ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЛОЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Аннотация

Рассмотрены расчетно-аналитический метод определения припусков и основные особенности расчета припусков механической обработки сложных деталей. Приведен пример расчета припусков по предлагаемому методу.

Полный текст

В производственной практике припуски на обра- ботку металлодеталей резанием назначаются либо по справочникам, либо основываясь на опыте данного предприятия. Расчет припусков на механическую обработку явля- ется одним из первых шагов для множества дальней- ших технологических расчетов, таких как расчет норм времени, себестоимость, расход материалов и т. д. В справочнике [1] изложен расчетно- аналитический метод определения припусков, кото- рый позволяет теоретически рассчитать оптимальные припуски на каждый отдельный переход механической обработки, что в конечном счете приводит к экономии материала, сокращению длительности механической обработки, экономии режущего инструмента и продле- ния срока эксплуатации станочного оборудования. Метод основан на анализе текущего и предыдуще- го переходов, а также технологических параметров заготовки [2]. В связи с этим возникает необходи- мость в обработке достаточно большого объема ис- ходных данных, таких как материал, параметры и спо- собы обработки заготовки. Также следует учесть, что требуемые параметры и качество обработанной по- верхности детали можно обеспечить различными ме- тодами, для каждого из которых следует проводить отдельный расчет. Современные расчетные модели позволяют уни- фицировать такую работу. При этом, разработав алго- ритм для ЭВМ для расчета припусков на деталь како- го-либо класса, можно получить программу, позво- ляющую рассчитывать оптимальные припуски для всех деталей этого класса. Математическая модель в таком случае базируется на итерационном подходе. Наиболее удобным для расчетов такого рода является среда Delphi, основанная на языке Object Pascal [3], поскольку Delphi разрабатывалась специально для научных расчетов. При обработке деталей резанием следует выделить такие параметры, как выбор режимов обработки заго- товки, формирование операций из переходов и точ- ность обработки. На выбор режима резания влияют требования к качеству поверхности детали, свойства материала за- готовки, свойства материала и геометрия режущей части инструмента, вид сплава (сталь, чугун, цветные металлы), возможности выбранного оборудования. Режим обработки поверхности заготовки характе- ризуется глубиной резания и подачей. Глубина резания определяется, главным образом, величиной припуска. При этом необходимо стремить- ся каждый переход выполнять за один проход. Обра- ботку за несколько проходов применяют чаще всего на черновых переходах, при больших припусках и напусках, а также при недостаточной жесткости и прочности технологической системы, недостаточной мощности станка. Факторы, влияющие на формирование операции, разделим на три группы. К первой группе относятся факторы, от которых зависит обеспечение качества детали (деление технологического процесса на пред- варительную и окончательную обработку, смену тех- нологических баз, выполнение обработки нескольких поверхностей с одной установки заготовки, выделение в самостоятельную операцию переходов, связанных с достижением особо высокой точности и т. п.). Вторую группу составляют факторы, определяющие физиче- скую возможность объединения переходов в операцию (невозможность объединения в операцию процессов обработки, отличающихся своей физической сущ- ностью, отсутствие свободного доступа к различным поверхностям при обработке заготовки). К третьей группе относятся организационно-экономические факторы (тип производства, вид и форма его органи- зации). Размерный анализ технологического процесса яв- ляется завершающим этапом разработки технологиче- ского процесса механической обработки детали. Он позволяет установить соответствие параметров точно- сти детали, изготовленной с помощью разработанного технологического процесса, с требованиями чертежа и определить достаточность припусков, назначенных на обработку детали. Каждый метод механической обработки характе- ризуется, прежде всего, точностью обработки, кото- рая определяется как экономической, так и достижи- мой точностью. Экономическая точность механической обработки определяет минимизацию себестоимости обработки и достигается в нормальных производственных условиразрабатывать достаточно обширную блок-схему. Но чем обширнее и подробнее разрабатывается блок- схема, тем проще в дальнейшем кодирование и отлад- ка программы, поскольку в таком случае облегчается поиск так называемых «узких» мест разработки, т. е. тех мест, в которых возможны ошибки как при вводе данных в базу данных, так и логические ошибки по- строения программы, которые не отлавливаются ком- пилятором. При этом стоимость обнаружения ошибки повышается в зависимости от готовности и внедрения проекта. Дальнейшую проработку программы прово- дить достаточно сложно при отсутствии логической структуры взаимодействия отдельных блоков про- граммы. По блок-схеме также определяется структур- ную модель программы (см. рисунок). Рассмотрим работу программы на конкретном примере. В качестве исходных данных возьмем прокат сред- 52 ГОСТ 2590-88 ях с учетом работы на исправных станках, применених параметров: image Круг . 08Х18Н10Т ГОСТ 5949-75 ния необходимых приспособлений и инструментов при нормальной интенсивности труда. Достижимая точность определяется в процессе об- работки в особых, благоприятных условиях с приме- нением нового оборудования, качественного инстру- мента и высокой квалификации рабочих, не считаясь с затратами времени. При проектировании технологических процессов в большинстве случаев руководствуются таблицами экономической точности, принятыми для конкретного предприятия. Лишь в редких, ответственных случаях могут выполняться расчеты ожидаемой точности, включающие определение упругих и тепловых де- формаций детали и инструмента, размерный износ инструмента, погрешности установки и закрепления, погрешности измерения и т. п. Разработанная программа расчета припусков на механическую обработку учитывает погрешность за- крепления в приспособлении, точность операции и применяемого для нее инструмента, погрешности ба- зирования, погрешности при получении заготовки. При разработке программы выделены такие этапы, как создание математической модели, структурной и блок-схемы, тестирование и отладка программы на реальных деталях. Характерной особенностью разработанной математической модели заключается в итерационном подхо- де к расчету припусков на каждый последующий пе- реход. Основополагающим моментом при этом явля- ется тот факт, что вначале следует обработать перво- начальные данные, которые ввел пользователь. При этом определяется первый шаг итерации, поскольку входящие расчетные данные существенно видоизме- няются как по качественному, так и по количествен- ному признакам. Для качественной разработки программы проработана блок-схема алгоритма для дальнего кодирования программы, что также дает возможность более про- стого совершенствования программы. Из схемы, приведенной на рисунке, видно, что при базовом подходе к написанию программы приходится Это сортовой прокат с обычной точностью, длиной проката 100 мм и диаметром 52 мм (по параметрам программы не более 80 мм). Требуемый размер детали Ш50 мм, с точностью обработки 5 квалитет, шерохо- ватостью Ra = 3,2. Длина обработки - 30 мм, материал сталь 08Х18Н10Т. Способ установки - крепление в 3-кулачковом самоцентрирующем патроне без вывер- ки, поскольку это крепление присутствует на боль- шинстве распространенных станков. После ввода всех данных, получаем таблицу, в ко- торой расписаны все операции расположенные в по- рядке выполнения, для получения указанной поверх- ности необходимой точности со всеми припусками на механическую обработку. Для дальнейшего использования исходных, про- межуточных и полученных данных, а также формул, по которым производились вычисления, можно со- хранить их в текстовый файл, содержание которого приведено в листинге. Обработка Rz h delta epsilon TD Сортовой прокат. Точность: обычная 200 300 0,03 0 620 Обдирочное точение 125 120 0 9 620 Черновое точение 63 60 0 0 250 Чистовое точение 32 30 0 0 100 Черновое шлифование 10 20 0 0 39 Чистовое шлифование 3,2 7,8 0 0 25 Тонкое шлифование 1,6 3,9 0 0 11 ---------------------------------------------------------------------- Расчетный припуск 2z = Rz(i-1) + h(i-1) + корень(дельта(i-1) + е(i-1)) = 1018 2z = Rz(i-1) + h(i-1) + корень(дельта(i-1) + е(i-1)) = 490 2z = Rz(i-1) + h(i-1) + корень(дельта(i-1) + е(i-1)) = 246 2z = Rz(i-1) + h(i-1) + корень(дельта(i-1) + е(i-1)) = 124 2z = Rz(i-1) + h(i-1) + корень(дельта(i-1) + е(i-1)) = 60 2z = Rz(i-1) + h(i-1) + корень(дельта(i-1) + е(i-1)) = 11 ---------------------------------------------------------------------- Диаметр минимальный D = D(I + 1) + 2z = 51,938 D = D(I + 1) + 2z = 50,92 D = D(I + 1) + 2z = 50,43 D = D(I + 1) + 2z = 50,184 D = D(I + 1) + 2z = 50,06 D = D(I + 1) + 2z = 50 D = D(I + 1) + 2z = 49,989 ---------------------------------------------------------------------- Диаметры Dmin = 51.938 Dmax = dmin + TD = 52,558 Dmin = 50.92 Dmax = dmin + TD = 51,54 Dmin = 50.43 Dmax = dmin + TD = 50,68 Листинг. 1. Результат работы программы Dmin = 50,184 Dmax = dmin + TD = 50,284 Dmin = 50,06 Dmax = dmin + TD = 50,099 Dmin = 50 Dmax = dmin + TD = 50,025 Dmin = 49,989 Dmax = dmin + TD = 50 ---------------------------------------------------------------------- Допуски 2max = dmax(i-1)-dmax(i) = 1018 2zmin = dmin(i-1)-dmin(i) = 1018 2max = dmax(i-1)-dmax(i) = 860 2zmin = dmin(i-1)-dmin(i) = 490 2max = dmax(i-1)-dmax(i) = 396 2zmin = dmin(i-1)-dmin(i) = 246 2max = dmax(i-1)-dmax(i) = 185 2zmin = dmin(i-1)-dmin(i) =124 2max = dmax(i-1)-dmax(i) = 74 2zmin = dmin(i-1)-dmin(i) = 60 2max = dmax(i-1)-dmax(i) = 25 2zmin = dmin(i-1)-dmin(i) = 11 2max = dmax(i-1)-dmax(i) = 2558 2zmin = dmin(i-1)-dmin(i) = 1949 последняя запись - сумма всех значений 2z ---------------------------------------------------------------------- Проверка по ТD = 609 Проверка по Z = 609 Результат работы программы Текущий переход Сортовой прокат Точность: обычная Обди- рочное точение Черно- вое точение Чисто- вое то- чение Черновое шлифова- ние Чисто- вое шлифо- вание Тонкое шлифо- вание - Шероховатость текущего пере- хода Rz, мкм 200 125 63 32 10 3,2 1,6 Высота шерохо- ватости текуще- го перехода h, мкм 300 120 60 30 20 7,8 3,9 Погрешность крепления д, мкм 0,03 0 0 0 0 0 0 Погрешность базирования е, мкм 0 9 0 0 0 0 0 Припуск на об- работку 2z, мкм - 1018 490 246 124 60 11 Минимально допустимый диаметр текуще- го перехода Dmin, мм 51,938 50,92 50,43 50,184 50,06 50 49,989 Провер- ка по TD Про- верка по Z Допуск текуще- го перехода TD, мкм 620 620 250 100 39 25 11 727 727 Максимальный диаметр текуше- го перехода Dmax, мм 52,558 51,54 50,68 50,284 50,099 50,025 50 - - Минимальный диаметр текуше- го перехода Dmin, мм 51,938 50,92 50,43 50,184 50,06 50 49,989 Сумма - Максимальный снимаемый ма- териал 2zmax, мм - 1018 860 396 185 74 25 2 558 - Минимальный снимаемый ма- териал 2zmin, мм - 1018 490 246 124 60 11 1 949 - image Упрощенная блок-схема программы Полученных данных вполне достаточно для их ис- пользования при выборе оптимальных припусков, допусков, как для отдельной поверхности, так и для всей детали в целом. В случае незначительного изме- нения любых исходных данных с помощью разрабо- танной программы можно получить точный расчет припусков на механическую обработку в течение не- скольких секунд, что при расчете вручную в некото- рых случаях привело бы к значительному изменению расчета и, как следствие, результата, а также не стоит исключать возможность ошибки.