5. Расчет припусков на механическую обработку

ПРИПУСКОМ называют слой материала, удаляемый в процессе механической обработки заготовки в целях достижения заданной точности и качества поверхности.

ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПРИПУСКОМ называют слой материала, снимаемый при выполнении данного технологического перехода. Он равен разности размеров заготовки после предшествующего и после выполняемого перехода.

ОБЩИМ ПРИПУСКОМ называется сумма промежуточных припусков по всему технологическому маршруту обработки данной поверхности. Общий припуск равен разности размеров исходной заготовки и готовой детали.

Установление оптимальных припусков имеет большое технико-экономическое значение.

Преувеличенные припуски ведут к перерасходу материала, увеличивают трудоемкость обработки, затраты энергии, рабочего инструмента. Все это приводит к повышению себестоимости детали.

Преуменьшенные припуски не позволяют получить деталь надлежащего качества.

В машиностроении и приборостроении применяются опытно-статистический и расчетно-аналитический методы определения припусков. При опытно-статистическом методе припуски задаются в виде таблиц, которые составлены на основе систематизации производственных данных передовых заводов. Недостаток этого метода заключается в том, что припуски назначаются без учета конкретных условий построения техпроцесса, без учета схемы установки и погрешностей предшествующей обработки.

При расчетно-аналитическом методе расчета припуска учитываются конкретные условия обработки.

Величину минимального промежуточного припуска определяют следующие факторы:

1) высота неровностей, получившихся при выполнении предшествующего перехода при обработке данной поверхности. При выполнении первой операции эта величина берется по исходной заготовке. При выполнении второй операции учитывают неровности, получившиеся на первой операции и т. д. ().

2) состояние и глубина поверхностного слоя, полученные при выполнении предшествующего перехода. Этот слой подлежит удалению или полностью, или частично. Например, у отливок из серого чугуна, полученных литьем в землю, поверхностный слой часто содержит частицы песка из формовочной смеси. Поэтому в данном случае для создания наиболее благоприятных условий для режущего инструмента поверхностный слой должен удалятся полностью (за 1 проход).

В других случаях, например, после закалки, поверхностный слой наоборот, желательно в максимальной степени сохранить, т. к. твердость быстро снижается по мере удаления от поверхности.

3) пространственные отклонения в расположении обрабатываемой поверхности относительно базовых поверхностей заготовки. К пространственным отклонениям относятся, например, несооность наружной поверхности и отверстия у втулок, дисков, гильз, неперпендикулярность торцевой плоскости оси базовой цилиндрической поверхности. Например, при расточке в трехкулачковом патроне отверстия во втулке, имеющей биение внутренней поверхности относительно наружной, равное , ось предварительно полученного отверстия оказывается смещенной относительно оси вращения на величину (рис. 5.1). Если бы указанного биения не было, то шероховатость и дефектный слой , полученный на предшествующем переходе, снимался бы равномерно по всей по окружности, припуск на диаметр был равен . Однако при биении для удаления шероховатости и дефектного слоя припуск должен быть равен , а предшествующий диаметр . То есть припуск равен .

Аналогично, если, например, ось вала, установленного в центрах или в патроне, искривлена на величину , то для снятия и , полученных на предшествующем переходе, по всей окружности припуск должен быть увеличен на величину .

Таким образом, при наличии пространственных отклонений заготовок припуск должен быть увеличен на величину .

4) погрешность установки заготовки . В результате погрешности установки обрабатываемой поверхности партии заготовок смещаются относительно режущего инструмента, что приводит к тому, что для снятия и , полученных на предшествующем переходе, припуск должен быть увеличен на величину этого смещения, т. е. на погрешность установки.

Например, при установке втулок в трехкулачковом патроне погрешность установки равна смещению точки смыкания кулачков относительно оси вращения патрона. В результате этого ось растачиваемого отверстия, полученного на предыдущей операции смещается относительно оси вращения на величину . Поэтому припуск должен быть увеличен на величину .

Пространственное отклонение и погрешность установки являются векторами, и сложение их следует вести по правилу сложения векторов. При расчетах припуска считают, что эти вектора направлены под углом 90, поэтому их сумма равна .

Таким образом величина припуска на переход: .

Двухсторонний припуск, например, при обработке тел вращения равен: . При расчете припуска следует учитывать конкретные условия обработки, например, при обработке вала в центрах погрешность установки , и припуск: .

При развертывании плавающей разверткой или при протягивании инструмент устанавливается по предварительно полученному отверстию. По этому припуск здесь равен: .

При полировании снимаются только гребешки, поэтому припуск под полирование равен: .

Расчету припусков предшествует разработка технологического процесса обработки заготовки. На основе расчета припусков определяются предельные размеры заготовки от готовой детали до исходной заготовки по всем переходам. При этом всегда первоначально определяют припуски на окончательную обработку и размер заготовки перед окончательной обработкой .

Если окончательная обработка производится лезвийным инструментом, например резцом, то при обработке по настройке вследствие упругих отжатий из минимального размера заготовки получится минимальная деталь, а из максимального размера заготовки - максимальная деталь. Поэтому в этом случае

,

здесь - минимально допустимый размер заготовки перед окончательной обработкой,

- минимальный размер детали по чертежу (в пределах поля допуска),

- припуск на окончательную обработку.

Максимальный размер заготовки ,

где - экономичный допуск при обработке детали с получением размера .

Если, например, , мм и диаметр , получают черновой обработкой, экономическая точность которой - 12 квалитет, то допуск по 12 квалитету для этого размера равен мм,

мм,

мм.

Если окончательная обработка производится шлифованием, когда обработка ведется пробными проходами и прекращается, как только размер обрабатываемой заготовки достигает верхней границы поля допуска, то

,

.

После расчета припуска и определения размера , рассчитывают припуск и определяют размер , припуски и размеры и т. д. до определения размеров исходной заготовки.

При расчетно-аналитическом методе определения припусков расчет их производится по написанной выше формуле. При этом величины ,, и приведены для различных видов обработки и исходных материалов в справочниках по механической обработке.

В мелкосерийном производстве расчет припусков производится упрощенно опытно - статистическим методом, который является значительно менее трудоемким.

Обработка отверстий малых диаметров в незакаленных деталях производится по типовому техпроцессу: сверлением, зенкерованием и развертыванием. При этом заранее насчитаны и приведены в справочной литературе операционные диаметры и припуски, например, в таблице 5.1 приведены диаметры сверл, разверток и зенкеров при получении в сплошном материале отверстий по 6 - 7 квалитетам. В этом случае сначала производится сверление отверстий (6 - 7 квалитет), затем зенкерование (10 квалитет), первое развертывание (9 квалитет) и второе развертывание (7 квалитет).

Аналогично - в таблице 5.2 приведены диаметры сверл разверток и зенкеров при получении в сплошном материале отверстий по 8 - 9 квалитетам. В этом случае используется только одно развертывание.

Таблица 5.1

Качество поверхности проката обычной точности и заготовок из проката после механической обработки

Заготовка		, мкм	, мкм
Прокат диаметра , мм	до 30	125	150
	свыше 30 до 80	160	250
	свыше 80 до 180	200	300
	свыше 180 до 250	320	400
После механической обработки	обдирка	125	120
	черновое точение	63	60
	чистовое точение	32-20	30

Таблица 5.2

Смещение оси отверстия и увод сверла при сверлении (рис.5.3)

Погрешность	Диаметр отверстия, мм
	св. 3 до 6	св. 6 до 10	св. 10 до 18	св. 18 до 30	св. 30 до 50
Смещение оси отверстия относительно номинального положения , мкм	10	15	20	25	30
Увод , мкм на 1 мм длины отверстия	2,1	1,7	1,3	0,9	0,7

Таблица 5.3.

Погрешность установки заготовок

Тип патрона или оправки		Погрешность установки в радиальном направлении, мкм
Цанговые оправки при диаметре до 50 мм		10-35
Цанговые оправки при диаметре от 50 до 200 мм		20-60
Трехкулачковые патроны		200
		220
		280
Цилиндрические оправки		8-11
Конусные оправки ()		7

Таблица 5.4

Кривизна профиля сортового проката в мкм на 1 мм длины

Характеристика проката (без правки)	Длина проката, мм
	до 120	св. 120 до 180	св. 180 до 315	св. 315 до 400	св. 400 до 500
Обычной точности	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
Повышенной точности	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0

Таблица 5.5

Сталь горячекатаная круглая

Диаметры, мм	Предельное отклонение (мм) по диаметру при точности прокатки
	Повышенная		обычная
	+	-	+	-
5; 5,5; 6,0; 6,3; 6,5; 7,8; 9,0	0,2	0,5	0,3	0,5
10-19	0,2	0,5	0,3	0,5
20-25	0,2	0,5	0,4	0,5
26-48	0,2	0,7	0,4	0,7
50; 52-58	0,2	1,0	0,4	1,0
60; 62; 63; 65; 67; 68	0,3	1,1	0,5	1,1
70; 72; 75; 78; 80; 82; 85; 90; 95	0,3	1,3	0,5	1,3

Таблица 5.6

Обработка отверстий в сплошном материале по 6 – 7 квалитетам:

Диаметр отверстия, мм	Диаметр инструментов, мм
	Сверла	Зенкера	1 развертки	1 развертки
3	2,9			3
4	3,9			4
5	4,8			5
6	5,8			6
8	7,8		7,96	8
10	9,8		9,96	10
12	11,0	11,85	11,95	12
15	14,0	14,85	14,95	15
16	15,0	15,85	15,95	16
18	17,0	17,85	17,94	18
20	19,0	19,8	19,94	20

Таблица 5.7

Обработка отверстий в сплошном материале по 8 – 9 квалитетам:

Диаметр отверстия, мм	Диаметр инструмента, мм
	Сверла	Зенкера	развертки
3	2,9		3
4	3,9		4
5	4,9		5
6	5,8		6
8	7,8		8
10	9,8		10
12	11,8		12
15	14,8		15
16	15,8		16
18	17,0	17,85	18
20	18,0	19,8	20

Рис.5.1.

Рис.5.2.

Рис.5.3.