Алгоритм расчета припусков и межоперационных размеров

Определение припусков на обработку и допусков на промежу­точные операционные размеры, обеспечивающие возможность по­лучения деталей требуемого качества, имеет важное технико–экономическое значение.

Завышенные припуски на обработку являются причиной пере­расхода материала, увеличения трудоемкости, приводят к снижению качества поверхности за счет удаления наиболее износостойких поверхностных слоев, повышают затраты на электроэнергию.

С другой стороны, заниженные припуски также снижают качество обра­ботки, так как не позволяют полностью удалить дефектный слой, затрудняют достижение требуемой точности и шероховатости по­верхности.

В связи с этим возникает необходимость технически обоснованного выбора общего и межоперационных припусков на обрабатываемые поверхности. Под общим припуском подразумевается слой металла, необходимый для выполнения всей совокупности технологических переходов, т.е. всего процесса обра­ботки данной элементарной поверхности от черной заготовки до готовой детали.

Общий припуск определяется как сумма операционных припусков

,

где Z_i – припуск на обработку рассматриваемой поверхности на i–й операции.

Существуют три метода определения припуска, которые находят применение и в САПР ТП:

· дифференциально–аналитический,

· нор­мативный

· интегрально–аналитический.

Дифференциально–аналитический метод опре­деления припусков базируется на анализе производственных погреш­ностей и является наиболее точным. Он дифференцированно учитывает влияние на величину припуска конфигурации и размеров детали, качества заготовки, а также погрешностей, возникающих при механической и термической обработке.

Наиболее общий вид формулы для определения минимального припуска (мм) на обработку на i–й операции можно представить в виде

где – высота шероховатости неровностей профиля, мкм; – глубина дефектного слоя на предшествующей операции (пе­реходе), мкм; – векторная сумма пространственных отклонений взаимосвязанных поверхностей обрабатываемой заготовки, полу­ченных на предшествующей операции, мкм; – векторная сумма погрешностей базирования и закрепления, мкм; k – коэффициент, учитывающий характер припуска (для односторонних припусков k= 1, для симметричного – k =2).

Рассматриваемый метод находит наибольшее применение при автоматизации решения технологических задач. Он позволяет наибо­лее точно определять значения припусков и операционных размеров, что способствует в ряде случаев снижению отходов металла в струж­ку на 20–50%.

В качестве исходной информации для автоматизации расчета припусков используются следующие данные:

· чертеж детали с техни­ческими требованиями,

· метод получения заготовки,

· точность и качество заготовки,

· установочные базы,

· тип приспособления,

· технологический маршрут обработки элементарной поверхности,

· вид термической обработки.

Алгоритм расчета припусков и операционных размеров с исполь­зованием дифференциально–аналитического метода включает сле­дующие этапы:

1. Ввод исходной информации.

2. Выбор или назначение технологического маршрута обработки i–й элементарной поверхности.

3. Определение составляющих .

4. Расчет минимального припуска для i–й операции.

5. Определение допусков для соответствующих квалитетов, их верхних и нижних отклонений j–й поверхности для каждой i–й операции.

6. Расчет максимальных, общих и номинальных припусков на все операции технологического процесса обработки j–й поверхности.

7. Расчет минимальных и максимальных размеров обрабатывае­мых поверхностей по всем операциям обработки j–й поверхности.

Основной трудностью создания вышеописанного алгоритма явля­ется подготовка и формализация на 3–м этапе большого объема справочно–нормативной информации, особенно для определения погрешностей базирования, закрепления, пространственных откло­нений в связи с их многообразием в зависимости от конкретных условий обработки.

Нормативный метод определения припусков, который еще называют опытно–статистическим, является основным методом назначения припусков при неавтоматизированном проектировании. В основе этого метода лежит использование нормативных таблиц, по которым определяется величина припуска в зависимости от размеров поверхности, вида и метода обработки, наличия и характера термо­обработки. При этом припуск устанавливается на основании опытных данных о фактических припусках, при которых производилась обработка аналогичных заготовок.

Из-за большого объема нормативных таблиц этот метод расчета припусков находит более ограниченное применение в САПР ТП, чем дифференциально–аналитический, несмотря на то, что сам алго­ритм выбора припуска в этом случае является более простым.

Интегрально–аналитический метод определения припусков основан на использовании эмпирических уравнений следующего типа (для поверхностей вращения):

.

Коэффициент а представляет собой часть припуска, которую необхо­димо снять, чтобы удалить дефектный слой и высоту неровно­стей . Сумма соответствует части припуска, кото­рая вводится для компенсации неравномерности, обусловленной про­странственными отклонениями отдельных участков обрабатываемой поверхности и зависящей от габаритов детали D, L и способа ее установки. Коэффициенты а, b, с и показатели степени т и n могут быть определены путем обработки справочно–нормативных таблиц операционных припусков. Эти параметры эмпирических формул вычисляются методом наименьших квадратов.

Использование интегрально–аналитического метода позволяет установить с помощью эмпирических зависимостей минимальные операционные припуски для различных поверхностей и методов обработки. На основе эмпирических зависимостей типа Z_min=f(D, L) для наружных поверхностей вращения (табл. 5.1) разрабаты­вают алгоритм определения операционных припусков и размеров (в учебнике - ошибка):

1. Begin

2. Ввод данных

3. Определение для K -й последней операции = - d_дет

4. I: =K

5. While I > 1 do begin

6. Определение минимального припуска для i-й операции =f(D, L)

7. Расчет величины допускаd_i

8. Определение для i -й операции = + d_i

9. Определение = +

10. I: =I - 1

11. End

11. Печать , , , d_i

12. End

Табл. 5.1. Эмпирические формулы для расчета минимальных операционных припусков

поверхностей вращения

Код операции	Операция	Минимальный припуск на обработку, мм
	Токарная черновая (для различных видов обработки)	а) Горячая штамповка б) Прокат обычной точности в) Прокат повышенной точности г) Литье в песчаные формы д) Литье в кокиль
2.	Токарная получисто­вая
3.	Токарная чистовая
4.	Шлифовальная черновая
5.	Токарная тонкая
6.	Шлифовальная чистовая
7.	Шлифовальная тонкая
8.	Накатная
9.	Суперфинишная
10.	Полировальная

Процесс вычисления припусков начинается с последней K –й операции маршрута обработки элементарной поверхности. Перво­начально определяется минимальный диаметр детали после выполнения K –й операции (оператор 3). Затем определяется припуск , для i –й операции по зависимостям из табл. 5.1 (опера­тор 6). Расчет величин допуска d_i для операционных размеров при выполнении различных операций производится по специальной подпрограмме (оператор 7) по известным зависимостям. После определения (оператор 8) проверяется количество рассчитан­ных операций, и если i > 1, то происходит переход к (i –1)–й опера­ции, и цикл повторяется. Процесс вычисления заканчивается выводом на печать в форме специальных бланков значений , , , d_i для всех анализируемых операций маршрута обработки элементарной поверхности.

При расчете припусков в качестве исходной информации обыч­но используется, как отмечалось выше, заранее спроектирован­ный технологический маршрут, с учетом которого и назначается при­пуск.

При более общем подходе к задаче выбора оптимальных припус­ков с целью обеспечения в процессе обработки заготовки требуемо­го качества поверхности и точности при минимальной себестои­мости изготовления детали возникает необходимость анализа раз­личных вариантов маршрутов обработки элементарных поверхно­стей.

Рассмотрим эту задачу на примере формирования технологиче­ского маршрута обработки элементарной наружной поверхности вращения. Применительно к таким поверхностям удобно исполь­зовать понятие «стадия обработки», под которым понимают укруп­ненную группу операций, включающую однородную по характеру, точности и качеству обработку элементарных поверхностей. Это понятие может быть отнесено и к детали в целом. Выделяют 6 стадий обработки:

I – черновая операция,

II – получистовая,

II – чистовая

IV – тонкая,

V – отделочная,

VI – доводочная операция.

Для элементарных поверхностей обычно стадия обработки совпадает с операцией или переходом. Причем, число операций, обеспечивающих близкие по значению требования качества изготовления детали, в пределах одной стадии может быть различным (табл. 5.2).

Табл. 5.2. Массив операций обработки элементарных наружных поверхностей вращения

Анализ приведенных данных показывает, что для достижения определенной точности и шероховатости элементарной поверхности могут быть использованы различные технологические маршруты. Для их описания воспользуемся методами теории графов. В этом случае технологический маршрут обработки элементарной наружной поверхности вращения может быть представлен в виде графа (рис. 5.1), в котором вершинам сопоставлены характеристики точности и шероховатости, а ребрам – коды операций (табл. 5.2). Подобные графы разрабатываются на основе общих правил построения маршрутов обработки определенного типа элементарных поверхностей, известных из технологии машиностроения. Так, при использовании операции накатывания (код 8) отпадает необходимость в выполнении операции тонкого шлифования (код 7), что позволяет перейти в этом случае сразу от IV стадии к VI. Общее количество возможных вариантов обработки рассматриваемого типа поверхности, как видно из рис. 5.1, не превышает девяти, и поэтому выбор оптимального варианта может быть получен их перебором.

Рис. 5.1. Граф технологического маршрута обработки элементарной наружной поверхности вращения

Рассмотрим построение алгоритма определения оптимального припуска на обработку с использованием интегрально-аналитическо­го метода в диалоговом режиме проектирования:

1. Begin

2. Ввод данных о детали

3. Определение конечной стадии STMAX

4. If STMAX < > 6 then

5. Определить начальную стадию STMIN

6. Else Выполнить выбор кода операции KO_i

7. Формирование вариантов маршрутов обработки {M₁, M₂, …, M_N}

I: = 1

8. While (вариант не принят) do begin

9. Анализ маршрута M_i

10. If (маршрут M_I принят) then begin

11. Расчет операционных припусков и размеров

12. Анализ результатов проектирования i-го варианта

end

13. else I: =I + 1

End

14. Печать результатов проектирования

15. End

Исход­ными данными являются общие сведения о детали (материал, габаритные размеры, вид термообработки), размеры, точность и шероховатость обрабатываемой поверхности, тип заготовки и др.

В зависимости от заданной точности и шероховатости поверхнос­ти детали определяется конечная стадия STMAX (оператор 3), а в зависимости от вида заготовки и ее точности - начальная стадия STMIN (оператор 5) процесса обработки. После этого на основе анализа графа технологического маршрута обработки (рис. 5.1) с усеченными вершинами или данных табл. 5.2 формируется мно­жество N возможных маршрутов {M₁, M₂, …, M_N}. Далее осуществляется их последовательный анализ и расчет. Для этого на экран дисплея выводится M_I маршрут обработки рассматриваемой поверхности (оператор 9). Если предлагаемый маршрут принимается, то производится расчет операционных припусков и размеров (опера­тор 11) по специальной подпрограмме, один из алгоритмов которой описан ранее. Результаты проектирования выводятся на экран дисплея, и после их анализа принимается реше­ние о выборе оптимального варианта (операторы 12, 8).

В тех случаях, когда проектировщик отвергает предлагаемый I-й вариант маршрута обработки (операторы 10 и 8), на экран дисплея выдается (I+1)-й вариант, для которого аналогично прово­дится анализ и расчет операционных припусков и размеров. После выбора оптимального варианта результаты проектирования выводят­ся на печать в виде технологической карты.