а) размерным износом режущих инструментов - и;

б) упругими деформациями технологической системы под влиянием силы резания - у;

в) геометрическими неточностями станка ст;

г) температурными деформациями технологической системы т.

При обработке на станках с ЧПУ дополнительно возникают погрешности позиционирования элементов системы и отработки программ управления.

Расчет точности необходим в основном для операций чистовой обработки, выполняемых с допуском по 6-му - 11-му квалитетам.

Суммарные погрешности обработки деталей на настроенных станках определяют по уравнениям:

- для диаметральных размеров

;

Расчет погрешности диаметральных размеров при однорезцовом точении может быть выполнен по методике, изложенной в [22].

После определения суммарной погрешности проверяется возможность обработки без брака:

где - допуск на операционный размер.

В случае несоблюдения этого условия необходимо предложить конкретные мероприятия по снижению .

1. Определим величину погрешности и (на радиус), вызванную размерным износом резца:

где: L - длина пути резания при обработке партии N деталей, определяемая как:

L = *D*l/So = (3,14*100,4*15/0,09)*5 = 262713,3333 мм (263 м)

Дополнительный путь резания L0=500 м соответствует начальному износу вершины резца в период приработки.

Для сплава T30K4 относительный износ и0=4 мкм/км.

((263+500)/1000)*4 = 3,052 мкм;

2. Определим колебание отжатий системы у вследствие изменения силы Py из-за непостоянных глубины резания и податливости системы при обработке.

y=Wmax(Py max - Py min)

где Wmax - наибольшая и наименьшая податливость системы, мкм/кН;

Pymax, Pymin наибольшее и наименьшее значения составляющей силы резания, совпадающей с направлением выдерживаемого размера, кН.

Для станка 16К20Ф3С32 повышенной точности наибольшее и наименьшее допустимое перемещение продольного суппорта под нагрузкой 5,5 кН составляет соответственно 150 мкм. При установке заготовки консольно в патроне минимальную податливость системы не определяют из-за малого свеса заготовки, поэтому максимальная податливость будет возможна при положении резца в конце обработки, т.е. у передней бабки станка. Исходя из этого, можно принять Wmax=150/5,5=27,273 мкм/кН.

Заготовку, установленную на станке можно представить как балку на двух опорах, нагруженную сосредоточенной силой, а наибольший прогиб в середине вала

где lд - длина заготовки,

E - модуль упругости материала,

J=0,05dпр4 - момент инерции поперечного сечения вала;

dпр - приведенный диаметр заготовки, для гладких валов dпр=dвала; для ступенчатых валов с симметричным уменьшением диаметров ступеней

= 150 мм

Имея в виду, что W=y/Py, после соответствующих преобразований получим. При установке заготовки в центрах величина наибольшей податливости заготовки:

= (2/150)*((60/150)*(60/150)*(60/150)) =

= 0,001 мкм.

Тогда максимальная податливость технологической системы:

Wmax =27,273+0,001=27,274 мкм/кН.

Наибольшее Pymax и наименьшее Pymin нормальные составляющие усилия резания определяются согласно формуле:

Py =10CptxsyvnKp ,

где: постоянная Cp =243, показатели степеней x=0,9 y=0,6 n= -0,3; поправочный коэффициент Kp =KмpKpKpKpKrp =1.

На предшествующей операции (предварительном точении) заготовка обработана с допуском по IT10, т.е. возможно колебание припуска на величину 1/2*(IT10+IT8), что для диаметра 100,4 мм составит 0,5*(0,14+0,054) = 0,097 мм, а колебание глубины резания составит:

tmin= Zmin=0,3 мм ;

tmax=Zmin+0,097=0,3+0,097=0,397 мм;

Py max= 2,430,60,90,090,6191-0,31= 0,099 кН;

Py min= 2,430,20,90,090,6191-0,31= 0,053 кН.

Колебание обрабатываемого размера вследствие упругих деформаций:

y=Wmax(Py max-Py min )= 27,274*(0,099-0,053) = 1,255 мкм

3. Определим погрешность, вызванную геометрическими неточностями станка ст.

где С - допустимое отклонение от параллельности оси шпинделя направляющим станины в плоскости выдерживаемого размера на длине L;

l - длина обрабатываемой поверхности.

Для токарных станков повышенной точности при наибольшем диаметре обрабатываемой поверхности до 400 мм С = 8 мкм на длине L = 300 мм.

При длине обработки l =15 мм:

= (8/300)*15 = 0,4 мкм.

4. В предположении, что настройка резца на выполняемый размер производится с учетом дискретного перемещения инструмента шаговым двигателем, то примем метод регулирования положения вершины резца с контролем положения резца с помощью стрелочного индикатора с ценой деления 0,01 мм, определим погрешность настройки в соответствии с формулой:

,

где р - погрешность регулирования положения резца;

изм - погрешность измерения размера детали;

кр=1,73 и ки=1,0 - коэффициенты, учитывающие отклонения величин р и изм от нормального закона распределения.

Для заданных условий обработки:

р=10 мкм и изм=13 мкм при измерении IT8 мм. Тогда погрешность настройки

= 18,48 мкм.

5. Определим температурные деформации технологической системы, приняв их равными 15 % от суммы остальных погрешностей:

= 0,15*(3,052+1,255+0,4+18,48) =

= 3,478 мкм

6. Определим суммарную погрешность обработки:

= 38,9953 мкм.

не превышает заданную величину допуска (Td=54 мкм), поэтому возможна обработка без брака.

11. Общая оценка детали

Размерная цепь - это замкнутый контур, образованный тремя или более размерами, непосредственно участвующими в решении задачи обеспечения точности замыкающего звена.

Технологические размеры цепи рассчитываются чаще всего методом полной взаимозаменяемости.

В размерной цепи замыкающим звеном является технологические требования на обеспечение работоспособности узла. Чаще всего замыкающим звеном в технологической размерной цепи является то, которое получается как результат выполнения всех остальных.

Схематическое представление технологического процесса обработки детали:

Совмещенный граф:

Первая размерная цепь:

S4 = Р6

S4 = 140-0,25

Вторая размерная цепь:

S5 = S4 - Р1 = 140 - 110 = 30

TS5 = TР1 - TS4 = {Ужесточаем допуск на размер S4 = 140-0,084} = 0.21 - 0,084 = 0,126, S5 = 110±0.063

Третья размерная цепь:

S3min = Р1max + Р2max +Z1min = 110,21 + 5,21 + 0.4 = 115,82

S3max = S3min + TS3 = 15,82+1 = 16,82, S3 = 16

Z1 = 1

Четвертая размерная цепь:

S1 = Z1 + Р6 = 1 + 40 = 41

TS1 = TZ1 - TP6 = 0.84 - 0,25 = 0,59, S1 = 141±0.295

Пятая размерная цепь:

S2 = S1 - Р3 = 41- 10 = 31

TS2 = TP3 - TS1 = {Ужесточаем допуск на размер S1: S1 = 41±0.05} = 0.13 - 0,1 = 0,03, S2 = 31±0.015

Шестая размерная цепь:

B1min = Z4min + S1max = 41.05 + 0.4 = 41.45

B1max = B1min + TB1 = 41.45+1.6 = 43.05, B1 = 143

Z4 = 1

Седьмая размерная цепь:

B2max = S3min - Z2min -P2max = 16.82 - 0.4 - 5 = 11.42

B2min = B2max - TB2 = 11.42-0.84 = 10.58, B2 = 111±0.42

Z2 = 1

Восьмая размерная цепь:

B3max = B1min - S3max -Z3min = 43.45 - 17.82 - 0.4 = 25.23

B3min = B3max - TB3 = 25.23-1.4 = 23.83, B3 = 124

Z3 = 2

Точить наружную ступень получисто, выдерживая размеры диам. 100-0,22; 52+-0,1

Расчет режимов резания для наружного продольного точения

Исходные данные для расчетов:

- материал обрабатываемой заготовки -сталь

- предел прочности обрабатываемого материала - sв =550, МПа.

- материал режущей части инструмента - твердый сплав

- обрабатываемый диаметр, D =100 мм

- длина обработки, L = 10 мм

Выбираем глубину резания в зависимости от стадии обработки поверхности (черновая, предварительная, чистовая), t =0,5 мм [1, стр. 266]

Выбираем рабочую подачу в зависимости от глубины резания и достигаемой шероховатости поверхности, S =0,12 мм/об [1, стр. 267]

Рассчитываем скорость резания по зависимости [1, стр. 265]:

где Сv, m, x, y - коэффициенты, учитывающие вид обработки [1, стр. 269]:

Сv = 420

m = 0.2

x = 0.15

y = 0.2

Т - значение стойкости инструмента, для одноинструментальной обработки Т = 30 … 60 мин, принимаем

Т =45 мин.

kv - коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки [1];

kv=0,502062545454546

Коэффициент kv определяется по зависимости:

kv = kmv*kpv*kiv*kfv*kf1v*kr,

где kmv - коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки определяется по зависимости [1, стр. 261]:

kmv = kg*(750/sв)nv, здесь

kpv - коэффициент, учитывающий состояние обрабатываемой поверхности [1, стр. 263]

kpv =0.8

kiv - коэффициент, учитывающий материал инструмента [1, стр. 263]:

kiv =0.85

kшv - коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане [1, стр. 271],

kшv = 0.8

k1v - коэффициент, учитывающий влияние вспомогательного угла в плане [1, стр. 271],

k1v = 0.8

kr - коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине инструмента [1, стр. 271],

kr = 0.94

Частота вращения шпинделя рассчитывается по формуле

n = (1000*V)/(3,14*D)

расчетное значение n корректируем в соответствии с рядом частот вращения шпинделя станка, n =540 об/мин

Фактическая скорость резания V =167 м/мин

Определяем основное время обработки То по зависимости:

То = L/(n*S)

To=0,24 мин

Таблица с режимами для обработки

Точить канавку с одновременным чистовым подрезанием торца, выдерживая размеры диам. 95-0,35; 45+-0,05

Исходные данные для расчетов:

- материал обрабатываемой заготовки -сталь

- предел прочности обрабатываемого материала - sв =550, МПа.

- материал режущей части инструмента - твердый сплав

- обрабатываемый диаметр, D =95 мм

- длина обработки, L = 37 мм

Выбираем глубину резания в зависимости от стадии обработки поверхности (черновая, предварительная, чистовая), t =5 мм [1, стр. 266]

Выбираем рабочую подачу в зависимости от глубины резания и достигаемой шероховатости поверхности, S =0,2 мм/об [1, стр. 267]

Рассчитываем скорость резания по зависимости [1, стр. 265]:

где Сv, m, x, y - коэффициенты, учитывающие вид обработки [1, стр. 269]:

Сv = 420

m = 0.2

x = 0.15

y = 0.2

Т - значение стойкости инструмента, для одноинструментальной обработки Т = 30 … 60 мин, принимаем

Т =45 мин.

kv - коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки [1];

kv=0,502062545454546

Коэффициент kv определяется по зависимости:

kv = kmv*kpv*kiv*kfv*kf1v*kr,

где kmv - коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки определяется по зависимости [1, стр. 261]:

kmv = kg*(750/sв)nv, здесь

kpv - коэффициент, учитывающий состояние обрабатываемой поверхности [1, стр. 263]

kpv =0.8

kiv - коэффициент, учитывающий материал инструмента [1, стр. 263]:

kiv =0.85

kшv - коэффициент, учитывающий влияние главного угла в плане [1, стр. 271],

kшv = 0.8

k1v - коэффициент, учитывающий влияние вспомогательного угла в плане [1, стр. 271],

k1v = 0.8

kr - коэффициент, учитывающий влияние радиуса при вершине инструмента [1, стр. 271],

kr = 0.94

Частота вращения шпинделя рассчитывается по формуле

n = (1000*V)/(3,14*D)

расчетное значение n корректируем в соответствии с рядом частот вращения шпинделя станка, n =360 об/мин

Фактическая скорость резания V =107 м/мин

Определяем основное время обработки То по зависимости:

То = L/(n*S)

To=0,59 мин

Таблица с режимами для обработки

Вычисленные режимы резания представлены на маршрутно-операционных картах.

Для операций точения применяем токарный контурный резец с механическим креплением трехгранных пластин из твердого сплава (Т15К6) [3, табл.26, стр.130]. Для растачивания используем токарный расточной резец с механическим креплением многогранных твердосплавных пластин клином (ГОСТ 18881-73) [3, стр.129, табл.24].

13. Оценка нормативного времени и затрат труда

Определим нормы времени на Токарную операцию с ЧПУ 010.

В серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени:

Где

Тп.з.- подготовительно-заключительное время, мин;

n- количество деталей в партии запуска (в нашем случае 40, см расчет выше), шт;

Тшт.- норма штучного времени, мин.

Тшт.=То+Тус+Тзо+Туп+ Тизм+Тоб.ст

где:

То- основное время, мин;

Т ус - время на установку/снятие детали, мин;

Туп- время на приемы управления, мин;

Т зо -время на закрепление и открепление детали;

Т об.ст - общее время на обслуживание рабочего места и отдыха

Тоб.ст.=Топ*(nоб.ст./100%) ,где Топ - оперативное время.

Топ. = То +Тв

nоб.ст. -затраты времени на обслуживание рабочего места, %;

Время работы станка по программе управления (время цикла обработки) tп.у. равно неполному оперативному времени работы станка: tп.у.=tо+tм.в.=tоп.н.

Элементы штучного времени определяются так же, как и для случаев обработки на станке с ручным управлением.

Определяем основное время по переходам:

Основное время на всю операцию:

То = 0,34+0,67+0,18+0,59+0,27+0,37+0,73+0,45+0,6+0,18+0,17 = 4,55 мин

Определяем вспомогательное время:

Так как способы установки и закрепления заготовок при обработке на станках с ЧПУ принципиально не отличаются от способов, применяемых на станках с ручным управлением, то tв.у. определяют по имеющимся нормативам для станков с ручным управлением (для приспособления открытого типа с винтовыми зажимными механизмами):

tв.у. = 0,65 мин [1, с.54]

Машинное вспомогательное время tм.в. включает комплекс приемов, связанных с позиционированием (для операции 010 обработка ведется за один установ), ускоренным перемещением рабочих органов станка, подводом инструмента вдоль оси в зону обработки и последующим отводом, автоматической сменой режущего инструмента из инструментального магазина (в операции 010 используется 8 инструментов - время смены инструмента 0,8 мин):

Тв = 0,65+(8*0,8) = 7,05 мин [1, табл.12, с.607]

Определяем время обслуживания рабочего места и время на личные надобности:

В состав по организационному обслуживанию рабочего места включены: осмотр, нагрев системы ЧПУ и гидросистемы, опробование оборудования, получение инструмента от мастера в течение смены, смазывание и очистка станка в течение смены, предъявление контролеру ОТК пробной детали, уборка станка и рабочего места по окончанию работы.

К техническому обслуживанию рабочего места относятся: смена затупившегося инструмента, коррекция инструмента на заданные размеры, регулирование и подналадка станка в течение смены, удаление стружки из зоны резания в процессе работы.

На обслуживание рабочего места и личные надобности отводится от 8 до 25% от оперативного времени tоп.

tоп=tо+tв

Штучно-калькуляционное время определяется:

Тшт.к.=Тшт+Тп.з./n мин

Тп.з.- подготовительно-заключительное время на партию, мин;

n- размер партии деталей, запускаемых в производство, шт;

Подготовительно-заключительное время Тп.з. при обработке на станках с ЧПУ состоит из затрат времени (приемов) Тп.з.1, из затрат Тп.з.2, учитывающих дополнительные работы, и времени Тп.з.3 на пробную обработку детали.

Тп.з.=Тп.з.1+Тп.з.2+Тп.з.3 [1, с.604]

В соответствии с руководящим материалом Оргстанкинпрома принята единая норма Тп.з1=12 мин для всех станков с ЧПУ.

Тп.з.2=15 мин [1, табл.12 с.607]

Тп.з.3=8 мин [1, табл.15 с.617]

Тп.з.=12+15+8=35 мин

Тшт.к = (4,55+7,05)*1,15+35/40 = 14,215 мин

Нормы времени на другие операции определяем аналогично и заносим в соответствующие графы операционных карт технологической документации.