iВ и нижние iН   предельные отклонения размеров

А1, А2 , А3;  допуски Тi на размеры рассматриваемых деталей;  предельные отклонения размера замыкающего звена  В ,  Н и допуск на размер замыкающего звена Т, обеспечиваемый

при сборке с использованием метода полной взаимозаменяемости. 77

Поступающая на сборку партия комплектующих деталей  зубчатого колеса, шайбы и базовой оси была измерена. По результатам измерения были определены наибольшие Анб и наименьшие Анм значение фактических размеров А1, А2, А3, которые приведены в таблице 7.2. Таблица 7.2 Данные по фактической точности деталей рассматриваемого узла, полученные путем измерения партии комплектующих деталей

Размеры деталей заданные в чертежах 0

А1 = 40 0,2 мм

0

А2 = 50,1 мм

0,4

А3 = 450,1 мм

измеренные значения размеров деталей Наибольшее значение Ан б

40,0 мм

4,99 мм

45,40 мм

Наименьшее значение Ан м

39,81 мм

4,92 мм

45,13 мм

Поля рассеяния размеров в партии комплектующих деталей

i  Анб  Анм

1 =

2 =

3 =

Поле рассеяния размера замыкающего звена    = 1 + 2 + 3 =………..

На основе данных, приведенных в табл. 7.2 необходимо рассчитать поле рассеяния замыкающего звена размерной цепи А для партии изделий  и сравнить его с полем допуска Т. В таблице 7.3 приведены данные для расчета отклонений размера замыкающего звена размерной цепи А для одного изделия. Эти данные получены путем измерения отклонений размеров А1, А2 , А3, комплектующих деталей одного собираемого изделия. 78

Таблица 7.3 Измеренные размеры А1 , А2 , А3 деталей узла, используемых для сборки одного изделия

Размеры деталей заданные в чертежах 0

А1 = 40 0,2 мм

0

А2 = 50,1 мм

0,4

А3 = 450,1 мм

Измеренные размеры комплектующих деталей одного узла Фактические значения размеров Аi деталей Отклонения размеров  Аi  Аi  Ан

39, 85 мм

4,93 мм

45,30 мм

 А1  ……

 А 2  ……

 А3  ……

Отклонение размера  замыкающего звена А одного изделия     =  3  ( 1   2 ) = …………..

Рассчитайте фактические отклонения каждой детали узла  Аi , а затем рассчитайте отклонение размера  замыкающего звена размерной цепи А для одного изделия. Сравните его с допуском Т и с погрешностью  размера замыкающего звена А для партии изделий. Оформите результаты расчетов и сделайте выводы. Вопросы для обсуждения

1. Что такое отклонение размера детали? 2. Что такое поле рассеяния размера детали? 3. Как Вы понимаете формирование погрешности замыкающего звена для одного изделия? 4. Как Вы понимаете формирование погрешности замыкающего звена для партии изделий? 5. Как рассчитывается погрешность замыкающего звена размерной цепи для партии изделий? 6. Как рассчитывается погрешность замыкающего звена размерной цепи для одного изделия? 79

Приложение П7 Результаты расчета Таблица П1 Данные по точности деталей рассматриваемого узла, взятые из чертежей

Размеры деталей заданные в чертежах 0

А1 = 40 0,2 мм

0

А2 = 50,1 мм

0,4

А3 = 450,1 мм

измеренные значения размеров деталей Предельные отклонения заданных размеров Верхние предельные от-клонения размеров iВ Нижние предельные отклонения размеров iН

1В  0 мм

 2В  0 мм

3В  +0,4 мм

1Н  0,2 мм

 2Н  0,1 мм

3Н  +0,1 мм

Допуски на размеры деталей Тi = iВ  iН

Т1 = 0,2 мм

Т2 = 0,1 мм

Т3 = 0,3 мм

Предельные отклонения размера на замыкающем звене Верхнее предельное отклонения  В

    В  3В  (1H   2H ) = 0,4 –(–0,2 – 0,1) = 0,7 мм

Нижние предельное отклонения  Н

    Н  3Н  (1В   2В ) = 0,1 – (0 – 0) = 0,1 мм

Допуск замыкающего звена Т, обеспечиваемый при сборке с использованием метода полной взаимозаменяемости

Т = Т1 + Т 2 + Т3 = 0,2 + 0,1 + 0,3 =

Т =  В   Н = 0,7 – 0,1 = 0,6 мм

= 0,6 мм

80

Таблица П2 Данные по фактической точности деталей рассматриваемого узла, полученные путем измерения партии комплектующих деталей Размеры деталей заданные в чертежах 0

А1 = 40 0,2 мм

0

А2 = 50,1 мм

0,4

А3 = 450,1 мм

измеренные значения размеров деталей Наибольшее значение Ан б

40,0 мм

4,99 мм

45,40 мм

Наименьшее значение Ан м

39,81 мм

4,92 мм

45,13 мм

Поля рассеяния размеров в партии комплектующих деталей

1 =40,0–39,81= 2 = 4,99–4,92 = 3 = 45,40–45,13 = = 0,19 мм = 0,07 мм = 0,27 мм

 i  Анб  Анм

Поле рассеяния размера замыкающего звена    = 1 + 2 + 3 = 0,19 + 0,07 + 0,27 = 0,53 мм

Таблица П3 Измеренные размеры А1 , А2 , А3 деталей узла, используемых для сборки одного изделия Размеры деталей заданные в чертежах 0

А1 = 40 0,2 мм

0

А2 = 50,1 мм

0,4

А3 = 450,1 мм

Измеренные размеры комплектующих деталей одного узла Фактические значения размеров Аi деталей

39, 85 мм

4,93 мм

45,30 мм

Отклонения размеров  А1  39,85–40=  А2  4,93 – 5 =  А3  45,30 – 45 =  Аi  Аi  Ан = – 0,15 мм = – 0,07 мм = 0,30 мм Отклонение размера  замыкающего звена А одного изделия     = 3  (1   2 ) = 0,30 – (– 0,15– 0,07) = 0,52 мм

81

Практическое занятие № 8 ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БОЛЬШИНСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛИ

Цель практического занятия

Освоить основы выбора технологических баз для обработки большинства поверхностей детали План проведения занятия

1. Ознакомиться с конструкцией предложенной корпусной детали. 2. Выяснить технические требования на изготовление корпуса. 3. Построить схему связи поверхностей корпусной детали. 4. На основе анализа схемы связи поверхностей дать обоснование выбора технологических баз для обработки большинства поверхностей корпуса. 5. Используя аналогичную методику, дать обоснование выбора технологических баз для обработки большинства поверхностей зубчатого колеса, вала-шестерни и шкива ременной передачи. Основные теоретические положения

Выбор технологических баз и определение последовательности обработки поверхностей является наиболее ответственным этапом разработки технологического процесса. Правильность принятия решения на этом этапе технологического проектирования во многом определяет достижение требуемой точности детали в процессе ее изготовления и экономичность технологического процесса [2]. 82

Выбор технологических баз основан на анализе функционального назначения поверхностей детали и выявлении размерных связей, определяющих точность положения одних поверхностей детали относительно других. Следует различать выбор технологических баз для обработки большинства поверхностей детали и выбор технологических баз на первой или на первых операциях, когда создаются базы для выполнения большинства операций технологического процесса. В первую очередь необходимо выбирать технологические базы для обработки большинства поверхностей детали, а затем базы для первой или первых двух-трех операций. Для корпусных деталей характерным является наличие нескольких комплектов вспомогательных баз, образуемых сочетанием различных поверхностей, которые определенным образом связаны с основными базами детали и между собой. Анализ функционального назначения различных поверхностей детали и размерных связей между ними позволяет определить поверхности, относительно которых задано положение большинства других поверхностей, и выявить поверхности, к которым предъявляют наиболее жесткие технические требования, необходимость выполнения которых во многом определяют принимаемые решения. Проведение такого анализа можно сделать наглядным путем построения схемы связей поверхностей детали. На рисунке 8.1 показан пример построения схемы связей поверхностей для корпусной детали (рис. 8.1а). Для этого поверхности детали обозначают индексами из букв и цифр, определяющих функциональное назначение поверхности: О  поверхности основных баз; В  поверхности вспомогательных баз; 83

К  крепежных и резьбовых отверстий ; С  свободные поверхности детали, включая и необрабатываемые.

Рис. 8.1. Выбор технологических баз на основе построения схемы связи поверхностей корпусной детали: а – требования достижения точности корпуса; б – обозначение поверхностей деталей в соответствии с их функциональным назначением; г  схема связи поверхностей; д – схема базирования при обработке большинства поверхностей корпуса; е – технологические размерные цепи

Поверхности основных баз, образуемые тремя базовыми поверхностями, нумеруют в порядке уменьшения числа располагаемых на них опорных точек. Например, О1  установочная база, О2  направляющая или двойная опорная, О3  опорная база (рис. 8.1б). Для остальных поверхностей цифры обозначают последовательность их нумерации. Схема связи поверхностей (рис. 8.1в) строится в виде графа, в узлах которого располагают определенные поверхности детали, а на ребрах, соединяющих узлы, обозначают линейные и угловые размеры, связывающие эти поверхности. Линейные размеры Р1, Р2,…. Рi наносят штриховыми линия84

ми, а угловые 1 , 2 ,… i  сплошными линиями со стрелкой, направленной в сторону базы. На ребрах могут быть указаны также номиналы и допуски на соответствующие линейные и угловые размеры детали. Выбирая технологические базы в первую очередь следует исходить из необходимости достижения точности относительного поворота поверхностей детали, а затем точности расстояния. Это объясняется тем, что точность относительного поворота обеспечивается на станках методами взаимозаменяемости, что практически исключает возможность коррекции, а точность расстояния  методом регулировки, при котором возможна компенсация отклонений. Анализ приведенных связей показывает, что положение главных отверстий и других обрабатываемых поверхностей определено угловыми и линейными размерами по отношению к основным базам корпуса. Это наглядно показывает направленность стрелок (угловых размеров) на поверхности О1, О2, О3 основных баз. Для достижения требуемой точности детали наиболее коротким путем в качестве общих технологических баз на большинстве операций следует выбирать поверхности детали, от которых задано положение большинства других поверхностей. Как и в данном примере, положение большинства поверхностей детали обычно задают относительно ее основных баз. В соответствии с этим в качестве технологических баз для обработки большинства поверхностей следует выбирать основные базы детали. Для рассматриваемого корпуса в качестве общих технологических баз на большинстве операций выбраны плоскость основания О1 и плоскости О2, О3, образующие координатный угол (рис. 8.1г). 85

Если при обработке отверстия в качестве установочной технологической базы взять противолежащую поверхность В2 (рис. 8.1д), то возникают более длинные технологические размерные цепи, представленные на рис. 8.1е. Точность параметров, определяющих положение отверстия В1 относительно плоскости 01, в этом случае будет зависеть от точности обработки на двух операциях  при обработке плоскости В2 и при растачивании отверстия В1: Б  Б2  Б1 ;

  1  2 .

В данном случае необходимость получения TБ  0,1 мм , T  0,03 / 300 станет возможной при условии уменьшения до-

пуска на операционные размеры до значений: TБ1  0,07 мм ; TБ 2  0,03 мм ; T1  T2  0,015 / 300 .

Это позволит обеспечить получение требуемой точности линейных и угловых размеров детали: TБ  Т Б1  Т Б2  0,07  0,03  0,01 мм ; Т   Т 1  Т 2  0,015 / 300  0,015 / 300  0,03 / 300 .

Однако выполнить подобное ужесточения допусков на операционные размеры не всегда возможно. Поэтому необходимо стремиться к соблюдению принципа единства баз и наиболее ответственные параметры точности детали с жесткими допусками получать одним звеном. Обработка большинства поверхностей детали с общих технологических баз означает использование координатного метода получения точности размеров. Использование этого метода имеет особо важное значение для достижения требуемой точности относительных поворотов поверхностей детали. При координатном методе исключается влияние погрешности установки детали на 86

точность относительных поворотов поверхностей детали, обрабатываемых с одной установки. Использование на операциях механической обработки основных баз детали в качестве технологических, а затем в процессе контроля в качестве измерительных означает наиболее полное соблюдение принципа единства баз. Однако от использования координатного метода получения размеров в отдельных случаях приходится отходить. Это связано с необходимостью получения высокой точности размеров, заданных от поверхностей, которые не являются основными базами детали. В качестве новых технологических баз в этом случае выбирают те поверхности, от которых непосредственно заданы требуемые размеры. Это означает переход к цепному методу получения размеров, что также позволяет уменьшить число звеньев технологической размерной цепи. Решив задачу выбора баз для обработки большинства поверхностей детали, необходимо определить технологические базы для выполнения первой или первых операций технологического процесса. На первой или первых операциях обрабатывают поверхности, которые затем используют в качестве технологических баз на большинстве последующих операций технологического процесса. При выборе технологических баз на первой операции, следует исходить из необходимости решения двух задач. 1. Установление требуемой точности положения получаемых в результате обработки чистых поверхностей, относительно черных, необрабатываемых поверхностей заготовки. 2. Достижение наиболее равномерного фактического припуска на обработку поверхностей детали и в первую очередь на обработку наиболее ответственных поверхностей. 87

Решение первой задачи, по существу, заключается в том, чтобы правильно вписать готовую деталь в контур полученной заготовки. Исходные данные для ее решения определяется техническими требованиями, вытекающими из служебного назначения детали. Решение второй задачи определяется, главным образом, требованиями технологии. Требования достижения равномерного припуска возникают при обработке главных отверстий, когда применяют консольный инструмент сравнительно малой жесткости – сверла, зенкеры, расточные оправки, развертки. При обработке направляющих поверхностей у станин, кареток, столов требование равномерного припуска обусловлено необходимостью съема одинакового по толщине слоя металла, что обеспечивает одинаковую поверхностную твердость и структуру металла по длине направляющих. В результате имеет место равномерный износ по длине направляющих, а следовательно, и сохранение их геометрической точности в процессе работы. Для достижения этого на первой операции обрабатывают основание станины с базированием по направляющим, а затем обрабатывают направляющие с базированием по обработанному основанию. Получение равномерного припуска на обрабатываемых поверхностях позволяет уменьшить число выполняемых проходов, переходов, а иногда и операций технологического процесса. При этом обработку можно выполнять на более высоких режимах резания. Все это обеспечивает увеличения производительности, снижение себестоимости и повышения эффективности использования дорогостоящего станочного оборудования.

88

Тексты ситуаций для анализа задач

На рисунках 8.2–8.4 приведены эскизы деталей – корпуса, вала – шестерни, зубчатого колеса, шкива, для которых необходимо, используя приведенную выше методику дать обоснование выбора технологических баз для обработки большинства поверхностей и для выполнения первой операции.

Рис. 8.2. Вал-шестерня

Рис.8.3. Зубчатое колесо 89

1. Размеры для справок. 2. Формовочные уклоны 3. 3. Неуказанные предельные отклонения размеров: диаметров Р14, h14, остальных ±IТ14/2.

Материал чугун СЧ15 ГОСТ1412 указывается в основной подписи.

Основная надпись

Рис. 8.4. Шкив

Вопросы для обсуждения

1. Что означает понятие общие технологические базы? 2. С какой целью выявляют общие технологические базы? 3. С какой целью строят схему связи поверхностей детали? 4. Как осуществляется построение схемы связи поверхностей детали? 5. Что обозначают на ребрах графа, определяющего схему связи поверхностей детали? 6. На каких операциях создают общие технологические базы? 7. Какие задачи следует решать при выборе технологических баз на первой операции?

90

Практическое занятие № 9 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАРШРУТОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Цель практического занятия

Освоить методику разработки технологических маршрутов изготовления простых деталей машин – валов, зубчатых колес, кронштейнов. План проведения занятия

1. Ознакомится с конструкцией предложенной преподавателем детали. 2. Выявить исполнительные поверхности, основные и вспомогательные базы детали. 3. Выявить технические требования, предъявляемые к детали. 4. Разработать технологический маршрут изготовления детали. 5. Используя аналогичный подход, разработать технологический маршрут изготовления вала, зубчатого колеса, кронштейна. Основные теоретические положения

Изготовление деталей, относящихся к определенному классу, происходит по общим технологическим маршрутам, определяющим состав и последовательность операций по обработке поверхностей, применяемое технологическое оборудование, приспособления и инструмент. Ниже рассматриваются типовые технологические маршруты изготовления рассматриваемых основных деталей машин [1].

91

Технологические маршруты изготовления валов

В условиях мелкосерийного производства для изготовления ступенчатого вала длиной L = 350 мм и диаметром  55мм в качестве заготовки будет выбран горячекатаный пруток, который предварительно разрезают на части, а обработку вала будут выполнять по маршруту, представленному в табл. 9.1. Таблица 9.1 Технологический маршрут изготовления ступенчатого вала в мелкосерийном производстве №

Операция

Базирование

Оборудование

1 Отрезка заготовки от прутка. В тисках по цилинОтрезной станок дрической поверхности прутка и по торцу 2 Подрезка торцов и зацентровка вала с обеих сторон (с переустановкой).

В патроне по цилин- Токарно-револьдрической поверхно- верный станок сти прутка и по торцу

3 Черновая токарная обработка В центрах и по торцу вала по ступеням с обеих (с переустановкой) сторон

Токарно-винторезный станок

4 Чистовая токарная обработка В центрах и по торцу вала с обеих сторон, снятие (с переустановкой). фасок, прорезка канавок, нарезание наружной резьбы

Токарно-винторезный станок

5 Фрезерование шпоночных пазов

В призмах по цилин- Универсальный дрической поверхно- вертикальности вала и по торцу фрезерный станок

6 Слесарная операция – снятие В тисках по цилинзаусенцев, притупление ост- дрической поверхнорых кромок сти 7 Термообработка – закалка отдельных ступеней вала

В центрах и по торцу. Установка ТВЧ

8 Шлифование закаленных ступеней и торцов вала

В центрах и по торцу

9 Промывка и контроль

Кругло-шлифовальный станок Моечная ванна

92

При наличии на валике отверстий, расположенных перпендикулярно к его оси в технологическом маршруте предусматривают сверлильную операцию, которую выполняют после чистовой токарной обработки. Операцию выполняют на вертикальносверлильном станке при базировании вала по цилиндрической поверхности в призмах. В крупносерийном производстве для изготовления вала (материал ст. 45 ГОСТ 1050) длиной L = 420 мм и диаметром  62 мм, у которого на отдельных ступенях имеется наружная резьба и шлицевые пазы, будет использована штучная заготовка – штамповка, а изготовление вала будет выполняться по маршруту, приведенному в табл. 9.2. Таблица 9.2 Технологический маршрут изготовления ступенчатого вала в крупносерийном производстве № Операция Базирование Оборудование 1

Одновременное фрезерование двух торцов и зацентровка заготовки с обеих сторон

В тисках по цилиндрической поверхности штамповки и по торцу

Фрезерно-центровальный полуавтомат

2

Черновая токарная обработка вала по контуру с обеих сторон (с переустановкой)

В самозажимном патроне в центрах и по торцу

Токарный гидрокопировальный полуавтомат

3

Чистовая токарная обработ- В самозажимном пака вала с обеих сторон, сня- троне в центрах и по тие фасок, прорезание ка- торцу. навок (с переустановкой)

Токарный гидрокопировальный полуавтомат

4

Нарезание наружной резь- В центрах и по торцу бы с использованием резьбонарезной головки

Резьбонарезной станок

5

Фрезерование шпоночных пазов

В центрах и по торцу

Шпоночно-фрезерный полуавтомат

6

Фрезерование шлицевых пазов

В центрах и по торцу

Шлицефрезерный полуавтомат

93

Продолжение табл. 9 № Операция Базирование Оборудование 6 Фрезерование шлицевых В центрах и по торцу Шлицефрезерпазов ный полуавтомат 7 Слесарная операция – сня- В тисках по цилинтие заусенцев, притупление дрической поверхноострых кромок сти 8 Термообработка – закалка В центрах и по торцу Установка ТВЧ отдельных ступеней вала и шлицевых поверхностей В центрах и по торцу Кругло-шлифо9 Шлифование закаленных вальный станок ступеней и торцов вала 10 Шлифование шлицев В центрах и по торцу Шлицешлифовальный полуавтомат 11 Промывка и контроль Моечная ванна

Нарезание шлицев на валах можно осуществить также на горизонтальных универсально-фрезерных станках с помощью двух профильных фрез и делительной головки, обеспечивающей поворот вала на угол между шлицами. На валах, материал которых склонен к пластическому деформированию, шлицы с эвольвентной боковой поверхностью можно получить путем холодного накатывания с помощью реек, роликов или многороликовых головок. Получаемое при этом упрочнение поверхностного слоя повышает на 10…20% прочность шлицев на скручивание, что позволяет в ряде случаев исключить необходимость выполнения закалки шлицевых поверхностей. Технологические маршруты изготовления зубчатых колес

В серийном производстве цилиндрическое закаливаемое зубчатое колесо со ступицей диаметром  85 мм и длиной L = = 160 мм, (материал сталь 45, заготовка штамповка, степень точности 8-Ва ГОСТ 1643-81) изготавливают по маршруту, представленному в табл. 9.3. 94

Таблица 9.3 Технологический маршрут изготовления цилиндрического зубчатого колеса со ступицей в серийном производстве (m = 3 мм, степень точности 8-Ва ГОСТ 1643-81) № Операция 1 Обрубка и зачистка заготовки

2

3

4

5

6 7

8

9 10

11

12

Базирование В тисках

Оборудование Приспособление с абразивным кругом Предварительная токарная обра- В трех кулачко- Токарноботка с одной стороны, зенкерова- вом патроне револьверный ние базового отверстия. полуавтомат Предварительная токарная обра- В трех кулачко- Токарноботка с другой стороны, чистовая вом патроне револьверный расточка базового отверстия полуавтомат Протягивание шлицевого отвер- По протяжке и Вертикальностия комбинированной протяжкой торцу протяжный станок Чистовая токарная обработка по По отверстию на Токарноконтуру колеса с базированием по оправке револьверный шлицевому отверстию и торцу на полуавтомат оправке Слесарная зачистка заусенцев, В тисках Стенд контроль Фрезерование зубчатого венца По отверстию на Зубофрезерный (достижение восьмой степени оправке полуавтомат точности) колеса Зубозакругление торцевых поПо отверстию на Полуавтомат верхностей зубьев по периметру оправке для закругления зубчатого венца зубьев Термообработка – закалка зубчаУстановка ТВЧ того венца и базового отверстия Окончательная обработка базового По торцу и зуб- Внутри шлифоотверстия и торца шлифованием с чатому венцу вальный станок базированием по зубчатому венцу колеса Окончательная обработка зубчато- По отверстию на Зубошлифого венца шлифованием с базиро- оправке вальный станок ванием на оправке по шлицевому отверстию и торцу колеса Промывка и контроль на стенде Моечная ванна 95

В единичном и мелкосерийном производстве нарезание зубьев можно выполнять на универсально-фрезерных станках по методу копирования с использованием модульных дисковых или пальцевых фрез и делительной головки для поворота колеса на шаг. Нарезание зубьев можно выполнять также на зубодолбежных станках; для двух или трехвенцовых зубчатых колес при расстоянии между венцами 5…10 мм этот метод в ряде случаев оказывается единственно возможным. При изготовлении незакаленных зубчатых колес закалка зубчатого венца и базового отверстия не выполняется, а для отделки зубчатого венца применяют операцию зубошевингования. Технологический маршрут изготовления корпусной детали

В качестве заготовок для изготовления корпусных деталей коробчатой формы с главными отверстиями под подшипники на боковых стенках применяют отливки из серого чугуна (в серийном производстве) и сварные заготовки из листовой стали (в мелкосерийном и единичном производстве Ниже, в табл. 9.4 представлен технологический маршрут изготовления корпусной детали в серийном производстве с использованием заготовки отливки. Таблица 9.4 Технологический маршрут изготовления корпусной детали в серийном производстве № Операция Базирование Оборудование 1 Черновая и чистовая обработка В приспособлении Продольнонаружных плоскостей или плос- по трем плоскостям фрезерный стакости для двух базовых отвер- или по главному от- нок стий, используемых в качестве верстию и двум опотехнологических баз на после- рным базам дующих операциях 96

Продолжение табл. 9.4 №

Операция

Базирование

2 Сверление и развертывание на По трем плоскосполученной плоскости двух ба- тям зовых отверстий 3

Предварительная обработка фрезерованием остальных наружных поверхностей

Оборудование Радиальносверлильный станок

Базирование по со- Продольнозданным базам  по фрезерный станок плоскости и двум базовым отверстиям

4 Предварительная обработка Базирование по Горизонтально(зенкерование, расточка) глав- плоскости и двум расточной станых отверстий. базовым отверстиям нок 5 Слесарная операция – снятие Базирование по заусенцев, притупление острых трем плоскостям кромок

Приспособление с абразивным кругом

6 Естественное или искусственное старение для выравнивания внутренних напряжений после снятия с обрабатываемых поверхностей основного припуска 7 Чистовая обработка фрезерова- Базирование по Продольнонием наружных поверхностей плоскости и двум фрезерный стабазовым отверстиям нок 8 Чистовая обработка (расточка, Базирование по Горизонтальноразвертывание) главных отвер- плоскости и двум расточной стастий базовым отверстиям нок 9 Обработка мелких и многоБазирование по численных резьбовых отверстий плоскости и двум (сверление, зенкерование, наре- базовым отверстиям зание внутренней резьбы метчиками) 10 Отделка наружных поверхностей шлифованием

Расточны или радиальносверлильный станок

Базирование по Плоскошлифоплоскости и двум вальный станок базовым отверстиям

11 Отделка поверхностей главных Базирование по Планетарноотверстий шлифованием плоскости и двум шлифовальный базовым отверстиям станок 12 Промывка и контроль

Моечная ванна, стенд

97

В крупносерийном и массовом производстве корпусные детали изготавливают на высокопроизводительных многопозиционных станках-полуавтоматах агрегатного типа или на автоматических линиях, составленных из агрегатных станков. Вопросы для самопроверки

1. Какие факторы необходимо учитывать при выборе способа получения заготовки для изготовления детали? 2. Как следует выбирать технологические базы для изготовления детали? 3. Какие поверхности следует выбирать в качестве технологических баз для обработки большинства поверхностей, подлежащих обработке? 4. Какие технологические задачи решаются при выборе технологических баз на первой операции? 5. Объясните принцип формирования технологических операций и выбора необходимого технологического оборудования. 6. Что следует отражать в маршрутной технологической карте? 7. Какая информация отражается в операционной технологической карте? 8. Назовите технологический маршрут изготовления ступенча-того вала в крупносерийном производстве. 9. В чем заключается различие технологических маршрутов изготовления вала в крупносерийном и мелкосерийном производствах? 10. Назовите технологический маршрут изготовления цилиндрического зубчатого колеса (m = 3 мм, степень точности 8-Ва) в крупносерийном производстве. 11. Какие операции включает технологический маршрут изготовления корпусной детали в серийном производстве? 98

Приложение П9 Детали – представители Вал

Часть вентиля

99

Коническое колесо

Тройник

100

Практическое занятие № 10 РАЗРАБОТКА ТЕХПРОЦЕССА СБОРКИ УЗЛА

Цель практического занятия

Освоить основы разработки технологического процесса сборки узла машины. План проведения занятия

1. Ознакомится с конструкцией предложенного преподавателем узла машины. 2. Сформулировать служебное назначение узла. 3. Выявить базовую деталь узла и схему ее базирования в машине. 4. Найти подузлы, которые входят в состав предложенного узла. 5. Выявить базовые детали каждого из подузлов и схемы их базирования. 6. Определить комплекты и одиночные детали, входящие в состав подузлов. 7. Выявить базовую деталь в каждом из комплектов и схему ее базирования. 8. Определить последовательность соединения подузлов при общей сборке узла. 9. Определить последовательность соединения комплектов и одиночных деталей. 10. Составить схему сборки узла. 11.Разработать технологию сборки узла, представив его в операционной карте сборки. 13. Определить затраты времени на переходы и общую трудоемкость сборки узла. 14. Составить циклограмму сборки узла. 101

Основные теоретические положения

Создание машины (изделия) достигают путем последовательного соединения комплектующих деталей, которые в процессе сборки образуют сборочные единицы [1]. Различные по конструкции изделия машиностроения в общем случае структурно образуют следующие по возрастанию сложности сборочные единицы: 1 – детали; 2 – комплекты; 3 – подузлы; 4 – узлы; 5 – изделие. Основой каждой из сборочных единиц является базирующая деталь, функция которой заключается не только в соединении отдельных деталей, но и в придании этим деталям требуемой точности относительного положения. Деталь является элементарной сборочной единицей. Комплект представляет собой сборочную единицу, в состав которой входит одна базирующая деталь и хотя бы одна или несколько отдельных присоединяемых деталей. Подузлом называют сборочную единицу, состоящую из базирующей детали, на которую монтируют один или несколько комплектов, а также одну или несколько отдельных присоединяемых деталей. Узел представляет собой сборочную единицу, в состав которой входит базирующая деталь, на которую устанавливают один или несколько подузлов, а также один или несколько комплектов и одиночных присоединяемых деталей. В зависимости от сложности изделия узлы могут быть первого, второго или третьего порядка. Узел второго порядка является более сложной сборочной единицей, на базирующей детали которого должны быть смонтированы один или несколько узлов первого порядка, подузлы, комплекты и отдельные детали. В сложных машинах и агрегатах приходится вводить деление и на узлы более высоких порядков. 102

Наиболее сложной последней сборочной единицей является изделие (машина)¸ которая включает все предшествующие более простые сборочные единицы, в том числе и узлы высшего порядка. Таким образом, в основу формирования каждой последующей сборочной единицы положено присоединение к ее базирующей детали предшествующих более простых сборочных единиц. Каждая последующая более сложная сборочная единица должна содержать не менее одной предшествующей сборочной единицы. Тексты ситуаций для анализа задач

Разнообразие конструкций изготавливаемых машин исключает возможность выдачи однозначных рекомендаций по разработке последовательности их сборки. Установление последовательности сборки машины в первую очередь зависит от особенности ее конструкции и заложенных в ней методов достижения точности. Однако можно сформулировать основные общие положения, которые следует соблюдать при разработке последовательности сборки различных машин. Эти общие положения изложены ниже. 1. Вначале необходимо определить последовательность общей сборки машины, а затем  сборки каждого из входящих в нее узлов, подузлов, комплектов и отдельных деталей. 2. Сборку любой сборочной единицы  комплекта, подузла, узла, изделия следует начинать с установки ее базирующей детали. В соответствии с этим общую сборку машины начинают с установки станины, рамы или другого ее основания. Сборку узла или подузла начинают с установки корпуса, плиты, кронштейна или иной базирующей детали. Базирующие детали необходимо устанавливать в положении, удобном для выполнения требуемых сборочных переходов. С этой целью используют сборочные стенды или специальные опорные элементы, позволяющие правильно 103

выставить базирующую деталь и повысить жесткость изделия в процессе сборки. На установленную базирующую деталь последовательно устанавливают все сборочные единицы и детали. 3. В первую очередь собирают наиболее ответственные сборочные единицы, размеры деталей которых являются общими звеньями нескольких функционально важных размерных цепей собираемого изделия. Затем собирают другие, менее ответственные сборочные единицы и детали. Технологический процесс сборки изделия может быть организован по поточной и по непоточной форме, при этом сборка может быть как стационарной, так и подвижной. В свою очередь, перемещение собираемого изделия от одной позиции к другой может осуществляться периодически или постоянно. Определяющими факторами при выборе формы организации и вида процесса сборки машины являются данные по программе выпуска (количество изделий, подлежащих изготовлению в единицу времени и по неизменяемым чертежам), а также особенности конструкции машины  ее габариты, масса, жесткость, удобство транспортирования. Целесообразность выбора той или иной организационной формы и вида производственного процесса сборки должна быть обоснована технико-экономическим расчетами, в которых одновременно учитываются конструкторско-технологические и экономические факторы. Если объем выпуска машин или других сборочных единиц достаточно велик, экономически целесообразным является поточная форма организации процесса сборка, для которой характерно соблюдение постоянство такта выпуска изделий. Эту форму организации применяют в крупносерийном и массовом произ104

водстве. Ее отличительной особенностью является постоянное или периодическое движение собираемого объекта или рабочихсборщиков по ходу выполнения процесса от одной позиции к другой. Для организации поточной сборки рассчитывают такт выпуска изделия: T

60  F  

N

,

(10.1)

где F  годовой фонд времени в часах, N  программа выпуска (штук в год),   коэффициент использования годового фонда времени. С уменьшением объема выпуска машин поточная сборка становится экономически нецелесообразной, поэтому следует переходить на непоточную форму сборки, для которой не требуется соблюдение постоянства такта выпуска изделий. Непоточную стационарную сборку применяют при изготовлении машин в малых количествах, в мелкосерийном и единичном производстве. Все комплектующие сборочные единицы и детали подаются на одно рабочее место или сборочный стенд, на котором от начала и до конца осуществляется сборка изделия. Рабочий или бригада рабочих выполняют сборку на одном объекте. Распределение выполняемых переходов между рабочими осуществляется бригадиром или мастером участка. Для облегчения труда и повышения производительности рабочее место обычно оборудуют универсальными приспособлениями и подъемно-транспортными средствами. Выполнение всей сборки на одном объекте бригадой рабочих ограничивает возможности параллельного выполнения совмещенных во времени сборочных переходов. Это объясняется ограниченностью рабочей зоны и отсутствием физической возможно105

сти размещения большего числа рабочих. В результате значительное число переходов приходится выполнять последовательно, что влечет за собой увеличения продолжительности сборки. Все это приводит к колебаниям фактической трудоемкости и цикла сборки, а следовательно, к неравномерному выпуску изделий в единицу времени и сравнительно невысоким техникоэкономическим показателям. С увеличением количества собираемых изделий представляется целесообразным перейти к более эффективной  к подвижной непоточной сборке. Отличительной особенностью организации такого сборочного производства является наличие транспортных устройств, обеспечивающих перемещения собираемых объектов от одного рабочего места к другому. В качестве транспортных средств используют склизы, рольганги, ленточные транспортеры, а также различного рода тележки (спутники), перемещающиеся по рельсам, закрепленным на полу или подвешенным к потолку цеха. Транспортные устройства последовательно связывают отдельные рабочие места, расположенные по ходу техпроцесса сборки, в одну систему. Таким образом создается взаимосвязь между рабочими, занятыми на смежных операциях. Сборочные операции выполняются при этом параллельно-последовательно отдельными рабочими или бригадой на определенных рабочих местах, которые располагают вдоль транспортного устройства или непосредственно на его линии. Рабочие места оборудуют необходимыми верстаками, монтажно-сборочным и контрольно-измерительным инструментами, а также стеллажами для монтируемых сборочных единиц и деталей. Каждый рабочий таким образом специализируется на выполнении определенной операции. Он выполняет все предусмот106

ренные на его позиции сборочные переходы, а затем перемещает собираемый объект с помощью транспортера к следующему рабочему месту. Все это существенно сокращает затраты времени и повышает производительность, по сравнению с непоточной стационарной сборкой. При непоточной подвижной сборке фактическая продолжительность выполнения каждой операции может колебаться. Она зависит от квалификации рабочего, интенсивности его труда, а также от качества поступающих деталей и сборочных единиц. С целью компенсации колебания времени выполнения сборочных операций, между рабочими местами создают небольшие межоперационные заделы собираемых объектов, что позволяет уменьшить, а в ряде случаях и вообще исключить простои сборщиков, связанные с неритмичностью поступления собираемых объектов с предшествующих рабочих мест. Каждый из сборщиков, закончивший свою операцию раньше работающего на предыдущем участке, может продолжать свою работу, используя межоперационный задел, без потери времени на ожидание. При этом целесообразное количество собираемых объектов, составляющих межоперационные заделы, могут быть рассчитаны заранее с учетом возможных колебаний продолжительности отдельных операций. Все это способствует повышению производительности труда сборщиков и выравниванию штучного выпуска собираемых изделий в единицу времени. Таким образом, несмотря на дополнительные затраты, связанных с установкой транспортных устройств, непоточная подвижная сборка оказывается более эффективной по сравнению со стационарной непоточной сборкой. Она способствуют повышению производительности труда и других технико-экономических показателей. 107

Подвижную сборку можно осуществлять для машин, имеющих достаточно жесткую конструкцию и сравнительно небольшую массу. Для машин, не имеющих достаточную жесткость, рекомендуется применять сборку с периодическим перемещением собираемого объекта. В этом случае собираемый объект на рабочих местах останавливается и все сборочные операций выполняют при его неподвижном состоянии. В результате значительно снижается влияние упругих деформаций недостаточно жестких базирующих деталей на точность собираемого изделия. Ниже приводятся варианты собираемых узлов: вентиль угловой, таль червячная.

Рис. 10.1. Вентиль угловой 108

Рис. 10.2. Таль червячная

Вопросы для обсуждения

1. Какие подузлы входят в состав рассматриваемого узла? 2. Назовите базовые детали входящих подузлов. 3. Какие комплекты входят в состав выявленных подузлов? 4. Назовите базовые детали входящих в подузлы комплектов. 5. В какой последовательности необходимо осуществлять сборку узла? 6. Какие организационные формы техпроцесса сборки существуют? 7. Как рассчитывается трудоемкость сборки узла? 8. Как рассчитывается необходимое число рабочих сборщиков? 109

Практическое занятие № 11 ТРИ МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Цель практического занятия

Изучить три метода получения и измерения размеров деталей машин. План проведения занятия

1. Проанализируйте схему получения линейных размеров валика А1, А2 , А3 цепным методом. 2. Рассчитайте погрешность координатных звеньев Б1, Б2, Б3 при цепной схеме получения линейных размеров валика. 3. Проанализируйте схему получения линейных размеров валика Б1, Б2, Б3, координатным методом. 4. Рассчитайте погрешность цепных звеньев А1, А2 , А3 при координатной схеме получения линейных размеров валик. 5. Сравните полученные результаты и сделайте выводы. 6. Проанализируйте схему получения линейных и угловых размеров планки комбинированным методом на операции фрезерования. 7. Оцените точность получения линейных и угловых размеров планки комбинированным методом и сделайте выводы. Основные теоретические положения

В процессе изготовлении деталей, в процессе сборки и измерения применяют три различных метода получения и измерения достигнутых линейных и угловых размеров  цепной, координатный и комбинированный [2]. 110

Цепной метод

При этом методе каждый последующий размер – расстояние или поворот  получают или измеряют вслед за предварительно определенным линейным или угловым размером. В качестве технологической или измерительной базы в этом случае служит связывающая их общая поверхность. На рисунке 11.1 представлена схема получение цепным методом размеров ступенчатого вала при его обработке на токарном станке. Согласно схеме в начале от базы а обрабатывают ступень 1, затем от полученной поверхности б обрабатывают ступень 2 и от полученной базы в аналогично обрабатывают ступень 3. В результате каждый цепной размер А1, А2 , А3 получают последовательно вслед за предыдущим от обработанной технологической и измерительной базы а, б, в. Таким образом, каждый раз осуществляется переход к новой технологической и измерительной базе. В результате точность каждого получаемого цепного размера ωA1, ωA2, ωA3 зависит только от точности выполнения одного соответствующего перехода и не зависит от погрешности получения других размеров. Однако погрешность любого координатного звена Б1, Б2, Б3, определяющего положение получаемых ступеней относительно одной, например, первой базовой поверхности а, при этом методе равна сумме погрешностей цепных звеньев, образующих данное координатное звено: Б1 = А1;

Б2= А1 + А;

Б3 = А1 + А2 + А3;

ωБ1 = ωA1; ωБ2 = ωA1 + ωA2; ωБ3 = ωA1+ ωA2 + ωA3. Приведенные выражения показывают, что погрешности координатных звеньев возрастают по мере увеличения числа цепных, образующих данное координатное звено. В соответствии с изло111

женным основным преимуществом цепного метода является независимость погрешности, получаемой на каждом из цепных звеньев ωA1, ωA2, ωA3, от погрешностей остальных звеньев.

Рис. 11.1. Получение линейных размеров ступенчатого валика цепным методом

Это метод используют в тех случаях, когда возникает необходимость достижения более высокой точности линейного или углового размера между двумя обрабатываемыми поверхностями. При этом для его реализации необходимо осуществлять организо-ванную смену технологических и измерительных баз. Координатный метод

Согласно этому методу (рис.11.2) линейные размеры Б1, Б2, Б3 или относительные повороты 1 , 2 , 3 получают (измеряют) от одной и той же заранее выбранной базы а независимо один от другого. Поэтому погрешности ωБ1, ωБ2, ωБ3, получаемые на каждом из координатных звеньев, не зависят от погрешностей других звеньев. Они зависят от точности выполнения определенного технологического или измерительного перехода, при выполнении которого образуется данное координатное звено. Одновременно погрешность любого цепного звена А1, А2, А3 при координатном методе получения размеров не превышает 112

суммы погрешностей двух координатных звеньев, образующих данное координатное звено: A1  Б1 ; А2  Б2  Б1 ; А3  Б3  Б2 ;  А1  1 ;

 А2  1  2 ;  А3  2  3 .

Рис. 11.2. Получение линейных размеров ступенчатого валика координатным методом

Другим важным преимуществом координатного метода является то, что при получении всех координатных звеньев погрешность установки заготовки остается неизменной. В отличие от цепного метода, отпадает необходимость организованной смены измерительных или технологических баз для получения новых размеров. Поэтому погрешность установки оказывает значительно меньше влияния на точность изготавливаемой детали, по сравнению с цепным методом, когда для получения каждого цепного звена необходимо переходить на новую измерительную или технологическую базу. Таким образом, основным преимуществом координатного метода является соблюдение принципа единства баз, при котором исключается влияние погрешности установки заготовки на точность относительного положения поверхностей, обрабатываемых с одной установки. Примером эффективного использования дан113

ного метода является обработка с одной установки отверстий в корпусных деталях на горизонтально-расточных станках. В результате достигается высокая точность положения отверстий относительно единых технологических баз и между собой. Вследствие указанных преимуществ координатный метод получил в практике машиностроения широкое применение. Комбинированный метод

Сущность комбинированного метода заключается в одновременном использовании особенностей как цепного, так и координатного методов получения или измерения размеров деталей, когда в процессе изготовления детали для получения одних размеров используют координатный метод, а для получения других  цепной (рис. 11.3). Координатный метод используют в первую очередь для получения точности относительных поворотов и расположения поверхностей  параллельности, перпендикулярности, соосности, а для достижения точности требуется соблюдение принципа единства баз. Его широко используют также для достижения точности расстояний, так как считают, что координатный метод в целом обеспечивает более высокую точность.

а)

б)

Рис. 11.3. Получение линейных и угловых размеров комбинированным методом: а – при точении валика; б – при фрезеровании планки. 114

Это объясняется тем, что не требуется выполнение переустановки, обработка выполняется с одних и тех же технологических баз, в результате чего влияние погрешности установки заготовки существенно снижается. В свою очередь, цепной метод используют в тех случаях, когда на отдельных линейных или угловых размерах требуется обеспечить более высокую точность, а применение координатного метода не позволяет на рассматриваемом цепном звене обеспечить точность в пределах заданного допуска. При этом учитывают, что погрешность установки, связанная со сменой технологических баз, сравнительно невелика, а требуемая переустановка не представляет больших трудностей. Использование комбинированного метода для получения точности на токарном станке линейных и угловых размеров между поверхностями ступенчатого валика схематически показано на рис. 11.3а. Обработка валика осуществляется с двух установок при базировании его в центрах. Согласно приведенной схеме перпендикулярность получаемых торцевых поверхностей б, в, г относительно оси центровых гнезд, а также соосность получаемых поверхностей 1, 2, 3, 4 достигается координатным методом от одних баз, в то время как точность линейных размеров А1, А2, А3 обеспечивается использованием цепного метода. На рисунке 11.3б представлена схема получения комбинированным методом размеров ступенчатой планки при обработке ее на фрезерном станке. Линейные размеры Б1, Б2, определяющие высоту соответствующей ступени, и угловые размеры 1, 2, 3, 4, определяющие параллельность ступеней относительно основания, получаются координатным методом от основания а, выполняющего роль технологической базы. В свою очередь, линейные размеры А1 и А2, определяющие высоту внутренних уступов, 115

получены цепным методом соответственно вначале от базы б, а затем от базы в. В зависимости от поставленной технологической задачи в практике машиностроения могут быть эффективно использованы каждый из трех рассмотренных методов получения и измерения линейных и угловых размеров деталей машин. Тексты ситуаций для анализа задач

На универсальном токарном станке была обработана партия валиков (рис.11.1) и получены цепным методом три линейных размера А1, А2, А3 . Результаты измерения полученных размеров приведены в табл. 11.1. Необходимо рассчитать погрешность цепных размеров А1, А2, А3, а также номиналы Б1, Б2 , Б3 и поля рассеяния Б1 , Б2 Б3 координатных размеров, образуемых при цепной схеме получения размеров. Получение размеров валика цепным методом. Таблица 11.1 Заданные на чертеже цепные размеры валика Расчет размеров валика, 35 0 40 0 50 0 А1 = 0, 2 мм А2 = 0, 2 мм А3 = 0, 2 мм полученных цепным методом Полученные цепные размеры валика в пределах

А1 , (мм) (34, 85… 35,0)

А2 , (мм) А3 , (мм) (39,80 …39, 98) (49,82…50,00)

Погрешность цепных размеров i = Анб  Анм

А1 =….

А2 =….

А3 =….

Координатные размеры

Бi = Аi + Аi +1

Б1 =…

Б2 =…

Б3 =…

Погрешность координатных звеньев при цепной схеме получения размеров Бi = Аi +Аi +1

Б1 = 116

Б2 =

Б3 =

На универсальном токарном станке была обработана партия валиков (см. рис.11.2) и получены координатным методом три линейных размера Б1, Б2 , Б3 . Результаты измерения размеров приведены в табл. 11.2. Необходимо рассчитать погрешность координатных размеров Б1, Б2 Б3, а также номиналы А1, А2, А3 и поля рассеяния А1, А2, А3 цепных размеров, образуемых при координатной схеме получения размеров. Таблица 11.2 Получение размеров валика координатным методов Заданные на чертеже координатные размеры валика

Расчет размеров валика, полученных координат45 00, 2 Б1 = мм ным методом

Б2 =

70 00, 2

мм

Б3 =

100 00,3

мм

Полученные координатные размеры валика в пределах

Б1 , (мм) (44, 80.. 44,97)

Б2 , (мм) (69,83 …70, 0)

Б3 , (мм) (99,72…99,96)

Погрешность координатных размеров Бi = Бнб  Бнм

Б1 =….

Б2 =….

Б3 =….

А2 =…

А3 =…

Цепные размеры

Аi = Бi +1  Бi

А1 =…

Погрешность цепных звеньев при координатной схеме получения размеров Аi = Бi +1 + Бi

Б1 =

Б2 =

Б3 =

Сравните результаты расчетов точности линейных размеров валика, получаемых цепным и координатным методами, заполните расчетные таблицы и сформулируйте выводы.

117

Вопросы для обсуждения

1. Как рассчитать размерную цепь в номиналах? 2. Назовите три метода получения и измерения точности линейных и угловых размеров деталей машин. 3. В чем сущность цепного метода получения и измерения точности линейных и угловых размеров деталей машин? 4. В чем сущность координатного метода получения и измерения точности линейных и угловых размеров деталей машин? 5. В чем сущность комбинированного метода получения и измерения точности линейных и угловых размеров деталей машин? 6. Чему равна погрешность координатного звена при цепном методе получения и измерения точности линейных и угловых размеров деталей машин?

118

Практическое занятие № 12 НАЗНАЧЕНИЕ ПРИПУСКОВ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛИ АНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель практического занятия

Изучить методику назначения припусков с помощью расчетно-аналитического метода. План проведения занятия

1. Произвести постановку задачи для расчета. 2. По методике аналитического расчета режимов обработки произвести расчет для одной поверхности обработки. 3. Оценить полученный результат. Основные теоретические положения

Расчётно-аналитический метод определения припусков базируется на анализе производственных погрешностей, возникающих при конкретных условиях получения заготовок и их обработки, определении величины элементов, составляющих припуск и их суммирования [3]. Расчётно-аналитический метод определения припусков необходимо применять в условиях крупносерийного и массового производства. Факторы, определяющие величину припуска: 1. Высота неровностей профиля RZi1, полученная на предшествующем переходе обработки данной поверхности. Величина RZi-1 зависит от метода, режимов и условий выполнения предшествующей обработки (табл. 12.1–12.8). 2. Состояние и глубина поверхностного слоя Ti1, полученные на предшествующем технологическом переходе. Этот слой, от119

личающийся от основного металла по механическим свойствам, наличию остаточных напряжений и структуре, включается в припуск не всегда. Разные металлы, в зависимости от вида и режимов обработки, имеют разную величину изменённого слоя. У заготовок, изготовленных из серого чугуна, изменённый слой представляет собой перлитную корку, которая обычно полностью удаляется в первом переходе при обработке лезвийным инструментом с целью сохранения его стойкости. Поэтому для последующих переходов обработки поверхности величина Ti1 принимается равной нулю. Стальные поковки и штамповочные заготовки имеют обезуглероженный поверхностный слой, который снижает предел выносливости металла. Поэтому его следует удалить при механической обработке. Значения Т для основных видов заготовок и методов механической обработки приведены в табл. 12.1–12.8. Таблица 12.1 Качество наружной поверхности калиброванного проката Rz T Прокат мкм Гладкотянутый 60 60 Шлифованный 10 20 Применчание. Качество торцовой поверхности после резки проката см. в табл. 12.3. Таблица 12.2 Качество наружной поверхности горячекатаного проката Качество поверхности при точности проката Диаметр повышенной обычной проката, Rz T Rz T мм мкм До 25 100 100 150 150 Свыше 25 до 75 100 150 150 250 Свыше 75 до 100 150 200 300 150 Свыше 150 до 250 250 300 400 250 120

Таблица 12.3 Точность и качество торцевой поверхности горячекатаного проката после резки по упору Точность Качество Удельная Диаметр резки по поверх- неперпенСпособ резки отрезаемой длине дикулярности: заготовки, D, мм заготовки, (Rz + T), ность , мм мм (±) мкм/мм На ножницах До 25 1,0 см. Свыше 25 до 75 1,3 0,3 примечаСвыше 75 до 150 1,8 ние Свыше 150 до 250 2,3 Дисковыми пипаДо 25 0,3 ми, приводными Свыше 25 до 75 0,4 ножонками, диско0,2 0,01 0,5 выми фрезами на станках Отрезными резцаДо 25 0,25 ми на станках тоСвыше 25 до 75 0,35 0,2 0,045 карного типа Свыше 75 до 150 0,40 Свыше 150 до 250 0,50 Примечание. При резке на ножницах и прессах образуется вмятина в направлении, перпендикулярном к поверхности среза, достигающая 0,2D, и скос по торцу до 3°. Величину вмятины и скоса необходимо учитывать при последующей обработке заготовки по торцу и диаметру. Таблица 12.4 Качество поверхности штампованных поковок Масса шатпованной поковки, кг До 0,25 Свыше 0,25 до 4,00 Свыше 4,00 до 25 Свыше 25 до 40 Свыше 40 до 100 Свыше 100 до 200

Rz

T мкм

80 160 240 320 350 400

100 200 250 300 350 400

Примечание. Высота неровностей профиля RZ дана после пескоструйной обработки поверхности поковок или травления; при дробеструйной или дробеметной обработке RZ принимают равной 400 мкм независимо от массы поковок. 121

Таблица 12.5 Качество торцевой поверхности поковки после ковки Rz T Диаметр торцево й поверхности, мм мкм До 30 200 300 Свыше 30 до 50 300 500 Свыше 50 до 80 400 800 Свыше 80 до 120 500 1200 Таблица 12.6 Точность и качество поверхности заготовок, получаемых литьем в песчаные формы (машинная формовка) Rz + T (мкм) для классов точности заготовк 1 2 Размер Материал заготовки отливки, мм Цветные меЦветные Чугун Сталь таллы и Чугун Сталь металлы и сплавы сплавы До 1250 600 500 400 800 600 500 Свыше 1250 800 700  1000 800  до 3150 Примечание. 1-й класс соответствует массовому производству; 2-й класс – серийному Таблица 12.7 Точность и качество заготовок, получаемых специальным способом литья

Качество поверхности T, мкм Материал заготовки Цветные Чугун Сталь металлы и сплавы 300 200 100 300 200 100

Способ литья

Степень точности

Rz

В кожиль Центробежное В оболочковые формы для элементов, получаемых в одной полуформе, в обеих полуформах Под давлением По выплавляемым моделям

IТ14IТ15 IТ14IТ15

200 200

IТ11IТ13

40

260

160

100

IТ14 IТ14IТ15

40 50

260 

160 

IТ14IТ15

30

170

100

100 100 60

122

Таблица 12.8 Точность и качество поверхности заготовки после механической обработки Заготовка

Механическая обработка

Горячекатаный Черновая прокат Получистовая Чистовая Поковка Обдирка Черновая Получистовая Чистовая Отливка Обдирка Черновая Получистовая Чистовая Заготовки всех Протягивание видов наружное Тонкая обработка лезнийным инструментом Шлифование: предварительное, чистовое Калиброванный Бесцентровое прокат класса шлифование: точности до термообработки, IТ10IТ8 после термообработки Черновая Получистовая Чистовая

Степень точности IТ12IТ14 IТ11IТ13 IТ10IТ11 IТ17 IТ15IТ16 IТ12IТ14 IТ10IТ11 IТ16IТ17 IТ15IТ16 IТ12IТ14 IТ10IТ11 IТ10

Качество поверхности Rz T мкм 120 120 60 60 30 30 1150 350 240 240 120 120 40 40 320 320 240 240 100 100 20 20 5 10

IТ6

3



IТ8 IТ6

10 5

20 5

IТ7

6

12

IТ6

3



240 120 40

240 120 40

Примечание. При обработке заготовок серого чугуна после первого перехода механической обработки, а также при обработке заготовок из стали после термообработки Т из формулы исключить. 123

3. Суммарное значение пространственных отклонений ρi1 в расположении обрабатываемой поверхности относительно базовых поверхностей заготовки, оставшихся после выполнения предшествующего перехода. В минимальный припуск входят пространственные отклонения, имеющие самостоятельные значения, не связанные с допуском на выполняемый размер. Они могут быть заданы непосредственно как допустимая кривизна вала, коробление поверхностей, смещение и увод отверстия, непараллельность осей, неперпендикулярность, радиальное и торцевое биение и пр., а также их допуск на расположение поверхности или оси координирующим размером. Причинами пространственных отклонений могут быть: пространственные погрешности изготовления литейных форм и штампов; деформации детали в процессе обработки; погрешности взаимного положения рабочих элементов станка. В таблице 12.9 приводятся расчётные формулы для определения суммарного значения пространственных отклонений для различных видов заготовок при их обработке на первой операции, с учётом способов базирования заготовок, влияющих на величину пространственных отклонений. В таблицах 12.10–12.12 приведены величины пространственных отклонений. Величину остаточной кривизны после выполняемого перехода определяется по формуле: ост  K y  заг где ρост – остаточная кривизна; ку – коэффициент уточнения (табл. 12.13); ρзаг – кривизна заготовки. 4. Погрешность установки заготовки εуi на выполняемом переходе. Погрешность εуi в общем виде определяют как векторную сумму погрешности базирования εб, погрешности закрепления εз и погрешности приспособления εпр. 124

Таблица 12.9 Суммарное значение пространственных отклонений для различных видов заготовок и механической обработки Расчётные Тип детали и схема базирования формулы 1. Литые заготовки Корпусные детали, по отверстиям с паралельными осями и перпендикулярной к ним плоскости

То же, по плоскости, противоположной обрабатываемой

Детали – тела вращения, в самоцентрирующих патронах по наружному диаметру с прижимом к торцевой поверхности

125

Тип детали и схема базирования

Продолжение табл. 12.9 Расчётные формулы

2. Штампованные заготовки Стержневые детали (валы ступенчатые, рычаги др.) с базированием по крайней ступени (поверхности)

Стержневые детали при обработке в центрах

при

Детали типа дисков с прошиваемым центральным отверстием (шестерни, диски и др.) с установкой по наружному диаметру и торцу

126

Тип детали и схема базирования

То же, при обработке торцевых поверхностей

3. Заготовки из сортового проката При консольном закреплении в самоцентрирующих патронах

127

Продолжение табл. 12.9 Расчётные формулы

Продолжение табл. 12.9 Расчётные формулы

Тип детали и схема базирования При обработке в центрах при

4. Сверление центровых отверстий в заготовке При установке в самоцентрирующих зажимных устройствах

При установке на призмах с односторонним прижимом

(при

)

) (при Примечание. Обозначения, используемые в табл. 12.9: ρ, ρΔ1, ρα – суммарное значение пространственных отклонений обрабатываемой поверхности; ρкор – величина коробления обрабатываемой поверхности (см. табл. 12.11); ρсм – смещение обрабатываемой поверхности относительно базовой или смещение одних участков поверхностей относительно других (см. табл. 12.10; ρц – погрешность зацентровки; Δк – удельная кривизна обрабатываемой поверхности (см. табл. 12.12); ρэксц – эксцентричность (см. табл. 12.11); δ – допуск на диаметральный размер базовой поверхности заготовки, используемой при зацентровке. 128

пр , т.е. у = б = з+пр.

В случае, когда можно определить направление векторов: у = б = з+пр. Знаки в приведенном выражении зависят от направления векторов. Когда же предвидеть направление векторов затруднительно, их суммируют по правилу квадратного корня: 2  у  б2   2з  пр .

Погрешность базирования имеет место при несовпадении технологической и измерительной баз и зависит также от допуска и погрешности формы базовых поверхностей. В таблицах 12.14 и 12.15 приводятся формулы для определения погрешности базирования при обработке заготовок в различных приспособлениях. Погрешность закрепления εз возникает в результате смещения обрабатываемых поверхностей заготовок от действия зажимной силы. Значения погрешности закрепления заготовок приведены в табл. 12.16–12.19. Погрешность приспособления εпр является следствием неточности изготовления станочного приспособления, погрешности установки самого приспособления на станке и износа его рабочих поверхностей. К погрешности приспособления относится и погрешность индексации – поворота зажимных устройств при обработке заготовок на многопозиционных станках. За исключением последней составляющей, элементы погрешности приспособления часто трудно выявить как самостоятельные значения, поэтому их учитывают как входящие в погрешность закрепления. С учётом сказанного для однопозиционной обработки:  у  б2   2з или  у  б   з . 129

Таблица 12.10 Смещение осей поковок, штампуемых в разных половинах штампа ρ см, мм Штамповка На прессах Масса На молотах и горизонтально-ковочных штапованной машинах поковки, кг Группа точности 1 2 3 1 2 3 До 0,25 0,30 0,4 0,6 0,20 0,3 0,5 Свыше 0,35 0,5 0,8 0,25 0,4 0,6 0,25 до 0,63 Свыше 0,40 0,6 1,2 0,30 0,5 0,7 0,63 до 1,60 Свыше 0,45 0,8 1,4 0,35 0,6 0,8 1,60 до 2,50 Свыше 0,50 1,0 1,5 0,40 0,7 0,9 2,50 до 4,00 Свыше 0,63 1,1 1,7 0,50 0,8 1,0 4,00 до 6,30 Свыше 0,70 1,2 2,0 0,60 0,9 1,2 6,30 до 10,00 Свыше 0,80 1,3 2,1 0,60 1,0 1,3 10,00 до 16 Свыше 0,90 1,4 2,3 0,70 1,1 1,4 16 до 25 Свыше 1,00 1,6 2,6 0,70 1,2 1,6 25 до 40 Свыше 1,20 1,8 2,9    40 до 63 Свыше 1,40 2,2 3,5    63 до 100 Свыше 1,60 2,4 3,8    100 до 125 Свыше 1,80 2,7 4,4    125 до 160 Свыше 2,20 3,2 5,0    160 до 200 Примечание. Группы точности: 1 – повышенная, 2 – нормальная, 3 – пониженная. 130

При обработке заготовок на многопозиционных станках для расчёта припуска под второй переход погрешность определяют по формуле: yi = Kyyi-1+инд.

где ку – коэффициент уточнения (можно принимать ку = 0,06); εуi1 – погрешность установки на первом переходе; εинд – погрешность индексации поворотного устройства (поворотного стола, шпиндельного барабана, револьверной головки и т. д.), при расчётах можно принимать εинд = 0,05 мм. При последующих переходах остаточная погрешность установки мала и ею можно пренебречь, а учитывать только погрешность индексации. Таблица 12.11 Эксцентричность ρэксц и коробление поковок ρкор, получаемых на прессах и горизонтально-ковочных машинах, мм Толщина (высота), длина и ширина поковки До 50 Свыше 50 до 120 Свыше 120 до 180 Свыше 180 до 260 Свыше 260 до 360 Свыше 360 до 500

Кривизна Эксцентричность (стрела прогиба и коробление) Группа точности 1 2 3 1 2 3 0,50 0,8 1,0 0,25 0,5 0,5 0,63

1,4

1,5

0,25

0,5

0,5

0,80

2,0

2,5

0,32

0,5

0,7

1,00

2,8

3,5

0,32

0,6

0,9

1,50

3,2

4,5

0,40

0,70

1,0

2,50

3,6

5,5

0,50

0,80

1,1

Примечание. Группы точности: 1 – повышенная, 2 – нормальная, 3 – пониженная. 131

Таблица 12.12 Удельная изогнутость и коробление Δ кор, мкм/мм Метод получения поверхности Литье в земляные формы деталей типа плит Литье в металлические формы корпусных деталей Горячая штамповка (без правки) Горячая штамповка (после правки) Прокат горячекатаный (без правки) Прокат горячекатаный (после правки) Прокат калиброванный нормальной точности (без правки) Прокат калиброванный (после правки) Прокат холоднонатянутый (без правки) Прокат холоднонатянутый (после правки) Закаленный детали (после правки Детали после закалки ТВЧ Валы после шлифования Валы, закаленные ТВЧ, после шлифования

Диаметр или толщина деталей, мм Свыше Свыше Свыше Свыше Свыше 18 до 30 30 до 50 50 до 80 80 до 120 120 до 180 4

4

3

3

2,5

2

2

1

1

0,7

2,4

2

1,6

1,2

0,8

0,4

0,3

0,2

0,2

0,15

12

10

10

8

5

2

2

1,5

1

1

4

4

3

3

2

2

2

1,5

1,5

1

8

6

4

2



2

1,5

1

1



0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,5 0,06

0,4 0,05

0,4 0,04

0,3 0,03

0,3 

0,03

0,03

0,02

0,02



Таблица 12.13 Значение коэффициента уточнения Ку Технологический Коэффициент Заготовка уточнения Ку процесс После обтачивания: 0,05 однократного двукратного 0,02 После шлифования: 0,06 чернового чистового 0,04 После обтачивания: 0,06 чернового и однократного получистового 0,05 чистового 0,04 132

Таблица 12.14 Погрешность базирования при обработке в приспособлениях Погрешность Базирование Схема установки базирования  По центровым отверстиям: на жесткий передний центр на плавающий При плавающем пецентре: редний центр

По внешней поверхности: в зажимной цанге по упору и в самоцентрирующемся патроне с упорным торцом В самоцентрирующихся призмах

В призме при обработке отверстия по кондуктору

133

Базирование

Схема установки

По плоской поверхности при обработке отверстия по кондуктору

В призме при обработке паза

В призме при обработке плоскости

134

Продолжение табл. 12.14 Погрешность базирования 

Базирование

Схема установки

По отверстию: на жесткой оправке со свободной посадкой

Продолжение табл. 12.14 Погрешность базирования 

При установке оправки на плавающий передний центр, в гильзу или патрон по упору

При установке оправки на жесткий передний центр

По отверстию: на разжимной оправке, на жесткой оправке

По плоскости при обработке уступа

135

Базирование

Схема установки

Продолжение табл. 12.14 Погрешность базирования 

По двум отверстиям на пальцах: при обработке верхней поверхности

Примечание. Обозначения, используемые в табл. 12.14: εl– смещение оси отверстия относительно оси внешней поверхности; δD – допуск на диаметр внешней поверхности; Smin – минимальный гарантийный зазор; δB – допуск на размер оправки; δA – допуск на размер базового отверстия.

Таблица 12.15 Просадка центровых гнёзд (отверстий) Δц

Наибольший диаметр центрового гнезда, мм

1; 2; 2,5

4; 5; 6

7,5; 10

12,5; 15

20; 30

ц, мм

0,12

0,15

0,20

0,22

0,25

136

Таблица 12.16 Погрешность закрепления при установке заготовок в пневматическом патроне

Свыше 120 до 180

Свыше 180 до 260

Свыше 260 до 360

Свыше 360 до 500

580

660

760

120

140

170

220

240

280

320

380

440

500

40

50

60

70

80

90

100

120





20

25

30

35

40

45

50

60





180

220

260

320

380

440

500

580

660



180 40

220 50

260 60

320 70

380 80

440 90

500 100

 120

 140

 160

20

25

30

35

40

45

50

60

70

80

55

В осевом направлении 60 70 80 90 100

110

120

130

140

55

60

65

75

80

90

100

110

120

130

45

50

55

65

75

80

85

90





25

35

45

50

55

65

70

80





55

60

70

80

90

100

110

120

130



55 40

60 50

70 60

80 70

90 80

100 90

110 100

 110

 120

 

25

30

35

40

50

60

70

80

90

100

Литье в песчаную форму Литье в постоянную форму Литье по выплавляемым моделям или в оболочковые формы Литье под давлением Горячая штамповка Горячекатаная Предварительно обработанная Чисто обработанная Литье в песчаную форму Литье в постоянную форму Литье по выплавляемым моделям или в оболочковые формы Литье под давлением Горячая штамповка Горячекатаная Предварительно обработанная Чисто обработанная

137

Свыше 80 до 120

550

3

Свыше 50 до 80

11

2

Свыше 30 до 50

10

1

Свыше 18 до 30

9

Свыше 10 до 18

8

180

4 5 6 7 В радиальном направлении 220 260 320 380 440

Свыше 6 до 10

Характеристика базовой поверхности

Погрешность закрепления з, мкм, при поперечном размере заготовки, мм

Таблица 12.17 Погрешность закрепления при установке заготовок на опорные пластины приспособлений

Свыше 360 до 500

Свыше 260 до 360

Свыше 180 до 260

Свыше 120 до 180

Свыше 80 до 120

Свыше 50 до 80

Свыше 30 до 50

Свыше 18 до 30

Свыше 10 до 18

Свыше 6 до 10

Характеристика базовой поверхности

Погрешность закрепления з, мкм, при поперечном размере заготовки, мм

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Установка в зажимное приспособление с винтовыми или эксцентриковыми зажимами Литье в песча 100 110 120 135 150 175 200 240 280 ную форму Литье в постоян- 55 60 70 80 90 100 110 120 130 140 ную форму Литье по вы40 50 60 70 80 90 100 110   плавляемым моделям или в оболочковые формы Литье под давле- 30 40 50 60 70 80 90 100   нием Горячая штам 100 110 120 135 150 175 200 240  повка Горячекатаная 90 100 110 120 135 150 175    Предварительно 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 обработанная Чисто обрабо30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 танная Шлифованная 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Установка в зажимное приспособление с пневматическими зажимами Литье в песча 80 90 100 110 120 140 160 190 220 ную форму Литье в постоян- 50 55 60 65 70 80 90 110 110 120 ную форму Литье по вы35 40 50 55 60 70 80 90   плавляемым моделям или в оболочковые формы Литье под давле- 25 30 35 40 50 60 70 80   нием Горячая штам 80 90 100 110 120 140 160 180  повка Горячекатаная 70 80 90 100 110 120 140    Предварительно 35 40 50 55 60 70 80 90 100 110 обработанная Чисто обрабо25 30 35 40 50 60 70 80 90 100 танная Шлифованная 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90

Примечания. 1) Поперечный размер заготовки принимать в сечении по нормали к обрабатываемой поверхности; 2) погрешность закрепления дана по нормали к обрабатываемой поверхности.

138

Таблица 12.18 Погрешность закрепления при установке заготовок на опорные штифты приспособлений Свыше 360 до 500

Свыше 260 до 360

Свыше 180 до 260

Свыше 120 до 180

Свыше 80 до 120

Свыше 50 до 80

Свыше 30 до 50

Свыше 18 до 30

Свыше 10 до 18

Свыше 6 до 10

Характеристика базовой поверхности

Погрешность закрепления з, мкм, при поперечном размере заготовки, мм

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Установка в зажимное приспособление с винтовыми или эксцентриковыми зажимами Литье в песча 100 125 150 175 200 225 250 300 350 ную форму Литье в постоян 100 110 120 130 140 150 160 180 200 ную форму Литье по вы80 90 100 110 120 130 140 150   плавляемым моделям или в оболочковые формы Литье под давле- 70 80 90 100 110 120 130 140   нием Горячая штам 100 125 150 175 200 225 250 300  повка Горячекатаная 90 100 125 150 175 200 225    Предварительно 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 обработанная Чисто обрабо70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 танная Шлифованная 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Установка в зажимное приспособление с пневматическим зажимами Литье в песча 90 100 120 140 160 180 200 240 280 ную форму Литье в постоян 80 90 100 110 120 130 140 160 180 ную форму Литье по вы65 70 75 80 90 100 110 120   плавляемым моделям или в оболочковые формы Литье под давле- 40 45 50 60 70 80 90 100   нием Горячая штам 90 100 120 140 160 180 200 240  повка Горячекатаная 70 80 100 120 140 150 180    Предварительно 65 70 75 80 90 100 110 120 130 140 обработанная Чисто обрабо50 60 70 80 90 90 100 110 120 130 танная Шлифованная 40 50 60 70 80 80 90 100 110 120

Примечания. 1) Поперечный размер заготовки принимать наибольший в сечении по нормали к обрабатываемой поверхности; 2) погрешность закрепления дана по нормали к обрабатываемой поверхности. 139

Таблица 12.19 Погрешность закрепления при установке заготовок в самоцентрирующемся патроне

Свыше 80 до 120

Свыше 120 до 180

Свыше 180 до 260

Свыше 260 до 360

Свыше 360 до 500

600

700

800

900

350

400

450

500

650

100

120

140

160

200

250

40

50

60

70

80

100

125

320

370

420

500

600

700

800

900

200

250

300

350

400

450

500





220 50

270 60

320 70

370 80

420 100

500 120

600 140

 160

 180

 200

25

30

35

40

50

60

70

80

90

100

12

15

35

40

45

50

70

80

16 20 25 30 В осевом направлении 90 100 110 120

130

140

150

160

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

70

80

90

100

110

120

130

140

150

200

50

60

70

80

90

100

110

120

130

150

70 40

80 50

90 60

100 70

110 80

120 90

130 100

 110

 120

 130

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

10

10

10

10

15

15

20

25

30

30

270

150

175

200

250

300

50

60

70

80

25

30

35

220

270

150

Литье в песчаную форму Литье в постоянную форму Литье по выплавляемым моделям или в оболочковые формы Литье под давлением Горячая штамповка на молотах Горячая штамповка на прессах Горячекатаная Предварительно обработанная Чисто обработанная Шлифованная

140

Свыше 50 до 80

220

Свыше 30 до 50

Литье в песчаную форму Литье в постоянную форму Литье по выплавляемым моделям или в оболочковые формы Литье под давлением Горячая штамповка на молотах Горячая штамповка на прессах Горячекатаная Предварительно обработанная Чисто обработанная Шлифованная

Свыше 18 до 30

Свыше 10 до 18

В радиальном направлении 320 370 420 500

Свыше 6 до 10

Характеристика базовой поверхности

Погрешность закрепления з, мкм, при поперечном размере заготовки, мм

Формулы и указания к расчету припусков на механическую обработку и предельных размеров

Расчетные структурные формулы для определения минимального промежуточного припуска на обработку[6]:  припуск на сторону при последовательной обработке противоположных или отдельно расположенных поверхностей: Z i min  RZi 1  Ti 1  i 1   yi ;  припуск на две стороны при параллельной обработке проти-

волежащих поверхностей: 2 Zi min  2( RZi 1  Ti 1  i 1   yi );  припуск на диаметр при обработке наружных или внутрен-

них поверхностей вращения:





2 Z i min  2 RZi 1  Ti 1  2i 1   2yi .

На основе приведенных общих структурных формул могут быть получены частные расчетные формулы для конкретных случаев обработки (табл. 12.20). В этих формулах, в зависимости от условий выполнения операции, исключают те или иные составляющие. Расчетный припуск не должен быть меньше той глубины резания, при которой работа нормально заточенной режущей кромки инструмента становится неустойчивой. Например, острозаточенный резец может снимать стружку толщиной около 5 мкм, при затуплении кромки  10–20 мкм. При обработке за один рабочий ход на предварительно настроенных станках происходит копирование. Оно заключается в том, что при обработке заготовки с наименьшим предельным размером ai1 min (рис. 12.1) выдерживаемый размер ai min также 141

Таблица 12.20 Определение припуска при различных видах обработки Вид обработки

Расчетная формула

Последовательная обработка противоположных или отдельно расположенных поверхностей

Zi min  RZi 1  Ti 1  i 1  i

Параллельная обработка противоположных плоскостей

2 Zi min  2( RZi 1  Ti 1  i 1  i )

Обработка наружных или внутренних поверхностей вращения

2 Zi min  2 RZi 1  Ti 1  2i 1   2i



Обтачивания цилиндрической поверхности заготовки, установленной в центрах; бесцентровое шлифование

2 Zi min  2( RZi 1  Ti 1  i 1)

Развертывание плавающей разверткой, протягивание отверстий

2 Zi min  2( RZi 1  Ti 1 )



2 Zi min  2 RZi 1

Суперфиниш, полирование и раскатка (обкатка)

Z d  RZi 1  Ti 1  0,25i 1

Обработка лезвийным или абразивным инстурментом без выдержвания размера черновой поверхности Шлифование после термообработки: а) при наличии

а) Zi min  RZi 1  i 1  i

2Zi min  2( RZi 1  i 1  i ) б) Zi min  RZi 1  i 1

б) при отсутствии

2 Zi min  2( RZi 1  i 1 )

Примечание. i21  i2  0,96i 1  0, 4 i при i 1  i ;

i21  i2  i 1 при i 1  4i ;

i21  i2  0,4i 1  0,96 i при i 1  i ;

i21  i2   i при i 1  i .

142

Рис. 12.1. Схема для расчёта промежуточных размеров заготовок

получается наименьшим, а при обработке заготовки с наибольшим размером ai1min выдерживаемый размер ai max получается наибольшим. В этих условиях минимальный припуск Z i min  ai 1min  ai min ; максимальный  Z i max  ai 1max  aimax . Здесь ai1max и ai1min – предельные размеры, полученные в партии заготовок на предшествующем технологическом переходе; ai max и ai min – предельные размеры, полученные в партии заготовок на выполненном технологическом переходе. Учитывая, что ai 1max  ai min  i 1 , ai max  ai min  i , получим формулу для расчета максимального припуска на обработку Z i max  Z i min  i 1  i . Припуск на диаметр при обработке поверхностей вращения 2 Z i max  2 Z i min   Di 1   Di

где δ1–i и δDi1 – допуск по размеру на предшествующем переходе; δi и δDi – допуск по размеру на выполняемом переходе. Общий припуск на обработку равен сумме промежуточных припусков по всем технологическим переходам процесса обработки от черновой заготовки до готовой детали: 143

n

Z 0   Zi . i 1

Пример схемы расположения промежуточных припусков и допусков на промежуточные и исходные размеры заготовки при обработке плоской поверхности приведен на рис. 12.2, при обработке наружной и внутренней поверхности вращения  на рис. 12.3 и 12.4. Обработку производят по маршруту: черновое и чистовое фрезерование в первом случае, черновое и чистовое точение  во втором, черновое и чистовое растачивание  в третьем. Исходными данными при построении схемы являются размеры, заданные чертежом  a2min и D2max. Приведенные схемы характерны для обработки на предварительно настроенных станках. Номинальный припуск на обработку поверхностей: наружных Z i max  Z i min  H i 1  H i , 2 Z i max  2 Z i min  H Di 1  H Di ,

внутренних Z i max  Z i min  Bi 1  Bi ,

2 Zi max  2 Zi min  BDi 1  BDi , где Hi1, HDi1, Hi, HDi – нижние отклонения по размерам соответственно на предшествующем и выполняемом переходах; Bi1, Bi, BDi1, BDi – верхние отклонения по размерам соответственно на предшествующем и выполняемом переходах. Значения номинальных припусков необходимы для определения номинальных размеров заготовок, по которым изготовляют технологическую оснастку (штампы, пресс-формы, модели, приспособления и т.д.). 144

Рис. 12.2. Схема расположения промежуточных припусков и межпереходных размеров при обработке наружной плоской поверхности

Рис. 12.3. Схема расположения промежуточных припусков и межпереходных размеров при обработке наружной цилиндрической поверхности

Рис. 12.4. Схема расположения промежуточных припусков и межпереходных размеров при обработке внутренней поверхности

Следует помнить, что полученные в результате расчета общие припуски и размеры заготовки необходимо корректировать с учетом следующих дополнений:  для отливок назначают необходимые по технологии литья 145

напуски, упрощающие конфигурацию заготовки и сглаживающие местные углубления, переходы и уступы, проверяют радиусы литых галтелей и линии переходов при изменении сечений отливок;  для поковок, изготовляемых ковкой и штамповкой, назначают технологические напуски для крепления заготовки при термической обработке, взятии проб для физико-механических испытаний; также для упрощения конфигурации заготовки назначают радиусы закруглений или размеры фаски в соответствии с размерами заготовки. Для заготовок из проката общий припуск корректируют в зависимости от выбранного по сортаменту наименьшего диаметра прутка. Порядок расчёта припусков на обработку и предельных размеров

Расчёт припусков на обработку и предельных размеров принято оформлять в виде расчётной карты. Рассмотрим порядок расчёта припусков на обработку и предельных размеров по технологическим переходам для наружных (внутренних) поверхностей. 1. Используя рабочий чертёж детали и карту технологического процесса механической обработки, записать в расчётную карту размер обрабатываемой элементарной поверхности заготовки и все технологические переходы в порядке последовательности их выполнения при обработке рассматриваемой элементарной поверхности. 2. Записать значения RZ, T, ρ, εу и допусков по всем переходам. Значение допуска для конечного перехода берётся по чертежу, для переходов связанных с механической обработкой, можно взять из таблиц. 146

3. Рассчитать минимальные припуски на обработку по всем технологическим переходам. 4. Для конечного перехода в графу «Расчётный размер» записать наименьший (наибольший) предельный размер детали по чертежу. 5. Для перехода, предшествующего конечному, рассчитать размер прибавлением к наименьшему предельному размеру (вычитанием из наибольшего предельного размера) по чертежу расчётного припуска. 6. Последовательно определить расчётные размеры для каждого предшествующего перехода прибавлением к расчётному размеру (вычитанием из расчётного размера) следующего за ним смежного перехода расчётного припуска. 7. Записать наименьшие (наибольшие) предельные размеры по всем технологическим переходам, округляя их увеличением (уменьшением) расчётных размеров до того же знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода. 8. Определить наибольшие (наименьшие) предельные размеры прибавлением (вычитанием) допуска к наименьшему (из наибольшего) предельному размеру. 9. Записать предельные значения припусков, наибольший припуск как разность наибольших (наименьших) предельных размеров и наименьший припуск как разность наименьших (наибольших) предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов (выполняемого и предшествующего переходов). 10. Определить общие припуски Z0max и Z0min. 11. Проверить правильность произведенных расчетов по формулам: Z i max  Zi min  i 1  i , 2 Zi max  2 Zi min   Di 1   Di , Z 0 max  Z 0 min  з  d , 2Z 0 max  2Z 0 min   Diз   Dd . 147

12. Произвести корректировку полученных общих припусков и размеров заготовки. Примеры расчёта припусков на обработку деталей и её предельных размеров Рассчитать припуски на обработку и промежуточные предельные размеры на поверхность Ø50m6 опорной шейки вала-шестерни, показанного на рис. 12.5. На остальные обрабатываемые поверхности назначить припуски и допуски по ГОСТ 7505-74. Материал детали – Сталь 40Х ГОСТ 4543-71[4]. Заготовка – штамповка на ГКМ повышенной точности. Масса заготовки m ≈ ≈ 8,5 кг. Технологический маршрут обработки поверхности Ø50k6 состоит из точения чернового и чистового и шлифования чернового и чистового. Точение и шлифование производится в центрах, схема установки показана на рис. 12.5. Технологический маршрут обработки поверхности записываем в расчетную таблицу 12.21. Туда же записываем соответствующие заготовке и каждому технологическому переходу значения элементов припуска. Так как в данном случае обработка ведется в

Рис. 12.5. Вал-шестерня (чертеж и схема установки при обработке поверхности опорной шейки Ø50m6) 148

RZ

T



Заготовка на 150 250 1044 ГКМ

y

Допуск , мкм

Элементы припуска, мкм

Расчетный припуск 2Zmin мкм

Технологические переходы обработки элементарной поверхности

Расчетный размер dp, мм

Таблица 12.21 Расчёт припусков и предельных размеров по технологическим переходам на обработку поверхности Ø50m6 опорной шейки вала Предельные Предельные значения размеры, мм припусков, мкм

dmin

53,5291800 53,6

пр dmax 22пр min 22 max

55,4

1. Точение черновое

50

50

63

21444 50,641 340 50,65 50,99 2950 4410

2. Точение чистовое

30

30

42

2163 50,315 100 50,4

250

490

3. Шлифова- 10 ние черновое

30

21

2102 50,111 25 50,11150,136 289

364

4. Шлифова- 5 ние чистовое

15

251 50,009 17 50,00950,026 102

110

Итого, :

50,5

3591 5374

центрах, то погрешность установки в радиальном направлении равна нулю, что имеет значение для рассчитываемого размера. В этом случае эта величина исключается из основной формулы для расчета минимального припуска и соответствующую графу можно не включать в расчетную таблицу. Суммарное значение пространственных отклонений оси обрабатываемой поверхности Ø50m6 относительно оси центровых отверстий определится по формуле: 2 2 заг  см  кор  ц2 ,

где ρсм – смещение обрабатываемой поверхности Ø50k6 относи149

тельно поверхности, используемой в качестве технологической базы при сверлении центровых отверстий (мкм). Это смещение обусловлено несовпадением полуматриц в горизонтальноковочной машине. Если при сверлении центровых отверстий в качестве технологических баз использовались поверхности Ø50m6, то ρсм = 0 мм. ρкор – коробление детали, мм. ρкор = Δк × l = 1,5 × 110 = 165 мкм =0,165 мм, где Δк – удельная кривизна заготовок на 1 мм длины, мкм; l – расстояние от обрабатываемого сечения до ближайшей опоры, мм; ρц – погрешность зацентровки, мм. При установке вала на призму с односторонним прижимом погрешность зацентровки определится по формуле: 2

2

 2 ц   заг   0,252     0,252  1,031 мм, 2  2 

где δзаг – допуски на поверхности, используемые в качестве базовых на фрезерно-центровальной операции (по ГОСТ 7505-74 для штамповок повышенной точности группы стали М1, степени сложности С2 δз= 2,0 мм); 0,25 –погрешность настройки центровального станка, мм. заг  0,1652  1,0312  1,044 мм.

Остаточное пространственное отклонение: осн  k yзаг ,

где ky – коэффициент уточнения формы (табл. 8.13), после чернового точения ρ1=0.06×1044 = 63 мкм; после чистового точения ρ2=0.04×1044 = 42 мкм после чернового шлифования ρ3=0.02×1044 = 21 мкм. Расчет минимальных значений припусков производим, пользуясь основной формулой 150

2 Z min1  2( RZi 1  Ti 1  i 1 ),

где Rzi1, Ti1 – высота неровностей и глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем технологическом переходе, мкм; ρi1 – суммарное значение пространственных отклонений для элементарной поверхности на предшествующем переходе, мкм; εi – погрешность установки заготовки на выполняемом переходе, мкм. Минимальный припуск: под черновое точение 2Zmin1= 2(150+250+1044)=2×1444 мкм; под чистовое точение 2Zmin2= 2(50+50+63)=2×163 мкм; под черновое шлифование 2Zmin3= 2(30+30+42)=2×102 мкм; под чистовое шлифование 2Zmin1= 2(10+20+21)=2×51 мкм. Графу “Расчётный размер” заполняем, начиная с конечного (чертёжного) размера путём последовательного прибавления расчётного минимального припуска каждого технологического перехода: для чернового шлифования dp3=50,009+0,102=50,111 мм; для чистового точения dp2=50,111+0,204=50,315 мм; для чернового точения dp3=50,315+0,326=50,641 мм; для заготовки dpз=50,641+2,888=53,529 мм. Значения допусков каждого технологического перехода и заготовки принимаем по таблицам в соответствии с квалитетом используемого метода обработки. Наименьший предельный размер определяем округлением расчётных размеров в сторону увеличения. Округление производим до того же знака десятичной дроби, с каким дан допуск на размер для каждого перехода. Наибольшие предельные размеры определяем прибавлением допусков к округлённым наименьшим предельным размерам: dmax4 = 50,009 + 0,017 = 50,026 мм; 151

dmax3 = 50,111 + 0,025 = 50,136 мм; dmax2 = 50,400 + 0,100 = 50,500 мм; dmax1 = 50,650 + 0,340 = 50,990 мм; dmax заг = 53,600 + 1,800 = 55,400 мм. Максимальные предельные значения припусков Z пр max равны разности наибольших предельных размеров, а минимальные значения Zпр min – разности наименьших предельных размеров предшествующего и выполняемого переходов: 2Zпрmax4 = 50,13650,026 = 0,110 мм = 110 мкм; 2Zпрmax3 = 50,50050,136 = 0,364 мм = 364 мкм; 2Zпрmax2 = 50,99050,500 = 0,490 мм = 490 мкм; 2Zпрmax1 = 55,40050,990 = 4,410 мм = 4410 мкм; 2Zпрmin4 = 50,11150,009 = 0,102 мм = 102 мкм; 2Zпрmin3 = 50,40050,111 = 0,289 мм = 289 мкм; 2Zпрmin2 = 50,65050,400 = 0,250 мм = 250 мкм; 2Zпрmin1 = 53,60050,650 = 2,95 мм = 2950 мкм. Общие припуски ZОmin и ZОmax определяем, суммируя промежуточные припуски и записываем их значения внизу соответствующих граф. ZО min=102+289+250+2950=3591 мкм; ZО max=110+364+490+4410=5374 мкм. Общий номинальный припуск определяем с учётом несимметричного расположения поля допуска заготовки: ZО ном= ZО min+НзНд = 3591+6009 = 4182 мм. 152

Нижнее отклонение размера заготовки НЗ находим по ГОСТ: 750574 НЗ = 600 мкм. Номинальный диаметр заготовки: dЗном = dДном+ ZО ном=50+4,182=54,182≈54 мм. На остальные обрабатываемые поверхности вала припуски и допуски принимаем по ГОСТ 7505-74 и записываем их значения в табл. 12.22. Таблица 12.22 Припуски и допуски на обрабатываемые поверхности вала (см. рис. 12.5) по ГОСТ 7505-74 (размеры в мм) Припуск табличный расчетный 22,6

Поверхность

Размер

1,9

305

2,8

50

22,5

3,5

85

22,2

4

85

22,2

6

60

22,2

7

80

2,2

22,1

Допуск +1,5 1,0 +1,2 0,6 +1,2 0,6 +1,2 0,6 +1,2 0,6 +1,2 0,6

На рис. 12.6 показан чертеж заготовки (штамповки на ГКМ) вала с припусками на механическую обработку.

Рис. 12.6. Заготовка вала-шестерни с установленными припусками и допусками 153

Практическое занятие 13 АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛИ

Цель практического занятия

Освоить методику аналитического расчета режимов обработки поверхностей детали при обработке стандартным инструментом. План проведения занятия 1. Произвести постановку задачи для расчета. 2. По методике аналитического расчета режимов обработки произвести расчет для одной поверхности обработки. 3. Оценить полученный результат. Постановка задачи расчета

На токарно-винторезном станке мод.1А62 обрабатывается деталь диаметром D = 33 мм до диаметра d = 30 мм на длине l = 238 мм. Обрабатываемый материал  сталь 2[4]. Материал резца  Т15К6. Rа  3, 2 мкм, D  33 мм, d  30 мм, l  238 мм, Т  60 мин. [5] Выбор типа и геометрии инструмента

Принимаем токарный проходной упорный прямой резец с углом в плане 90º, с пластиной из твердого сплава Т15К6 (ГОСТ 18879-73); материал корпуса резца  сталь 45. Выбираем размеры поперечного сечения корпуса резца [5]. Для станка 1А62 и небольших размеров детали наиболее подходит сечение 20×12 мм. Длину проходного резца принимаем 100 мм. Длина рабочей части 12 мм. 154

Геометрические параметры:   90 ;  '  10 ; r  1 мм;   0 ;   6.

Расчет наибольшей технологической подачи

Подача, которую допускает прочность державки резца 1/ y p

 B  H 2    600,1   и   S1    xp   60  C p  t  l p  K p 

,

где В = 12 мм  ширина державки резца; Н = 20 мм  высота державки резца; [δi] =250 МПа; [6. с.86] Ср = 300; [6, т.2, c.273, таблица 22] xp = 1; [6, т.2, c.273, таблица 22] yp = 0,75; [6, т.2, c.273, таблица 22] n = 0,15 [6, т.2, c.273, таблица 22] K p  K p  K p  K p  K mp ,

где Кφр = 0,89; [6, т.2, c.275, таблица 23] Кγр = 1; [6, т.2, c.275, таблица 23] Кλр = 1; [6, т.2, c.275, таблица 23] n

   Кмр=   , где n = 0,75; [6, т.2, c.264 таблица 9]  750 

Кмр = 1,222  Кр = 1,08; lp = 1,5·H = 1,5·20 = 30 мм. 1/0,75

 12  202  250  600,1  , [S1] ≤ 2,63 мм/об.  S1     1 60  300  1,5  30  1, 08   Подача, допускаемая жёсткостью державки 155

1/ y p

 E  B  H3   f   p  S2     40  C p  t x p  l 3p  K p 

   

,

где  f p   допускаемая величина прогиба резца, в нашем случае | f p | = 0,01 мм; Е = 20·106 Па  модуль упругости материала

державки. 1/0,75

 20  106  12  203  0, 01  , [S2] ≤ 121,4 мм/об.  S2     1 3 40  300  1,5  30  1, 08   Подача, допустимая прочностью механизма подач станка  Q   S4    xp  5   Kp C t  p

1/ y p

   

,

где [Q]  максимально допустимое условие подачи по паспорту станка, Н. 1/0,75

  3530  S4     1  300  5  1,5  1, 08 

, [S4] ≤ 1,65 мм/об.

Подача, допустимая заданной шероховатостью обработанной поверхности

 S5  

y

( RZ )  r x

z

u Z

C r  t    1

,

где Rz  высота микронеровностей, мкм (Rz20), r  радиус при вершине резца в плане, мм; Cr = 125; х = 0,3; y = 1,4; z = 0,35; u = = 0,7  эмпирические коэффициенты и показатели степеней.

 S5  

1,4

20 125  1,5

0,3

0,7

1

 90

0,35

 10

0,35

, [S5] ≤ 0,04 мм/об.

По результатам расчет принимаем S  0, 2 мм/об. 156

Расчет скорости резания и назначение числа оборотов

Глубина резания: t

Dd 2

33  30



2

 1,5 мм , t  1,5 мм.

Скорость резания: Cv

V

m x

Kv ,

y

T t S

Cv  420, x  0,15, m  0, 2, y  0, 2, T  60 мин [6, т.2, стр.269, табл.17]

K v  K mv Kuv K nv б K mv

 190     HB 

Nv

1,25

 190     131 

 1,59 [6, т.2, стр.261-262, табл.12]

N v  1, 25 . Kuv  0,83 [6, т.2, стр. 263, табл. 6] K nv  1 [6, т.2, стр. 263, табл. 3].

K v  1,59  0,83  1  1,32 . 420

V

60

0,2

2

0,15

 0, 2

0,2

 0,99  317,38 м/мин .

Частота вращения: n

1000V

D



1000  317,38 3,14  33

 3062 об/мин .

Корректируем по паспорту станка 1А62 n  2000 об/мин. Действительная скорость резания: Vд 

Dn 1000



3,14  33  2000 1000

 207,24 м/мин.

Сила резания: Pz  10C p z t x S yV n K p z , 157

C p z  300, x  1 , [6, т.2, стр. 273, табл. 22] n  0,15, y  0,75, K p  K mp K p K p K p K rp . 0,73

n

 HB  v  131  K mp    0,77. [6, т.2, стр. 279, табл. 9]    190 190     K p  1, K p  1 [6, т.2, стр. 275, табл. 23] K p  1, K rp  0,93, K p  0,77  1  1  1  0,93  0,71. Pz  10  300 1,51  0,20,75  207, 240,15  0,71  2127 Н .

Проверка по мощности станка Мощность, затрачиваемая на резание: Nр 

Pz  V 60  1020



2127  207, 24 60  1020

 7, 2 кВт.

Проверяем, достаточна ли мощность привода станка: N рез  N шп , N шп  N Д  .

По паспортным данным станка 1А62: N Д  10 кВт, N шп

  0,75,  10  0,75  7,5 кВт.

Обработка при таких режимах возможна[6].

158

Задания для самостоятельной работы студентов

Самостоятельная работа № 1 Цель выполнения самостоятельной работы 1. Освоить и закрепить знания, полученные на практическом занятии, по выявлению типов конструкторских поверхностей детали согласно заданному сборочному чертежу. Задача. Исходя из установочного чертежа, произвести деталировку выбранной детали. Обозначить типы конструкторских поверхностей детали. Выявить систему координат детали. На основании выбора конструкторских поверхностей детали указать схему базирования детали и нанести базовые точки. Построить матрицу соответствия базовых точек с лишаемыми степенями свободы. Вариант 1

Рис. С.1.1. Чертеж узла № 1 159

Вариант 2

Рис. С.1.2. Чертеж узла № 2

Самостоятельная работа № 2 Цель выполнения самостоятельной работы 2. Закрепить знания, полученные на практическом занятии, по решению задач выбора технологических баз с учетом конструкторских требований чертежа. Задача. Исходя из установочного чертежа, произвести анализ технических требований при изготовлении поверхности детали. Определить схему базирования детали. Нанести базовые точки. Построить матрицу соответствия базовых точек с лишаемыми степенями свободы.

160

Таблица С.2.1 Варианты заданий

161

162

163

Самостоятельная работа № 3 Цель выполнения самостоятельной работы 3. Закрепить знания, полученные на практическом занятии, по решению задач достижения точности замыкающего звена методами полной, неполной, групповой взаимозаменяемостями, а также пригонки и регулировки.

Расчет размерных цепей Условие. Рассчитать заданную на рис С3.1 – рис. С3.12 и в табл. С3.1 –С3.12 размерную цепь, обосновав выбор метода расчета.

А8

А7

А6

А5 Рис. С.3.1

А1

А

А2

А3

А4

Таблица С3.1 Вариант А

А1

А2

А3

А4

А5

А6

А7

А8

1

?

20h14 140,12 10h14 500,31 200,12 5h14

9h14 60h14

2

?

200,52 150,12 100,36 500,31 210,12 50,3

90,36 600,74

3

02

4

03 500,62 170,12 200,52

40

160,12

20

164

80

230,12

13

20

100

?

240,12 120,43 200,52 1100,87

А2 А3 А5

А4

Рис. С.3.2

А

А1

Таблица С3.2 Вариант

А

А1

А2

А3

А4

А5

5

1000,8

45

142

10

12

1+0,4

6

2001,2

70

266

12

15

1+0,5

7

800,5

30

107

8

10

1+0,5

8

1501

50

205

10

13

1+0,5

А9 А10 А

А1

А8 А2

А3

А4 А5

А6

Рис. С.3.3

А7

Таблица С3.3 Вариант

А

А1

А2 А3

А4

А5

А6

А7

А8

А9

А10

9

0,62,2 110,1

10

50

50

10 110,1

9

140

23 110,1

10

0,82,8 140,1

10

50

80

10 140,1 20

185

30 140,1

90

11

12,5

160,1

12

120

12 160,1 12

262

35 150,1

12

12

170,12

12 120 150

12 170,12 25

330

40 170,12

165

А1

А

А2

А3

А4

А5

А9

А6

А7

А8

Рис. С.3.4

Таблица С3.4 Вариант

А

А1

А2

А3

А4

А5

А6

А7

А8

А9

13

31,0

5

18

3

12

3

5

170,12

51

15

14

31,0

8

20

5

14

5

7

190,12

61

20

15

31,0

10

20

5

16

5

7

200,12

64

22

16

31,0

10

22

5

18

5

10

230,12

72

24

А2

АК

Рис. С.3.5

А4

А3

А5

А

А1

Таблица С3.5 Вариант

А

А1

А2

А3 = А5

АК

А4

17

0,050,1

10

89

200,072

30,02

42

18

0,050,15

10

106

210,09

30,02

57

19

0,10,4

12

124

220,09

20,02

70

20

0,10,6

15

135

240,03

20,02

74

166

А2

А3

А1 А

А13 А12

А11 А10 А9

А4

А8

А7

А6

Рис. С.3.6

А5

Таблица С3.6 Вариант

Размер

21

22

23

А

1+4

1+3

1+3

А1

4+0,08

4+0,08

А2

5

+0,08

А3

200

200

А4

5

А5 А6

21

22

23

А7

5

4

40,08

5+0,08

А8

300,18

30

250,19

+0,08

А9

400,16

40

400,16

200

А10

60

60

60

5

50,08

А11

300,19

25

20

5

5

?

А12

30,14

7

60,08

160,12

170,12

210,12

А13

160,12

170,12

210,12

5

5

А7 А6

Вариант

Размер

А8

А5

А4

А3

А2

А9 А1

А

А10

Рис. С3.7

Таблица С3.7 Вариант

А

А1= А5

А2=А3

А4

А6=А7

А8

А9

А10

24

1+2

160,12

30

95

6

185

6

3

25

?

170,12

40h11

80h12

6+0,12

1941,15

6+0,12

5+0,12

26

1+2

180,12

40

85

6

200

6

4

27

?

150,12

10h11

50h14

6+0,3

28

1+3

190,12

25

100

6+0,12

167

100 h14 6 h14

5+0,3

6+0,12

5+0,12

?

А6

А5

А4

А

А3

А2

А1

Рис. С.3.8

Таблица С3.8 Вариант

А

А1

А2

А3

А4

А5

А6

29

?

82+0,87

160,12

140,12

32,45

100

180,12

50,3 ?

450,62

30

50,3 10

160,12

31

32,45 ?

104

10

200,12

9

500,62 ?

180,12

100,2

220,12

100,2

50-0,39

200,12

32

100

+0,87

А2 А2

А

А3

А4

А5

Рис. С.3.9

А6

Таблица С3.9 Вариант 33 34 35 36

А ? +2,3 0 0+2,3 ?

А

А2 400,39 40 40 40h14

А1 126+1 ? 126+1 126Н14 А5

А3 300,21 30 30 30h14 А4

А4 160,12 180,12 200,12 220,12 А3

А1

А5 200,21 20h11 ? 20h14

А6 200,21 20h11 20h11 20h14

А2 Рис. С3.10

Таблица С3.10 Вариант 37 38 39 40 41

А ? ? ? 00,8 00,6

А1 62Н11 72Н11 80Н11 ? ?

А2 20-0,12 24-0,12 30-0,12 34-0,12 40-0,12 168

А3 16h11 17h11 14h11 20 20

А4 200,12 240,12 300,12 340,12 400,12

А5 6h11 7h11 6h11 8 8

А2

А3

А4

А5

А

Рис. С3.11

А1

Таблица С3.11 Вариант

А

А1

А2

А3

А4

А5

42

0,52,5

4

58+0,74

16+0,25

20

170,12

43

?

6+0,12

62+0,96

17+0,25

20-0,19

180,12

44

12

6

65

190,25

20

190,12

45

0,51,3

8

72

200,25

24

200,12

46

0,31

8

76

21+0,2

25

210,12

А А1

А2

А3

А4

А5

А6

Рис. С3.12

А7

Таблица С3.12 А6 А7

Вариант

А

А1

А2

А3

А4

А5

47

20003

45

40h12

33-0,12

?

33-0,12

40h12

45

48

20003

55

?

40-0,12

1700-3

40-0,12

?

550,5

49

20003

65

?

43-0,12

170h14

43-0,12

?

650,5

50

20003

80

48

46-0,12

1650-3

46-0,12

50

80

169

Литература

1. Тимирязев В.А. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов / В.А.Тимирязев, А.А. Кутин, А.Г. Схиртладзе. – М.: Издательство МГТУ «Станкин», 2011. – 395с. (см. стр.14…19). 2. Тимирязев В.А. Основы технологии машиностроительного производства: учебник для вузов/ Тимирязев В.А., Вороненко В.П., Схиртладзе А.Г. под ред. В.А. Тимирязева. – СПб.: Издательство «Лань», 2012. – 448 с. (см. стр.14…18). 3. Авраменко В.Е. Технология машиностроения. Расчет припусков и межпереходных размеров: Учебное пособие.  Красноярск: ПИ СФУ, 2007.  88 с. 4. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя. В 3-х т.  М.: Машиностроение, 1999.  880 с. 5. Иноземцев Г.Г. Проектирование металлорежущих инструментов: Учебное пособие для втузов по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты».  М.: Машиностроение. 1984.  272 с. 6. Справочник технолога-машиностроителя. Т.1,2 / Под. ред. А.Г. Косиловой и Р.М. Мещерякова.  М.: Машиностроение, 1986.  486 с.

170

ДЛЯ ЗАМЕТОК

172

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ТИМИРЯЗЕВ Владимир Анатольевич ЯСАШИН Виталий Анатольевич АГЕЕВА Вера Николаевна ГОЛОЛОБОВ Денис Владимирович

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Редактор Л. А. Суаридзе Компьютерная верстка: И. В. Севалкина

Подписано в печать 30.12.2014. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Таймс». Усл. п. л. 10,75. Тираж 100 экз. Заказ № 586

Издательский центр РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина 119991, Москва, Ленинский проспект, 65 тел./факс: (499) 507 82 12