5. Численное формирование состава переходов и операций

Ранее мы определили методы конечных методов обработки поверхностей, обеспечивающие требования чертежа и последовательность их применения. Выбранные конечные методы обработки в большинстве случаев не позволяют получить требуемую точность и производительность, качество поверхностного слоя за один переход без промежуточных методов обработки (без промежуточных переходов). Необходимость разделения процесса обработки, в частности операций, на черновые, чистовые и отделочные (финишные). Это необходимо сделать по следующими причинами. При черновой обработке осуществляется удаление наиболее напряженных слоев со значительной силовой деформацией элементов технологической системы и выделением тепла, происходит износом инструмента. Это вызывает деформацию заготовки, снижает точность обработки, повышает шероховатость, формирует неблагоприятные показатели качества поверхностного слоя. Чистовая и затем отделочная обработка позволяют последовательно обрабатывать поверхности с оптимальными припусками, экономически целесообразными методами, сохранить длительное время работоспособность дорогостоящего оборудования и инструмента. Необходимость формирования оптимального состава переходов в операциях связана с тем, что при необоснованно малых припусках может возникать несплошность обработки, а при неоправданно больших припусках обработка ведется с большим количеством проходов или с глубиной резания. Это приводит к повышению погрешности и увеличению основного времени обработки, а в конечном итоге к возрастанию трудоемкости и себестоимости производства.

Численное формирование состава переходов осуществляется исходя из трех основных факторов ; операционного допуска на предшествующий переход экономически обоснованного припуска на текущий переход ; состояние поверхности заготовки; требования чертежа к соответствующей поверхности по точности, шероховатости, отклонениям формы и расположения поверхности, качеству поверхностного слоя. Промежуточные переходы в технологической операции выбираются из условия

(1)

Здесь - операционный допуск на предшествующий переход; - экономически обоснованный припуск на последней переход. Нормативные значения припусков для различных видов обработки представлены в [5] и др. Экономически обоснованный припуск можно определить аналитически

(2)

где - количество ходов в переходе;

- глубина обработки.

При круглом шлифовании для JT = 8-9 квалитетов точности и шероховатости Ra=3,2 мкм, =3-4, = 0,25-0,5 (меньшие значения соответствуют чистовому шлифованию и меньшему диаметру детали); для JT=6-7 шероховатости Ra = 0,8-1,25 мкм, =1-2, = 0,1-0,2 мм. При точении = 1, =0,5-2,15 мм [7,с.271].

6. Примеры численного формирования состава переходов и операций

Пример 1. Рассмотрим пример окончательной обработки гладкой наружной цилиндрической поверхности 20f5(-0,020-0,029) длиной 30 мм стального ступенчатого вала с шероховатостью Ra 0,32 мкм, твердостью HRC 42-46. Исходная заготовка – стальной прокат, выполнена по JT12 с предельными отклонениями 125 мкм [5, с.180], толщиной дефектного слоя 150 мкм. Критерием выбора конечного метода обработки поверхности 20f5 является указанная на чертеже информация: размеры и предельные отклонения, допуск, шероховатость и твердость. Заданная по чертежу шероховатость Ra 0,32 достигается на круглошлифовальных станках класса П - повышенный (гарантированная шероховатость Ra 0,32) и В - высокий (Ra 0,16). Однако технологический допуск при тонком шлифовании, выполняемом на этих станках, составляет =(13-9) мкм и несколько превышает конструкторский допуск = 9 мкм [2, с. 9]. Поэтому тонкое шлифование не обеспечивает требования чертежа по точности. Выберем в качестве окончательной обработки поверхности детали суперфиниширование, которое обеспечивает операционный допуск = 9-6 мкм и шероховатость Ra 0,8-0,1 мкм [5, с. 9]

Примем для суперфиниширования расчетное значение допуска = 9 мкм, а припуск при Ra 0,32 мкм =8-12 мкм [2]. Заметим, что шероховатость на предшествующем переходе перед суперфинишированием должна обеспечивать Ra 0,63-2,5 мкм.

Используя зависимости (1) определим:

Этому условию удовлетворяют тонкое шлифование, обеспечивающее =9-12 мкм и Ra 0,1-1,6 мкм [2, c.9]. Для тонкого шлифования =2-3, =5-15 мкм [7, c.301]. Тогда =30-40 мкм. Примем =50 мкм.

Определяем вид обработки для i-2 перехода. Согласно (13.1) определим:

Этому условию удовлетворяет чистовое шлифование, которое обеспечивает = 13-21 мкм и Ra 0,2-3,2 мкм [2, c.9].

Глубина резания при чистовом шлифовании =0,1-0,4 =3-4.

Тогда:

Примем =100 мкм.

Определим вид обработки для i-3 перехода. Используя зависимость (10.1) определим:

Примем =60 мкм. Этому значению допуска удовлетворяет предварительное шлифование и чистовое точение, обеспечивающее =52 мкм и шероховатость Ra 0,4-6,3 мкм [2, c. 8,9]. Использование чистового обтачивания целесообразнее, так как при одном и том же допуске оно позволяет вести обработку с более значительными припусками. Для чистового обтачивания =4 и =0,4-0,6 мм. Тогда =240 мкм.

Аналогично выберем i-4 переход, для которого =70-144 мкм. Этому условию удовлетворяет получистовое обтачивание, которое обеспечивает =130 мкм и Ra 1,6-10 мкм [2, c. 8]. Припуск =2·0,5=1,0 мкм. Для одного чернового прохода припуск =0,5 мм. Таким образом, для обработки поверхности  20f5 используем черновое, получистовое и чистовое обтачивание; чистовое и тонкое шлифование; супершлифование. Они образуют три операции: токарную, шлифовальную и финишную.

Суммируя припуски по переходам получим =1,9 мм. Тогда расчетный размер заготовки 23,8 мм. Учитывая ГОСТ 2590-71 на сталь горячекатаную круглую группы "Б", предназначенную для механической обработки, диаметр заготовки составит 24 мм.

Пример 2. Формирование состава переходов и операций наружной поверхности 355h9( ). Исходная заготовка – отливка, изготовленная методом литья по выплавляемым моделям по 12 квалитету точности имеет шероховатость поверхности Ra 6,3-10,0 мкм.

Выберем конечный метод обработки поверхности. Заданная по чертежу шероховатость Ra 1,6 мкм достигается на токарных станках нормальной точности при тонком точении. Определим технологический допуск конечного метода обработки их соотношеия:

(3)

Где конструкторский допуск указанный в чертеже =140 мкм.

Тогда:

Выберем в качестве конечного метода обработки тонкое точение, который обеспечивает =23 мкм, что удовлетворяет требования чертежа по точности и шероховатости.

Предшествующий вид обработки для i-1 перехода выберем из условия:

(4)

где – технологический допуск предшествующего перехода, мкм;

– экономически обоснованный припуск I-го перехода.

Экономически обоснованный припуск определяется аналитической зависимостью:

(5)

где – количество ходов в переходе; – глубина обработки.

Для тонкого шлифования =34, =515 мкм [2]. Тогда = 1560 мкм. Принимаем = 60 мкм.

Используя зависимость (4) получим

мкм.

Этому условию удовлетворяет чистовое шлифование, которое обеспечивает IT=57 мкм и Ra=3,2 мкм [2, с. 9, табл. 5].

Определим вид обработки для i-2 перехода при глубине резания при чистовом шлифовании =40100 мкм, =34, тогда экономически обоснованный припуск составит

=(34)(40100)=120400 мкм.

Принимаем =300 мкм, что согласуется с [2]. Тогда

мкм.

Этому условию удовлетворяет чистовое точение, которое обеспечивает IT=89150 мкм.

Определим вид обработки для i-3 перехода экономически обоснованный припуск составит

=4(891150)=356600 мкм.

Принимаем =600 мкм [2]. Тогда вид обработки для i-3 перехода согласно формуле (8.2) составит

мкм.

Этому условию удовлетворяет получистовое точение, которое обеспечивает IT=360570 мкм и имеет экономически обоснованный припуск:

=2(360570)=7201140 мкм.

Принимаем П_i-3=1000 мкм, который согласуется с [2,].

Подставляя в (8.2) определим вид обработки для i-4 перехода

мкм.

Этому условию удовлетворяет черновое точение, которое обеспечивает IT=570800 мкм, Ra=6,350 мкм.

Таким образом, для обработки поверхности 355h9( ) необходим следующий состав переходов: черновое, получистовое и чистовое точение; чистовое и тонкое шлифование, которые образуют две операции: токарную из трех переходов и шлифовальную из двух переходов.

Пример 3. Рассмотрим численное формирование состава переходов для внутренней поверхности 220Н7( ). Выберем конечный метод обработки поверхности. Заданная по чертежу шероховатость Ra 3,2мкм достигается на токарных станках нормальной точности при тонком растачивании. Нормативный технологический допуск при тонком растачивании составляет IT=2948мкм. Расчетный допустимый технологический допуск составляет

IT=(0,250,6)80=2056 мкм.

Нормативный технологический допуск не превышает допустимый технологический, следовательно, конечный метод обработки выбран верно.

Предшествующий метод обработки найдем экономически обоснованный припуск, при глубине резания при тонком растачивании =4060мкм и =4 составит

=4(4060)=160240 мкм.

Принимаем =200 мкм .

Тогда

мкм.

Этому условию удовлетворяет чистовое растачивание, которое обеспечивает IT=74100мкм и Ra 0,46,3мкм.

Определим вид обработки для i-2 перехода для экономически обоснованного припуска на чистовое растачивание:

=4(100200)=400800 мкм.

Принимаем =600мкм. Тогда

мкм.

Этому условию соответствует черновое растачивание, которое обеспечивает IT=290460 мкм и Ra1,6-2,5мкм .

Таким образом, для обработки 220Н7( ) мм необходимо выполнить черновое, чистовое и тонкое растачивание, которые образуют одну или две токарные операции.

Пример 4. Рассмотрим численное формирование состава переходов для резьбовой поверхности. Перед нарезанием резьбы необходимо расточить до 62,376 мм. Выберем конечный метод обработки поверхности. Заданная по чертежу шероховатость Ra=1,25 мкм достигается на токарных станках нормальной точности при тонком растачивании. Нормативный технологический допуск при тонком растачивании составляет IT=1930мкм [2]. Определяем допустимый технологический допуск, который необходимо обеспечить при тонком растачивании:

IT=(0,250,6)96=2454 мкм.

Нормативный технологический допуск не превышает допустимого технологического допуска, поэтому конечный метод обработки выбран верно.

Экономически обоснованный припуск для I-го перехода составит

=4(4060)=160240 мкм.

Принимаем =200мкм. Тогда допуск и вид обработки для i-1 перехода

4мкм.

Этому условию удовлетворяет чистовое растачивание, которое обеспечивает IT=74100 мкм и Ra 0,46,3мкм .

Определим вид обработки для i-2 перехода для экономически обоснованного припуска на предшествующее чистовое растачивание, =4(100200)=400800 мкм, при глубине резания t=100200мкм и числе проходов Кх=4

мкм.

Этому условию соответствует черновое растачивание, которое обеспечивает IT=300460мум и Ra 1,6-2,5мкм. Далее выполняется нарезание профиля резьбы.

Таким образом, для нарезания резьбы М641,5LН-7Н необходимо выполнить черновое, чистовое и тонкое растачивание; черновое и чистовое нарезание резьбы, которые образуют одну или две токарные операции.

Пример 5. Рассмотрим численное формирование состава переходов поверхности шлицевого отверстия d-1050Н655Н76D. Выберем конечный метод обработки поверхности шлицев. Заданная по чертежу шероховатость Ra 0,8 мкм достигается на протяжных станках при чистовом протягивании.

Нормативный технологический допуск при чистовом протягивании составляет IT=2233 мкм [2]. По формуле определяем допустимый технологический допуск, который необходимо обеспечить при тонком растачивании

IT=0,40,630=7,518 мкм.

Технологический допуск не превышает конструкторского, следовательно, конечный метод обработки выбран верно.

Промежуточный метод обработки i-1 перехода находим по формуле для экономически обоснованный припуска П =375=225 мкм. при глубине резания при чистовом протягивании =75 мкм k_х=3, составит:

мкм.

Этому условию удовлетворяет черновое протягивание, которое обеспечивает IT=120190 мкм и Ra 0,812,5 мкм [2].

Поступая аналогичным образом найдем для i-2 перехода чистовое растачивания, которое обеспечивает нормативный допуск IT=17 мкм, для i-3 перехода - черновое растачивание.

При этом учитывается, что глубина резания при черновом протягивании =600800 мкм, число проходов k_x=1, экономически обоснованный припуск =600800 мкм [2, с. 191, табл. 37].

Таким образом, расчеты показывают, что для обработки внутренней шлицевой поверхности d-1050Н655Н76D необходимо черновое и чистовое растачивание, черновое и чистовое протягивание, которые образуют протяжную и токарную операции.

Аналогично численно формируется состав переходов для другой формы поверхностей.