Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ

31

заданной поверхности может быть компенси­

компенсацию не проводят, то

е

следует учи­

ровано смещениями и поворотами стола соот­

тывать при расчетах точности и припусков на

ветствующей

коррекцией программы работы.

обработку.

определяемая

как

пре­

В этом случае наиболее рациональным

обра­

Погрешность,

зом можно "выкроить" деталь из конкретной

дельное

поле

рассеяния

соответствующей

заготовки, равномернее распределить припус­

величины,

ки на обработку элементарных поверхностей.

Трудоемкость

такого

базирования

достаточно

е^м

высокая, но процесс легко подвергается авто­

Ае:

[kiAXi) ,

матизации. Точность этого способа установки

с ЧПУ обусловлена погрещностями измере­

/=1

дХ,)-

ния, методическими

погрешностями. Способ

применяют в серийном производстве.

где kj - коэффициент относительного рассе­

В ряде случаев база заготовки и база ос­

яния; для закона нормального распределения

настки подвижны (установка на центра, ис­

(закона Гаусса) к = 1,0; для других законов

пользование при обработке подвижных и не­

распределения к < 1,73; Ах/ - поле рассеяния

подвижных люнетов, шлифование на башма­

параметра А}.

ках, сверление

и

растачивание

отверстий с

Индексы

при

частных

производных Зс/

использованием

инструментов

односторон­

показывают,

что

после

дифференцирования

него резания

и

т.п.).

При такой

установке

необходимо

для

всех

величин

принять

сред­

наследуются

отклонения

формы

и

располо­

ние арифметические значения х.

жения участка поверхности, служащего базой,

Таким

образом,

отклонения

установки,

причем эта база заготовки может сама являть­

базирования,

закрепления,

приспособления,

ся и обрабатываемой

поверхностью. В любом

определяемые в направлении выдерживаемого

случае отклонение

в

положении

заготовки

размера, следует рассматривать как случайные

или оснастки переменно во времени. Степень

величины,

характеризуемые

погрешностями

переноса, наследования исходных отклонений

определяется

здесь

условиями

обработки,

8у,АЕу;

£б' Д^б; 8з, АБЗ;

Snp,A8

Отклоне­

=^пр-

характеристикой

(например,

жесткостью)

ние расположения оси номинальной цилинд­

элементов системы

и принятой схемой

бази­

рической поверхности необходимо рассматри­

рования (расположением опорных точек). Все

вать

как

вектор,

характеризуемый

не только

эти варианты

установки

являются

специаль­

амплитудой,

но и

фазой

(углом). Так,

поло­

ными и здесь не рассматриваются. Использо­

жение оси отверстия

в общем случае опреде­

вание при обработке заготовок схемы базиро­

ляется фактическим расстоянием от двух тех­

вания с поверхностями

опор (подшипников),

нологических

баз,

что и

необходимо учесть

принятых в конструкции изделия, может ока­

при расчете

точности

обработки

(положения

заться эффективным

для

повышения точно­

отверстия). Рассмотренные

выше

отклонения

сти. Примером тому может служить операция

характеризуют

положение

конкретной

по­

шлифования отверстия в шпинделе токарного

верхности; при расчетах точности

отклонения

станка с базированием

по шейке

под

под­

относятся к обработанной

на данном выпол­

шипник.

няемом

переходе

(/) поверхности,

а при рас­

В общем случае фактическое отклонение

четах

припуска

характеризуют

положение

положения заготовки

от

требуемого обозна­

поверхности, полученное на предшествующем

чим 8. Можно

считать,

что это

отклонение

переходе

(/-1);

во избежание

ошибок целесо­

обусловлено действием

ряда факторов Х\,

А^,

образно указывать обозначение размера и

..., JCi, которые можно считать независимыми:

перехода, к которому относится данное от­

e=F{Xi,X2,...,X„).

клонение, например:

Среднее

значение

отклонения

г

опре­

8у(Л/),

А8у(/г/),

Sy(/2/_l),

A8y(///_l).

делим как среднее арифметическое отклоне­

Отклонения

расположения

поверхности

ние функции:

при расчетах точности обработки и при опре­

E = F(X1,X2,...,X„),

делении припусков могут весьма существенно

различаться. В первом случае в итоге анализа

где X - среднее арифметическое значение

устанавливают суммарную погрешность

обра­

ботки при вьщерживании данного размера от

фактора. Очевидно,

s

можно рассматривать

измерительной базы. Если при расчетах от­

как систематически возникающее отклонение.

клонения базирования учитывают только по­

Обычно это

отклонение

компенсируют

на­

грешности размера, то при совмещении тех­

стройкой технологической системы. Если

эту

нологической

и измерительной

баз принима-

32

Глава 1.1. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ют

еб(^/) = ^» Деб(^/) = ^'

Действительно,

обеспечивает

в

ряде случаев

более

быстрое,

простое и наглядное решение задачи.

согласно

принятой

методике

определения

Рассмотрим пример определения

откло­

отклонений,

обусловленные

базированием,

нений при базировании по наружной

цилин­

определяют

при условии,

что

все остальные

дрической поверхности диаметром D в призме

элементарные

погрешности,

влияющие

на

с углом

между

гранями

2а. Начало

системы

положение

обработанной

поверхности,

не

координат

целесообразно

разместить

в точке

учитывают, так

что и обработанная

поверх­

пересечения

линий

граней

призмы,

а ось

Z

ность и базы при этом занимают постоянное

провести

через

эту точку

и

центр заготовки.

положение.

Здесь для упрощения расчетов принята пло­

При расчетах же припусков на обработ­

ская расчетная схема (т.е. ограничиваются

ку отклонение

базирования

еб(^/-1) характе­

рассмотрением смещений только в одной

ризует положение

обрабатываемой поверхно­

плоскости;

если

необходимо

учесть

отклоне­

ния формы поверхности заготовки, то следует

сти

заготовки

и

всегда

еб(^/-1) =^ ^-

Другой

учесть смещения в двух плоскостях). В общем

пример. При определении точности обработ­

случае

ки по диаметру поверхности вращения на

станках токарной группы отклонение базиро­

hi=H---\-r-^

+ u\q,

вания не учитывают. В случае же определения

припуска

отклонение

базирования

(распо­

2 Vsma

J

ложения

обрабатываемой

поверхности

отно­

где hi - размер от обрабатываемой плоскости

сительно оси вращения), обусловленное по­

грешностями заготовки (изогнутостью и сме­

лыски или паза, оси отверстия в торце до

щением) и обработки технологической базы

поверхности заготовки; при h > 0,5D следует

(зацентровки), может бьггь весьма существен­

принимать м = - 1; при И = 0,5/) имеем м = 0;

ным. Влияние

геометрических

погрешностей

при И < 0,5D имеем

w =

-

1; р - угол между

(размера,

формы,

расположения) технологи­

осью Z

и

обрабатываемой

плоскостью; при

ческой базы особенно внимательно следует

Р = О -h а имеем и = - I и q = - 1;в остальных

анализировать для случаев

подвижной

отно­

случаях д — + I; Н - расстояние от начала

сительно установочных элементов базы. Часто

координат до плоскости или оси обрабаты­

при обработке необходимо вьщержать с раз­

ваемого отверстия.

ной точностью

размеры от баз. Так,

положе­

Пользуясь указанными

выше зависимо­

ние оси отверстия

в корпусной детали

может

стями, найдем

быть задано

с разными допусками на разме­

D

ры от баз и угловых положений. Погрешности

обработки следует определять по каждому

параметру

отдельно

или

оценивать

ком­

А8б(Л/) = 0,5

ТВ

к.

плексно позиционное отклонение. При на­

значении же

припуска можно офаничиться только наи­

где к

ч sin а

д.

Здесь

к

-

коэффициент

большим смещением от номинального поло­

жения, которое и следует учитывать при на­

базирования,

учитывает влияние

схемы бази­

значении припуска.

рования

на

отклонение

положения,

возни­

Итак, суммарная погрешность обработки

кающее

при

базировании.

В общем

случае

включает

отклонения

в

положении

обрабо­

среднее отклонение

8б(Л/) должно быть учте­

танной

на

данном

переходе

поверхности,

но при настройке; закон распределения г^и

D

причем это отклонение определяют относи­

одинаков и в ряде случаев может считаться

тельно

другой

действительной

(фактически

используемой в производстве) базы. Таким

нормальным (Гаусса). Выше принято, что

образом, действительный размер учитывает и

поле рассеяния размера D равно допуску на

погрешности

обработанной

поверхности

и

этот размер TD.

погрешности

(формы,

расположения

относи­

Отклонение

положения

поверхности

тельно

технологической

базы)

поверхности

возникает

и

при

закреплении

заготовок

в

заготовки, используемой в качестве измери­

связи с контактными деформациями стыка:

тельной базы. При назначении припусков

необходимо знать взаимное отклонение рас­

база заготовки - установочные элементы при­

положения

обрабатываемой

поверхности

и

способления. Смещение при закреплении 8з

инструмента (например, при обработке по­

определяют

по

эмпирическим

зависимостям

верхности отверстия).

вида 8з = cQ^cosy,

где с,

п

-

коэффициенты,

Отклонение

при

базировании определя­

характеризующий условия контакта,

материал

ют

соответствующими

геометрическими рас­

и твердость

поверхностей

соприкасающихся

четами

или

расчетом

размерных цепей,

что

элементов;

Q - сила, действующая на устано-

34

Глава 1.1. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

использовании одной базы (установка на цен­

2) по каждому варианту из числа ото­

тровые отверстия, на плоскость и установоч­

бранных определяют затраты, результаты и

ные пальцы цилиндрической и ромбической

экономический эффект;

формы) достигается высокая точность. От­

3) лучшим считается вариант, у которого

клонения в положении заготовок в этом слу­

экономический эффект максимален, а при

чае обусловлены

геометрическими

отклоне­

условии тождества результата - затраты на его

ниями

поверхностей

заготовок,

служащих

реализацию минимальны.

технологические

базой, погрешностями

изготовления,

износом

Для

случаев,

когда

и смятием установочных элементов и зазором

процессы

механической

обработки

деталей

между этими элементами и технологическими

обеспечивают

повышение

их эксплуатацион­

базами заготовки.

ных свойств, наилучший вариант определяет­

В общем случае при базировании следу­

ся максимумом экономического эффекта по

ет придерживаться следующих принципов.

годам расчетного периода

1. При высоких требованиях к точности

обработки необходимо выбирать такую схему,

где Рт - стоимостная оценка результатов, по­

которая

обеспечивает

наименьшую

погреш­

ность установки.

лученных за счет повышения эксплуатацион­

2. Для повышения точности базирования

ных

свойств

деталей

за

расчетный

период;

необходимо применять

принцип

совмещения

Зт - стоимостная оценка затрат на реализацию

баз - совмещать технологическую, измери­

технологического

процесса,

обеспечивающего

тельную и конструкторскую базы.

повышение эксплуатационных свойств обра-

3.

Целесообразно соблюдать

принцип

батьшаемых деталей за расчетный период.

постоянства баз. При перемене баз в ходе

Для

технологических

процессов

этого

технологического

процесса точность

обработ­

вида,

характеризующихся

стабильностью

тех­

ки снижается из-за погрешности взаимного

нико-экономических показателей (объемов

расположения новых и применявшихся ранее

производства, показателей качества, затрат и

технологических баз. Технологические

базы,

результатов) по годам расчетного периода,

применяемые

на

последующих

переходах,

экономический эффект

должны обеспечивать большую точность по­

ложения заготовки, чем базы, применявшиеся

Лр + £•„

ранее. Необработанные поверхности в качест­

ве базы используют однократно.

где Рр - неизменная по годам расчетного пе­

4. В тех случаях, когда .поверхности заго­

риода стоимостная оценка результатов от по­

товки не удовлетворяют требованиям к техно­

вышения

эксплуатационных

свойств деталей;

логическим базам по размерам, форме, распо­

s?r - неизменные по годам расчетного периода

ложению и точности, на заготовке создают

затраты

на

реализацию

технологического

искусственные

базы

(центровые

отверстия,

процесса; Rp - норма реновации основных

платики,

выточки, технологические

отвер­

фондов, используемых при реализации техно­

стия). Эти базы могут быть удалены в конце

логического процесса, с учетом фактора вре­

технологического процесса или оставлены на

мени; £„ - норматив приведения разновре­

детали для установки ее при ремонте.

менных затрат и результатов, численно рав­

1.1.6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

ный

эффективности

капитальных

вложений

(Д, =

0,1).

ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ

Стоимостная оценка результатов Рг» по­

Выбор наилучшего варианта

реализации

лученных

от

повышения

эксплуатационных

технологических

процессов механической

свойств деталей, определяется либо вследст­

обработки проводится на этапе технико-

вие изменения их цены и объема выпуска,

экономического обоснования и осуществляет­

либо уменьшения потребности в этих деталях

ся в несколько этапов:

за счет увеличения их срока службы или

1) отбор вариантов из потенциально

других показателей надежности в процессе

возможных, каждый из которых удовлетворяет

эксплуатации.

заданным техническим требованиям и усло­

ского

В случаях, когда варианты технологиче­

виям изготовления определенной детали, а

процесса

механической

обработки

также ограничениям социальных стандартов и

обеспечивают

тождественные эксплуатацион­

экономических требований; в число рассмат­

ные свойства деталей (тождественный полез­

риваемых вариантов

необходимо

включать

ный результат), выбор наиболее экономиче­

наиболее прогрессивные, технико-экономи­

ского варианта осуществляется по минимуму

ческие показатели которых превосходят или

затрат на реализацию данного технологиче­

соответствуют

лучшим

мировым

достижени­

ского процесса.

ям;

3, = И + (Rp + Е^)К,

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ

35

где И - годовые текущие издержки, связанные дования; Су.у - затраты на содержание

и ре­

механической обработки (без учета амортиза­

на содержание производственных площадей.

ции на реновацию); К - единовременные ка­

Расчетные

формулы

для определения

питальные вложения, необходимые для реа­

отдельных

элементов

затрат

стоимости

I ч

лизации

технологического

процесса

механи­

работы

оборудования

представлены

в

ческой обработки.

табл. 1.1.2.

Годовые текущие издержки производст­

На

стадии

технико-экономического

ва И при реализации технологического про­

обоснования технологических

процессов

ме­

цесса механической обработки

ханической

обработки

при

недостаточности

И.

"

ф

Л.

информации для точного расчета текущих

М„ +

ш,к./

издержек могут быть использованы ориенти­

г1

60

ровочные

значения

технологической

себе­

Z^

стоимости обработки, полученные с помощью

где Л/о - затраты на основной материал с уче­

многофакторных

корреляционных

зависимо­

том утилизации отходов, руб/шт; л - число

стей ее от конструкторско-технологических

технологических

операций

(/ = 1,л);

/щ-к./ -

параметров.

норма штучно-калькуляционного времени на

Технологическая

себестоимость механи­

/-Ю

операцию

технологического

процесса,

ческой обработки в зависимости от материала

мин; С^

- стоимость одного часа работы обо­

заготовки

и метода

ее

получения,

конструк­

ционно-технологической

сложности

детали,

рудования на /-Й операции, руб/ч; Л - годовая

ее массы и программы выпуска

программа выпуска деталей, шт/год.

Затраты на основной материал опреде­

ляются:

использовании специальных затрат

при

заготовок:

где Смех - технологическая себестоимость ме­

Л/о -

Дзаг -

'^отхЦотх,

ханической

обработки

детали,

руб/шт;

при использовании сортового материала:

BQ - постоянный коэффициент, учитывающий

вид материала заготовки, а также метод и

способ ее

получения;

Ь\

и

Ь2 '

показатели

степени уравнения регрессии; В] - постоян­

здесь

/(за

цена

заготовки,

руб/шт;

ный коэффициент,

учитывающий

конструк­

ционно-технологическую сложность детали

Шсугх - масса отходов на одну деталь, кг/шт;

для механической обработки; См - номер

Цотх

-

цена

реализации

отходов,

руб/кг;

группы

конструкционно-технологической

/Лд

-

чистая

масса

детали,

кг/шт;

сложности детали по механической обработке

Аи.м • коэффициент использования мате­

(определяется по специальным классификато­

риала; Дм - цена материала, руб/кг.

рам). Во, В\, Ь\у

bi '

представляют собой нор­

Стоимость 1 ч работы оборудования (без

мативы,

определяющие

технологическую

се­

учета амортизации на реновацию)

бестоимость механической

обработки

детали

при заданных значениях основных факторов.

Значения В^, В\, Ь\, bi для различных методов

получения заготовок и различных материалов

представлены в табл. 1.1.3.

где Сз.о - часовая заработная

плата (основная

Единовременные

капитальные

вложе­

ния, необходимые для реализации технологи­

и дополнительная) основных

производствен­

ческого процесса механической обработки,

ных рабочих с отчислениями в фонд социаль­

ного

страхования; Сз.„

-

то

же,

наладчика;

^ = ^т.п + ^о + ^осн + ^пл **• ^о.с»

Сэ.с - затраты на силовую электроэнергию;

где Куп - затраты на исследования и техниче­

Сэ.н - затраты на энергоносители (пар, сжа­

тый воздух, воду и т.п.); Св.м - затраты на

скую подготовку производства; KQ - капитало­

вспомогательный материал; С„„ - затраты на

вложение в оборудование; А'осн - то же, в тех­

инструмент; С^.о - затраты на приспособления

ническую

оснастку

и

приспособления;

и оснастку; Q.p - затраты на текущий ремонт

^п.л - то же, в производственную площадь;

и межремонтное обслуживание оборудования;

Ао.с - капитальные вложения в оборотные

Ск.р - затраты на капитальный ремонт обору­

средства.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ

37

Продолжение табл. 1.1.2

Расчетная формула

Расчетная формула

-кр

= ('IVr

^м+^^кр.э-Лэ)^^,

_H„Sy

кр.м

где W^KpM». ^кр.э * среднечасовые затраты

(удельные) на капремонт на единицу ре­

где Яп - норматив затрат на 1 м^ производст­

монтной сложности

соответственно механи­

венной площади в год; S - габаритная пло­

ческой и электрической части оборудования,

щадь оборудования, м^; у - коэффициент,

руб/ч; |л - коэффициент, учитывающий класс

учитывающий

дополнительную

площадь;

точности ремонтируемого оборудования.

F -

годовой фонд работы оборудования, ч

Составляющие

капитальных

вложений

ки); t - год, одновременные затраты которого

носят разновременный характер потребности

приводятся к расчетному году.

авансирова­

в них, что требует их приведения ко времени

Капитальные

вложения для

реализации технологического процесса в про­

ния разовых затрат на техническую подготов­

изводственных условиях, а коэффициент при­

ку

производства

К-^л включают

затраты

на

ведения разновременных затрат к расчетному

выполнение научных исследований, разработ­

году

ку

технологических процессов,

комплекта

управляющих

программ, проектирование

тех­

где tp - расчетный год (год реализации техно­

нологической оснастки и приспособлений.

логического

процесса

механической

обработ­

1.1.3. Значения нормативов для различных методов получения заготовок

Материал

^0

^1

h

Bi

1

2

3

4

5

Литье

Чугуны

3,185

0,5229

-0,1967

1,294

Стали:

углеродистые

и

низко­

5,469

0,5105

-0,2266

1,294

легированные

легированные

и

высо­

8,968

0,4644

-0,2266

1,294

колегированные

(кроме

сталей со

специальны­

ми свойствами)

высоколегированные

со

20,677

0,4644

-0,2266

1,294

специальными

свой­

ствами

Сплавы на основе алю­

3,185

0,5229

-0,1967

1,294

миния

Бронзы, латуни

2,867

0,5229

-0,1967

1,294

Обработка давлением

Стали:

углеродистые

и

низко­

5,394

0,5282

-0,2278

1,257

легированные

легированные

и

высо­

6,767

0,5242

-0,2278

1,291

колегированные

(кроме

сталей со

специальны­

ми свойствами)