13.2. Алгоритм расчета припусков и межоперационных размеров

Определение припусков на обработку и допусков на промежуточные операционные размеры, обеспечивающие возможность получения деталей требуемого качества, имеет важное технико-экономическое значение.

Завышенные припуски на обработку являются причиной перерасхода материала, увеличения трудоемкости, приводят к снижению качества поверхности за счет удаления наиболее износостойких поверхностных слоев, повышают затраты на электроэнергию. С другой стороны, заниженные припуски также снижают качество обработки, так как не позволяют полностью удалить дефектный слой, затрудняют достижение требуемой точности и шероховатости поверхности. В связи с этим возникает необходимость технически обоснованного выбора общего и межоперационных припусков на обрабатываемые поверхности. Под общим припуском подразумевается слой металла, необходимый для выполнения всей совокупности технологических переходов, т. е. всего процесса обработки данной элементарной поверхности от черной заготовки до готовой детали.

Общий припуск определяется как сумма операционных припусков

где Z_i - припуск на обработку рассматриваемой поверхности на i-й операции.

Существуют три метода определения припуска, которые находят применение и в САПР ТП: дифференциально-аналитический, нормативный и интегрально-аналитический.

Дифференциально-аналитический метод определения припусков базируется на анализе производственных погрешностей и является наиболее точным. Он дифференцированно учитывает влияние на величину припуска конфигурации и размеров детали, качества заготовки, а также погрешностей, возникающих при механической и термической обработке.

Наиболее общий вид формулы для определения минимального припуска (мм) на обработку на i-ой операции можно представить в виде

где Rz_i-1 - высота шероховатости неровностей профиля, мкм;

T_i-1 - глубина дефектного слоя на предшествующей операции (переходе), мкм; - векторная сумма пространственных отклонений взаимосвязанных поверхностей обрабатываемой заготовки, полученных на предшествующей операции, мкм; - векторная сумма погрешностей базирования и закрепления, мкм; k - коэффициент, учитывающий характер припуска (для односторонних припусков k=1, для симметричного - k=2).

Рассматриваемый метод находит наибольшее применение при автоматизации решения технологических задач. Он позволяет наиболее точно определять значения припусков и операционных размеров, что способствует в ряде случаев снижению отходов металла в стружку на 20 - 50%.

В качестве исходной информации для автоматизации расчета припусков используются следующие данные: чертеж детали с техническими требованиями, метод получения заготовки, точность и качество заготовки, установочные базы, тип приспособления, технологический маршрут обработки элементарной поверхности и вид термической обработки.

Алгоритм расчета припусков и операционных размеров с использованием дифференциально-аналитического метода включает следующие этапы:

1. Ввод исходной информации.

2. Выбор или назначение технологического маршрута обработки l-й элементарной поверхности.

3. Определение составляющих , , ,

4. Расчет минимального припуска Z_min, для i-й операции.

5. Определение допусков для соответствующих квалитетов, их верхних и нижних отклонений l-й поверхности для каждой i-й операции.

6. Расчет максимальных, общих и номинальных припусков на все операции технологического процесса обработки l-й поверхности.

7. Расчет минимальных и максимальных размеров обрабатываемых поверхностей по всем операциям обработки l-й поверхности.

Основной трудностью создания вышеописанного алгоритма является подготовка и формализация на 3-м этапе большого объема справочно-нормативной информации, особенно для определения погрешностей базирования, закрепления, пространственных отклонений в связи с их многообразием в зависимости от конкретных условий обработки.

Нормативный метод определения припусков, который еще называют опытно-статистическим, является основным методом назначения припусков при неавтоматизированном проектировании. В основе этого метода лежит использование нормативных таблиц, по которым определяется величина припуска в зависимости от размеров поверхности, вида и метода обработки, наличия и характера термообработки. При этом припуск устанавливается на основании опытных данных о фактических припусках, при которых производилась обработка аналогичных заготовок.

Из-за большого объема нормативных таблиц этот метод расчета припусков находит более ограниченное применение в САПР ТП, чем дифференциально-аналитический, несмотря на то что сам алгоритм выбора припуска в этом случае является более простым.

Интегрально-аналитический метод определения припусков основан на использовании эмпирических уравнений следующего типа (для поверхностей вращения):

.

Коэффициент а представляет собой часть припуска, которую необходимо снять, чтобы удалить дефектный слой T_i-1 и высоту неровностей . Сумма соответствует части припуска, которая вводится для компенсации неравномерности, обусловленной пространственными отклонениями отдельных участков обрабатываемой поверхности и зависящей от габаритов детали D, L и способа ее установки. Коэффициенты a, b, c и показатели степени m и n могут быть определены путем обработки справочно-нормативных таблиц операционных припусков. Эти параметры эмпирических формул вычисляются методом наименьших квадратов.

Использование интегрально-аналитического метода позволяет установить с помощью эмпирических зависимостей минимальные операционные припуски для различных поверхностей и методов обработки. На основе эмпирических зависимостей типа Z_min =f(D,L) для наружных поверхностей вращения разрабатывают алгоритм определения операционных припусков и размеров .

При расчете припусков в качестве исходной информации обычно используется, как отмечалось выше, заранее спроектированный технологический маршрут, с учетом которого и назначается припуск.

При более общем подходе к задаче выбора оптимальных припусков с целью обеспечения в процессе обработки заготовки требуемого качества поверхности и точности при минимальной себестоимости изготовления детали возникает необходимость анализа различных вариантов маршрутов обработки элементарных поверхностей.

Рассмотрим эту задачу на примере формирования технологического маршрута обработки элементарной наружной поверхности вращения. Применительно к таким поверхностям удобно использовать понятие «стадия обработки», под которым понимают укрупненную группу операций, включающую однородную по характеру, точности и качеству обработку элементарных поверхностей. Это понятие может быть отнесено и к детали в целом. Выделяют 6 стадий обработки: I - черновая операция, II - получистовая. III - чистовая, IV - тонкая, V - отделочная, VI - доводочная операция. Для элементарных поверхностей обычно стадия обработки совпадает с операцией или переходом. Причем число операций, обеспечивающих близкие по значению требования качества изготовления детали, в пределах одной стадии может быть различным .

Анализ приведенных данных показывает, что для достижения определенной точности и шероховатости элементарной поверхности могут быть использованы различные технологические маршруты. Для их описания воспользуемся методами теории графов. В этом случае технологический маршрут обработки элементарной наружной поверхности вращения может быть представлен в виде графа Подобные графы разрабатываются на основе общих правил построения маршрутов обработки определенного типа элементарных поверхностей, известных из технологии машиностроения. Так, при использовании операции накатывания (код 8) отпадает необходимость в выполнении операции тонкого шлифования (код 7), что позволяет перейти в этом случае сразу от IV стадии к VI. Общее количество возможных вариантов обработки рассматриваемого типа поверхности не превышает девяти, и поэтому выбор оптимального варианта может быть получен их перебором.