Методы определения припусков на механическую обработку

Имеется два основных метода определения припусков на механическую обработку поверхности: опытно-статистический и расчетно-аналитичес-кий.

Опытно-статистический метод еще находит широкое примене­ние в машиностроении. При этом методе припуск устанавливают по стандартам и таблицам, которые составлены на основе обобще­ния и систематизации производственных данных передовых пред­приятий /1, 27 и др. /. Припуски на механическую обработку поковок, изготовленных различными методами, и отливок из металлов и сплавов определяются по таблицам ГОСТов, справочных данных, которые составлены на основании обобщения и систематизации производственных наблюдений ряда передовых предприятий.

В этих ГОСТах припуски даны в зависимости от массы и га­баритных размеров деталей, их конструктивных форм, заданных точности и параметра шероховатости обрабатываемой поверхности.

Существенный недостаток этого метода заключается в том, что припуски назначаются независимо от технологического процесса обработки детали без учета конкретных условий его выполнения; как правило, они завышены, так как рассчитаны на неблагоприят­ные условия, при которых припуск должен быть наибольшим во избежание брака. Отмеченный недостаток приводит к увеличению расхода материала и трудоемкости изготовления заготовок.

Основное преимущество опытно-статистического метода – экономия времени на установление припуска.

Расчетно-аналитический метод определения припусков на об­работку разработан профессором В.М.Кованом. При этом методе рас­считывают мини-мальный припуск на основе анализа факторов, влияющих на формирование припуска, с использованием нор­мативных материалов. Припуски на обработку определяют таким образом, чтобы на выполняемом технологическом переходе были устранены погрешности изготовления детали, которые остались на предшествующем переходе. Схема поверхностного слоя после обработки наружной поверхности заготовки показана на рис.9.4, где А – удаляемая дефектная часть поверхностного слоя; Б – неудаляемая часть поверхностного слоя; В – исход­ная структура материала; Rz _i-1 – высота неровностей, характеризующая шероховатость поверхности; h _{i -1} – глубина дефектного поверхностного слоя.

Качество обработанной поверхности заготовки характеризуется шероховатостью, состоянием и глубиной поверхностного слоя. При расчетах величины припуска исходят из того, что шероховатость поверхности и дефекты поверхностного слоя, сформированные на предшествующем переходе (i - 1), должны быть удалены на выполняемом переходе (операции). При этом надо учитывать не полную глубину поверхностного слоя, а лишь его дефектной части. Необходимо стремиться оставить наклепанный поверхностный слой более износостойкий, чем нижележащие слои исходной структуры, а также способствующий получению меньшей шероховатости поверхности при ее обработке в зоне этого слоя.

Точность рассматриваемой поверхности (заготовки, обработанной на соответствующем переходе) характеризуется допусками на ее размеры, а также отклонениями формы и пространственными отклонениями.

При расчете припусков отклонения формы поверхности отдельно не учитывают. Принимают, что эти отклонения (овальность, бочкообразность, седлообразность, конусность, вогнутость, выпуклость и т.п.) не должны превышать допуска на размер и, как правило, должны составлять некоторую его часть.

Пространственные отклонения Δ_Σ (кривизна и коробление заготовки, эксцентричность отверстия относительно наружной поверхности, увод оси отверстия, отклонения от параллельности, перпендикулярности осей, плоскостей и т.п.) следует учитывать отдельно при расчете припусков на обработку.

Перечисленные отклонения проявляются в результате предшествующей обработки. На выполняемом переходе (операции) может возникнуть погрешность установки (Δуi) .

C учетом изложенного минимальный промежуточный припуск на выполняемом переходе в общем виде можно определить по формулам:

для асимметричных припусков

Zi min = (Rz _i-1 + h _i-1) + | |; (9.4)

для симметричных припусков

2Zi min = 2[ (Rz _i-1 + h _i-1) + | |]; (9.5)

Общая величина двух пространственных отклонений определяется суммой векторов:

  . (9.6)

Для частных случаев – совпадающего и противоположного направления векторов, соответственно, зависимость (9.6) можно представить в виде:

 Δ_Σ = Δ₁ + Δ₂ ; Δ_Σ = Δ₁ – Δ₂ .

В ряде случаев предвидеть направление векторов трудно. В этих случаях пространственные отклонения определяются по правилам квадратного корня

Δ_Σ =  . (9.7)

Могут быть варианты, когда общее пространственное отклонение суммируется из нескольких составляющих, каждое из которых представляет собой вектор.

Погрешности установки были рассмотрены в главе 4.

При обработке плоскостей имеют место коллинеарные векторы Δ_{Σ i-1} ; Δу_i , тогда

 | | = (Δ_{Σ i-1} + Δу_i) . (9.8)

При обработке наружных и внутренних поверхностей вращения векторы Δ_{Σ i-1} и Δу_i могут принимать любое угловое положение, предвидеть которое заранее не представляется возможным. Поэтому суммарное значение этих векторов определяется по правилу квадратического корня:

| | =  . (9.9)

С учетом отмеченных положений формул (9.4) и (9.5) для конкретных видов обработки можно представить в следующем виде:

для асимметричного припуска при последовательной обработке противоположных плоских поверхностей

Zi min = (Rz _i-1 + h _i-1) + (Δ_{Σ i-1} + Δу_i) ; (9.10)

для симметричного припуска при параллельной обработке противолежащих плоских поверхностей

2Zi min = 2 [ (Rz _i-1 + h _i-1) + (Δ_{Σ i-1} + Δу_i) ] ; (9.11)

для симметричного припуска при обработке наружных и внутренних поверхностей вращения

2Zi min = 2 [ (Rz _i-1 + h _i-1) +] . (9.12)

Формулы (9.4), (9.5), (9.10), (9.11), (9.12) являются основными, общими для расчета припусков на механическую обработку. В ряде конкретных случаев отдельные составляющие отмеченных формул могут быть исключены. Например:

1.     При механической обработке заготовок из серого и ковкого чугуна слагаемое h учитывается только при выполнении первого технологического перехода, так как процесс резания не приводит к существенным изменениям поверхностного слоя.

2.     При обработке цилиндрической поверхности детали, установленной в центрах, при бесцентровом шлифовании погрешность установки может быть принята равной нулю, тогда

 2Zi min = 2 [ (Rz _i-1 + h _i-1) + Δ_{Σ i-1} ] .

3.     Обработка отверстий плавающей разверткой и протягиванием не устраняет смещение и увод оси; в этом случае также отсутствует погрешность установки, следовательно, формула будет иметь вид:

 2Zi min = 2 (Rz _i-1 + h _i-1) .

4.     В тех случаях, когда целью обработки поверхности является лишь уменьшение параметров ее шероховатости (полирование, суперфиниширование), минимальный припуск определяется величиной

 2Zi min = 2 Rz _i-1 .

 Если при этом необходимо учитывать погрешности, связанные с настройкой инструмента на размер и его износом, не превышающим 0,5 допуска на обработку (Тi), минимальный припуск будет равен

 2Zi min = 2 Rz _i-1 + 0,5Тi .

При шлифовании заготовок, после их термической обработки, поверхностный слой должен быть сохранен; следовательно, в расчетных формулах (9.10), (9.11), (9.12) будет отсутствовать слагаемое h _i-1.