Экономично использовать метод групповой взаимозаменяемости для малозвенных размерных цепей, к точности замыкающих звеньев которых предъявляются высокие требования. 6 страница

Эти причины потери точности детали в процессе ее изготовления возможны на каждом из этапов выполнения операций. Любая операция технологического процесса изготовления деталей состоит из трех этапов: установки заготовки, статической настройки технологической системы, непосредственной обработки заготовки (динамической настройки). Образование выдерживаемого при выполнении операции размера схематично представлено на рис.17.2.

Рис.17.2. Связь трех этапов при выполнении операции

Уравнение размерной цепи имеет вид:

,

где – характеризует положение заготовки в системе ,

– характеризует положение инструмента в системе ,

– характеризует относительное отклонение в положении заготовки и фрезы, возникающее в процессе обработки.

Выполнение этапов операции сопровождается возникновением погрешностей и погрешность замыкающего звена равна сумме погрешностей:

,

где

— погрешность статической настройки,

— погрешность установки,

— погрешность динамической настройки.

Следует обратить внимание на то, что уравнение размерной цепи и суммарная погрешность это не математическая зависимость, а лишь схема. Погрешности, возникающие на каждом из этапов операции, являются следствием проявления многих факторов. Установка заготовки включает в себя ее базирование и закрепление. Причинами появления погрешности установки являются: неправильный выбор технологических баз; качество технологических баз (точность их формы, относительных поворотов, размеров и расстояний); нарушение правил шести точек; нарушение правил приложения силового замыкания; неправильный выбор измерительных баз, средств и методов измерения; недостаточная квалификация рабочего. Причинами появления погрешности статической настройки являются: неправильный выбор технологических и измерительных баз; методов и средств измерения; неправильный выбор метода и средств статической настройки; погрешность установки режущих кромок инструмента и приспособлений относительно координатных плоскостей станка; точность оборудования, приспособления и режущего инструмента; недостаточная квалификация рабочего. Причинами появления погрешности динамической настройки являются: качество и однородность обрабатываемого материала; величина и колебание припусков на обработку; качество инструмента, жесткость технологической системы, состояние оборудования и приспособления; температура всех звеньев технологической системы и ее колебание; свойство и количество СОЖ; недостаточная квалификация рабочего.

Сокращение погрешности установки ( )

Влияние на размеров поверхностей технологических баз. На рис.17.3 рассмотрена установка одной и той же детали на разные по размеру технологические базы. Анализ рисунка 17.3 показывает, что при одной и той же линейной ошибке (стружка), погрешность будет наименьшей, если в качестве установочной базы использовать поверхность наибольших габаритных размеров. Действительно, .

Аналогичный анализ приводит к выводу, что направляющая технологическая база должна иметь наибольшую протяженность, а опорная – наименьшие размеры.

Определенность и неопределенность базирования заготовки. Для того, чтобы заготовка заняла и сохраняла требуемое положение в процессе обработки относительно базирующих поверхностей станка (приспособления) необходимо обеспечить определенность ее базирования.

Определенность базирования характеризуется расположением точек контакта заготовки с деталями станка или приспособления в соответствии со схемой базирования и сохранением этого контакта в процессе обработки. Всякое нарушение этих условий приводит к неопределенности базирования заготовки.

Рис.17.3. Зависимость погрешности установки от размеров поверхностей технологических баз

Неопределенность может вызываться: случайностью подбора и местонахождения точек контакта заготовки и базирующих поверхностей станка из-за отклонений формы контактирующих поверхностей (рис.17.4); неполным контактом заготовки с базирующими элементами приспособления; деформированием заготовки в процессе закрепления и обработки; недостаточностью сил закрепления.

Рис.17.4. Случайное расположение точек контакта заготовки с базирующими элементами станка или приспособления

Так как подбор и местоположение точек контакта заготовки с приспособлением зависит от формы рельефов их контактирующих поверхностей, то одним из мероприятий по обеспечению определенности базирования являются более высокие требования к точности технологических баз заготовки и исполнительных поверхностей приспособлений (станка). Большей определенности местоположения точек контакта способствует определенная направленность отклонения формы поверхности технологических баз (рис.17.5).

Рис.17.5. Требования к отклонениям формы поверхностей технологических баз

Случайность подбора точек контакта существенно уменьшается, если в приспособлении предусмотреть специальные опоры для базирования заготовки (рис.17.6), устанавливаемые в соответствии с требованиями, предъявляемыми к размерам технологических баз.

Рис.17.6. Опоры (а) и их установка (б) в приспособлении

Закрепление заготовки может привести к ее деформированию и смене точек контакта (рис.17.7).

Рис.17.7. Влияние приложения силового замыкания на

Для сокращения влияния этих факторов необходимо стремиться к тому чтобы, точки приложения силы были расположены строго над опорами, и по нормали к поверхностям опор осуществлялось действие сил; силовое замыкание должно быть приложено ранее сил воздействия на заготовку и по величине оно должно быть больше. На рис.17.7 показано правильное и неправильное закрепление заготовки. Неправильное приложение силового замыкания привело к возникновению изгибающих моментов .

При установке нежестких деталей возникает их деформация от действия собственного веса. Поэтому при установке таких деталей стремятся повысить их жесткость за счет дополнительных опор, которые подводятся после установки на основные опоры (рис.17.8).

Рис.17.8. Повышение жесткости заготовки за счет использования дополнительных опор

Причиной неопределенности базирования может быть и смена баз. Под сменой баз понимают замену одних баз другими. Она может быть организованной и неорганизованной.

Неорганизованная смена баз возникает, вопреки нашему желанию, как при установке, так и в процессе обработки заготовки. Причинами неорганизованной смены баз являются погрешности формы и относительного поворота баз заготовки (рис.17.9), конструктивные дефекты и изношенность приспособлений, нарушение правил приложения силового замыкания.

Рис. 17.9. Смена баз у заготовок: а) неорганизованная, б) организованная

Например. Поверхность В заготовки, изображенной на рис.17.9а, неперпендикулярна поверхности А Поэтому после приложения силового замыкания установочная база с поверхности Б перейдет на поверхность В. В результате чего возрастет значение отклонения от параллельности поверхностей А и Б.

Наряду с неорганизованной сменой баз иногда проводят смену баз преднамеренно. Такую смену баз называют организованной. Необходимость в ней может быть вызвана: малыми размерами поверхностей, от которых заданы размеры; техническими трудностями в реализации нужной схемы базирования; большей экономичностью получения размеров. Например. При изготовлении детали (рис.17.9 б) необходимо обеспечить расстояние К. Из-за малых размеров поверхности А, ее нежелательно использовать в качестве установочной технологической базы. Чтобы обеспечить требуемую точность расстояния К при смене баз необходимо выполнить следующее.

1. Построить размерную цепь, которая установит размерную связь между поверхностью детали, от которой задан размер, и поверхностью, используемой в качестве технологической базы. А также связь между обрабатываемой поверхностью и отвергнутой технологической базой.

2. Установить поля и координаты середины полей допусков на звенья возникшей размерной цепи, исходя из допуска на выдерживаемый размер:

; .

Принцип единства баз. Так как, каждая смена баз сопровождается появлением добавочных погрешностей на выдерживаемых размерах деталей, то необходимо стремиться к тому, чтобы все поверхности заготовки обрабатывались от одних и тех же технологических баз, т.е. соблюдался принцип единства баз. В полной мере этот принцип соблюдается при обработке заготовки с одной установки. Например, при обработке заготовки набором фрез (рис.17.10) точность размеров , , и не будет зависеть от погрешности установки заготовки.

Рис.17.10. Обработка заготовки с соблюдением принципа единства баз

Разрабатывается технологический процесс изготовления детали, обычно на первых операциях стремятся обработать те поверхности заготовки, которые в дальнейшем используются как технологические базы. Преимущество принципа единства технологических баз побуждают вести изготовление детали с одной установки заготовки. Это же послужило причиной появление станков типа «обрабатывающий центр».

Три метода получения и измерения линейных и угловых размеров деталей. При изготовлении и измерения деталей используют три метода получения измерения линейных и угловых размеров: цепной, координатный, комбинированный.

Сущность цепного метода заключается в том, что каждый последующий размер (расстояние или поворот) получают или измеряют от раннее полученного или измеренного. При этом в качестве одной из технологических (измерительных) баз используют связывающую их общую поверхность (рис.17.11).

Основное преимущество метода – независимость погрешности каждого из цепных звеньев от других цепных звеньев.

Рис.17.11. Получение размеров цепным методом

Недостатком цепного метода является то, что погрешность координатного звена включает в себя погрешности стольких цепных звеньев, сколько образует это звено. Например, координатные звенья и их погрешности определятся по следующим зависимостям.

,

,

.

Сущность координатного метода заключается в том, что все размеры (повороты) получают и измеряют от одной и той же базы (рис.17.12).

Рис.17.12. Получение размеров координатным методом

Достоинства координатного метода:

1. Независимое получение координатных размеров от других координатных размеров.

2. Погрешность любого цепного звена при координатном методе задания размеров не превышает суммы погрешностей двух звеньев образующих цепное звено:

Сущность комбинированного метода заключается в том, что часть размеров у деталей получаются цепным, а часть координатным методами.

ЛЕКЦИЯ 18

18. Достижение требуемой точности деталей в процессе изготовления. Сокращение погрешностей статической и динамической настроек

18.1. Настройка и технологической системы

Статическая настройка технологической системы – первоначальное предание требуемого положения режущего инструмента относительно исполнительных поверхностей станка.

Для настройки технологической системы необходимо знать рабочий настроечный размер (А_Р). При этом необходимо различать обработку одной детали или партии деталей.

При настройке технологической системы на обработку одной детали рабочим настроечным размеромвыбирается размер, находящейся в границах поля допуска, например :

.

Рабочий стремится придерживаться безопасной границы поля допуска, смещая рабочий настроечный размер в ее сторону.

Если при настройке режущую кромку инструмента расположить на расстоянии относительно технологической базы заготовки, то размер, полученный в результате обработки, будет отличаться от А_Р на величину размера динамической настройки системы . Поэтому размер (размер статической настройки) технологической системы определяется, как:

или

в зависимости от знака (рис.18.1).

Рис. 18.1 Определение размера статической настройки

Трудность настройки заключается в том, что заранее неизвестно отклонение размера , так как оно является случайной величиной. Поэтому до сих пор очень широко используется метод пробных проходов.

Задача настройки технологической системы для обработки партии заготовок заключается в придании такого положения относительно границ поля допуска , при котором можно получить наибольшее число годных деталей до поднастройки системы.

Для определения необходимо знать: мгновенное поле рассеяния размеров и характер совокупного воздействия систематических факторов на положение центра группирования и его смещения во времени.

Если степень влияния систематических факторов, смещающих (вверх и вниз) равноценна, то рабочим настроечным размером избирается средний размер (рис.18.2 а):

Рис.18.2. Определение для настройки на обработку партии детали

Если в процессе обработки заготовок доминирует размерный износ, то рабочий настроечный размер определяется для охватывающих размеров: , а для охватываемых - (рис.18.2 б).

Если доминирующими являются тепловые деформации, то рабочий настроечный размер определяется (рис.18.2 в, г): .

Целью настройки технологической системы для изготовления партии деталей является совмещение центра группирования с рабочим настроечным размером .

Неизвестным является местоположение центра группирования , как его определить? Если предположить, что доминирует размерный износ, то тогда:

,

где - наименьший предельный размер;

- часть поля допуска, выделенная на случай возникновения, погрешности станка (рис.18.3).

Рис.18.3. Настройка технологической системы

Предположим, что, используя метод пробных проходов, наладчик получил первую деталь с размером близким . Однако по одной детали определить ход процесса не возможно, поэтому обрабатывают небольшую группу деталей и определяют средний групповой размер

Согласно теории вероятности:

(где - среднее квадратичное отклонение групповых средних величин; - среднее квадратичное отклонение случайных значений размера , возможных в пределах ; n – число деталей, составляющих группу) появляется возможность судить о действии систематических факторов (рис.18.4). При настройке технологической системы необходимо обеспечить получение всех деталей годными, поэтому нижнее предельное значение должно определяться по формуле:

.

А верхнее предельное значение должно учитывать допуск , ограничивающей погрешность настройки станка:

Настройка технологической системы по методу пробных деталей.Необходимость определять значения и его положения относительно привела к появлению следующих методов настройки по пробным деталям.

1.Настройка с помощью универсальных измерительных

средств. Универсальные измерительные средства позволяют измерить размеры деталей, составляющих группу, вычислить А_гр.ср. и определить местоположение М(х) относительно А_Р. Недостатком метода является высокая трудоемкость (рис.18.5 а).

а)

б)

в)

г)

Рис. 18.5 Методы настройка технологической системы по пробным деталям

2.Настройка по жестким предельным калибрам (рис.18.5 б). При использовании предельных калибров можно установить лишь находятся или нет размеры пробных деталей в пределах поля допуска.

3.Настройка по суженным предельным калибрам(рис.18.5 в). При этом методе наладчик использует специальные калибры, охватывающие допуск на погрешность настройки технологической системы. В этом случае наладчик в состоянии придать требуемое положение, и качественно настроить станок.

4.Настройкапо наблюдению за знаками отклонений(рис.18.5.г).Наладчик использует калибр, размер которого равен . Настройку начинают с получения минусового и плюсового отклонений размеров деталей от размера . Настройку ведут до тех пор пока не будут получены отклонения «--++» или «---++» или «--+++». Метод используется при изготовлении простых и дешевых деталей, так как большой расход заготовок при настройке.

Способы, облегчающие настройку и повышающие ее точность.Настройка технологической системы начинается с установки приспособлений. Для упрощения процесса установки приспособлений на исполнительных поверхностях станков делают пазы. Центрирующие пояски, посадочные гнезда и т.п., а у приспособлений – шпонки, выточки, цилиндрические или конические хвостовики и т.д.

Наиболее простым средством сокращения затрат времени на настройку станка является ранее изготовленная деталь или специальный эталон. Особенно часто этот способ применяют при обработке заготовок несколькими инструментами. Заключается он в том, что инструмент режущими кромками приводят до соприкосновения с эталоном и закрепляют.

При обработке заготовок сложного профиля, больших габаритных размеров и массы используют, для настройки, специально изготовленные габариты.Габарит (рис.18.6 а) представляет собой профиль детали, который изготовляют в виде отливки или сварной конструкции небольшой толщины. Рабочие поверхности защищают калеными накладными пластинками.

Рис.18.6. Средства, облегчающие настройку станка

При изготовлении деталей простых форм иногда для настройки используют плоскопараллельные меры, которые устанавливают на специальные площадки приспособлений (рис.18.6 б).

Для защиты поверхностей используются щупы или папиросная бумага. Точность настройки по эталонам и габаритам невысока (0,05—0,10 мм). Для повышения точности настройки станки снабжают специальными измерительными средствами. В большей степени точность настройки зависит от квалификации оператора.

18.2. Поднастройка технологической системы

Необходимость поднастройки возникает из-за того, что под воздействием систематических факторов точность первоначальной настройки теряется и возможно появление брака.

Поднастройка – восстановление требуемого положения режущей кромки инструмента относительно системы координат станка. Самым сложным при проведении поднастройки является определение момента поднастройки. При изготовлении деталей в больших количествах периодически берут выборку, состоящую из нескольких деталей, определяют , сопоставляют с допуском и отображают на диаграмме групповых средних размеров (рис.18.7).На диаграмме нанесены границы поля допуска на выдерживаемый размер и контрольные границы, которые не должны переступать значения размеров. Достижения значения одной из контрольных границ служит сигналом для поднастройки. Технологические системы поднастраивают с использованием различных методов достижения точности.

Рис.18.7. Групповые средние размеры

Наибольшее применение имеют методы полной и неполной взаимозависимости регулирования и пригонки.

Методами полнойи неполной взаимозависимости осуществляется поднастройка при обработке мерным инструментом (сверлом, разверткой, протяжкой и т.п.). Весь мерный инструмент взаимозаменяемый. Поднастройка сводится к замене износившегося инструмента новым.

Широко применяем метод регулировки с использованием подвижных компенсаторов. Роль подвижных компенсаторов выполняют различные устройства (подвижные суппорты, бабки и т. п).

Характерным примером метода пригонки является метод пробных проходов. Для перехода от размера заготовки к размеру детали в процессе настройки или поднастройки выполняется несколько ходов. Припуск в данном случае является компенсатором (рис.18.8).

Рис.18.8. Настройка по методу пробных проходов

18.3. Происхождение и сокращение динамической настройки ( ) технологической системы

При врезании режущих кромок инструмента в материал заготовки, технологическая система подпадает под воздействием сил резания, перемещающихся масс ее деталей, узлов и заготовки, а также теплоты. Под действием сил, из-за зазоров в стыках деталей технологической системы, контактного и упругого деформирования заготовка и режущий инструмент начинают перемещаться в пространстве в направлениях, не предусмотренных кинематикой процесса обработки.

Перемещение происходит до тех пор, пока силы сопротивления, создаваемые упругими свойствами материала деталей, слоями СОЖ, силами трения, силами тяжести деталей не уравновесят действие внешних сил и пока в технологической системе не создается натяг, необходимый для съема слоя материала с заготовки.

К тому же, по мере нагрева деформируются детали системы СПИД, что также приводит к изменению относительного положения, достигнутого при статической настройке. Перемещения происходят до достижения уровня теплового равновесия.