Влияние вибраций динамической системы на точность механической обработки. Вибрации технологической системы, возникающие при обработке заготовок, оказывают большое влияние на точность обработки и стойкость режущего инструмента. При появлении колебаний режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности его стойкость снижается пропорционально квадрату амплитуды и на заготовке возникают погрешности формы поперечного сечения (овальность, огранка), образуется волнистость и увеличивается шероховатость обработанной поверхности. При образовании волнистости, непосредственно связанном с вибрациями динамической системы и с увеличением колебаний, а так же с возникновением дисбаланса вращающихся элементов системы, высота волн Wz рис 3.17(а,б) и шероховатость обработанной поверхности увеличиваются (рис 3.18) Возникшие вибрации по достижению определённых величин амплитуд дополнительно усиливаются в связи с нестабильностью сил резания при врезании и отталкивании реж.инструмента, а так же в результате изменения истинных углов резания при относительных колебаниях элементов системы, что приводит к изменениям силы резания и вызываемых ею перемещений. При малой жёсткости технологической системы указанные источники могут не только усиливать возникшие колебания, но и сами могут стать причиной их возникновения.

В связи с вредным воздействием вибраций динамической системы на точность и производительность обработки и стойкость режущего инструмента при проектировании технологических процессов и технологической оснастки ставится задача полного устранения опасности возникновения колебаний или сведения их к допустимому минимальному уровню посредством повышения устойчивости динамической системы. Наиболее действенным средством борьбы с вибрациями и повышениями виброустойчивости динамической системы является увеличение жёсткости всех элементов упругой системы, приводящее к повышению точности обработки и стойкости режущего инструмента (рис 3.19). Это достигается повышением жёсткости и точности металлорежущего станка и его элементов, а так же жёсткости приспособлений и крепления в них обрабатываемых заготовок, применением люнетов и повышением жёсткости конструкции режущего инструмента и его крепления на станке. При изменении жёсткости в широких пределах возможны случаи, когда увеличение жёсткости, повышая устойчивость по отношению к низкочастотной форме возмущённого движения, приводит к появлению неустойчивости высокочастотной формы. Например, уменьшение вылета расточной оправки малого диаметра устраняет низкочастотные вибрации с частотой изгибных колебаний. Однако при этом облегчается возникновение высокочастотных вибраций с частотой крутильных колебаний. Дальнейшее уменьшение вылета приводит к устранению высокочастотных колебаний.

Важным средством предотвращения вибраций является правильное назначение геометрии режущего инструмента( увеличение углов в плане до 45, создание виброгасящих фасок и лунок), работа перевернутыми резцами(в некоторых случаях), а так же установка попарно нескольких инструментов, взаимно уравновешивающих колебания сил резания и т.п. Очень важным средством предотвращения появления вибраций является назначение режимов резания в пределах запаса устойчивости упругой системы по скорости, по подаче, глубине резания и ширине среза. В частности, при обдирочном и получистовом точении увеличение подачи обычно способствует устранению низкочастотных вибраций. Увеличение глубины резания вызывает появление и усиление вибраций. Подбор оптимальных СОЖ, уменьшающих трение в зоне резания, а так же трение стружки и передней поверхности инструмента, существенно снижающих уровень усилий резания, в свою очередь может значительно уменьшить интенсивность колебаний динамической системы. При обработке неустойчивых заготовок и при использовании длинных расточных борштанг малой жёсткости и резцов с большим вылетом часто применяются разнообразные гасители колебаний(гидравлические, механические, динамические и т.п.), поглощающие энергию колебательного движения и снижающие интенсивность вибраций.

Влияние жесткости и податливости технологической системы на погрешности обработки. При механической обработке станок, приспособление, обрабатываемая заготовка и режущий инструмент представляют собой замкнутую упругую систему, которую называют технологической системой. Деформация технологической системы в процессе обработки обуславливают возникновение систематических и случайных погрешностей размеров и геометрической формы обрабатываемых заготовок. В процессе обработки сила резания изменяется в результате неравномерности глубины резания из-за непостоянства размеров заготовок в партии, нестабильности механических свойств материала заготовок и прогрессирующего затупления инструмента. Сила резания при обработке вызывает упругие отжатия элементов технологической системы. Их величина зависит как от силы резания, так и от жесткости элементов, т.е. их способности противостоять действующей силе. Нестабильность силы резания и жесткости элементов в различных сечениях вызывает неравномерность упругих отжатий элементов системы, в результате чего появляются погрешности формы обработанной поверхности заготовок и изменение размеров заготовок в партии. Таким образом точность обработки зависит от жесткости элементов технологической системы. Жесткостью технологической системы j называется способность этой системы оказывать сопротивление действию деформирующих ее сил. На точность обрабатываемой поверхности наибольшее влияние оказывает составляющая силы резания P_y (нормальная составляющая).

Если жесткость элементов станка высока, то при обточки длинного и тонкого вала в центрах Y_п.б. и Y_з.б. – малы, а Y_заг значительны. В результате форма заготовки получается бочкообразной (рис. 1).

Наоборот, при обработке массивной заготовки, дающей минимальный прогиб форма заготовки получается седлообразной (корсетной) (рис.2).

А.П. Соколовским предложено выражать жесткость j(кН/м) или (Н/мм) технологической системы отношением нормальной составляющей P_y (кН) силы резания к суммарному смещению Y(мм) лезвия режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности заготовки, измеренному в направлении нормали к этой поверхности т.е.

где Y=Y_ст+Y_пр+Y_заг+Y_инстр

Упругие свойства элемента технологической системы можно также характеризовать его податливостью, которая представляет собой величину, обратную жесткости. Она определяется отношением перемещения к силе (в мм/Н или м/кН). или .

В связи с тем, что Y=Y₁+Y₂+…+Y_n (сумма деформаций отдельных звеньев упругой системы, приведенных к точке и направлению, принятым при измерении жесткости, равна суммарной деформации системы), можно вычислить суммарную податливость системы.

и суммарную жесткость системы

В случае обработки заготовки в центрах при положении резца в середине обрабатываемой заготовки жесткость станка определяем:

При положении резца на расстоянии X от П.Б. жесткость станка определяется:

При повышении жесткости повышается точность и производительность. Таким образом одним из основных способов повышения точности является уменьшение упругих отжатий технологической системы посредством повышения ее жесткости.

Колебания P_y в пределах P_y вызывает изменение упругих отжатий y₁/y₂>y₁, т.е. существенно будет больше и погрешность обработки. Таким образом переход от менее жесткой системы (2) к более жесткой (1) позволяет при одинаковых колебаниях P_y (т.е. при одинаковых колебаниях твердости материала

заготовки) получить меньшую погрешность обработки.

Жесткость технологической системы может быть повышена следующим методами:

1. Созданием жесткой конструкции и изменением размеров элементов технологической системы.

Жесткость станка в значительной степени определяется его конструкцией, типоразмером и состоянием. Крупные, массивные станки, как правило, отличаются повышенной жесткостью и обеспечивают высокую точность обработки.Конструкция и состояние приспособлений и инструментов оказывают также большое влияние на жесткость технологической системы. Увеличение числа кулачков в зажимных патронах, уменьшение вылетов и увеличение поперечных сечений оправок и державок для крепления заготовок и инструмента; применение зажимных устройств, создающих их плотное соприкосновение с технологическими базами заготовок; повышение жесткости инструмента (особенно сборного) путем сокращения его вылета; своевременный профилактический ремонт, технологической оснастки, устраняющий возникающие зазоры в соединениях; уменьшают податливость технологической системы.Повышение жесткости закрепления обрабатываемой заготовки путем увеличения размеров базовых поверхностей и мест закрепления заготовок, применение дополнительных опор и люнетов – повышают общую жесткость технологической системы.

2. Сокращение общего числа звеньев в технологической системе. Уменьшение числа деталей путем замены нескольких деталей одной сложной и массивной деталью, например, корпус шпиндельной бабки отливают вместе со станиной и т.д.

3. Повышение качества механической обработки деталей особенно поверхности стыков. Повышением контактной жесткости, за счет уменьшения шероховатости, волнистости. Для повышения жесткости стыков целесообразно применять методы ППД (снижается шероховатость, повышается микротвердость и увеличивается опорная поверхность).

4. Повышением качества сборки (зависит от качества сборки, пригонки сопряженных поверхностей, величины зазоров в соединениях, создание предварительного натяга).

5. Правильный режим эксплуатации станков. Жесткость технологической системы величина переменная, зависящая от изменения ряда других их характеристик, оказывающих влияние на их величину. К таким характеристикам относятся: состояние станка, его конструктивные особенности, материал деталей, вязкость смазки и ее количества в стыках, погрешности формы сопряженных поверхностей, температура и т.п. Например, средняя жесткость шпиндельной бабки круглошлифовального станка, определенная у неработающего станка, т.е. при нормальной температуре, равна 1540 кгс/мм. После 30-минутного разогрева на холостом ходу шпиндельной бабки средняя жесткость оказалась равной 2280 кгс/мм, т.е. увеличилась на 44%.Для получения наибольшей точности обработки требуется совершенно стабильные условия эксплуатации, при которых жесткость остается постоянной и достигает max величины. Для этого перед началом точной обработки станок разогревают на холостом ходу, обеспечивают равномерную и непрерывную подачу смазки в трущиеся детали, части станка, постоянство усилий зажимных устройств, узлов системы и т.д.

6. Систематический надзор за оборудованием. Периодическая проверка жесткости всех элементов технологической системы (шабрение трущихся поверхностей, регулировка соединений, устранение зазоров) все это может восстановить потерянную жесткость.

Жесткость узлов новых станков j20004000 кгс/мм, в отдельных случаях до 10000 кгс/мм. Жесткость суппортов, столов, кареток не зависит от режимов резания и представляет собой постоянную величину.

Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей машин (зависимости износа от времени, шероховатости поверхности, микротвердости, остаточных напряжений). Рассмотренные характеристики поверхностного слоя - шероховатость поверхности, структура и наклеп слоя, остаточные напряжения оказывают существенное влияние на такие важные эксплуатационные свойства деталей машин, как износостойкость, статическую, длительную и усталостную прочность, коррозионную стойкость, прочность соединений с натягом. Шероховатость и волнистость поверхности, структура, фазовый и химические составы поверхностного слоя по-разному влияют на эксплуатационные свойства деталей.

Влияние шероховатости поверхности. Во время начального износа, протекающего в период приработки, происходит изменение размеров и формы неровностей, а также направления обработочных рисок. При этом высота неровностей уменьшается или увеличивается до некоторого оптимального значения, различного для разных условий трения. Задачей конструктора, проектирующего новые машины, является назначение шероховатости трущихся поверхностей, соответствующей ее оптимальному значению, при котором износ и коэффициент трения при данных условиях изнашивания являются наименьшими. Шероховатость и волнистость поверхности для износа не ограничиваются влиянием высоты неровностей и размеров фактической поверхности контакта, а связаны также с шагом и формой неровностей. В период начального износа поверхностей дополнительный зазор в соединении может достигнуть значения допуска на изготовление детали и точность соединения будет полностью нарушена. Вместо требуемого чертежом соединения второго класса точности фактически возникает соединение третьего класса, вместо посадок скольжения появятся ходовые посадки и т. п. Для предотвращения этого необходимо во всех случаях ответственных сопряжений, от которых требуется длительное сохранение установленной конструктором точности, вести обработку деталей при достижении минимальной шероховатости трущихся поверхностей. Высота шероховатости, направление штрихов обработки, форма и шаг неровностей, размеры опорной поверхности и другие геометрические характеристики микрорельефа поверхности оказывают влияние и на другие важные эксплуатационные свойства деталей «машин и приборов, в частности на их контактную жесткость, коррозионную стойкость, отражательную способность, коэффициент теплопередачи, газовую эрозию. В связи с этим необходимо тщательно регламентировать в чертежах основные характеристики шероховатости, а в некоторых случаях и дополнительные характеристики, необходимость которых может быть определена исходя из конкретных особенностей эксплуатации деталей. Вместе с тем чрезвычайно важно осуществлять производственный контроль за выполнением всех требований к шероховатости ответственных поверхностей деталей, установленных чертежом. Шероховатость поверхности - технологический концентратор напряжений, снижает прочностные характеристики металла независимо от вида напряженного состояния и температуры нагрева (рис. 3).

В лияние шероховатости поверхности на износостойкость. В 80% случаев потеря служебных характеристик машин: точности, надежности, мощности, производительности и др. происходит вследствие износа трущихся поверхностей подвижных соединений детали. Износ протекает постоянно, начиная с момента работы соединения, но происходит неравномерно (рис. 4). Различают три периода:  1.Первичный износ (приработка) сопряженной пары характеризуется участком I;  2.Нормальный износ (эксплуатационный), протекающий пропорционально времени работы соединения (участок II)  3.Аварийный износ трущейся пары характеризуется участком III. Он наступает вследствие нарушения кинематических и гидродинамических условий работы соединения.  Рис. 4. Износ поверхностей в зависимости от времени работы сопряжения  1 - с большими значениями шероховатости; 2-c меньшими значениями шероховатости. Из рис. 4 видно, что при меньшей исходной шероховатости (кривая 2), уменьшается величина начального износа и время приработки. Раньше начинается эксплуатационный (нормальный) износ, который протекает на участке II с такой же интенсивностью как и при большей шероховатости поверхности, сопрягаемой пары (кривая I). В итоге продолжительность сохранения допустимого эксплуатационного зазора - до аварийного износа, значительно возрастает. Для повышения износостойкости трущихся деталей путем уменьшения первичного износа целесообразно создавать поверхности скольжения, шероховатость которых соответствует шероховатости поверхностей приработанных деталей.  На первичный износ сопряженных деталей влияют форма и высота микронеровностей. Зависимость износа от высоты неровностей показана на рис. Кривая 1 получена при сравнительно легких, а кривая 2 - в тяжелых условиях износа

  Рис. 5. Зависимость износа от шероховатости поверхностей

Из рис. 5 видно, что минимальный износ получается не на самых гладких поверхностях, а при некоторых оптимальных значениях неровностей (точки О1 и О2).

На очень чистых, зеркально гладких поверхностях смазка удерживается плохо, вследствие чего возникает сухое трение, которое сопровождается схватыванием сопряженных деталей и увеличением износа.

Влияние методов обработки на формирование физико-механических свойств поверхностного слоя. При обработке лезвийным инструментом - точении, фрезеровании, строгании и т. п. в зоне обработки доминирует силовой фактор. У стальных деталей в поверхностном слое образуется пластически деформированный слой (наклеп), у которого различают три зоны: 1. Зона резко выраженной деформации - дефектный слой с измельченным зерном, значительными искажениями кристаллической решетки, деформированной структурой, наличием механических повреждений с резким повышением твердости материала. 2. Зона деформации с характерной текстурой: вытянутыми в направлении рабочего движения инструмента зернами; наволакиванием одних зерен на другие. Твердость материала в этой зоне заметно снижается по сравнению с прилегающей к поверхности. 3. Зона перехода от наклепа к исходному материалу.

При доминирующем влиянии силового фактора в поверхностном слое образуются напряжения сжатия, уровень и глубина залегания которых с увеличением глубины и степени наклепа возрастают (рис. 9). Это присуще грубым методам обработки. Рис. 9. Характерная эпюра остаточных напряжений в поверхностном слое

При получистовой и чистовой обработках с изменением режима и других условий, начинает заметно проявляться тепловой фактор и остаточные напряжения под поверхностью могут менять знак, т. е. быть растягивающими.

При черновой и чистовой обработках стальных заготовок пластическая деформация распространяется на глубину от 50 до 300 мкм; при обдирке-до 1000 мкм.

Влияние остаточных напряжений поверхностного слоя. Влияние остаточных напряжений на износостойкость деталей машин неоднократно изучалось различными исследователями. Во многих случаях результаты этих исследований оказались противоречивыми и вопрос длительное время оставался объяснено различной постановкой задач в указанных исследованиях, разнообразием и несовершенством использованной методики эксперимента и в некоторых случаях различием схем напряженного состояния исследуемых образцов, делающих полученные результаты несопоставимыми. Анализ результатов многочисленных исследований состояния поверхностного слоя и его влияния на износостойкость, проведенных за последние годы, позволяет сделать следующие выводы. При трении деталей в металле поверхностного слоя происходят значительные пластические деформации, вызывающие интенсивный наклеп и большие остаточные напряжения сжатия. В начале процесса трения деталей в их поверхностном слое остаточные напряжения, созданные предшествующей обработкой и являющиеся по свой природе упругими, снимаются под действием протекающих пластических деформаций независимо от их знака. Одновременно в поверхностном слое в результате трения возникают остаточные напряжения сжатия, которые зависят от условий трения и пластических свойств трущихся металлов и не зависят от величины и знака остаточных напряжений, созданных предшествующей обработкой и сохранившихся в поверхностном слое до начала трения. Аналогичные исследования образков, имевших до изнашивания сжимающие остаточные напряжения поверхностного слоя, и образцов, не имевших в поверхностном слое никаких напряжений (образцы после отжига в вакууме), позволили построить график изменения величины и знака остаточных напряжений поверхностного слоя в процессе трения. Это показывает, что в процессе трения в поверхностном слое трущейся детали возникают остаточные напряжения сжатия, не связанные с величиной и знаком остаточных напряжений, имевшихся в поверхностном слое до ее изнашивания. Аналогичный вывод о снятии остаточных напряжений пластической деформацией образца был сделан Г. Бюлером, исследовавшим изменение остаточных напряжений в конструкционной стали при ее пластическом деформировании (растяжении и сжатии). Его исследования показали, что при статическом растяжении и сжатии, созданными удельной нагрузкой 4,9 МПа, остаточные напряжения в образцах из стали, имеющей предел текучести 646—666 МПа, резко снижаются. При удельной нагрузке, превышающей предел текучести, и относительной деформации около 0,2% тангенциальные и осевые остаточные напряжения уменьшаются в 10 —20 раз, т. е. практически снимаются. В процессе трения и изнашивания в металле поверхностного слоя протекает такая интенсивная пластическая деформация, которая не может быть создана никакой механической обработкой. Совершенно естественно, что эта пластическая деформация полностью снимает остаточные напряжения в поверхностном слое, сохранившиеся в нем до изнашивания, поэтому такие напряжения не успевают проявить своего влияния на изнашивание деталей. Результаты экспериментальных исследований показывают, что износостойкость деталей, имеющих остаточные напряжения разных знака и величины, практически одинакова. На основании изложенного можно считать установленным, что остаточные напряжения поверхностного слоя детали, возникающие в процессе ее обработки, не влияют на износостойкость. Этот вывод относится только к остаточным напряжениям поверхностного слоя и нормальным условиям трения-скольжения в режиме окислительного износа. Напряженное состояние всего сечения детали (например, растягивающие внутренние напряжения в стенках втулки, напрессованной на другую деталь, растягивающие внутренние напряжения в упруговыгнутой пластинке или сжимающие напряжения в упруговогнутой пластинке) может оказать свое воздействие на характер и интенсивность износа. Возможным является и влияние напряженного состояния при изнашивании в условиях питтинга, при котором большое значение имеют явления усталости металла. На усталостную прочность деталей оказывают большое воздействие остаточные напряжения. Влияние остаточных напряжений на предел выносливости стали особенно велико, когда разница в прочности стали при растяжении и сжатии большая. Поэтому предел выносливости твердых сталей зависит от величины и знака остаточных напряжений особенно сильно, в то время как у мягких и пластичных сталей эта зависимость проявляется в меньшей степени. Аналогичные соотношения были получены рядом других исследователей. При этом эксперименты проводились при комнатных температурах, поэтому выводы не могут относиться к условиям работы деталей в зоне высоких температур. При нагревании деталей, имеющих в поверхностном слое остаточные напряжения, происходит релаксация напряжений и их влияние на предел выносливости устраняется. 

Влияние усилия зажима заготовки на погрешность обработки. Усилие зажима (закрепления) заготовки в приспособлении, так же как и усилие резания, вызывают упругие деформации заготовок порождающие погрешности формы обработанных заготовок. При постоянстве усилия зажима и размеров заготовок эти погрешности могут быть вычислены по соответствующим формулам. Так, при закреплении тонкостенного кольца в 3-х кулачковом патроне оно деформируется, принимая форму показанную на рис. а. После расточки отверстия о бработанная поверхность сохраняет правильную форму до открепления ее. После снятия заготовки из патрона кольцо упруго восстанавливает свою деформированную зажимными силами Q форму, а обработанная поверхность искажается рис. в.

Относительно большие деформации могут возникать при закреплении нежестких заготовок (кольца подшипников, гильзы, трубы, корпусные детали и др.). Эти деформации снижают работоспособность деталей в машинах. Так некруглость колец могут снизить долговечность подшипников качения в несколько раз.

Для их уменьшения (что очень важно на отделочных операциях обработки) следует правильно выбирать схему установки и закрепления. Для уменьшения прогиба (стенок корпусных деталей, рычагов и др.) деталей нужно стремиться к тому, чтобы зажимные силы были приложены против установленных элементов приспособления.

Выбор методов расчета размерной цепи и достижения точности замыкающего звена. Выбор метода достижения точности замыкающего звена зависит от величины допуска ТА_, от числа составляющих звеньев размерной цепи. Необходимо учитывать и реальные возможности предприятия по обеспечению проектной точности размеров составляющих звеньев и обеспечения соответствующего уровня организации сборочных работ. Если число составляющих звеньев размерной цепи m  4, то расчет – методом ПВ; m  5 – НПВ.

Для предварительного выбора рекомендуют соединение способов: определяют А_ср

;

затем по установленному ТА_ и m определяют

- методом ПВ;

- методом НПВ;

по полученным А_ср и ТА_ср определяют ближайший квалитет точности. Если расчет выполнен по методу ПВ и величина ТА_ср соответствует 9 квалитету и грубее IT10, IT11, то следует использовать метод ПВ. При малом числе звеньев иногда используют ПВ и при 6 – 8 квалитетах (т.к. снижение трудоемкости сборки окупают повышение требований к точности). При ТА_ср соответствующей 7 квалитету – рекомендуют использовать метод пригонки или регулировки (для некоторых изделий, выпускаемых в больших количествах, вместо пригонки рационально применять групповую взаимозаменяемость). Если расчет выполняется по НПВ и величина соответствует IT10 и грубее, то следует использовать НПВ.

Значение анализа размерных цепей. Термины и определения (подетальная, сборочная, линейная, плоская, пространственная, угловая размерные цепи; определение составляющего, замыкающего исходного размеров). Для нормальной работы машины (изделия) необходимо, чтобы составляющие их детали и поверхности последних занимали одна относительно другой определенное, соответствующее служебному назначению положение. При расчете точности относительного положения деталей и их поверхностей учитывают взаимосвязь многих размеров деталей в изделии. Например, из рис 5.1 видно, что при изменении размеров А₁ и А₂ величина зазора А также меняется.

В зависимости от принятой последовательности обработки поверхностей между действительными размерами отдельной детали также имеется определенная взаимосвязь. В обоих случаях она устанавливается при помощи размерных цепей.

Рис. 5.1. Простейшая размерная цепь

Размерной цепью называют совокупность взаимосвязанных размеров (звеньев), образующих замкнутый контур и определяющих точность взаимного расположения осей и поверхностей одной детали (подетальная размерная цепь) или несколько деталей в узле или механизме (сборочная размерная цепь).

Замкнутость размерного контура – необходимое условие для составления и анализа размерной цепи. Однако на рабочем чертеже размеры следует проставлять в виде незамкнутой цепи; не проставляется размер замыкающего звена, т.к. для обработки он не требуется. По взаимному расположению размеров размерные цепи делят на линейные, плоские и пространственные.

Линейная размерная цепь- если все ее размеры номинальные, параллельны один другому и, следовательно, могут проектироваться без изменения их величины на две или несколько параллельных линий.

Размерная цепь называется плоской, если часть ее размеров непараллельны, но лежат в одной или нескольких параллельных плоскостях.

Пространственной называется размерная цепь, если все или часть размеров этой цепи непараллельные один другому и лежат в непараллельных плоскостях.

Размерная цепь звеньями, которых являются угловые размеры, называются угловой размерной цепью.

Задача обеспечения точности при конструировании изделий решается с помощью конструкторских размерных цепей, отражающих взаимосвязь деталей и их размеров в сборочной единице , а при изготовлении деталей – с помощью технологических размерных цепей, выражающих связь размеров обрабатываемой детали по мере выполнения технологического процесса или размеров системы СПИД.

Размеры (звенья), из которых состоит размерная цепь, делятся на составляющие и один замыкающий. Замыкающим (А_) называется размер, который получается последним в процессе обработки детали или сборки узла машины. Его величина и точность зависят от величины и точности всех остальных размеров цепи, называемых составляющими, которые обозначаются как А₁; А₂; … А_m-1, Б₁; Б₂; … Б_m-1 и т.д.

Звено сборочной размерной цепи, которое определяет функционирование механизма, называется исходным (функциональным) размером (зазор, натяг, величина перемещения детали и т.д.) Исходя из предельных значений этого размера, рассчитывают допуски и отклонения всех остальных размеров цепи. В процессе обработки исходный размер, как правило, становится замыкающим.

Замыкающий размер А_ в трехзвенной цепи зависит от размера А₁, называемого увеличивающим и размера А₂, называемого уменьшающим. Замыкающее звено может быть положительным, отрицательным или равным нулю.

Размерную цепь можно условно изображать в виде безмасштабной схемы. На ней удобнее выявлять увеличивающие и уменьшающие звенья. Обозначают стрелками, вправо – увеличивающие, влево – уменьшающие.

Увеличивающий размер – размер, с увеличением которого, замыкающий размер увеличивается. Уменьшающий – размер, с увеличением которого, замыкающий размер уменьшается.

Рис. 5.2. Расчет размерных цепей позволяет:

• установить связь между размерами деталей машин и уточнить номинальные значения и допуски взаимосвязанных размеров и исходя из эксплуатационных требований и экономической точности обработки деталей и сборки машин;

• выявить пути сохранения точности машины в процессе эксплуатации, а также определить, какой вид взаимозаменяемости (полный или ограниченный) может быть наиболее рентабелен;

• добиться наиболее правильной простановки размеров на рабочих чертежах;

• определить операционные допуски и пересчитать конструктивные размеры на технологические (в случае несовпадения технологических баз с конструкторскими базами).

Качество машин (Технический уровень, производственно-технологические показатели, эксплуатационные показатели, технологическая преемственность, точность). Для того чтобы машина экономично выполняла служебное назначение, она должна обладать необходимым для этого качеством. В соответствии с гостом под качеством продукции понимается совокупность свойств, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенным потребностям в соответствии с ее назначением. В современных условиях качество продукции охватывает не только потребительские, но и технологические свойства, художественные особенности, надежность, уровень стандартизации и унификации деталей и узлов.

Свойства, составляющие качество продукции характеризуется непрерывными или дискретными величинами, называемыми показателями качества продукции. Они могут быть абсолютными, относительными или удельными.

Критерием относительно новой продукции по отношению к старой или базовой является коэффициент уровня качества продукции (основан на сравнении относительных характеристик качества).

Для сопоставления нескольких вариантов применяется интегральный показатель качества, который выбирается на основе теории принятия решений.

Различают три группы качества машины:

1. Технический уровень машины, определяющий совершенства машины ( мощность, КПД, производительность, экономичность).

2. Производственно-технологические показатели, фиксирующие эффективность конструктивных решений с точки зрения обеспечения минимальных затрат труда и средств на ее изготовление, эксплуатацию и ремонт.

3. Эксплуатационные показатели (надежность, эргономические и эстетические характеристики).

Для большей оценки качества машины большое значение имеет ее работоспособность, под которой понимается такое состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения требуемых параметров в пределах установленных нормативно-технической документацией. В связи с этим одной из основных характеристик машин является их надежность.

Надежность - это свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность (ГОСТ 13377 – 75).

Отказ – это событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия. Время работы изделия до отказа, выраженное в часах называется наработкой до отказа (является случайной величиной).

Срок службы изделия, определяемый его наработкой до достижения предельного регламентированного состояния (предельный износ) называется ресурсом.

Ресурс в отработанных часах или допустимый срок службы изделия (в календарных часах), является неслучайной величиной (регламентированное время работы изделия, определяющее его долговечность).

Надежность изделия – это обобщенное свойство, которое включает в себя понятия безотказности и долговечности.

Безотказность – это свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого периода времени или некоторой наработки.

Долговечность – это свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т.е. в течении всего периода эксплуатации при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ:

1.Трудоемкость, определяется продолжительностью изготовления изделия при нормальной интенсивности труда в часах.

2.Станкоемкость – характеризуется продолжительностью времени в течении которого должны быть заняты станки или другое оборудование для изготовления всех деталей изделия (единичное измерение – станко-час).

3.Конструкторская преемственность изделия – это свойство изделия, использования в нем деталей и сборных единиц, применяемых или применявшихся в других изделиях.

4.Технологическая преемственность изделия – это свойство изделия, использование применяемых на предприятии технологических процессов, отдельных технологических операций и средств технологического оснащения для его изготовления или ремонта.

Одним из важнейших показателей качества машин изделий является: точность.

Под точностью машины понимается степень ее приближения к геометрически правильному ее прототипу.

Поскольку исполнительные поверхности машины должны осуществлять относительное движение, необходимое для выполнения машиной своего служебного назначения, поэтому одним из основных показателей, характеризующих точность машины является точность относительного движения.

Точность относительного движения – это максимальное приближение действительного характера движения исполнительной поверхности к теоретическому закону движения поверхности, выбранного с учетом назначения проектируемой машины.

Точность относительного движения характеризуется величиной отклонения, на которое устанавливается допуск.

Точность машины характеризуют следующие показатели:

1. точность относительного движения исполнительных поверхностей машины;

2. точность расстояний между исполнительными поверхностями;

3. точность относительных поворотов исполнительных поверхностей;

4. точность геометрической формы исполнительных поверхностей включая макро и микро неровности;

5. шероховатость исполнительных поверхностей.

Качество поверхности деталей машин и заготовок. Общие понятия и определения. Под качеством поверхности понимают состояние поверхностного слоя как результат воздействия на него одного или последовательного комплекса технологических методов. Оно характеризуется совокупностью характеристик шероховатости и волнистости поверхностного слоя и микроструктуры его. При производстве детали на ее поверхности появляются неровности; в слое металла, прилегающем к ней, изменятся структура, фазовый и химический состав, возникают остаточные напряжения. Слой металла с изменениями по сравнению с основным металлом, из которого изготавливается деталь, структурой, фазовым и химическим составом называется поверхностным слоем. Внешняя поверхность этого слоя граничит с окружающей средой или сопрягаемой деталью. В условиях эксплуатации поверхностный слой детали подвергается сильному физико-химическому воздействию: механическому, тепловому, световому, магнитоэлектрическому, химическому и др. потеря деталью своего служебного назначения происходит в большинстве случаев с поверхности: износ, кавитация, эрозия, коррозия, усталостные трещины и т.д.

К характеристикам качества поверхностного слоя относятся:

Микрогеометрия (шероховатость): R_z и R_a – высота неровности по 10-ти точкам и среднеарифметическое отклонение профиля; R_max – наибольшая высота неровностей профиля и местных выступов; S_m и S – средний шаг соответствующих неровностей профиля и местных выступов; t_p – относительная опорная длина профиля; r и r - радиус закруглений вершин выступов и впадин; W_a и W_max – среднее арифметическое отклонение профиля и их наибольшая высота; S_w – средний шаг неровности волны; H_max – наибольшая высота макроотклонения; H_ - микротвердость; H – глубина наклепанного слоя;  и h_ - остаточные напряжения и глубина их залегания.

Различают три вида неровностей: шероховатость, волнистость и отклонения от правильной геометрической формы.

Шероховатость – микрогеометрическое отклонение (оценивается на малых участках) называется совокупность неровностей с относительно малыми шагами на базовой длине, образующих рельеф поверхности.

Шероховатость после механической обработки – это прежде всего геометрический след режущего инструмента, искаженный в результате пластической и упругой деформации технологической системы.

Волнистость поверхности – совокупность чередующихся неровностей с относительно большим шагом, превышающим принимаемую при измерении шероховатости базовою длину. Волнистость занимает промежуточное положение между шероховатостью и погрешностями формы (макрогеометрией) поверхности. Критерием для разграничения шероховатости и волнистости служит величина отношения шага к высоте неровностей. Для шероховатости l/H < 50; для волнистости l/H = 50…1000; для макрогеометрии l/H > 1000/. Волнистость, как и шероховатость, является одной из основных характеристик качества поверхности, оказывающая влияние на многие эксплуатационные свойства деталей машин. Прежде всего, это связано с тем, что наличие волн приводит к уменьшению опорной длины профиля в 5 – 10 раз по сравнению с равной шероховатой поверхностью. Физически обоснованной, а тем более естественной границы между волнистостью и шероховатостью нет. Стандарта на волнистость нет и выделить шероховатость и волнистость из общей совокупности неровностей поверхности при выбранной базовой длине не представляется возможным. Для оценки волнистости поверхности следует учитывать максимальную высоту волнистости W_max, среднюю высоту волнистости по 10-ти точкам W_z (вычисляется аналогично R_max R_z) и средний шаг волнистости S_W (определяется как среднеарифметическое расстояние 5-ти значений между волнами на 5-ти равновеликих отдельных участках измерения волнистости). Числовое значение волнистости по этой рекомендации выбирают из ряда R 10/3 (0,1 – 200 мкм).

Классификация затрат рабочего времени. Затраты рабочего времени в течении рабочего дня (за исключением обеденного перерыва) подразделяется на нормируемые и ненормируемые. К нормируемым затратам относятся затраты, необходимые для выполнения заданной работы и потому подлежат включению в состав норм времени. К ненормируемым затратам рабочего времени которые не включаются в состав норм относятся потери рабочего времени (потеря времени вследствие выполнения таких работ: хождением за материалом, наладчиком, за документами, инструментом, материалом, перерывы в работе по организованным и техническим причинам, связанные с простоями в ожидании работы, крана, чертежа, инструмента т.д., простои из-за отсутствия электроэнергии, опоздание и преждевременный уход с рабочего времени).

Нормируемые затраты рабочего времени делятся на подготовительно-заключительное время, операционное время, время обслуживания рабочего времени и время перерывов на отдых или личные потребности рабочего.

Норма подготовительно-заключительного времени т_п.з. – это норма времени на подготовку рабочим средств производства к выполнению технологической операции и приведения их в первоначальное состояние после ее окончания. в него входят:

• получение материалов, инструмента, приспособлений, технической документации и наряда на работу;

• ознакомление с работой, технической документацией, чертежом и т.д.;

• установка инструмента, приспособления, наладка оборудования на соответствующий режим работы;

• сдача готовой продукции, остатков материала, приспособлений, инструмента, технической документации, приведения в порядок станка после окончания работы.

подготовительно-заключительное время затрачивается один раз на всю партию обрабатываемых изделий, изготавливаемых без перерыва по данному рабочему наряду и не зависит от числа изделий в этой партии. величина т_п.з. определяется по нормативам с учетом типа станка, приспособлений, конструкции и массы заготовки.

Норма оперативного времени т_оп – это норма времени на выполнение технологической операции состоящая из суммы норм основного времени т_о и вспомогательного (не перекрываемого) т_в времени.

Т_оп = Т_о +Т_в

норма основного времени Т_о – это норма времени на достижение непосредственной цели данной технологической операции или перехода по качественному или количественному изменению труда.

где l=l+l₁+l₂;

т_м – машинное время; l – длина пути инструмента, мм; l – длина обработки, мм; l₁ – величина врезания инструмента, мм; l₂ - величина перебега, мм; i – число ходов;s_м – минутная подача, мм/мин; n – число оборотов шпинделя или инструмента, об/мин; s – рабочая подача инструмента или детали, мм/об; t – глубина резания на сторону, мм; z – припуск на сторону, мм. При расчете основного времени элементов режимов резания v; n; s; t определяется по формулам теории резания или нормативам.

Норма вспомогательного времени т_в – это время на осуществление действий, создающих возможность выполнения основной работы, или перехода и повторяющихся с каждым изделием или через определенное их число (установка и снятие детали, пуск, включение станка, отвод и подвод режущего инструмента, перемещение суппорта, промеры изделия, смена инструмента и его переустановка, если это производится при обработке каждого изделия или через определенное число изделий).

Вспомогательное время преимущественно бывает ручным, но оно может быть и механизированным (установка и снятие изделия краном), и машинным (ускоренный холостой ход стола станка или суппорта).

Определение составляющих т_в по таблицам нормативов.

Время на установку и снятие детали зависит от веса детали, типа приспособления, способа базирования и закрепления.

Время на контрольное измерение детали, на процесс измерения, производимый после выполнения станочником перехода или операции включается в норму только в тех случаях, когда оно может быть перекрыто машинным. в нормативах по этому поводу приводятся рекомендации.

Время обслуживания рабочего места т_обс представляет собой часть штучного времени, необходимое для поддержания средств технического оснащения в работоспособном состоянии и уход за ним и рабочим местом.

в условиях массового производства, машинных и автоматизированных операций т_обс делится на т_тех и т_{орг.обс.}.

где т_тех – время технического обслуживания, затрачиваемое на уход за рабочим местом (оборудованием) в течении данной работы (смена затупившегося инструмента, регулировка инструментов, подналадка оборудования в процессе работы, сметание стружки и т.д.),определяется в процентах (%) от т_обс.

т_{орг.обс.} – время, затрачиваемое на уход за рабочим местом в течении смены (раскладка и уборка инструмента, на осмотр и опробование оборудования, время на его смазку и поддержание чистоты).Определяется в процентах (%) от т_обс.

Время перерывов на отдых т_отд, регламентировано условиями работы, например при работах, требующих интенсивного труда или затрат значительной физической силы. при нормальных условиях работы нормируется лишь время на личные потребности, которое обычно принимается равным 2% оперативного времени.

Классификация и выбор технологических баз (конструктивная, измерительная, технологическая, установочная, опорная, поверочная, основная, вспомогательная базы).

Базирование - придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат. Согласно теоретической механике, требуемое положение или движение твердого тела относительно выбранной системы координат достигается наложением геометрических или кинематических связей.

База - поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования.

Общая классификация баз

Все многообразие поверхностей деталей сводится к четырем видам:

1) исполнительные поверхности - поверхности, при помощи которых деталь выполняет свое служебное назначение;

2) основные базы - поверхности, при помощи которых определяется положение данной детали в изделии;

3) вспомогательные базы - поверхности, при помощи которых определяется положение присоединяемых деталей относительно данной;

4) свободные поверхности - поверхности, не соприкасаемые с поверхностями других деталей.

Общая классификация баз имеет следующий вид:

А. По назначению – конструкторская, основная, вспомогательная, технологическая, измерительная;

Б. По лишаемым степеням свободы: установочная, направляющая, опорная, двойная направляющая, двойная опорная;

В. По характеру проявления: скрытая, явная,

По назначению

Конструкторская база - база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.

Основная база - конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения ее положения в изделии.

I, II, III - комплект основных баз шестерни.

Вспомогательная база - конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения положения присоединяемого к ним изделия.

I, II, III - комплект вспомогательных баз вала со шпонкой.

Технологическая база - база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта.

I - технологическая база вала

1 - призма ( элемент приспособления к фрезерному станку);

2 - шпоночная фреза ;

3 - заготовка вала со шпоночным пазом.

Измерительная база - база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения.

1 - индикаторная стойка2 - изделие3 - индикатор ( средство измерения) А - измерительная база детали.