Определение минимальных припусков на обработку

Припуски принято делить на общие и промежуточные. Общий припуск необходим для выполнения всех технологических переходов обработки данной поверхности, промежуточный – для выполнения отдельного перехода. Ниже под термином «припуск» будем понимать промежуточный припуск.

Принято различать минимальное, максимальное, среднее и номинальное значения припуска на обработку. Однако первичным, определяющим остальные категории припуска, является его минимальное значение.

Минимальный припуск должен быть таким, чтобы его удаление было достаточно для обеспечения требуемой точности и качества поверхностного слоя обработанной поверхности заготовки.

Минимальные припуски на обработку в основном определяются двумя методами: нормативным и расчетно-аналитическим.

При нормативном методе значения находят непосредственно по таблицам, которые составлены путем обобщения и систематизации производственных данных. Этот метод благодаря своей простоте нашел широкое распространение в машиностроении. Основной недостаток нормативного метода – неполный учет особенностей выполнения конкретной операции (перехода). Значения припусков, определенные нормативным методом, обычно оказываются завышенными.

При расчетно-аналитическом методе находят путем суммирования отдельных составляющих, что позволяет наиболее полно учесть конкретные условия обработки. При этом выделяют следующие факторы, определяющие значения минимального припуска.

1. Шероховатость поверхности , полученная на предшествующем переходе (операции) обработки данной поверхности.

При выполнении первой операции должна быть удалена шероховатость поверхности исходной заготовки. При выполнении второй операции нужно снять шероховатость поверхности, полученную на первой операции и т.д.

2. Толщина дефектного поверхностного слоя , сформированного на предшествующем переходе (операции) обработки данной поверхности.

Так, у стальных заготовок, полученных горячей обработкой давлением (прокатка, штамповка, ковка), поверхностный слой оказывается обезуглероженным. Обезуглероженный слой возникает и при нагреве стальных заготовок под закалку. Очевидно, что этот слой должен быть удален при последующей механической обработке. На отливках из серого чугуна формируется так называемая перлитная корка, имеющая высокую твердость и следы формовочного песка. Удовлетворительная обработка таких заготовок резанием лезвийными инструментами возможна только в том случае, если вершина их режущей части будет расположена за пределами перлитной корки. При обработке заготовок резанием, особенно при сравнительно грубых режимах, создается сильно деформированный поверхностный слой с микроскопическими трещинами, который также подлежит удалению при последующей чистовой обработке.

3. Погрешность формы обрабатываемой поверхности, полученная на предшествующем переходе (операции) ее обработки , если эта погрешность не входит в допуск на соответствующий размер.

Например, если заготовка вала имеет изогнутость (рис.3.5, а), то при измерении диаметра в любом сечении штангенциркулем, микрометром и т.п. она обнаружена не будет. Таким образом, указанная погрешность формы не войдет в допуск на диаметр заготовки и поэтому должна быть компенсирована частью минимального припуска на обработку. Как следует из рис.3.5, а, для получения при обточке заготовки диаметром ее диаметр перед этим , по крайней мере, должен составлять

.

 

 

Рис.3.5. Схемы обработки заготовок, иллюстрирующие влияние погрешности формы обрабатываемой поверхности на величину минимального припуска

Другими словами, для компенсации рассматриваемой погрешности формы обрабатываемой поверхности в величину минимального припуска следует включить составляющую .

На рис.3.5, б показана схема подрезки торца заготовки на токарном станке. Контроль размера осуществляется предельными калибрами-скобами. Очевидно, что при таком способе контроля отклонение от плоскостности не войдет в допуск на размер и должно быть компенсировано частью минимального припуска на обработку торца заготовки, которая составит .

4. Погрешность расположения обрабатываемой поверхности относительно технологических баз , возникшая на предшествующем переходе (операции) ее обработки.

На рис.3.6, а дана схема обточки вала, установленного в центрах. При сверлении центровых отверстий неизбежно возникает смещение их оси I-I относительно оси II-II вала . Как видно из рис.3.6, а, для получения при обточке вала диаметром его диаметр перед этим переходом должен быть

,

т.е. погрешность расположения обрабатываемой поверхности относительно технологической базы должна компенсироваться частью минимального припуска на обточку, которая составляет .

На рис.3.6, б приведена схема расточки отверстия во втулке, установленной в трехкулачковом патроне. Ось отверстия (до расточки) I-I смещена относительно оси наружной поверхности втулки II-II на величину . Очевидно, что для получения при расточке отверстия диаметром его диаметр перед расточкой должен, по крайней мере, составлять

.

 

 

Рис.3.6. Схемы обработки заготовок, иллюстрирующие влияние погрешности расположения обрабатываемой поверхности относительно технологических баз на величину минимального припуска

Таким образом, погрешность расположения обрабатываемого отверстия относительно наружной поверхности втулки (технологической базы) должна компенсироваться составляющей минимального припуска на обработку, равной .

На рис.3.6, в представлена схема подрезки торца заготовки, который неперпендикулярен ее оси, используемой в качестве технологической базы. Измерение размера заготовки осуществляется штангенциркулем. Поэтому погрешность расположения торца относительно оси заготовки не войдет в допуск на размер и должна быть включена в минимальный припуск на подрезку этого торца.

 

 

Рис.3.7. Схемы обработки заготовок, иллюстрирующие влияние погрешностей их установки на величину минимального припуска

 

 

5. Погрешность установки заготовки на выполняемом переходе (операции) .

На рис.3.7, а показана схема обточки заготовки, установленной в трехкулачковом патроне. На операции возникает погрешность установки (закрепления) заготовки в радиальном направлении . Как следует из схемы, для получения при обточке заготовки диаметром ее диаметр перед этим должен составлять

.

Таким образом, погрешность установки заготовки должна компенсироваться составляющей минимального припуска на обточку, равной .

На рис.3.7, б дана схема обточки втулки, установленной на жесткой цилиндрической оправке. На операции имеет место погрешность установки (базирования) втулки в радиальном направлении . Из рис.3.7, б видно, что для получения при обточке наружной поверхности втулки диаметром диаметр этой поверхности до обточки , по крайней мере, должен быть

,

т.е. погрешность установки должна быть компенсирована составляющей минимального припуска на обточку.

При расчете минимального припуска на обработку плоскости погрешность установки не следует включать в его величину, так как эта погрешность, как было показано в предыдущем разделе, входит в допуск на соответствующий технологический размер.

Погрешности и являются векторными величинами. Их сумму принято называть пространственным отклонением обрабатываемой поверхности.

Для поверхностей вращения направление векторов и неизвестно. Наиболее вероятным является расположение этих векторов под прямым углом друг к другу, поэтому их суммируют по правилу квадратного корня, т.е.

. (3.1)

Для плоскостей эти векторы коллинеарны. Поэтому

. (3.2)

Погрешность установки на выполняемом переходе (для поверхностей вращения) обычно рассчитывается по формуле

, (3.3)

где , - соответственно погрешности базирования и закрепления на этом переходе. Причем следует иметь ввиду, что в погрешность закрепления, как правило, входит и погрешность приспособления, которую трудно выделить как самостоятельную величину.

Пространственные отклонения обрабатываемой поверхности и погрешности установки также являются векторными величинами и их также суммируют по правилу квадратного корня.

На основе вышеизложенного формулы для определения минимального припуска на обработку могут быть записаны в следующем виде:

- припуск на диаметр при обработке поверхностей вращения

; (3.4)

- припуск на обработку плоскости

. (3.5)

В частных случаях формулы (3.4) и (3.5) упрощаются.

Так, при обточке цилиндрической поверхности заготовки, установленной в центрах, погрешность установки может быть принята равной нулю. Припуск на диаметр в этом случае определится по формуле

.

При развертывании отверстий плавающей разверткой последняя самоустанавливается по отверстию. Вследствие этого пространственное отклонение обрабатываемого отверстия и погрешность установки заготовки не следует включать в состав минимального припуска. Его значение (припуск на диаметр) составит

.

Припуск на полирование плоскости, которое выполняют эластичным абразивным инструментом и используют только для обеспечения малой шероховатости,

.

Почти все составляющие минимального припуска на обработку находят с помощью нормативно-справочных материалов [2, 5]; погрешность базирования определяется расчетом [2, 6].

Данные по шероховатости и толщине дефектного слоя поверхностей заготовок, полученных различными методами [5], приведены в Приложении 2. Данные по погрешностям формы и расположения поверхностей заготовок при механической обработке [5] даны в Приложении 3. Значения погрешностей закрепления заготовок [2] приведены в Приложении 4. Данные по сортаменту сортового проката и его точности представлены в Приложении 5. Обширный нормативно-справочный материал, необходимый для расчета минимальных припусков на обработку, содержится в книге [6].

Рассмотрим пример расчета минимальных припусков на обработку. Предположим, что выполняется токарно-револьверная операция обработки ролика (рис.3.8). В качестве исходной заготовки используется круглый прокат повышенной точности. Заготовка устанавливается в трехкулачковом самоцентрирующем патроне.

Сначала, используя формулу (3.4), найдем минимальный припуск на обточку ролика.

Согласно Приложению 2 шероховатость поверхности и толщина дефектного слоя проката составляют (в среднем) =75 мкм и =115 мкм.

Пространственное отклонение обрабатываемой поверхности определится по формуле (3.1). В данном случае (рис.3.8) сама обрабатываемая поверхность является технологической базой. Поэтому погрешность =0. Следовательно, = . Погрешность формы представляет собой изогнутость заготовки. Для ее определения воспользуемся табл.9 Приложения 5, в которой указана кривизна проката (мкм/мм). Изогнутость для данной схемы установки заготовки составит

,

где - вылет заготовки из патрона.

 

 

Рис. 3.8. Схема токарно-револьверной операции обработки ролика

(номинальный диаметр – 20 мм, длина – 30 мм)

 

Для проката повышенной точности =0,2 мкм/мм. Вылет заготовки из патрона 40 мм. Таким образом, получим

(мкм)

Погрешность установки заготовки найдется по формуле (3.3). В данном случае погрешность базирования заготовки в радиальном направлении =0. Значит = . Погрешность закрепления заготовки в радиальном направлении найдем по табл. 1 Приложения 4. Она составит 370 мкм, т.е. = =370 мкм.

Минимальный припуск на обточку ролика составит

(мкм).

Теперь по формуле (3.5) подсчитаем минимальный припуск на подрезку торца ролика (см.рис.3.8).

Отметим, что указанный торец был сформирован при отрезке предыдущего ролика.

По Приложению 2 шероховатость поверхности и толщина дефектного слоя (для чернового точения) составляют (в среднем) =115 мкм и =75 мкм.

Пространственное отклонение торца найдем по формуле (3.2). Из Приложения 3 =30 мкм, а =80 мкм. Таким образом

(мкм).

Минимальный припуск на подрезку торца ролика

(мкм).