3.2. Перерасчет размеров и допусков при смене баз
Иногда размеры в конструкторской документации не соответствуют условиям выполнения технологического процесса и создают трудности при измерениях. В таких случаях целесообразно изменить конструкторские базы на технологические. При смене баз возникает необходимость перерасчета размеров и допусков.
Рассмотрим пример перерасчета размеров и допусков при смене баз (рис.3.6). Дано: Тl1 = 800 мкм; Тl2 = 50 мкм; Тl3 = 500 мкм; Тl4 = 100 мкм.
Существуют два способа простановки размеров для детали, показанной на рис.3.6: цепной и координатный. При простановке размеров цепным способом (рис.3.6,а) в процессе изготовления детали измерения размеров l1, l2, l3 и l4 будут производится от разных измерительных баз. Поэтому погрешность обработки все время увеличивается. Целесообразно изменить простановку размеров с цепного на координатный способ (рис.3.6, б). В этом случае измерения всех размеров будут производиться от одной базовой поверхности А.
а
б
Рис.3.6. Варианты простановки размеров на чертеже детали
Рассмотрим размерную цепь l2→L1→L2.
отсюда принимаем
.
Из размерной цепи l4 → LL3 L4 имеем
.
Из уравнения
получим
Допуск на размер Tl3 = TL3 + TL2 = 50 + 25 = 75 мкм. (вместо 500 мкм)
При найденных допусках размеров L1, L2, L3, L4 допуски на размеры l2, l3, l4 будут выдержаны.
Если бы допуски на размеры l1, l2, l3, l4 были одинаковы, то их необходимо было уменьшить примерно в два раза.
Таким образом, правильный выбор схемы базирования позволяет обеспечить минимальное число переустановок заготовки при механической обработке, а, следовательно, получить погрешность обработки не превышающую допуска на получаемый размер.
ЛЕКЦИЯ № 4
4. Точность в машиностроении
4.1. Понятие точности в машиностроении
Под точностью понимается степень соответствия производимых машиностроением изделий, их заранее установленному эталону. Точность понятие комплексное. Оно характеризует не только геометрические пара-метры машин и ее элементов, но и единообразие различных свойств изго-товленных изделий (упругих, динамических, электрических, магнитных и т. д.). В целом точность характеризует единообразие качественных показателей машин (КПД, мощность, производительность и т. д.). Абсолютную точность достичь невозможно, так как на всех этапах изготовления изделия неиз-бежны погрешности. В свою очередь все возникающие погрешности взаимо-связаны между собой. Например, точность сборки машин зависит от точности изготовления деталей. Точность механической обработки зависит от точности изготовления заготовок и т. д.
Точность и качество машин зависят от точности и качества исходного материала, полуфабрикатов, комплектующих изделий, поступающих от смежных предприятий. Точность определяет эксплуатационные качества машин и механизмов и построение технологических процессов их изготовления. Повышение скоростей и нагрузок современных машин и механизмов может быть достигнуто только за счет увеличения точности обработки деталей. Кроме того, повышение точности увеличивает надежность машин, что в свою очередь сокращает затраты на их эксплуатацию и обслуживание. Повышение надежности машин позволяет уменьшить их выпуск и соответственно высвободить производственные площади.
Конструктор задает точность машин и механизмов в виде допуска на оценочные показатели точности:
точность размеров и взаимное расположение поверхностей;
шероховатость обрабатываемых поверхностей по ГОСТ 2789-73;
качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей.
Технологическая служба разрабатывает варианты технологического обеспечения заданной точности на основе максимальной производительности и минимальных затрат (себестоимости) на изготовление деталей или изделий.
Точность в машиностроении имеет важное значение для повышения эксплуатационных свойств машин и построения технологического процесса их изготовления. Следует помнить, что трудоемкость изготовления изделия в значительной степени зависит от требуемой точности. Увеличение трудоемкости ведет к увеличению затрат на изготовление (себестоимости). Если выразить графически зависимости трудоемкость и затраты на изготовление в зависимости от точности (в виде допуска), то получим кривые показанные на рис. 4.1.
Допуск, δ
Рис. 4.1. Зависимость трудоемкости и затрат на изготовление изделия от точности
Из рис. 4.1. видно, что с уменьшением допуска на изготовление трудоемкость и затраты (себестоимость) увеличиваются, причем себестоимость изготовления растет быстрее. Это связано с необходимостью привлечения к выполнению работ рабочих более высокой квалификации, а также применять станки более высокой точности.
Рассмотрим подробнее точность механической обработки. Используе-мые методы обработки деталей на станках, казалось бы, исключают появ-ление каких-либо погрешностей их формы и отклонение от точности. Например, при обработке деталей на токарном станке должна получиться идеальная цилиндрическая поверхность, так как деталь вращается вокруг одной оси, параллельно которой перемещается режущий инструмент в направлении подачи. По идеальной схеме режущая кромка инструмента должна сформировать точную цилиндрическую поверхность детали одина-кового размера по всей ее длине. В действительности режущая кромка инструмента, из-за ряда причин отклоняется от заданной траектории, что вызывает появление погрешностей размеров и формы детали (овальность, некруглость, конусообразность, седлообразность, бочкообразность и т . д.). Следовательно, погрешность обработки можно рассматривать как следствие отклонения режущей кромки инструмента от ее идеальной траектории.
В производственных условиях точность обработки зависит от многих факторов. Устранить эти факторы не представляется возможным, а иногда и нецелесообразно с экономической точки зрения. В связи с этим, в машиностроении различают два вида точности: экономическую и достижимую.
Экономическая точность это точность, которая достигается при минимальной себестоимости (минимальных затратах) обработки, в нормальных производственных условиях, предусматривающих работу на исправных станках (с применением необходимых инструментов и приспособлений) при нормальной затрате времени и нормальной квалификации рабочих, соответствующей характеру выполняемой работы. Изготовление деталей с экономической точностью позволяет получать машиностроительную продукцию с требуемыми выходными параметрами.
Под достижимой точностью понимают точность, достигаемую в особых условиях обработки (наиболее благоприятных и необходимых для данного предприятия) высококвалифицированными рабочими, при значительном увеличении затрат времени, не считаясь с себестоимостью (затратами) обработки. Достижимую точность получают при изготовлении особо точных машин и механизмов (летательные аппараты, космические аппараты, высокоточные приборы и т. д.).
На точность механической обработки деталей влияют ряд факторов, являющихся следствием движения режущей кромки инструмента по обрабатываемой поверхности. К этим факторам относятся:
погрешность настройки инструмента на заданный размер, характеризующая неправильное положение режущего инструмента относительно заготовки, а также неточность настройки технологической системы;
погрешности работы станка, возникающие вследствие неточности кинематической схемы станка, свойств инструмента и заготовки
Основными причинами возникновения погрешностей обработки являются:
геометрические неточности станка и его кинематической схемы;
неточность настройки инструмента на заданный размер;
деформация упругой технологической системы СПИД (станок − приспособление – инструмент − деталь);
неточность режущего инструмента и его линейный износ в процессе работы;
температурные деформации технологической системы станка, обрабатываемой заготовки и режущего инструмента;
остаточные напряжения в заготовке;
погрешность измерения в процессе механической обработки на всех ее этапах.
Суммарную погрешность механической обработки можно представить функцией
(4.1)
где ΔУ – погрешность от упругих деформаций технологической системы СПИД (станок – приспособление − инструмент − деталь); εу – погрешность установки заготовки в приспособление; ΔН – погрешность настройки инструмента на заданный размер; ΔU – погрешность от размерного износа режущего инструмента; ΔТ –погрешность от температурных деформаций технологической системы; ΣΔФ – суммарная погрешность формы детали.
Рассмотрим подробнее факторы, входящие в формулу (4.1).