4. Расчеты при проектировании приспособлений

Технические и экономические расчеты позволяют всесторонне оценить предлагаемые варианты приспособлений и на основании этого выбрать из них наиболее оптимальный. Расчеты начинают с оценки приспособления по точности. Если этот критерий удовлетворяет требованиям выполнения операции, то продолжают дальнейшие расчеты. Если приспособление не удовлетворяет по точности, то этот вариант не пригоден для производства.

Расчет приспособления на точность

При выполнении любой операции с применением приспособления ожидаемая суммарная погрешность обработки не должна превышать заданного допуска на данный геометрический параметр, т.е.

Т (1)

где - ожидаемая суммарная погрешность обработки (поле рассеивания) заданного геометрического параметра;

Т - допуск на геометрический параметр (на размер, форму или взаимное расположение поверхностей).

Поскольку при таких расчетах определить погрешность с достаточной точностью невозможно, то рекомендуется предусматривать некоторый запас точности (10-20%) от допуска на данный параметр.

При выполнении операции обычно выдерживается несколько геометрических параметров, поэтому по каждому заданному параметру необходимо проводить точностные расчеты.

Суммарная погрешность включает большое количество производственных (элементарных) погрешностей, которые целесообразно представить в виде трех групп составляющих:

или

(2)

где - погрешность обработки, связанная с установкой самого приспособления на станке;

- погрешность обработки, связанная с приспособлением;

- погрешность обработки, связанная с методом обработки;

Т_п - допуск на приспособление.

Расчет приспособления на точность сводится к определению ожидаемой (расчетной) погрешности обработки , которая не должна превосходить допустимую погрешность обработки, связанную с приспособлением (допуск на приспособление Т_п), т.е.

(3)

Из уравнения (2) видно, что составляющая является только частью заданного допуска Т. Если известны составляющие погрешности и , то можно легко подсчитать величину допустимой погрешности обработки, связанной с приспособлением. Следовательно, чтобы найти допуск на приспособление Т_n, конструктору необходимо прежде всего определить погрешности и .

Рассмотрим особенности определения составляющих погрешности обработки и .

Величина погрешности зависит от точности расположения установочных элементов приспособления относительно посадочного места корпуса и от точности соединения корпуса со станком. Учитывая то, что изготавливаются единичные экземпляры приспособления и эта погрешность является систематической (постоянной), для ее уменьшения применяют различные методы: обработку рабочих поверхностей установочных элементов после сборки этих элементов с корпусом; выверку положения приспособления на станке; окончательную обработку рабочих поверхностей установочных элементов непосредственно на станке, на котором смонтировано приспособление, и др.

Величину этой погрешности устанавливает конструктор приспособления, при необходимости он стремится свести ее к минимуму, а это значит, что на остальные погрешности и останется большая величина допуска. Однако следует иметь в виду, что при сравнительно больших операционных допусках на заданные параметры иногда нецелесообразно значительно уменьшать погрешность . Так как повышение точности рабочих поверхностей установочных элементов или дополнительная обработка их непосредственно на станке приводят к увеличению трудоемкости, а следовательно, и стоимости приспособления.

Погрешность возникает в процессе обработки заготовки, на нее влияет большое количество производственных погрешностей, рассчитать которые в каждом конкретном случае затруднительно из-за отсутствия необходимых и достоверных исходных данных. Поэтому погрешность редко определяется расчетным путем, чаще она берется по нормативным материалам. Хотя они не отражают всю полноту реальных условий, все методы и виды обработки, это удобно для укрупненных расчетов. Для такого расчета можно воспользоваться материалами справочника технолога – машиностроителя [8], в котором приведены таблицы основных производственных погрешностей, входящих в состав . Так, в этом справочнике в табл. 35 показано изменение величины погрешности размера, формы и взаимного расположения поверхностей заготовок, полученных после чистовой обработки, в зависимости от геометрической погрешности и смещения узлов станка под действием сил резания; в табл. 36 [8] даны средние допустимые погрешности настройки для лезвийных инструментов; в табл. 39 указаны допустимые предельные погрешности измерения гладких изделий, а в табл. 47 приведены средние значения размерного износа при обработке. Погрешность от температурных деформаций рекомендуется принимать равной 10-15% от суммарной погрешности, а при шлифовании – 30-40% [8], с,76.

Укрупненный расчет выполняется в следующей последовательности: сначала на основании анализа выясняют, какие основные производственные погрешности возникают в процессе обработки заготовки на данной операции, затем находят их значения по указанным таблицам, и потом вероятностным методом суммирования определяется погрешность .

Подставляя полученные значения и в уравнение (2), можно определить величину допустимой погрешности, связанной с приспособлением, т.е. допуск на приспособление Т_n .

Зная допуск Т_n и конструктивную схему приспособления, приступают к расчету погрешности т.е. к расчету приспособления на точность.

Погрешность состоит из погрешности установки заготовки, а если приспособление имеет еще делительное, копировальное устройства или направляющие элементы, то к погрешности установки добавляются и другие слагаемые.

Погрешность установки возникает при базировании и закреплении заготовки в приспособлении. Проявляется она при установке заготовок во все виды приспособлений, величина ее зависит от схемы базирования, точности базирующих поверхностей заготовки и способа установки, т.е. от конструкции и точности установочных элементов и от условий закрепления, а также от износа рабочих поверхностей установочных элементов или самоцентрирующих механизмов.

Ожидаемая погрешность установки заготовки обычно определяется расчетным путем по расчетным формулам для различных схем базирования, которые приведены во многих литературных источниках [1, 2, 3, 4, 5, 8]. Для токарных приспособлений расчетные формулы приведены в книге И.А.Иващенко [9], с. 173-175. Расчетная погрешность установки должна быть меньше или равна допустимой погрешности, связанной с приспособлением, т.е.

= (4)

Если полученное значение не удовлетворяет неравенству (4), то необходимо либо повысить точность изготовления установочных элементов, либо изменить их конструкцию (схему базирования). При этом проводят повторные расчеты погрешности .

Следует иметь в виду, что обычно в операции выполняется несколько геометрических параметров, поэтому расчет погрешности установки заготовки в приспособлении ведется по обеспечению каждого параметра.

Определение погрешности при применении поворотных приспособлений с делительными устройствами. В этих приспособлениях наряду с погрешностью установки заготовки появляется еще и погрешность деления (позицирования). Следовательно, погрешность, связанная с приспособлением,

(5)

Значение погрешности деления устанавливается расчетным путем, например, по данным, приведенным в [5], или по другим источникам. Рассчитанные значения и подставляются в уравнение (5), далее определяется ожидаемая погрешность , которая должна быть меньше или равна Т_п.

Определение погрешности при применении сверлильных приспособлений (кондукторов). Кондукторы – это приспособления, снабженные направляющими элементами (кондукторными втулками), которые не только определяют положение режущего инструмента, но и придают ему заданное направление. Наличие кондукторных втулок существенно изменяет соотношение составляющих суммарной погрешности. Погрешность значительно возрастает, по сравнению с обработкой в других приспособлениях, а погрешность резко уменьшается.

В процессе сверления отверстий в заготовке погрешность обработки одновременно влияет на следующие геометрические параметры: диаметральный размер, расположение отверстий, т.е. смещение их от номинального расположения, и на увод оси отверстия.

Точность диаметрального размера (разбивка отверстия) зависит, главным образом, от наибольшего зазора между инструментом и отверстием кондукторной втулки. Обеспечение данного параметра в большинстве случаев обработки не вызывает затруднения, так как заданная точность обеспечивается правильным выбором посадки и ограничением допустимого износа втулки.

Обеспечение второго геометрического параметра, определяющего смещение оси отверстия от номинального расположения, значительно усложнено, так как погрешность зависит от погрешности установки и погрешностей, связанных с кондукторными втулками, направляющими инструмент.

Погрешность смещения осей отверстий от номинального расположения определяется расчетным путем. Формулы и необходимые для расчета данные приведены в [5, с.283].

Увод оси отверстия в заготовке происходит, главным образом, вследствие перекоса оси режущего инструмента в кондукторной втулке. Перекос вызывается погрешностью установки кондуктора на столе станка погрешностью изготовления кондуктора (неперпендикулярность оси кондукторной втулки к опорной поверхности корпуса), геометрической неточностью станка (неперпендикулярность оси шпинделя и поверхности стола) и т.д.

Приближенно максимальный угол перекоса оси инструмента (рис.1)

,

где Н - длина направляющего отверстия кондукторной втулки;

S_max - максимальный зазор между инструментом и отверстием втулки, который равен максимальному зазору посадки и допуску на износ втулки.

Определим погрешность увода оси втулки:

,

где L – глубина сверления.

Из рис. 1 видно, что связанная с приспособлением погрешность обработки

= ,

где ,

- погрешность, вызванная перекосом оси сверла;

- погрешность, вызванная смещением оси кондукторной втулки от номинального положения оси отверстия в заготовке;

- погрешность, вызванная расположением оси кондукторной втулки относительно установочного элемента (погрешность изготовления кондуктора);

- погрешность, вызванная установкой заготовки.

Суммарная погрешность смещения оси отверстия (на заданной глубине)

.

Следовательно, ожидаемая погрешность смещения оси отверстия от номинального расположения определится как разность Т - т.е.

Т - .

Выполнение этого условия обеспечивает годность кондуктора по заданному геометрическому параметру.

Рисунок 1 – Схема погрешностей при сверлении заготовки, установленной в кондукторе: О-О – ось номинального расположения отверстия в заготовке; О₁-О₁ – ось кондукторной втулки.