Использование эвм для размерного анализа

Выполнение всех размерных расчетов вручную требует огромных затрат времени. Это определяет необходимость применения автоматизированных систем размерного анализа при проектировании технологического процесса. Одной из таких систем является автоматизированная система технологического размерного анализа (АСТРА). При ее применении не требуется: определять точность размерных связей и минимальные припуски на обработку, строить размерные схемы технологического процесса, формировать и рассчитывать размерные цепи. Работа с системой сводится к описанию исходных данных по детали, исходной заготовке и технологическому процессу. Исходными данными для работы с системой являются: уточненный чертеж детали; эскиз, определяющий конфигурацию исходной заготовки, маршрут обработки.

Первым этапом работы является описание детали. Сначала необходимо указать число поверхностей детали и дополнительно указать, сколько из них цилиндрических поверхностей. Не следует включать в число рассматриваемых поверхностей фаски, канавки и другие неответственные поверхности. В число поверхностей не следует также включать поверхности, обрабатываемые однократно путем снятия напуска: крепежные отверстия, лыски и т.п. Все последующие действия будут производиться с использованием системы меток поверхностей, такой же, как и при ручном построении размерных схем. Затем следует произвести идентификацию поверхностей и осей в соответствии с ранее изложенными правилами. Расположение меток (идентификаторов) должно строго соответствовать реальному расположению поверхностей и осей детали.

Затем указывается шероховатость поверхностей и их габариты, что необходимо для определения правильности выбранных технологических переходов и для определения минимальных припусков.

Размеры детали указываются между метками поверхностей в соответствии с чертежом. Номиналы и предельные отклонения размеров задаются либо в виде числовых значений (через запятую, например: 40, 0.2, -0.2), либо виде номинала и стандартного поля допуска (32 H7) либо в виде свободного размера (45), предельные отклонения в этих случаях определяются из базы данных системы. Для цилиндрических поверхностей указываются их диаметральные размеры. Далее программно производится проверка связанности системы размеров детали и правильности задания номиналов. При правильном указании размеров возможен переход к следующему этапу – описанию исходной заготовки.

При описании заготовки сначала указывается вид заготовки, затем уточняется метод ее получения. Также вводятся все данные, необходимые для определения допусков заготовки. Например, для отливок указываются: материал, метод получения отливки, особенности данного метода, наибольший габаритный размер, отношение наибольшего и наименьшего размеров отливки. Затем уточняется наличие поверхностей исходной заготовки, поскольку не все поверхности детали получаются в технологическом процессе изготовления заготовки. После этого задается система размеров заготовки.

Следующим этапом является описание технологических переходов, при этом последовательно указывается: обрабатываемая поверхность, технологическая база, метод и вид обработки. При описании переходов проверяется правильность выбора переходов. Определение числа и характера размерных связей, назначение операционных допусков и минимальных припусков производится программно. После описания последнего перехода производится автоматизированное определение известных звеньев, замыкающих звеньев, установление возможностей получения требуемой точности размеров, а также формирование и расчет размерных цепей. Кроме значений операционных размеров определяются значения максимальных припусков, необходимые для назначения режимов резания. Полученные результаты могут быть выведены на печать. При работе с автоматизированной системой используется система меню и подменю, что облегчает ее освоение и практическое использование. На всех этапах работы с ней возможно получение подсказок, имеется подсистема диагностики ошибок ввода.

При выполнении данного этапа курсового проекта необходимо произвести построение размерных схем проектируемого технологического процесса, что необходимо для облегчения внесения возможных изменений в технологию. Размерные схемы приводятся в пояснительной записке и выносятся в графическую часть проекта. Кроме этого необходимо привести результаты расчета припусков и операционных размеров, полученные с помощью системы АСТРА.

10.6 Применение опытно-статистического метода определения припусков

По рекомендации руководителя проекта студенты могут воспользоваться упрощенным опытно-статистическим методом расчета припусков. Данный метод следует использовать также при определении операционных размеров для обработки шлицевых, зубчатых, фасонных поверхностей, поскольку для таких поверхностей невозможно применить методику размерного анализа.

Опытно-статистический метод заключается в определении операционных размеров и размеров исходной заготовки путем последовательного наслоения номинальных припусков на поверхности детали. Номинальные промежуточные припуски определены путем обработки большого объема статистического материала, накопленного в практике машиностроения. Для различных видов обработки номинальные припуски приведены [15], а также в приложении Е.

Определение операционных размеров и размеров исходной заготовки производится в порядке обратном последовательности обработки каждой поверхности. Сначала на поверхность детали наслаивается припуск на отделочную обработку, затем – на чистовую и черновую. Для удобства следует привести схему расположения припуска на обрабатываемой поверхности. В качестве примера на рисунке 10.10 приведена схема расположения припусков при трехкратной обработке наружной цилиндрической поверхности.

 

 

А ₀ – размер исходной заготовки;

А ₁ – размер после выполнения первого технологического перехода;

А ₂ = размер после второго перехода;

А ₃ – размер после третьего перехода (размер детали).

Рисунок 10.10 – Схема расположения припусков на наружной цилиндрической поверхности

 

Номинальные промежуточные размеры для данной схемы расположения припусков:

,

,

.

 

Схема расположения промежуточных припусков при обработке отверстия приведена на рисунке 10.11

 

 

Рисунок 10.11 - Схема расположения припусков при обработке отверстия

 

Номинальные промежуточные размеры при обработке отверстия:

,

,

.

 

Результаты определения промежуточных размеров удобно представить в виде таблицы 10.3. В таблице приведены размеры, соответствующие маршруту обработки поверхностей по рисунку 10.12. Для обработки применено черновое и чистовое фрезерование. Заготовка – отливка 9 класса точности по ГОСТ 26645-85*. Номинальные припуски приняты по приложению Е. Допуск исходной заготовки по приложению А. Допуски, соответствующие методам обработки, по приложению Б.

 

Таблица 10.3 - Припуски и промежуточные размеры

Технологический переход	Припуск, мм	Номинальный размер, мм	Допуск, мм	Размер с предельными отклонениями
Исходная заготовка	-	66,2	2,0
Черновое фрезерование плоскости 1	2,30	63,9	h12 (0,300)
Черновое фрезерование плоскости 2	2,30	61,6	h12 (0,300)
Чистовое фрезерование плоскости 1	0,80	60,8	h9 (0,074)
Чистовое фрезерование плоскости 2	0,80		h9 (0,074)

 

11 Определение режимов резания

Режимы резания, с одной стороны, определяются техническими факторами: требуемой шероховатостью обрабатываемой поверхности, возможностями технологического оборудования, требуемой точностью и др. С другой стороны, от режимов резания зависит производительность и технологическая себестоимость. Таким образом, назначение режимов резания является важной технико-экономической задачей.

Режимы резания назначают по нормативам режимов резания [10] или используют аналитический метод расчета [7]. В настоящее время наибольшее распространение получило определение режимов резания по нормативам. Режимы резания определяются для каждого технологического перехода. При этом следует руководствоваться следующей общей последовательностью назначения режимов.

Сначала устанавливают глубину резания t. Глубина резания должна равняться припуску, снимаемому на данном переходе. При этом необходимо учитывать, что при работе на станках средней мощности максимальная глубина резания не должна превышать при точении – от 8 до 10 мм, при фрезеровании цилиндрическими фрезами – от 10 до 12 мм, при фрезеровании торцовыми фрезами – от 12 до 15 мм; При больших значениях припуска или при необходимости снять напуск с поверхности заготовки обработку следует производить за несколько рабочих ходов.

Следующим этапом определения режимов резания является назначение подачи S. Для большинства методов обработки, таких как - точение, сверление, растачивание, определяется подача в миллиметрах на оборот заготовки или инструмента, S _о мм/об. Для фрезерования исходным расчетным значением подачи является подача в миллиметрах на зуб фрезы, S_z, мм/зуб. Для строгания, некоторых видов шлифования принимается подача в миллиметрах на двойной ход, S мм/дв.ход. Для черновых переходов значение подачи определяется прочностными характеристиками элементов технологической системы. Для чистовых технологических переходов подача ограничивается требуемой точностью и шероховатостью обработанной поверхности. Значения подач приведены в [7, 10], для наиболее распространенных методов обработки можно использовать таблицы приложения Ж. Выбранная подача корректируется по паспортным данным станка.

Затем следует определить период стойкости инструмента Т. Период стойкости, обеспечивающий наиболее экономичные режимы обработки, определяется в соответствии со следующей зависимостью

 

,

(11.1)

 

где m – показатель относительной стойкости;

- время простоя станка, связанное с заменой инструмента, мин;

- затраты на эксплуатацию инструмента за его к период стойкости, руб;

Е – стоимость минуты работы оборудования, руб/мин.

 

Определение экономичного периода стойкости в соответствии с зависимостью 11.1 требует большого числа исходных данных. Поэтому чаще используют табличные значения периода стойкости [7]. При определении режимов резания по нормативам предполагается использование нормативного периода стойкости.

Скорость резания V определяется в зависимости от периода стойкости Т, от глубины резания t, подачи S, от механических характеристик обрабатываемого материала, от марки инструментального материала, от состояния поверхности заготовки и от ряда других факторов. Значения скорости резания приведены в [7, 10], для наиболее распространенных методов обработки - в приложении Ж.

Частота вращения n определяется по формуле

 

,

(11.2)

 

где D – диаметр обрабатываемой поверхности или диаметр инструмента, мм.

Частота вращения корректируется по паспортным данным станка. В качестве утонченного значения принимается наиболее близкое значение. При бесступенчатом регулировании привода главного движения станка желательно округлить расчетную частоту вращения до значения кратного 10. После этого уточняется скорость резания. Уточненная скорость резания определяется по формуле

 

,

(11.3)

 

При черновой обработке производят проверку выбранного режима резания по мощности привода главного движения станка.

 

,

(11.4)

 

где - мощность, потребная на резание, кВт;

- мощность главного привода станка, кВт;

- коэффициент полезного действия привода главного движения (0,9 - 0,8).

 

При невыполнении условия (11.4) необходимо уменьшить глубину резания, подачу или применить на данной технологической операции станок большей мощности.

Для современных станков с ЧПУ ограничением является значение максимального крутящего момента на шпинделе. Крутящий момент от сил резания, (Н·м)

 

(11.5)

 

В паспортных данных металлорежущих станков часто приводятся в только максимальные и минимальные значения частот вращения и подач, а также число ступеней К. Промежуточные значения в таких случаях принимают по нормали станкостроения H11-1. Для чего предварительно определяют знаменатель геометрической прогрессии ряда частот вращения или подач

 

,

(11.6)

 

где - знаменатель геометрической прогрессии;

n _max и n _min - наибольшая и наименьшая частоты вращения привода главного движения;

К - число ступеней частот вращения привода главного движения.

 

Стандартные значения частот вращения и подач приведены в приложении Г.

В качестве примера рассмотрим назначение режимов резания на черновую обработку шейки вала.

Исходные данные:

а) обрабатываемый материал - сталь 45;

б) заготовка - штампованная поковка, полученная в закрытом штампе на прессах;

в) оборудование - токарный станок с ЧПУ 16Б16Т1;

г) режущий инструмент – контурный резец с пластинкой твердого сплава Т15К6 (Резец 2103-0695 Т15К6 ГОСТ ГОСТ 20872-80);

д) заготовка установлена в центрах;

е) диаметр обработки D = 20 мм;

Глубина резания t соответствует припуску z = 1,5 мм.

Подача S = 0,4 мм/об (таблица Ж.1)

Период стойкости соответствует нормативному.

Скорость резания V = 170 м/мин (таблица Ж.4).

Частота вращения n

об/мин.

 

По паспортным данным станка принимаем n_ут = 2000 об/мин.

Уточненная скорость резания V_ут

 

м/мин.

 

Мощность резания N = 0,8 кВт (таблица Ж.7), данная мощность не превышает мощности главного привода станка N_ст = 4,2 кВт.

Аналогично определяются режимы резания для остальных технологических переходов. В ПЗ достаточно в качестве примера показать последовательность определения режимов для одного перехода. Данные по всему технологическому процессу необходимо представить в виде таблицы.

 

Таблица 11.1 - Режимы резания

№оп	Переходы	t, мм	S, мм/об (мм/мин)	V, м/мин, (м/с)	n, об/мин	N, кВт (Мкр, Н·м)
	1 Фрезеровать торцы
2 Центровать 2 отверстия
	Точить поверхности	1,5	0,4			0,8