Проектирование точности технологических операций на расточных станках с использованием вычислительных машин»

Анализ точности расточных операций обработки отверстий в корпусных деталях зубчатых передач и количественные связи между параметрами точности, шероховатости поверхности и факторами, влияющими на них, позволяют применять вычислительную технику для решения основной технологической задачи обеспечения заданной точности размерной наладки станков при установленном уровне производительности и надежности процесса.

В методике проектирования условий рациональной наладки расточных станков при помощи номограмм и таблиц искомые скорость резания, подача, геометрические параметры инструмента и схема выполнения операции устанавливаются путем проектных расчетов методом последовательного уточнения величин и условий, предварительно выбранных по нормативам или по типовым рекомендациям. При использовании современной вычислительной техники решается задача определения оптимальных условий выполнения технологической операции, при которых, при установленном уровне производительности, погрешности обработки не смогут превзойти величины производственного допуска, а шероховатость обработанных поверхностей будет соответствовать требуемой. Многовариантный расчет с помощью вычислительной техники позволяет не только получить количественные значения искомых величин, но и дает возможность активно воздействовать на процесс, изменяя его в желаемом направлении.

Основным условием, определяющим возможность применения вычислительной техники для проектирования расточной операции, является наличие ее полного математического описания. Трудности создания такой теоретической модели заключаются в том, что различные закономерности , характеризующие процесс обработки, представляются в большинстве случаев эмпирическим зависимостями, полученными разными исследователями в разное время и в разных условиях.

В методическом плане для математического описания технологической операции растачивания и определения оптимальных параметров ее выполнения в качестве примера использованы количественные зависимости , полученные в результате исследований, выполненных в совершенно тех же условиях, что и условия проектируемой операции растачивания отверстий под подшипники в корпусе зубчатой передачи. Вся информация для удобства пользования сведена в таблицы 2 и 3, является основой для составления математической модели операции.

Одним из основных этапов разработки математического описания технологической операции является установление технических ограничений, которые формулируются на основе учета влияния ряда факторов, действующих в процессе обработки.

Таблица 8.2

Зависимости для определения составляющих погрешности формы, возникающих при обработке деталей и шероховатость поверхности обработанной на горизонтально-расточных станках

Основные составляю- щие точности

Вид обработки

Однорезцовая

Двухрезцовая

В поперечном сечении

От геометрических неточностей станка

Дпг определятся по паспорту санка

От упругих деформаций

От температурных деформаций

Суммарная погрешность формы в поперечном направлении

В осевом сечении

От геометрической неточности станка

От износа инструмента

От температурных деформаций детали

От температурных деформаций инструмента

От упругих деформаций системы

Суммарная погрешность формы в осевом направлении

Полная погрешность формы

Шероховатость поверхности

Таблица 8.3

Составляющие суммарного рассеяния размеров, возникающие при обработке партии деталей при различных способах наладки расточных станков

Основные

составляющие точности

Вид обработки - однорезцовая *

Наладка но пробным деталям

От колебания твердости заготовок

От колебания глубины резания

От притупления резца

От колебания податливости системы

Суммарная величина погрешности размера от упругих деформаций

От несовпадения центров группирования при настройке по пробным деталям

Погрешность измерения

Погрешность регулирования инструмента на размер

Полная погрешность, связанная с обработкой партии деталей

Статическая наладка но эталону (шаблону)

Погрешность эталона

Погрешность установки инструмента на размер

Полная погрешность, связанная с обработкой деталей

Ограничение 1. Шероховатость поверхности определяется условием

где R: задан обусловливается чертежом, a R: определяется исходя из соответствия высоты шероховатостей поверхности заданному квалитету точности обработки поверхности и виду обработки (односторонней или двухсторонней).

Ограничение 2. Баланс точности операции. Уравнение баланса точности включает в себя величины поля погрешности формы одной детали (без учета погрешности от износа инструмента) Дф , поля погрешности размера при обработке партии деталей Др и поля нарастающей в процессе обработки партии деталей погрешности от износа инструмента Деист. При любом взаимном соотношении величин этих составляющих точности обязательным условием правильного выполнения операции является

где 5пр - производственная часть поля допуска.

На основании исследований при обработке деталей средних размеров на покрытие поля погрешности размера может отводиться до 40 % величины производственного допуска, т.е.

на погрешность формы - до 30 %, т.е. ; остальную часть поля допуска можно расходовать на погрешность от нарастающего в процессе обработки партии деталей размерного износа инструмента.

Эти соотношения во многом определяют производительность и экономичность проектируемой операции. От их величины зависят выбор методов и средств размерной наладки, параметры режимов резания и геометрии инструмента, число деталей, обрабатываемых до подналадки, и другие факторы, определяющие технологическую операцию. Эти соотношения не остаются постоянными , а изменяются в зависимости от характера производства, типа и состояния оборудования (его жесткости и геометрической точности). Они различны при обработке деталей разных размеров.

Безусловно, что использование имеющихся резервов механической обработки на металлообрабатывающих станках во многом зависит от правильности выбора соотношений баланса точности проектируемой операции, которые должны уточняться в каждом конкретном случае.

Установление значений величин Ар, Дф и ДСИст позволяет определить число деталей, которые могут быть обработаны между размерными подналадками при работе по принципу автоматического получения заданных размеров:

где Д и - поле погрешности от износа инструмента при обработке одной детали.

Ограничение 3. Стойкость инструмента. Период стойкости инструмента от переточки до переточки Т должен превышать время обработки до подналадки. Запас надежности устанавливается в каждом случае на основании накопленного производственного опыта.

При обработке партии корпусов зубчатых передач средних размеров с автоматическим получением размеров на настроенных станках соотношение имеет вид

где tMaiu - машинное время обработки одного корпуса в мин; п - число корпусов зубчатых передач, обрабатываемых до подналадки, в шт.

Ограничение 4. Интервал искомых величин. При отыскании оптимальных значений параметров режима резания, геометрии инструмента и размеров державки необходимо учитывать ряд технических ограничений, которые определяются следующими факторами.

  • 1. для скорости резания v - жесткостью инструмента, зависящей от материала его режущей части, геометрии, величин подачи и глубины резания, а также от механических свойств обрабатываемого материала; существенное влияние на интервалы скорости резания оказывают кинематические характеристики привода главного движения и габариты обрабатываемой детали;
  • 2. для подачи s (в условиях чистового точения, для которых и ведется проектирование операции) - требуемым классом шероховатости обрабатываемой поверхности, определяемой для данного обрабатываемого материала прежде всего радиусом при вершине резца и скоростью резания; кинематические характеристики привода подачи станка учитываются при выборе интервалов величины подачи;
  • 3. для радиуса при вершине резца и величин главного и вспомогательного углов в плане и (pi- рекомендациями по режимам резания для условий чистового точения с учетом требований работы без вибраций;
  • 4. для вылета резца Lp и площади сечения его державки - соотношением размеров установочных элементов станка и размеров обрабатываемой детали, а также размерами и конструкцией гнезд под резцы в резцедержателях.

В табл. 8.4. приведены интервалы искомых величин, выбранные на основании четвертого ограничения Для условий чистового растачивания деталей и чугуна СЧ 21-40 резцами с твердосплавными пластинками на горизонтально-расточном станке.

Таблица 8.4

Интервалы искомых величин на основании 4-го ограничения для чистового растачивания

Интервалы значений

Шаг

Параметры

Нижний

предел

Верхний

предел

интервала

Скорость резания v в м/мин.

30

250

10

Подача s в мм/об.

0,25

0,5

0,15

Радиус при вершине резца г в мм: При однорезцовой обработке

1,0

5,0

0,5

При двухрезцовой обработке

1.0

3,0

0,5

Вылет резца LP в мм

25

75

5

Площадь сечения державки F в мм2

500

1200

100

Главный угол в плане в град.

45

90

15

Вспомогательный угол в плане tpi в град.

15

45

15

Значение любого параметра, удовлетворяющего оптимальным условиям выполнения операции, определяются последовательным перебором его значений в пределах интервала, отличающихся на величину шага интервала. При проектировании операции глубина резания устанавливается постоянной, соответствующей условиям чистового точения. Однако в случае необходимости количественные зависимости позволяют определить оптимальную для данной операции величину глубины резания t и рассчитать необходимое число переходов.

Для успешного проектирования оптимальных параметров операции большое значение имеет выбор критерия оптимальности - характеристики, позволяющей получить ее количественную оценку. Наиболее полным критерием оптимальности технологического процесса в целом или его части (операции) обычно является их экономическая эффективность. Однако использование его в полной мере сопряжено с определенными трудностями, связанными с громоздкостью исходных выражений и длительностью их обработки. Поэтому на первом этапе разработки методики автоматизированного проектирования с помощью ЭВМ может быть использован частный критерий оптимальности - наибольшая производительность. В этом случае вариант операционной технологии, надежно обеспечивающий заданную точность при наименьшем штучном времени, будет считаться оптимальным.

Оценочная функция при этом имеет вид

где М - коэффициент, зависящий от размеров обрабатываемой поверхности.

После формулирования технических ограничений и введения оценочной функции, на основании математического описания операции разрабатывается полный алгоритм решения задачи. Блок-схема программы, отражающая последовательность действий при решении, представлена на рис. 7.

Блок-схема программы последовательности расчета

Рис. 8.7. Блок-схема программы последовательности расчета

Вначале (алгоритмы 7 и 2) по установленным исходным данным производят расчет элементов формул, не зависящих от скорости резания и подачи, и выбор области значений и из интервалов искомых величин (см. табл. 8.4), внутри которой заключены все возможные решения по условиям точности. Далее проверяют число обрабатываемых деталей (алгоритм 2). Для партии деталей дополнительно уточняется интервал подач, который следует рассматривать в зависимости от качества заготовок и характеристики оборудования (алгоритм 4) . Затем производится оценка условий обработки по шероховатости поверхности (алгоритм 5). Воспроизведение характера протекания проектируемого процесса обработки, определение отдельных составляющих и суммарных погрешностей, отыскание наилучших условий реализации операции, а также расчет соответствующих значений и параметров осуществляется алгоритмами 6- 10 . Особенности реализации различных схем обработки при расчете учитываются алгоритмом 6.

Программа позволяет оценивать условия обработки по различным схемам растачивания: консольной оправкой или борштангой, с подачей столом или шпинделем, однорезцовым или многорезцовым инструментом. Рассмотрение той или иной схемы и сравнительная оценка вариантов вводятся в программу через исходные данные. Часть программы (алгоритмы 11 - 14) служит для вариационных расчетов, связанных с решением задачи точность - производительность проектируемой операции.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >