Расчет припусков

Припуск — слой материала, удаляемый с поверхности заготов­ки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверх­ности детали. Припуск на обработку поверхности детали может быть назначен по справочным таблицам или на основе расчетно- аналитического метода. Расчетной величиной припуска является минимальный припуск на обработку, достаточный для устранения на выполняемом переходе погрешностей обработки и дефектов поверхностного слоя, полученных на предшествующем переходе, и для компенсации погрешностей, возникающих на выполняемом переходе.

Формулы для расчета припусков рассматриваются в соответ­ствии со схемами расположения симметричного (рис. 69) или асим­метричного (рис. 70) припуска на обработку.

Симметричный припуск определяется на диаметр, асимметрич­ный — на сторону.

Минимальный припуск Z, _min при обработке наружных и вну­тренних поверхностей (двусторонний припуск) рассчитывается по формуле

где Rz_t_ 1 — высота неровностей профиля по десяти точкам на предше­ствующем переходе; — глубина дефектного поверхностного слоя на предшествующем переходе (обезуглероженный или отбеленный слой); Д_1М — суммарное отклонение расположения поверхности (от­клонение от параллельности, перпендикулярности, соосности); б, — погрешность установки заготовки на выполняемом переходе.

Минимальный припуск при обработке поверхностей вращения в центрах рассчитывается по формуле

Минимальный припуск при последовательной обработке проти­воположных поверхностей (односторонний припуск) рассчитыва­ется по формуле

Минимальный припуск при параллельной обработке противо­лежащих поверхностей (двусторонний припуск) рассчитывается по формуле

Отклонение расположения Л_х следует учитывать после черно­вой и получистовой обработки лезвийным инструментом и после термической обработки. На стадиях чистовой и отделочной обра­ботки Л_£ пренебрегают.

На основе расчета промежуточных припусков определяют пре­дельные размеры заготовки по всем технологическим переходам. Промежуточные расчетные размеры устанавливают в порядке, об­ратном ходу технологического процесса обработки поверхности, т. е. от размера готовой детали к размеру заготовки, путем последо­вательного прибавления промежуточных припусков для наружных поверхностей к исходному размеру готовой детали. Для внутрен­них поверхностей от исходного размера готовой детали вычитают промежуточные припуски.

Пример 4. Трехступенчатый вал изготавливается из стали 45 методом штамповки класса точности 5 Г по ГОСТ 7505 (рис. 71). Масса заготовки 2 кг. Токарной операции предшествовала операция фрезерно-центровальная, в ре­зультате которой были обработаны торцы и выполнены центровые отверстия.

Базирование заготовки при фрезерно-центровальной операции осу­ществляется по поверхностям D, и D₃ (D, = D₃ = 25 мм). Шейка с наиболь­шим диаметром D₂ ступени имеет размер 0(55h6__OO2) мм. Рассчитать про­межуточные припуски для обработки шейки D₂ аналитическим методом. Рассчитать промежуточные размеры для выполнения каждого перехода.

Решение. Соответственно заданным условиям устанавливаем марш­рут обработки ступени D₂ (см. табл. 62):

а) черновое обтачивание;

б) чистовое обтачивание;

в) предварительное шлифование;

г) окончательное шлифование.

Вся указанная обработка выполняется с установкой в центрах.

Заносят маршрут обработки в графу 1 табл. 68. Данные для заполнения граф 2, 3 берут из табл. 69 — 77.

Расчет отклонений расположения поверхностей штампованной заго­товки при обработке в центрах производят по формуле

где Д_Хк — общее отклонение оси от прямолинейности; Лу — смещение оси в результате погрешности центрования.

Общее отклонение оси от прямолинейности

Здесь 1_К — размер от сечения, для которого определяется кривизна, до ближайшего наружного торца, для рассматриваемого случая l_K = l_K + l_K = = 80 мм; А_к — удельная кривизна в микрометрах на 1 мм длины (в маршруте предусмотрена правка заготовки на прессе, после которой Д_к = 0, 15 мкм/мм (табл. 78 — 87); средний диаметр, который необходимо знать для выбора ве­личины Д_к, определяется так:

Смещение оси заготовки в результате погрешности центрования

где Т = 1, 8 мм — допуск на диаметральный размер базы заготовки, исполь­зованной при центрировании.

Величину остаточных пространственных отклонений чернового обта­чивания определяют по формуле

где К_у — коэффициент уточнения, равный 0, 06 (табл. 88).

Величину остаточных пространственных отклонений чистового обта­чивания рассчитывают по формуле

где коэффициент уточнения К_у принимают равным 0, 04 (см. табл. 88).

Расчетные величины отклонений расположения поверхностей заносят в графу 4 табл.68.

Минимальные припуски на диаметральные размеры определяют для каждого перехода:

а)черновое обтачивание

б) чистовое обтачивание

в)предварительное шлифование

г) чистовое шлифование

Расчетные значения припусков заносят в графу 6 табл. 68

а) предварительное шлифование

б)чистовое обтачивание

в) черновое обтачивание

г)заготовка

Наименьшие расчетные размеры заносят в графу 7 табл. 68, наимень­шие предельные размеры (округленные) — в графу 10 табл. 68.

Наибольшие предельные размеры по переходам рассчитывают по зави- имости d, _max = d_fmin + Z, _min в такой последовательности:

а) окончательное шлифование

б) предварительное шлифование

в) чистовое обтачивание

г) черновое обтачивание

д) заготовка

Результаты расчетов заносят в графу 9 табл. 68.

Результаты расчетов заносят в графы 11 и 12 табл. 68. Определяют общие припуски: общий наибольший припуск

общий наименьший припуск

Правильность расчетов проверяют по соотношении

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ

Анализ исходных данных и определения усилий использования приспособления

Проектирование приспособлений в процессе выполнения кур­сового проекта может быть сведено к следующим вариантам:

■ проектирование приспособления для условий серийного производства сравнительно простых деталей, для кото­рых не была разработана оснастка;

■ модернизация существующих конструкций приспособ­лений на основе изучения их работы в производствен­ных условиях при прохождении практики;

■ проектирование приспособления на деталь, полученную в качестве дополнительного задания к курсовому проекту.

При выполнении курсового проекта для студента важно не столь­ко разработать совершенную конструкцию, сколько изучить мето­дику и последовательность проектирования.

Следует обратить внимание, что элементы конструкций приспо­соблений широко стандартизированы, разработаны типовые кон­струкции приспособлений для множества типоразмеров и видов обработки, поэтому проектированию конструкций специальных приспособлений должно предшествовать самое тщательное изуче­ние уже разработанных типовых узлов и сборочных единиц, чтобы использовать стандартные решения и стандартные детали.

К проектированию приспособления приступают только после окончательной разработки технологического процесса на обраба­тываемую деталь.

Исходными данными для станочного приспособления являются:

■ рабочий чертеж заготовки;

■ рабочий чертеж детали;

■ технологический процесс на предшествующую и выпол­няемую операции с технологическими эскизами;

■ годовой объем выпуска детали;

■ альбомы типовых конструкций приспособлений;

■ паспортные данные станков (размеры стола, шпинделей, межцентровые расстояния, размеры и расположения крепежных пазов и отверстий и др.).

Пример 5. Спроектировать приспособление для сверления и зенкова- ния четырех отверстий 013/020 (рис. 72) во фланце.

Из маршрутной карты определяем, что для этой операции в усло­виях среднесерийного производства предложен многоцелевой станок 21105Н7Ф4. По табл. 89, определяем основные технические характеристи­ки станка.

По рис. 73 определяем технические характеристики станка, габаритные размеры рабочего пространства и установочные базы.

Из альбома выбираем специализированное наладочное приспособле­ние для установки детали типа «фланец» (рис. 74, а — г).

Приспособление предназначено для базирования заготовок деталей типа «фланец», «диск», «втулка», «кольцо». Приспособление состоит из ба­зовой части — комбинированного трехкулачкового патрона и сменных наладок — кулачков, опор, цанг, тяг и специальных наладок. В корпус 6 (см. рис. 74, а) патрона встроен гидроцилиндр 5 двустороннего действия, поршень 4 которого соединен с помощью трех рычагов 3 с основанием 2 кулачков. Патрон устанавливают на станке планками 1 и базируют отно­сительно паза стола станка штырями 7. Масло в гидроцилиндр от источни­ка давления поступает через быстродействующие муфты 8 и 9. Сменные наладки-кулачки устанавливают по зубьям основных кулачков, а опоры — по Т-образным пазам. Заготовку сверху закрепляют с помощью быстрос­менной шайбы и тяги, которая ввинчивается во вкладыш, устанавливаемый в выточку отверстия штока поршня гидроцилиндра. На рис. 74, б показан пример наладочного приспособления с установкой заготовки 1 на опорные планки 3.

Заготовку центрируют и закрепляют тремя кулачками 2. На рис. 74, в заготовку 1 центрируют по внутренней цилиндрической по­верхности сменными наладочными кулачками 2. На рис. 74, г заготовку 1 устанавливают по торцу и отверстию на втулку 2 и зажимают сверху через откидную шайбу 3 тягой 6, ввинчиваемой во вкладыш 4 штока 5 гидроци­линдра.

На рис. 74, д заготовку 1 устанавливают на цангу 3 и зажим осуществля­ется через шайбу тягой 4, ввинчиваемой во вкладыш 6 штока 5 гидроцилин­дра. При перемещении штока головка тяги 4 нажимает на цангу 3, переме­щая цангу относительно конусной вставки 2. При этом цанга, разжимаясь, центрирует, а затем закрепляет заготовку.

На столе многоцелевого вертикального сверлильно-фрезерного стан­ка 21105Н7Ф4 с габаритными размерами 500x800 мм можно разместить два приспособления с трехкулачковыми патронами диаметром до 250 мм.

В этом случае обеспечивается точное расположение их между собой, что дает возможность менять заготовки в одном из приспособлений во время обработки заготовки, установленной во втором приспособлении.

Выбор группы приспособления

При разработке технологического процесса механической обра­ботки заготовки необходимо правильно выбрать приспособления, которые должны способствовать:

■ повышению производительности труда;

■ точности обработки;

■ улучшению условий труда;

■ ликвидации предварительной разметки заготовок на стан­ке и выверки их при установке.

Применение станочных приспособлений и вспомогательных инструментов при обработке заготовок дает ряд преимуществ:

■ повышает качество и точность обработки деталей;

■ сокращает трудоемкость обработки заготовок благодаря резкому уменьшению времени, затрачиваемого на уста­новку, выверку и закрепление;

■ расширяет технологические возможности станков;

■ создает возможность одновременной обработки несколь­ких заготовок, закрепленных в общем приспособлении.

Выбор станочного приспособления должен основываться на ана­лизе затрат на реализацию технологического процесса в установ­ленный промежуток времени при заданном числе заготовок.

Правила выбора технологической оснастки (ГОСТ 14.305) пред­усматривают шесть систем технологической оснастки, которые предназначены для выполнения различных видов работ в зависи­мости от типа производства.

К системам технологической оснастки относятся следующие си­стемы:

■ неразборной специальной оснастки (НСО);

■ универсально-наладочной оснастки (УНО);

■ универсально-сборной оснастки (УСО);

■ сборно-разборной оснастки (СРО);

■ универсально-безналадочной оснастки (УБО);

■ специализированной наладочной оснастки (СНО).

Принадлежность конструкции технологической оснастки к си­стеме технологической оснастки определяют правилами ее про­ектирования и эксплуатации применительно к заданным условиям производственного процесса изготовления изделия.

Для технико-экономического обоснования выбора технологи­ческой оснастки согласно ГОСТ 14.305 установлен ряд статей за­трат:

■ затраты на оснащение технологической операции на ана­лизируемый период производства изделия неразборной оснасткой (Р_Исо) равны себестоимости оснастки С_исо:

■ затраты на оснащение технологической операции на ана­лизируемый период производства изделия универсаль­ной наладочной оснасткой или специализированной на­ладочной (Рено) определяют по формуле

где С_н — себестоимость изготовления сменной части (на­ладки); Су — затраты на установку наладки; П_у — число установок наладки в анализируемый период (число запу­сков); А^но — амортизационные отчисления за постоян­ную часть; П₀ — число наладок, закрепленных за посто­янной частью (число оснащаемых операций);

■ затраты на оснащение технологической операции на ана­лизируемый период производства изделия универсаль­но-сборной оснасткой:

где С_усо — себестоимость сборки; П_с — число сборки в анализируемый период (число запусков); С_в — затраты за время эксплуатации при использовании оснастки с баз проката;

■ затраты на оснащение технологической операции на ана­лизируемый период производства изделия универсаль­но-сборной оснасткой:

где С_н — себестоимость изготовления специальных эле­ментов (наладок); Сс_РО — себестоимость сборки оснаст ки; Асро — амортизационные отчисления на постоянную часть в анализируемый период времени;

■ затраты на оснащения технологической операции на ана­лизируемый период производства изделия универсаль­ной безналадочной оснасткой:

где Ауво — амортизационные отчисления в анализируе­мый период; П₀ — число оснащаемых операций.

В условиях крупносерийного и массового производства следует применять быстродействующие специальные станочные приспо­собления с пневматическими, гидравлическими и другими приво­дами зажима. Стоимость специального приспособления, если нет других данных, можно определять по укрупненным нормативам, в зависимости от группы сложности и числа наименований ориги­нальных деталей (табл. 90).

Для ориентировочного определения целесообразности приме­нения той или иной оснастки можно использовать в качестве кри­терия коэффициент загрузки единицы технологической оснастки

где Т_шт — штучно-калькуляционное время выполнения технологи­ческой операции; N_M — планируемая месячная программа на еди­ницу оснастки (число повторов операций); F₀ — располагаемый ме­сячный фонд времени работы оснастки (станка).

Границу рентабельности оснастки в зависимости от коэффици­ента загрузки К_{з ос} можно определить по графику (рис. 75).

При расчетах за единицу затрат приняты затраты на неразбор­ную специальную оснастку. Данные по всем остальным системам оснастки приведены в долях затрат на НСП.

В условиях крупносерийного и массового производства следует применять быстродействующие специальные станочные приспо­собления с пневматическими, гидравлическими и другими приво­дами зажима.

Расчет погрешности базирования и уточнение схемы базирования

Расчет погрешности базирования. Для расчета погрешности базирования б_б используют четыре модуля, характеризуемые гео­метрией соединения базовых поверхностей заготовок и поверхно­стей установочных элементов:

■ плоскость — плоскость (рис. 76, а);

■ цилиндр — призма (плоскость) (рис. 76, б);

■ цилиндр — цилиндр (рис. 76, в);

■ комбинированный модуль (рис. 76, г) (сочетание любых двух модулей, когда на точность выполнения размера влияют две базы).

Модули для расчета погрешности базирования приведены в табл. 92.

В случае если на точность размера влияют одновременно две базы, то следует пользоваться комбинированным модулем, пред­ставляющим собой сочетание любых двух модулей из названных модулей. При расчете погрешности базирования е₆ с использова­нием комбинированного модуля выделяются две группы размеров:

· линейные размеры — размерная стрелка которых парал­лельна линии, проходящей через центры баз Н, _л1, Н_1л2;

· угловые размеры — размерная стрелка которых перпен­дикулярна линии, проходящей через центры баз Н, _у.

Индексы 1 и 2 означают, что параметры соответствуют сопряже­ниям по соответствующим базам.

Шифр 1 присваивается базе, лишающей заготовку большего числа степеней свободы в сравнении со второй базой

Для размеров Н_м погрешность базирования е_б определяется по одному из трех предыдущих модулей в зависимости от схемы базирования.

Для линейных размеров, выполняемых от второй базы,

где Т_с — допуск на расстояние С между базами.

Для размеров H_iy уравнения для расчета погрешности базиро­вания е_б различны в зависимости от положения места обработки (поверхность или ось). При этом определяются погрешности ба­зирования баз е_б1, е_б2. После их сравнения выделяется большая £ д и меньшая а" по величине погрешность, определяется размер Ь, — расстояние наиболее удаленной точки места обработки от базы с меньшей eg погрешностью базирования (на схеме условно при­нята база 2). Если е_б1 = е_б2, то размер Ь, можно определять от любой базы.

Возможны три варианта положения мест обработки:

■ за базой с большей погрешностью базирования (г_б1 = е®,

■

■ между базами 1 и 2 (eg < e₆i < ^£ !)

■ за базой с меньшей погрешностью базирования (s₆₁ = eg)

(

Если е_б1 = е_б2 и место обработки расположено вне баз 1 и 2, ис­пользуется формула (5.1). При расположении места обработки между базами

Угол перекоса заготовки (3, характеризующий отклонения от па­раллельности (перпендикулярности), определяется из соотношения

Если линия, проходящая через центры баз, расположена под углом к размерным стрелкам (не параллельно и не перпендикулярно), то при расчете как линейных, так и угловых размеров зна­чение е_б, рассчитанное по полученным зависимостям, необходимо умножить на cos v|/.

Алгоритм расчета погрешности базирования с использованием модулей представлен на рис. 77.

Схема базирования заготовки на два цилиндрических отверстия с параллельными осями и на перпендикулярную им плоскость ис­пользуется при обработке деталей типа корпусов, плит, рам и кар­теров. Ее достоинства:

■ простая конструкция приспособления;

■ возможность достаточно полно выдерживать принцип постоянства баз на различных операциях технологиче­ского процесса;

■ относительно простая передача и фиксация заготовок при обработке на автоматических линиях.

По сравнению с установкой «в координатный угол» эта схема обеспечивает большую доступность режущего инструмента к об­рабатываемой заготовке с разных сторон. Заготовка закрепляется приложением силы зажима перпендикулярно ее базовой плоско­сти. Эта схема из условий устойчивости пригодна только для таких заготовок, у которых размеры базовой плоскости больше или со­поставимы с их высотой. Базовую плоскость заготовки подвергают чистовой обработке (Ra 1, 25...0, 6 мкм), а отверстия развертывают по Н7. Установочными элементами служат опорные пластины и два жестких или выдвижных пальца (посадка H7/f8). Принципиальная схема установки показана на рис. 78.

Заготовку 1 (см. рис. 78, а) ставят на пластинки 2. Палец 3 вы­полняется цилиндрической, а палец 4 — срезанной формы. Это обусловлено тем, что наличие допуска T_L на расстояние I между осями базовых отверстий приводит к тому, что одно из них зани­мает при установке партии заготовок два предельных положения (см. рис. 78, б). Область, образованная пересечением двух крайних окружностей А и Б, будет общей для всех деталей или заготовок партии, тогда диаметр пальца должен быть d - Т,, но это приведет к покачиванию заготовки или детали на величину ±Т_£ /2.

Рассмотрим погрешность базирования заготовки на плоскость и два отверстия (рис. 79). При установке заготовки на плоскость и два отверстия обрабатываемые поверхности 1, 2, 3 и паз выдер­живают в размерах А (Н11), Aj(±IT8/2), Л₂(±1Т9/2), А₃(±1Т11/2), А₄(±1Т11/2), А₅(Н11), А₆(±1Т11/2), А_? (±1Т11/2), L₀(±IT8/2). Посадку установочный палец — отверстие выдерживают H7/f8.

Определим погрешность базирования для указанных размеров, а также воз­можна ли обработка поверхностей 1 и 3 одновременно набором фрез, если точность принятого метода обработки ю = 0, 1 мм. Раз­меры установки заготовки приведены в табл. 93.

В данном примере базирование происходит по комбинирован­ному модулю, имеющему две базы. Индекс 1 присваиваем базиро­ванию на цилиндрический палец, лишающий заготовку двух сте­пеней свободы. Индекс 2 присваиваем базированию на срезанный палец, лишающий заготовку одной степени свободы.

При расчете погрешности базирования выделяем две группы размеров:

■ линейные, размерная стрелка которых параллельна ли­нии, проходящей через центры баз (А, А,, А₂, А₃, А₅, 1₀);

■ угловые, размерная стрелка которых перпендикулярна линии, проходящей через центры баз (А₄, Ag).

Рассмотрим погрешность базирования для линейных размеров, выполняемых от первой базы (А, А,). Их определяют по формуле для базирования по системе «цилиндр — цилиндр»:

где Х₂ = 0, 517 — вероятностный коэффициент, учитывающий рас­пределение размеров в пределах поля допуска; T_d — допуск на диа­метр пальца (T_d = 0, 018 мм для 016f8); T_D — допуск на диаметр от­верстия (T_D = 0, 018 мм для 016Н7); S_min — минимальный зазор (раз­ность между нижним отклонением отверстия и верхним отклоне­нием вала), S_min = [0 - (-0, 016)] = 0, 016 мм.

Еба = MT_d + T_D) + S_min = 0, 517(0, 018 + 0, 018) + 0, 016 = 0, 027 мм;

ЕбЛ! = (T_d + T_D) + S_min = 0, 517(0, 018 + 0, 018) + 0, 016 = 0, 027 мм.

Погрешность базирования линейных размеров, выполняемых от второй базы, определяем по формуле

Погрешность базирования углового размера А₆ определяется по формуле

Погрешность базирования размера А₄ е_бД7 = 0 (технологическая и измерительная базы совпадают).

Погрешность базирования размера А₇ е_бД7 = 0 (технологическая и измерительная базы совпадают).

Допуск на выполнение размера А₃ складывается из погрешно­стей базирования:

Точность обработки определяем по формуле

Допуск на размер А₃ назначен по 8-му квалитету и равен 0, 063 мм. Значит, размеры А, и А₃ нельзя обработать в этом допуске. Необхо­димо принять квалитет для обработки размера А₃ — IT11, имеющий допуск 0, 29 мм.

Погрешность базирования «в координатный угол» в систе­ме «плоскость — плоскость» показана на рис. 80. На рис. 80, а приведена схема базирования с зажимом сверху (е_а = 0, е_ь = Т_с); на рис. 80, б — схема базирования с зажимом снизу (е_а = Т_с, е_ь = 0); на рис. 80, в — схема базирования с уступом е_а = Т₄, е_ь = Т_с; на рис. 80, г — схема базиоования с поверхностью, расположенной

под углом на рис. 80, дг — схема базирования при обработке уступа (e_Ll = 0, e_l2 = Т_с, e_Lj = 0, e_Lt = T_OI e_ts = Т„, е^ = 0).

На рис. 81 показаны схемы и значения погрешностей базирова­ния при установке заготовок на жесткий передний и выдвижной задний центры (рис. 81, а) и при установке заготовок на плавающий передний и выдвижной задний центры (рис. 81, 6).

При базировании по центровым отверстиям (см. рис. 81, а) на жесткий центр погрешность базирования определяется по фор­мулам

При базировании на плавающий передний центр с упором дета­ли торцом (см. рис. 81, б] погрешность базирования определяется по формулам г_и = Т,, e_L2 = 0; е_1з = 0; e_Li = 0; c_D|iD.₂ = 0.

Погрешность базирования при установке в призму зависит от допуска на диаметр и погрешности формы базовой поверхности заготовки или детали. На рис. 82 приведены типовые схемы уста­новки в призму и соответствующие погрешности базирования s₆ для выдерживаемых размеров.

На рис. 82, а показана схема базирования по наружной цилин­дрической поверхности в призму с углом 2а при обработке плоской поверхности или паза под углом (3 к оси симметрии призмы, где

На рис. 82, б показана схема базирования по наружной цилиндри­ческой поверхности в призму с углом 2а при обработке плоской по­верхности или паза под углом (3 = 90° к оси симметрии призмы, где

Рис. 82. Погрешность базирования при установке в призму: а — схема базирования по наружной цилиндрической поверхности в призму с углом 2а при обработке плоской поверхности или паза под углом р к оси симметрии при­змы: б — схема базирования по наружной цилиндрической поверхности в призму с углом 2а при обработке плоской поверхности или паза под углом р = 90° к оси симметрии призмы; в — схема базирования по наружной цилиндрической поверх­ности в призму с углом 2а при обработке плоской поверхности или паза под углом р = 0° к оси симметрии призмы; г — схема базирования с прямым углом при об­работке паза под углом р = 45°; д — схема базирования наружной цилиндрической поверхностью на установочную плоскую поверхность и с закреплением призмой при обработке плоской поверхности или паза, параллельных установочной плоской поверхности.

На рис. 82, в показана схема базирования по наружной цилин­дрической поверхности в призму с углом 2а при обработке плоской поверхности или паза под углом р = 0° к оси симметрии призмы, где

На рис. 82, г показана схема базирования с прямым углом при обработке паза под углом р = 45°, где

На рис. 82, д показана схема базирования наружной цилиндри­ческой поверхностью на установочную плоскую поверхность и с за­креплением призмой при обработке плоской поверхности или паза, параллельных установочной плоской поверхности, где

При установке на оправку с зазором заготовка упирается в торец приспособления, обеспечивая при этом заданное положение в осе­вом направлении, что предпочтительнее, чем установка на валу с натягом без упора в торец.

На рис. 83 показаны различные схемы базирования заготовки на палец (оправку).

На рис. 83, а показано базирование заготовки внутренней ци­линдрической поверхностью на жесткий цилиндрический палец (оправку) с гарантированным зазором при обработке плоской по­верхности или паза, где

На рис. 83, б показано базирование заготовки внутренней ци­линдрической поверхностью на жесткий цилиндрический палец (оправку) с односторонним прижатием заготовки, где

На рис. 83, в показано базирование заготовки внутренней ци­линдрической поверхностью на жесткий цилиндрический палец

с гарантированным натягом или на разжимную оправку при обра­ботке плоской поверхности или паза, где

На рис. 83, г показано базирование заготовки внутренней ци­линдрической поверхностью на жесткий цилиндрический палец (оправку), но с учетом, что опорный торец заготовки не перпенди­кулярен оси базы, где

Для комбинированных деталей (рычаги, шатуны) применяют схемы базирования на основе рассмотренных ранее. На рис. 84 представлены данные для расчета погрешности базирования комбинированных деталей.

На рис. 84, б показано базирование на цилиндрический и сре­занный палец с учетом поворота заготовки на угол а. Погрешность базирования

Ширина пальца

где d — диаметр пальца; A_min — минимальный гарантированный за­зор; Т_А, Т_Ау — допуски по размеру к.

На рис. 84, б показано базирование на цилиндрический и сре­занный палец с учетом поворота заготовки на угол а. Погрешность базирования

Ширина пальца

где Т_1у — допуск приспособления по размеру L.

На рис. 84, в показано базирование планок и рычагов. Погреш­ность базирования

Определение направления действия сил и моментов резания при механической обработке деталей. Выявление других внешних сил.

При механической обработке на заготовку действуют:

■ силы и моменты резания, которые по величине, направ­лению и месту приложения непостоянны: при врезании инструмента силы возрастают от нуля до максимума при точении и уменьшаются от максимума до нуля при выхо­де инструмента; при выходе сверла крутящий момент М_кр возрастает, а при сверлении глубоких отверстий (I > 5d) наряду с М_кр увеличивается и осевая сила Р_а примерно в 1, 5 — 2, 0 раза; при фрезеровании плоскостей с глубиной резания менее 2, 5 мм равнодействующая сил резания стремится вначале оторвать заготовку от установочных элементов, а затем, наоборот, прижимает ее;

■ объемные силы — сила тяжести заготовки, центробеж­ные и инерционные силы. Силу тяжести учитывают при установке заготовки на вертикально или наклонно рас­положенные установочные элементы с учетом того, что в процессе обработки масса заготовки уменьшается, и по­ложение ее центра тяжести изменяется. Центробежные силы возникают в процессе обработки при смене центра тяжести относительно ее оси вращения. Величина дей­ствующих на заготовку центробежных сил и моментов сопоставима с силами резания при чистовой обработке.

Инерционные силы и моменты возникают, когда заготов­ка совершает возвратно-поступательное движение (на­пример, на продольно-строгальных станках) или враща­ется с непостоянной угловой скоростью (например, при торможении шпинделя);

■ второстепенные силы, к которым относятся силы, возни­кающие при отводе режущего инструмента (сверла, мет­чики, развертки) от заготовки.

Режимы резания. Рассмотрим, как определяют элементы режи­ма резания.

Глубина резания t: при черновой (предварительной) обработке назначают по возможности максимальную t, равную всему припу­ску на обработку или большей части его; при чистовой (окончатель­ной) обработке— в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обработанной поверхности.

Подача S: при черновой обработке выбирают максимально воз­можную подачу, исходя из жесткости и прочности системы СПИД, мощности привода станка, прочности твердосплавной пластинки и других ограничивающих факторов; при чистовой обработке — в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости об­работанной поверхности.

Скорость резания vрассчитывают по эмпирическим форму­лам, установленным для каждого вида обработки, которые имеют общий вид

Значения коэффициента c_v и показателей степени, содержа­щихся в этой формуле, так же как и периода стойкости Т инстру­мента, применяемого для данного вида обработки, приведены в та­блицах для каждого вида обработки. Вычисленная с использовани­ем табличных данных скорость резания учитывает конкретные значения глубины резания t, подачи S и стойкости Т и действитель­на при определенных табличных значениях ряда других факторов.

Для получения действительного значения скорости резания с учетом конкретных значений упомянутых факторов вводится по­правочный коэффициент K_v. Тогда действительная скорость реза­ния v=v_t6K_v, где Av — произведение ряда коэффициентов. Важней­шими из них, общими для различных видов обработки, являются:

■ K_MV — коэффициент, учитывающий качество обрабаты­ваемого материала;

■ K_nv — коэффициент, учитывающий состояние поверхно­сти заготовки;

■ К_т — коэффициент, учитывающий качество материала инструмента.

Стойкость Т— период работы инструмента до затупления, при­водимый для различных видов обработки, соответствует условиям одноинструментной обработки. При многоинструментной обра­ботке период стойкости Т следует увеличивать. Он зависит прежде всего от числа одновременно работающих инструментов, отноше­ния времени резания к времени рабочего хода, материала инстру­мента, вида оборудования. При многостаночном обслуживании пе­риод стойкости Т также необходимо увеличивать с возрастанием числа обслуживаемых станков. В обычных случаях расчет точного значения периода стойкости громоздкий.

Ориентировочно можно считать, что период стойкости:

при многоинструментной обработке

при многостаночном обслуживании

где Т — стойкость лимитирующего инструмента; К_Ти — коэффици­ент изменения периода стойкости при многостаночном обслужива­нии; К_Тс — коэффициент изменения периода стойкости при много­станочном обслуживании.

Под силой резания обычно подразумевают ее главную состав­ляющую Р._г, определяющую расходуемую на резание мощность N_e и крутящий момент на шпинделе станка. Силовые зависимости рас­считывают по эмпирическим формулам, значения коэффициентов и показателей степени в которых для различных видов обработки приведены в соответствующих таблицах.

Точение. Глубина резания t при черновом точении и отсутствии ограничений по мощности оборудования, жесткости системы СПИД принимается равной припуску на обработку; при чистовом точении припуск срезается за два прохода и более. На каждом по­следующем проходе следует назначать меньшую глубину резания, чем на предшествующем. При параметре шероховатости обра­ботанной поверхности Ra > 3, 2 мкм включительно t = 0, 5...2, 0 мм; Ra > 0, 8 мкм, t = 0, 1...0, 4 мм.

Подача S при черновом точении принимается максимально до­пустимой по мощности оборудования, жесткости системы СПИД,

прочности режущей пластины и прочности державки. Рекомендуе­мые подачи приведены в таблицах.

Скорость резания v, м/мин, при наружном продольном и по­перечном точении и растачивании рассчитывают по эмпирической формуле

Коэффициент K_v является произведением коэффициентов, учи­тывающих влияние материала заготовки K_MV, состояния поверхно­сти К_пу, материала инструмента К_т.

Токарная обработка. Равнодействующую всех сил при токар­ной обработке, действующую на резец со стороны обрабатываемо­го металла, можно назвать силой сопротивления резанию (струж- кообразованию). Эта равнодействующая сила в практических расчетах почти не применяется. На практике используют состав­ляющие этой равнодействующей, направление которых совпадает с главным движением станка и движением подачи (или обратно им). При токарной обработке в условиях свободного резания равнодей­ствующая сила сопротивлению резанию R (рис. 85) раскладывается на три взаимно перпендикулярные силы, действующие на резец:

■ P_z — сила резания, или тангенциальная сила, касательная к поверхности резания и совпадающая с направлением главного движения станка;

■ Р_х — осевая сила, или сила подачи, действующая парал­лельно оси заготовки в направлении, противоположном движению подачи;

■ Р_у — радиальная сила, направленная горизонтально и перпендикулярно оси обрабатываемой заготовки.

Равнодействующая сила как диагональ параллелепипеда

При ф = 45°, у = 15°, X = 0 угол Д между силами P_znR равен 25... 40°, сила Р_х = (0, 3... 0, 4)P_Z, сила Р_у = (0, 4... 0, 5)P_Z.

На соотношение между силами P_z, Р_х, Р_у влияют элементы режи­ма резания, геометрические элементы режущей части резца, мате­риал обрабатываемой заготовки, износ резца и др.

Сила резания P_z, будучи наибольшей по своему значению и со­впадая с направлением скорости резания, через резец действует на суппорт и станину, через заготовку действует на центры и зад­нюю бабку. По этой силе производится расчет ответственных дета­лей станка и мощности, затрачиваемой на резание (а следователь­но, и расчет необходимой мощности электродвигателя станка). Ра­диальная сила Р_у действует через резец на суппорт и станину, через заготовку на шпиндель, центры и заднюю бабку станка. По этой силе производится расчет станка на жесткость и расчет радиаль­ного давления на подшипники шпинделя. Сила подачи Р_х действует через резец на механизм подачи станка, через заготовку на шпин­дель и его опоры в осевом направлении. Сила Р_х преодолевается механизмом подачи станка, а потому в основном по ней и рассчи­тываются детали коробки подач, фартука и упорные подшипники шпинделя, а также мощность, необходимая для осуществления дви­жения подачи.

При наружном продольном и поперечном точении, растачива­нии, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении эти состав­ляющие рассчитывают по формуле

где t — длина лезвия резца; при отрезании, прорезании и фасон­ном точении постоянная С_р и показатели степени х, у, п для кон­кретных (расчетных) условий обработки для каждой из составля­ющих силы резания определяются по таблицам; поправочный ко­эффициент К_р представляет собой произведение ряда коэффици­ентов (К_р = КмрКурКурКгр), учитывающих фактические условия реза­ния.

Мощность резания, кВт, рассчитывают по формуле

При одновременной работе нескольких инструментов эффек­тивную мощность определяют как суммарную мощность отдель­ных инструментов.

Сверление, рассверливание, зенкерование, развертывание.

Глубина резания принимается: при сверлении t = 0, 5Д где D — диа­метр сверла; при рассверливании, зенкеровании и развертывании t = 0, 5(D - d), где D — диаметр растачивания, зенкерования, развер­тывания соответственно; d — диаметр отверстия.

Подача — при сверлении отверстий без ограничивающих фак­торов выбирают максимально допустимую подачу.

При рассверливании отверстий подача, рекомендуемая для свер­ления, может быть увеличена до двух раз. При наличии ограничи­вающих факторов подачи при сверлении и рассверливании равны. Их определяют умножением табличного значения подачи на соот­ветствующий поправочный коэффициент. Скорость резания, м/мин, при сверлении

а при рассверливании, зенкеровании, развертывании

Значения Г, коэффициентов C_v и показателей степени приведе­ны в таблицах.

Общий поправочный коэффициент на скорость резания, учиты­вающий фактические условия резания,

где K_MV — коэффициент на обрабатываемый материал; К_т — коэф­фициент на инструментальный материал; K_lv — коэффициент, учи­тывающий глубину сверления.

При рассверливании и зенкеровании литых или штампованных отверстий вводится дополнительно поправочный коэффициент K_v.

Крутящий момент М_кр, И м, и осевую силу Р_а, Н, рассчитывают по следующим формулам: при сверлении

при рассверливании и зенкеровании

Значения коэффициентов С_м и С_р и показателей степени при­ведены в таблицах.

Коэффициент, учитывающий фактические условия обработки, в данном случае зависит только от материала обрабатываемой за­готовки и определяется выражением

Для определения крутящего момента при развертывании каж­дый зуб инструмента можно рассматривать как расточный резец. Тогда при диаметре инструмента D крутящий момент М_кр, Н • м:

Здесь S_z — подача, мм, на один зуб инструмента, равная S/z, где S — подача, мм/об; z — число зубьев развертки.

Мощность резания N_e, кВт, определяют по формуле

где n— частота вращения инструмента или заготовки, об/мин,

Фрезерование. Конфигурация обрабатываемой поверхности и вид оборудования определяют тип применяемой фрезы (рис. 86).

Размеры фрезы определяются размерами обрабатываемой по­верхности и глубиной срезаемого слоя. Диаметр фрезы для сокра­щения основного технологического времени и расхода инструмен­тального материала выбирают по возможности наименьшей ве­личины, учитывая при этом жесткость технологической системы, схему резания, форму и размеры обрабатываемой заготовки.

При торцовом фрезеровании для достижения производительных режимов резания диаметр фрезы D должен быть больше ширины фрезерования В, т.е. D = (1, 25... 1, 5)6, а при обработке стальных за­готовок обязательным является их несимметричное расположение относительно фрезы: для заготовок из конструкционных углероди­стых и легированных сталей — сдвиг их в направлении врезания зуба фрезы (рис. 87), чем обеспечивается начало резания при малой толщине срезаемого слоя; для заготовок из жаропрочных и корро­зионно-стойких сталей — сдвиг заготовки в сторону выхода зуба фрезы из резания, чем обеспечивается выход зуба из резания с ми­нимально возможной толщиной срезаемого слоя. Несоблюдение указанных правил приводит к значительному снижению стойкости инструмента.

Глубина фрезерования t и ширина фрезерования В — понятия, свя­занные с размерами слоя заготовки, срезаемого при фрезеровании. Во всех видах фрезерования, за исключением торцового, t опреде­ляет продолжительность контакта зуба фрезы с заготовкой; t изме­ряют в направлении, перпендикулярном к оси фрезы. Ширина фре­зерования В определяет длину лезвия зуба фрезы, участвующую в резании; В измеряют в направлении, параллельном оси фрезы. При торцовом фрезеровании эти понятия меняются местами.

Подача — при фрезеровании различают подачу на один зуб S_z, подачу на один оборот фрезы S и подачу минутную S_M, мм/мин, ко­торые находятся в следующем соотношении:

где п — частота вращения фрезы, об/мин; z — число зубьев фрезы.

Исходной величиной подачи при черновом фрезеровании яв­ляется величина ее на один зуб S_z, при чистовом фрезеровании — на один оборот фрезы S, по которой для дальнейшего использо­вания вычисляют величину подачи на один зуб S_z = S/z. Рекомен­дуемые подачи для различных фрез и условий резания приведены в таблицах.

Скорость резания v — окружная скорость фрезы, м/мин:

Значения Т, коэффициента C_v и показателей степени приведены в таблицах. Общий поправочный коэффициент на скорость реза­ния, учитывающий фактические условия резания, равен

где K_MV— коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала; K_nv — коэффициент, учитывающий состояние поверх­ности заготовки; К_т — коэффициент, учитывающий материал ин­струмента.

Сила резания P_z — главная составляющая силы резания при фре­зеровании — окружная сила, Н, определяется по формуле

где z — число зубьев фрезы; л — частота вращения фрезы, об./мин.

Значения коэффициентов К_р, С_р и показателей степени приве­дены в таблицах. Величины остальных составляющих силы резания (горизонтальной (сила подачи) P_h, вертикальной P_v, радиальной Р_у, осевой Р_х) устанавливают из соотношения с главной составля­ющей P_z.

Составляющая, по которой рассчитывают оправку на изгиб:

Крутящий момент М_кр, Н м, на шпинделе и мощность резания N_e (эффективная), кВт, определяют по следующим формулам:

где D — диаметр фрезы, мм.