Технология

1. Основные положения и понятия Слово «технология» образованно из двух греческих слов  techno – искусство, мастерство, умение  logos – слово, учение Технология – означает науку, систематизирующую совокупность приемов и способов обработки (переработки) сырья, материалов, полуфабрикатов соответствующими орудиями производства в целях получения готовой продукции. Для превращения предметов природы в полезные для человека изделия служит производственный процесс (ПП). ПП включает все этапы, которые проходит предмет природы на пути превращения в изделие. Так, например, железная руда добывается в шахтах, затем ее транспортируют на металлургические завод, где после плавки превращают в металл. Металл поступает на машиностроительный завод, где, после различного рода обработки, превращается в детали. Из деталей в последующем собирают готовые изделия. ПП, осуществляемый на машиностроительном заводе, является частью всего производственного процесса превращения предметов природы в машину. Машиностроительный завод обычно получает от других заводов в виде полуфабрикатов различные материалы, а нередко и изделия (подшипники, электрооборудование). Вследствие этого, производственным процессом в машиностроение называют совокупность всех этапов, которые проходят полуфабрикаты на пути превращения в готовую машину. Производственный процесс машиностроительного завода включает в себя получение заготовок, различные виды их обработки, контроль качества, транспортирование, хранение на складе, сборку машин, испытания, регулировку, окраску, отделку и упаковку. Технологический процесс – это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению состояния предмета труда (ГОСТ 3.1109-82). Пример: все виды механической обработки служат в основном для изменения размеров и формы материала, заготовки или детали. В данном случае – технологический процесс механической обработки. Термическая обработка связана с изменением физических свойств материала, заготовки или детали – имеем технологический процесс термической обработки. 1 Сборка целью изменение формы и относительного положения детали путем соединения их в сборочные единицы и готовую машину – имеем технологический процесс сборки. Для выполнения технологического процесса должно быть организованно и надлежащим образом оборудовано рабочее место. Рабочее место обычно представляет собой часть объема цеха, которое предназначено для выполнения работы одним рабочим или группой рабочих и в котором размещено технологическое оборудование, инструмент, приспособления, подъемно-транспортное оборудование, стеллажи для хранения заготовок, деталей или сборочных единиц. Законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте, называется технологической операцией. Операция является основным элементом производственного планирования и учета. На операцию обычно разрабатывается и выписывается вся основная планировочная, учетная и технологическая документация. Примеры операции:  обработка детали или нескольких одинаковых деталей на станке;  штамповка детали на прессе;  шабрение направляющих станка;  установка и закрепление двигателя на шасси автомобиля. Применительно к механосборочному производству: Технологическая операция – это часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте, над одним или несколькими изделиями, одним или несколькими рабочими. Условие непрерывности операции означает выполнение предусмотренной ее работы без перехода к обработке другого изделия. Пример: обработка ступенчатого вала a) за одну технологическую операцию: o установит заготовку o обработать вал с одного конца o переустановить заготовку o обработать второй конец b) за две технологических операции: o установит заготовку o обработать вал с одного конца и так все заготовки  переустановить заготовку  обработать второй конец и так все заготовки 2 Основными технологическими элементами, из которых формируются (и на которые делятся) операции являются переходы. Технологический переход – законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения без изменения или автоматического изменения технологических режимов. Пример:  получение поверхности сквозного отверстия в детали, обрабатываемое спиральным сверлом;  получение плоской поверхности детали обработкой торцевой фрезой. В случае если поверхность отверстия в детали получается при помощи сверла, зенкера и развертки, т.е. трех последовательно работающих инструментов – это обработка в три перехода. Рабочий ход – это законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного относительного движения режущего инструмента и обрабатываемой детали, в результате которого происходит изменение состояния заготовки. Пример: образование цилиндрической поверхности шлифованием на круглошлифовальном станке с продольной подачей может осуществляться в один проход, выполняемый при помощи довольно большого числа рабочих ходов. Применительно к сборке под переходом понимается законченный процесс присоединения одной детали к другой. Пример:  монтаж шпонки в шпоночный паз;  монтаж подшипника на вал;  завертывание одной гайки при закреплении двух соединенных деталей и т.д. Переход термической обработки представляет собой выполнение, например, нагрева детали в нагревочном устройстве, закалка детали, очистка детали. В частном случае операция может состоять из одного перехода, если кроме этого перехода, на данном рабочем месте не выполняются другие. Выполнение, например, одновременной обработки плоских поверхностей корпусной детали с помощью трех торцевых фрез (рис.1) тоже один технологический переход, который состоит из трех элементарных переходов – выполняемых одним инструментом над одной поверхностью без изменения режима работы станка. 3 Рисунок 1 Чтобы иметь возможность обработать заготовку, ее необходимо, прежде всего, установить и закрепить с требуемой точностью в приспособление или на столе станка. При сборке следует проделать тоже самое с деталью (она называется базовой), к которой присоединяются другие детали машины. Такую деталь устанавливают и закрепляют с требуемой точностью на сборочном стенде или в приспособлении конвейера. Физически процесс установки заготовки в приспособлении на столе станка или на конвейере с требуемой точностью получил название установки. Этот процесс обычно включается в операцию как один из составляющих ее переходов. Таким образом, установом называется часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок или собираемой сборочной единицы. После того как заготовка установлена и закреплена, ей сообщается необходимое для обработки или сборки движение. Чтобы получить в результате обработки или сборки возможно бОльшую точность, требуется сохранить неизменность положения заготовки относительно поверхности приспособления или стола станка, определяющих ее положение в продолжение всего времени обработки. Обработку детали, сохраняющей указанную неизменность положения в продолжение всего процесса, принято называть обработкой детали с одной установки. В ряде случаев полностью обработать деталь с одной установки не представляется возможным (привести пример). Если деталь в процессе установки приходится устанавливать и закреплять несколько раз, говорят об обработке детали с нескольких установок. Для выполнения отдельных частей технологического процесса обрабатываемый или собираемый объект производства, установленный и закрепленный в приспособлении, должен занимать вместе с ним одно или ряд последовательных положений в пространстве. Каждое новое положение, 4 занимаемое объектом производства, совместно с приспособлением, в котором объект установлен и закреплен, называется рабочей позицией или просто прицел. Таким образом, позиция – это фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования при выполнении определенной части операции. Как видно из этого определения, различие между установкой и позицией заключается в том, что при каждой новой установке объект производства меняет свое положение относительно приспособления, стола станка или сборочного стенда. При смене позиции объект производства сохраняет свое положение относительно приспособления, в котором он установлен и закреплен, и меняет свое положение относительно оборудования, рабочего места или сборочного стенда, совместно с приспособлением (привести примеры). При выполнении каждого технологического перехода, операции и процесса обработки детали или сборки машины затрачивается то или иное количество труда рабочего надлежащей квалификации при нормальной интенсивности. Количество времени, затрачиваемого работающим при нормальной интенсивности труда на выполнение того или иного технологического процесса или его части, называется трудоемкостью. Различают фактическую трудоемкость, понимая под ней количество времени, фактически затраченного работающим на выполнение работы, и расчетную или нормативную трудоемкость, понимая под ней то количество времени, которое должно быть затрачено на выполнение той или иной работы. Единицей измерения трудоемкости служит человеко-час. При обработке детали на станках (или других видах оборудования) последние бывают заняты на протяжении того или иного промежутка времени, в продолжение которого обрабатываемая деталь находится на станке. Для расчета занятости станков выполнением отдельных операций и для расчета количества станков, необходимого для выполнения одной или нескольких операций или обработки детали по всем операциям, служит понятие станкоемкости. Станкоемкостью называют время, в течение которого фактически занят (фактическая станкоемкость) или должен быть занят (расчетная станкоемкость) станок, несколько станков или других видов оборудования для выполнения отдельной или всех операций по обработке детали или целого изделия. В соответствии с этим различают станкоемкость операции, станкоемкость 5 детали и станкоемкость изделия. Единицей измерения трудоемкости служит станко-час. Трудоемкость выполнения технологической операции является критерием эффективности технологического процесса и определяется на основе технически обоснованных норм времени (ГОСТ 3.1109-82). Норма времени – регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных производственных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации. Норма времени измеряется в единицах времени (часах, минутах) с указанием квалификации работы. Пример: 10 часов, работа 5 го разряда При установлении нормы времени на малотрудоемкие операции бывает трудно составить ясное представление о ее величине, исчисляемое иногда долями минуты или долями секунды. В этих случаях вместо нормы времени устанавливают обратную ей величину – норму выработки. Норма выработки – регламентированный объем работы, которая должна быть выполнена в единицу времени в определенных организационнотехнических условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации. Единицей измерения нормы времени является количество штук в единицу времени с указанием квалификации работы. Пример: 800 штук в час, работа 4 го разряда Имеются три метода установки норм времени:  на основе изучения затрат рабочего времени наблюдением;  по нормативам;  сравнением и расчетом по типовым нормам. При первом методе норму времени устанавливают путем изучения затрат времени непосредственно в производственных условиях на рабочих местах. Этот метод используется для обобщения передового опыта и для разработки нормативов. При втором методе проводят расчет длительности операции, используя нормативы длительности выполнения отдельных элементов работы (операции). При третьем методе нормирование операции осуществляется приближенно с использованием типовых норм. Первые два метода нормирования применяют в серийном и массовом производствах, третий – в единичном и мелкосерийном. Каждая операция обработки или технологический процесс изготовления детали или машины в целом занимает определенное календарное время. Промежуток календарного времени, измеряемый от начала какой-либо периодически повторяющейся операции технологического или производственного процесса до ее окончания принято называть циклом. 6 Различают:  цикл операции – промежуток календарного времени от начала до конца операции;  цикл изготовления детали – промежуток календарного времени от начала первой до окончания последней операции изготовления детали;  цикл изготовления машины – промежуток календарного времени, начиная от запуска в производство первой заготовки до окончания упаковки готовой машины. Штучное время – есть интервал времени, равный отношению цикла технологической операции к числу одновременно изготовляемых или ремонтируемых изделий или равный календарному времени сборочной операции. Кроме того, различают подготовительно-заключительное время, основное время, вспомогательное время, оперативное время, время обслуживания рабочего места и время на личные потребности. Подготовительно-заключительное время – интервал времени, затрачиваемый на подготовку исполнителя и средств технологического оснащения к выполнению технологической операции и приведению последних в порядок после окончания смены. Основное время – часть штучного времени, затрачиваемое на изменение и последующее определение состояния предмета труда. Вспомогательное время – часть штучного времени, затрачиваемое на выполнение приемов, необходимых для обеспечения изменения и последующего определения состояния предметов труда. Время обслуживания рабочего места – часть штучного времени, затрачиваемая на поддержание средств технологического оснащения в работоспособном состоянии и уход за ними и рабочим местом. Время на личные потребности – часть штучного времени, затрачиваемое человеком на личные потребности и, при утомительных работах, на дополнительный отдых. Штучное время для неавтоматического производства состоит из следующих элементов: tшт  tо  tв  tт  tорг  tп где tо – основное время; tв – вспомогательное время; t т – время технического обслуживания рабочего места; tорг – время организации обслуживания рабочего места; t п – время перерывов. 7 Основное время tо затрачивается на непосредственное изменение размеров, формы, физико-механических свойств или вида обрабатываемой заготовки или на соединение деталей при сборочных работах. При обработке на станках основное время определяется расчетным путем по формуле tо  Lp  i Sм где L p – расчетная длина обработки (длина хода инструмента в направлении подачи), мм; i – число рабочих ходов инструмента; S м – минутная подача инструмента, мм/мин. (Рабочий ход – это законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхности и свойств заготовки) При ручном подводе инструмента расчетная длина обработки представляет сумму собственной длины обработки l , размера врезания инструмента lвр , и размера схода (сбега) инструмента lсх (рис. 2). Lp  l  lвр  lсх Рисунок 2 – Схема определения расчетной длины обработки для продольного точения При автоматическом цикле обработки (рис. 3,4) Lp  l  lп  lвр  lсх 8 где lп – путь подхода инструмента к заготовке для облегчения работы инструмента в начале резания. Рисунок 3 – При точении на токарном полуавтомате Рисунок 4 – При продольном фрезеровании Значение величин lп , lв , lсх берут по нормативным таблицам.  1.        2.          Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного на обслуживание рабочего места и подготовительнозаключительного для технического нормирования станочных работ. Серийное производство. М.: Машиностроение, 1974. – 136 с. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования на металлорежущих станках. М.: Машиностроение, 1974, ч.1, 416 с.; ч.2, 200 с. 9 Значение величины врезания lв можно определить и расчетным путем:  при продольном точении – lв  t  ctg ( t – глубина резания);  при продольном фрезеровании – lв  t d  t  ( d – диаметр фрезы);  при сверлении отверстия стандартным сверлом – lв  0,3d ( d – диаметр сверла). Вспомогательное время tв – время, затрачиваемое на различные действия, обеспечивающие выполнение элементов работы, относящихся к основному времени. Пример: на установку и снятие заготовки или собираемого узла, на пуск и останов станка, на переключение режимов обработки в процессе выполнения операции, на измерения заготовок, контроль качества сборки узла и т.д. Вспомогательное время может быть неперекрываемым и перекрываемым. Если вспомогательные работы выполняются не в процессе обработки (снятие обработанной детали и установка заготовки), то такое вспомогательное время называется непрерываемым. Если же часть вспомогательных работ производят в процессе выполнения основной работы, то эта часть вспомогательного времени называется перекрываемой. Часть штучного времени, равная сумме основного to и вспомогательного tв времени, называется оперативным временем tоп  tо  tв Время обслуживания рабочего места устанавливают на основании нормативов и во многих случаях определяют в процентах к оперативному времени tобс  4  8% tоп Время на личные потребности t п на отдых, на производственную гимнастику регламентируют законодательством и исчисляют в процентах к оперативному времени tоп . Для механических цехов tп  2,5% от tоп . Штучное время рассчитывают по формуле tшт  tоп 1        где  ,  ,  – коэффициенты, характеризующие соответственно время технического обслуживания (смазка, чистка механизмов), время организационного обслуживания (уборка инструмента, рабочего места) и время на отдых и личные потребности. В серийном производстве при расчете норм времени на партию необходимо учитывать подготовительно-заключительное время tп з . Оно затрачивается рабочим перед началом обработки партии заготовок и после окончания задания. К подготовительной работе относятся: получение 10 задания, ознакомление с работой, наладка оборудования, в том числе установка инструмента и приспособления. К заключительной работе относятся: сдача выполненной работы, снятие приспособлений, инструмента, приведение в порядок оборудования. Подготовительно-заключительное время зависит только от сложности задания и не зависит от размера партии. В массовом производстве, в силу повторяемости одной и той же операции, необходимость в работах, в подготовительно-заключительное время отпадает. В единичном производстве подготовительно-заключительное время включается в штучное время. В серийном производстве норму времени на обработку партии заготовок или сборку партии сборочных единиц рассчитывают по формуле tп  tшт  n  tпз где n – размер партии. Штучное время и подготовительно- заключительное время на выполнение операции над одной деталью образуют норму штучно-калькуляционного времени. tштк  tшт  t п з n Различные машины и детали изготовляют в различных количествах в единицу времени. Количество машин, подлежащих изготовлению в единицу времени (обычно в год, квартал, месяц), называется программой. Общее количество машин, подлежащих изготовлению по неизменяемому чертежу, называется величиной серии. При переходе на новую конструкцию изменяются чертежи, в связи с чем изменяются и номер или условное обозначение серии. 11 Технологическое обеспечение качества изделий Машина как объект производства Машина – это механизм или сочетание механизмов, осуществляющих целесообразные движения для преобразования энергии или производства работ. В зависимости от основного назначения различают два класса машин:  машины двигатели, с помощью которых один вид энергии преобразуется в другой, удобный для использования;  рабочие машины (машины - орудия), с помощью которых производится изменение формы, свойств и положения объекта труда. В процессе производства на машиностроительном предприятии все эти машины являются изделиями. Изделия – это предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. Изделия в зависимости от их назначения подразделяются на: а) изделия основного производства; б) изделия вспомогательного производства. К первому виду относятся изделия предназначенные для реализации на сторону. Ко второму виду – изделия, предназначенные только для собственных нужд. Различают следующие виды изделий: 1) деталь – это изделие изготовленное из однородного по наименованию или марке материала без применения сборочных операций или более общее понятие: под деталью следует понимать кусок необходимого количества выбранного материала, ограниченного рядом поверхностей или их сочетанием, расположенных определенным образом исходя из служебного назначения детали в машине. У каждой детали, участвующей в сборке, имеются сопрягающие и несопрягающие поверхности. Сопрягающие поверхности при сборке соприкасаются с поверхностями других деталей. При этом сопрягающие поверхности могут иметь различное назначение: – одни служат для присоединения данной детали к другим деталям: хвостовик режущего инструмента, сопрягаясь с соответствующим отверстием шпинделя, определяет конкретное положение инструмента. Такие поверхности называют основными базами; 12 – другие сопрягаемые поверхности служат для присоединения к данной детали других деталей и носят название вспомогательных баз – у того же инструмента – поверхность, куда устанавливается режущая пластина, или поверхность шпинделя станка, куда устанавливается сам инструмент. Таким образом, при сборке соединений основные базы одной детали опираются на вспомогательные базы другой детали. – сопрягающие поверхности, имеющие назначение выполнять некоторые рабочие функции, называются функциональными (исполнительными, рабочими). Это поверхность шкива, соприкасающаяся с приводным ремнем; поверхность резьбы в винтовых механизмах. Остальные поверхности являются несопрягающимися (свободными) и служат для оформления требуемой конструкции детали. Они часто не обрабатываются или могут быть частично обработаны с пониженной точностью (чтобы не было окалины, для балансировки). 2) сборочная единица (узел) – это может быть часть изделия, собирается отдельно и в дальнейшем участвует в процессе сборки как единое целое. Составные части сборочной единицы подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, склеиванием, клепкой, сваркой и т.п.). Пример: собирают шпиндельный узел, задний мост автомобиля и т.д. В сборочной единицах (узлах) деталь, которая выполняет роль соединительного звена, обеспечивающего при сборке соответствующее относительное положение других деталей, называется базовой. Аналогично может быть базовое сборочное соединение или базовый узел. Сборочные единицы (узлы), которые в процессе общей сборки непосредственно входят в изделие, называются сборочными единицами первого порядка. Сборочные единицы, входящие в сборочную единицу первого порядка, называется сборочной единицей второго порядка и т.д.(рис. 5) Рисунок 5 – Схема сборочных элементов 13 3) Комплектующие изделие – это изделие предприятия - поставщика, применяемое как составная часть изделия, выпускаемого предприятием изготовителем. Составными частями изделия могут быть детали и сборочные единицы (ГОСТ 3.1109-82). Они как правило поставляется за отдельную плату. 4) Комплект – это два и более изделия, не соединенных на предприятии – изготовителе сборочными операциями и представляющих набор изделий, которые имеют общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера. Пример: комплект запасных частей, комплект инструмента, комплект измерительной аппаратуры и т.д. 5) Комплекс – это два и более специфицированного изделия (это изделия, состоящие из двух и более частей), не соединенных на предприятии – изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. Пример: станок с программным управлением с управляющими шкафами, автоматическая линия и т.д. Особо необходимо отметить, если изделие будет сконструировано с использованием агрегатного или модульного принципа. Агрегат – это сборочная единица, обладающая полной взаимозаменяемостью, возможностью сборки отдельно от других сборочных частей изделия (или изделия в целом) и способностью выполнять определенную функцию в изделии или самостоятельно. Изделие, спроектированное по агрегатному (модульному) принципу, несомненно, имеет лучшие технико-экономические показатели как в изготовлении, так и в эксплуатации и ремонте, цикл сборки значительно сокращается. Пример: специальные агрегатные станки из отдельных частей. 14 Показатели качества машин Для того, чтобы машина экономично выполняла свое служебное назначение, она должна обладать необходимым для этого качеством. Качество изделий – совокупность свойств продукции, обеспечивающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. (ГОСТ 15467-79) В современных условиях качество продукции охватывает не только потребительские, но и технологические свойства, конструктивнохудожественные особенности, надежность, уровень стандартизации и унификации деталей и узлов. Свойства, составляющие качество продукции, характеризуются непрерывными или дискретными величинами, называемыми показателями качества продукции. Показатели качества можно разделить на следующие группы: 1) Технический уровень, определяющий степень совершенства машины: мощность, КПД, производительность, экономичность и др.; 2) Производственно - технологические показатели, фиксирующие эффективность конструктивных решений с точки зрения обеспечения оптимальных затрат труда и средств на изготовление изделия, его эксплуатацию, технологическое обслуживание и ремонт; 3) Эксплуатационные показатели: – надежность изделия; – эргономические характеристики или степень учета комплекса гигиенических, физиологических и др. потребностей человека в системе человек – машина – среда; – эстетическая оценка, т.е. совершенство художественной композиции, внешнее оформление изделия и др. При оценке качества изделия следует также учитывать степень его патентной чистоты. В целом, установлена следующая номенклатура основных групп показателей качества по характеризуемым ими свойствам продукции: − показатели назначения; − показатели надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость); − эргономические показатели; − показатели технологичности; − показатели стандартизации и унификации; − патентно – правовые показатели; − экологические показатели; 15 − показатели безопасности. Показатели качества могут быть абсолютными, относительными и удельными. Показатель качества машин, достижение и обеспечение которого вызывает наибольшие трудности и затраты в процессе создания и особенно изготовления машины, является точность изделия. Любое изделие состоит из деталей, поэтому от их точности зависит и точность в целом изделия. Поэтому сначала рассмотрим показатели, характеризующие точность детали. Точность детали Под точностью детали понимают степень ее приближения к геометрически правильному ее прототипу. Изготовить любую деталь абсолютно точно практически невозможно. Поэтому, за меру точности принимают величины отклонений от теоретических значений. Показателями точности детали являются: 1) точность размеров поверхностей; 2) точность формы поверхности (макрогеометрия); 3) точность расположения поверхностей; 4) шероховатость поверхности (микрогеометрия). В свою очередь, отклонения формы и расположения поверхностей характеризуются рядом комплексных и дифференцированных показателей. (стандарт СЭВ 368–76 и 301–76) Между всеми показателями точности детали существуют качественные и количественные взаимосвязи. В настоящее время можно говорить только о качественных связях, т.к. функциональных зависимостей в общем виде пока не установлено. В частности, установлена приоритетная последовательность в обеспечении установленных параметров. Т .О.  Т .Р.П.  Т .Р.  Т .Ф.  Т .Ш. где Т .О. – точность обработки, Т .Р.П. – точность расположения поверхности, Т .Р. – точность размера поверхности, Т .Ф. – точность формы поверхности, Т .Ш. – точность по шероховатости поверхности. Действительно, если взять, например, обработку отверстия, первоначально, естественно, необходимо сформировать его ось – просверлить там где оно должно быть. Если этого не сделать (допустим рядом сверлить), то дальнейшее формирование диаметра, шероховатости будет напрасно. И т.д. по параметрам. Рекомендуется: измерение точности начинать с измерения микронеровностей, то есть в обратном порядке: допуски на расположения 16 должены быть больше допусков на размеры, которые, в свою очередь, должны быть больше допусков на макрогеометрию, а последние больше допусков на микрогеометрию (шероховатость). Допуски размеров регламентируются ГОСТ 25346 – 88, допуски формы и расположения – ГОСТ 24643 – 81. В большинстве стандартных систем допуски размеров определяются на основе единицы допуска i , зависящего от номинального размера D . Для гладких цилиндрических соединений размеры 1…500 мм единица допуска: i  0,53 D (мкм) – в системе ОСТ i  0,453 D  0,001D – в международной системе ИСО где D – среднее значение номинальных размеров (в мм) для данного интервала, в пределах которого допуск принимают постоянным. Каждому методу обработки соответствует определенный диапазон квалитетов точности (определяет точность размера). Квалитет характеризуется количеством единиц допуска. Квалитет определяет точность технологического процесса. Для размеров до 500 мм установлено 19 квалитетов: IT01, IT0, IT1, IT2, … , IT17 IT – International tolerance – международный допуск и допуск ИСО (ISO) Пример: IT8 – означает допуск системы по восьмому квалитету ИСО. Допуски формы и расположения характеризуются степенями точности (их всего 16) с 1 по 16. Самостоятельным критерием является оценка точности шероховатости по ГОСТ 2789 – 73: Ra – средне арифметическое отклонение профиля Rz – высота неровностей профиля по 10 точкам. Примерное соотношение шероховатостей по старому и новому ГОСТам 2789-59 2786-79 Ra80 Ra 40 Ra 20 Ra10 Ra5 Ra 2,5 Ra1,25 Ra 0,63 Ra 0,32 Ra 0,16 Ra 0,08 Ra 0,04 Ra 0,02 Ra 0,01 2789-59 2786-79 Точность изделия Рассмотренные выше показатели, характеризующие точность детали, целиком используются для характеристик точности изделия. Различие заключается в том, что у детали все показатели точности относятся к поверхностям одной данной детали, у машины они относятся к сопрягающим поверхностям, принадлежащих различным связанным одна с другой деталям машины. 17 Поскольку сопрягающие поверхности машины должны осуществлять относительное движение, необходимое для выполнения машиной ее служебного назначения, поскольку одним из основных показателей, характеризующих точность машины, является точность относительного движения сопрягающих поверхностей. Пример: − постоянство передаточного отношения между сопрягаемыми поверхностями; − выдерживать определенный зазор в соединениях. Таким образом, точность машины характеризуется следующими основными показателями: − точностью относительного движения сопрягающих поверхностей изделия; − точностью расстояний между сопрягающими поверхностями; − четыре параметра точности сопрягающих поверхностей детали. 18 Основные виды связей между поверхностями деталей изделия Качество машины достигается в результате конструктивной разработки изделия и технологического процесса ее изготовления. Рассмотрим, за счет чего может достигаться один из основных показателей качества изделия – точность. Точность изделия, как уже указывалось, характеризуется величиной отклонения относительного движения и положения сопрягающих поверхностей изделия от требуемых его служебным назначением. Для того, чтобы сопрягающие поверхности двигались и заняли требуемое относительное положение, необходимо соединить несущие их детали изделия двумя типами других деталей. К первому типу относятся все детали, выполняющие функции звеньев кинематических цепей изделия и его механизмов. Ко второму типу относятся детали, служащие для соединения и обеспечения относительного положения первых. Соединение и относительное расположение с требуемой точностью всех деталей, составляющих изделие, осуществляется с помощью технологического процесса сборки и регулировки изделия. В процессе сборки устанавливают два вида связи между сопрягающими поверхностями изделия и его механизмами. Первый вид связи – кинематический. Он необходим для образования требуемого относительного движения поверхностей изделия и его механизмов. Пример: для получения резьбы на детали, обрабатываемой на токарновинторезном станке, необходимо, чтобы плоская поверхность резцедержателя, несущая резец, перемещалась за один оборот шпинделя, несущего обрабатываемую деталь, на один шаг нарезаемой резьбы. В решении поставленной задачи участвуют все детали, являющиеся звеньями кинематической цепи станка. Кинематический вид связи принято изображать с помощью кинематических схем изделия. Второй вид связи, образующий требуемое положение сопрягающих поверхностей изделия, получил название размерного. Размерный вид связи делится, в свою очередь, на два подвида: 1) определяющий расстояние; 2) определяющий отклонение расположения поверхностей. Размерный вид связи можно представить в виде схемы. Для этого наносят все размеры, связывающие сопрягающие поверхности изделия или его 19 механизмов, на контуры тех деталей, которым они принадлежат, или в непосредственной близости от них (рис. 6) Рисунок 6 Иногда схемы размерного вида связей изображают отдельно (рис.7) Рисунок 7 Однако такое изображение размерной связи теряет наглядность и вносит значительные затруднения в их анализ и расчет. 20 В общем случае все независимые расположенные по замкнутому контуру за другим размеры принято называть размерной цепью. Для графического изображения второго подвида связи можно использовать односторонние стрелки (рис. 8) Рисунок 8 Для отличия звенья , обозначающие расстояния, обозначаются буквами русского алфавита, а звенья, обозначающие отклонения положения – буквами греческого алфавита. Это были рассмотрены примеры конструкторских размерных цепей, которые определяют расстояния или величины расположения поверхностей или осей деталей в изделии. Для того, детали машин выполняли свое служебное назначение, заготовки деталей подвергаются обработке. При обработке заготовки деталь обычно проходит несколько станков, на каждом из которых с заготовки снимается требуемая величина материала для последовательного образования надлежащего размера детали и относительного положения поверхностей. Следовательно, между размером заготовки и готовой детали в процессе последовательного выполнения технологического процесса существует размерный вид связи. Размерные цепи, определяющие расстояние между поверхностями изделия при выполнении операций обработки получили название технологических размерных цепей (рис. 9). Рисунок 9 21 Достижение требуемой точности изделия и его деталей немыслимо без измерения величин, характеризующих точность, так как только путем их сопоставления с другими величинами, принимаемыми за эталон, можно познать их соответствие или несоответствие установленным требованиям. Для измерения деталь вводят между сопрягающими поверхностями измерительного инструмента. В качестве примера на рисунке 10 схематически показано измерение размера A детали с помощью микрометра. Рисунок 10 Размерные цепи, с помощью которых осуществляется измерение тех или иных величин, характеризующих точность деталей или изделий, принято называть измерительными размерными цепями. Все задачи, которые приходится решать для достижения требуемой точности изделия и его механизмов, так же как и точности деталей в процессе их изготовления и измерения, сводятся к нахождению рассмотренных видов связей или их созданию и управлению ими в требуемом направлении. Для этого, прежде всего, необходимо познакомится с основными потребностями, определениями и закономерностями, управляющими этими связями, получившими название теории размерных цепей. 22 Основные понятия и определения, относящиеся к теории размерных цепей Размерной цепью называется совокупность размеров, расположенных по замкнутому контуру, определяющих взаимное расположение поверхностей или осей поверхностей одной детали или нескольких деталей сборочного соединения. Размеры, входящие в размерную цепь, называются звеньями. Исходное, или замыкающее, звено размерной цепи – звено, непосредственно связывающее поверхности или оси деталей, относительное расстояние или расположение которых необходимо обеспечить или измерить. Пример: расстояние между осями центров станка в одной плоскости. Исходным называется звено в тех случаях, когда с него начинается построение размерной цепи, с помощью которого решается поставленная задача. Замыкающим называется звено, когда оно включается последним при построении размерной цепи, соединяет поверхности или оси деталей, положение которых требуется обеспечить или измерить. Исходное или замыкающее звено обозначается буквами с добавлением справа внизу индекса  . Пример: A , Б ,   ,   . Остальные звенья цепи называются составляющими. Составляющее звено – звено, изменение величины которого оказывает влияние на величину исходного или замыкающего звена. Исходное звено размерной цепи определяет точность размеров составляющих звеньев. Относительно исходного звена определяются допуски и предельные отклонения размеров составляющих звеньев. Пример: при определении размеров вала A1 и отверстия A2 (рис. 11) исходят из необходимости обеспечения величины конструктивно необходимого зазора A , являющегося в данном случае исходным (замыкающим) звеном. Рисунок 11 23 В процессе обработки заготовки или процессе сборки сборочного соединения исходное звено становится замыкающим, так как в этом случае оно окончательно формируется в последнюю очередь, замыкая размерную цепь. На рабочих чертежах деталей размер замыкающего (исходного) звена обычно не указывается (при механической обработке это обычно припуск). В сборочных размерных цепях замыкающим звеном могут быть зазор, линейный или угловой размеры, точность которых оговаривается в технических условиях. Составляющие звенья размерной цепи бывают увеличивающими и уменьшающими. Увеличивающее звено – звено, с увеличением которого исходное или замыкающее звено увеличивается и обозначается Ai . Уменьшающее звено – звено, с увеличением которого исходное или замыкающее звено уменьшается и обозначается Ai . Компенсирующее звено – звено, в результате изменения величины которого поглощается (гасится) излишняя против допустимой величина отклонения замыкающего звена. Пример: на рисунке 12 – компенсирующее звено – толщина кольца A3 , изменением которой обеспечивается требуемый для правильной работы соединительный зазор A между торцами зубчатого колеса и кольца. Рисунок 12 Для отличия от других звеньев цифровое или буквенное обозначение компенсирующего звена заключается в прямоугольную рамку. Пример: A3 , 4000,,55  5 24 Общее звено – звено, одновременно принадлежащее нескольким размерным цепям. Оно обозначается надлежащим количеством различных букв (обозначающих соответствующие цепи), между которыми ставятся знаки равенства. В зависимости от расположения размеров размерные цепи подразделяются на следующие виды: − линейные размерные цепи – состоят из параллельных линейных размеров, которые обозначаются простыми буквами русского алфавита; − угловые размерные цепи – звеньями являются угловые размеры, которые обозначаются строчными буквами греческого алфавита (  ,  ,  ,  ,  ); − плоские размерные цепи – цепи, все звенья которых расположены в одной или нескольких параллельных плоскостях и могут быть спроецированы без изменения их величины на одну плоскость; − пространственные размерные цепи – цепи, звенья которых находятся в непараллельных плоскостях. Плоская размерная цепь (представлена на рисунке 13), часть звеньев которой расположены под углом к остальным звеньям, может быть легко приведена к линейной размерной цепи с параллельными звеньями. В этом случае степень влияния размеров и погрешностей составляющих звеньев на размер и погрешность замыкающего звена меньше, чем в линейных размерных цепях с параллельными звеньями, так как в расчет размерной цепи при этом включаются не сами размеры и погрешности составляющих звеньев A1 , A2 , A3 , а их проекции на направление замыкающего звена, то есть: A1  A1  sin  , A2  A2  cos  , A3  A3  sin  Рисунок 13 – Приведение плоских размерных цепей к линейным 25 Коэффициент, характеризующий степень влияния размера и отклонения составляющего звена, называется передаточным отношением  . Для цепей с непараллельными звеньями передаточное отношение изменяются в пределах: 0    1 – для увеличивающих составляющих звеньев;  1    0 – для уменьшающих составляющих звеньев. Для плоских линейных цепей с параллельными звеньями передаточные отношения равны:   1 – для увеличивающих составляющих звеньев;   1 – для уменьшающих составляющих звеньев. Кратчайшая (основная) размерная цепь – цепь, все звенья которой непосредственно участвуют в решении поставленной задачи. Производная размерная цепь – цепь, исходным или замыкающим звеном которой является одно из составляющих звеньев кратчайшей (основной) размерной цепи (рис. 14). Рисунок 14 – Производная размерная цепь В данном случае замыкающее звено B корпуса входило в качестве составляющего звена в кратчайшую размерную цепь сборочной единицы (там замыкающим звеном был зазор). Параллельно связанные размерные цепи – несколько размерных цепей, имеющих одно или несколько общих звеньев (рис. 15). 26 Рисунок 15 – Параллельно связанные размерные цепи Последовательно связанные размерные цепи – несколько размерных цепей, из которых каждая последующая имеет одну общую базу с предыдущей (рис.16). Рисунок 16 – Последовательно связанные размерные цепи В зависимости от поставленной задачи и производственных условиях, при расчете размерных цепей могут быть использованы различные методы (ГОСТ 23887 – 79, ГОСТ 16319 – 80, ГОСТ 14.320 – 81). 1) Метод полной взаимозаменяемости; 2) Метод неполной взаимозаменяемости; 3) Метод групповой взаимозаменяемости; 4) Метод пригонки; 5) Метод регулирования. 27 Методы достижения точности замыкающего звена Все задачи, связанные с достижением требуемой точности машин и их механизмов на всех этапах их создания, осуществляются с помощью размерных и кинематических цепей. В общем случае целью расчета размерных цепей является решение одной из двух нижеследующих задач: 1) Прямая задача (проектная). По заданным параметрам замыкающего звена определяются параметры составляющих звеньев. Практически при этом по предельным отклонениям и допуску замыкающего звена, называемого в этом случае исходным, рассчитывают допуски и предельные отклонения размеров составляющих звеньев; 2) Обратная задача (проверочная). По известным параметрам составляющих звеньев определяются параметры замыкающего звена. Практически при этом по известным номинальным размерам и их предельным отклонениям, допускам и характеристикам рассеяния размеров составляющих звеньев рассчитываются: номинальный размер замыкающего звена, его допуск или поле рассеяния и предельные отклонения. В процессе решения обратной задачи определяются так же величина, допуск и предельные отклонения размера одного из составляющих звеньев по известным характеристикам других составляющих звеньев и замыкающего (исходного) звена. 28 Метод полной взаимозаменяемости Сущность метода заключается в том, что требуемой точности замыкающего звена размерной цепи достигают каждый раз, когда в размерную цепь включают или заменяют или заменяют в ней звенья без их выбора, подбора или изменения их величин. При этом любая деталь, изготовленная по принципу полной взаимозаменяемости, может быть использована при сборке без подгонки или подбора при сохранении требуемых эксплуатационных свойств изделия. Пример: достижение требуемой точности зазора при соединении электрических ламп и патронов, в которые они вворачиваются при эксплуатации. Любая лампа может быть ввернута в любой электропатрон без подбора, выбора или пригонки. При работе по принципу полной взаимозаменяемости производится расчет размерных цепей на максимум и минимум, учитывающий только предельные отклонения звеньев и самые неблагоприятные их сочетания. Расчет поля допуска замыкающего звена (обратная задача) Можно стрелки поставить сверху: A2 – увеличивающее звено, A4 – уменьшающее звено. Рассматриваем линейную размерную цепь – плоскую с параллельными звеньями. Из анализа размерных цепей видно, что номинальный размер замыкающего звена размерной цепи с параллельно расположенными звеньями получается в результате алгебраического определения всех составляющих ее звеньев. Из приведенного рисунка A   A2  A3    A1  A4  или в общем виде: n m1 i 1 n1 A   Ai   Ai где Ai – увеличивающий размер составляющего звена, Ai – уменьшающий размер составляющего звена, n – количество увеличивающих звеньев, m – общее количество звеньев схемы, включая замыкающее звено. Наибольший предельный размер замыкающего звена размерной цепи: 29        min min Amax  A1max  A2max    Anmax  Anmin 1  An2    Am1 Наименьший предельный размер:  max max Amin  A1min  A2min    Anmin  Anmax 1  An2    Am1 Разность наибольшего и наименьшего предельных размеров замыкающего звена определяет величину его допуска:     TA  Amax  Amin  A1max  A1min  A2max  A2min   Значения в скобках – допуска составляющих звеньев , следовательно: TA  TA1  TA2    TAm1 или m1 TA   TAi – правило сложения допусков i 1 Верхнее предельное отклонение замыкающего звена: n  в A  Amax  A    в Ai  i 1 m1  j n1 н Aj Нижнее предельное отклонение замыкающего звена:  н A  A min  n  A    н Ai  i 1 m1  A j n1 в j Таким образом, верхнее предельное отклонение замыкающего звена размерной цепи  в A равно разности суммы верхних отклонений увеличивающих звеньев и суммы нижних отклонений уменьшающих звеньев. Нижнее предельное отклонение замыкающего звена размерной цепи  н A равно разности суммы нижних отклонений увеличивающих звеньев и суммы верхних отклонений уменьшающих звеньев. Предельные отклонения  в A и  н A размера замыкающего звена размерной цепи могут быть определены и по значениям координаты середины поля допуска  O . Координатой середины поля допуска размера i-го звена  Oi называется расстояние середины поля допуска размера этого звена до его номинального значения (см. рисунок). Так как O Ai   н Ai   О Ai   в Ai   н Ai , то предельные отклонения 2 TAi . 2 Аналогично для замыкающего звена: 30  в Ai   О Ai  TAi , 2  в A   О A  TA TA ,  н A  О A   2 2 Координаты середины поля допуска О A размера замыкающего звена определяются по формуле m1 n  O A    O Ai  i 1  j n1 O Aj Расчет допусков размеров составляющих звеньев по величине допуска размера замыкающего (исходного) звена (прямая задача) В данном случае необходимо: I. На все составляющие звенья размерной цепи назначить допуски: 1) Способ равных допусков При расчете многозвенных размерных цепей для облегчения первоначального назначения экономически достижимых допусков на размеры составляющих звеньев приблизительно равных по номинальным значениям в начале расчета определяется величина среднего допуска T ср по формуле: T ср TA m 1 где m – общее количество звеньев схемы, включая замыкающее звено. Этот средний допуск назначается для всех звеньев цепи. При этом расположение полей допусков составляющих звеньев относительно их номинальных размеров производят по принципу «допуск в металл», т.е. на охватывающие размеры устанавливают допуски со знаком плюс, а на охватываемые – со знаком минус. При этом принципе, отступление от размеров в противоположную сторону может быть устранено дополнительным снятием металла. Пример: На размер A1 допуск будет с «–», т.к. охватываемый. Если размер будет выполнен в «+», то можно еще подрезать торец и получить годный размер. На размер A2 допуск будет с «+», т.к. он охватывающий. Если размер будет выполнен в «–», то можно еще подрезать торец 1 и получить годный размер. В сборочной размерной цепи: «+» – для увеличивающих звеньев, «–» – для уменьшающих звеньев. 31 В том случае, когда размеры составляющих звеньев значительно отличаются друг от друга, используется способ среднего класса точности. 2) Способ среднего квалитета точности По этому способу на все размеры составляющих звеньев цепи назначаются допуски одного квалитета точности. Квалитет точности определяется в зависимости от количества единиц допуска a , которое рассчитывается по формуле a TA (1) m1 R i 1 Ai Для составляющих звеньев TA  a  i . i где a – количество единиц допуска, i – единица допуска. Для размеров до 500 мм « i » определяется по формуле: RAi  0,453 Aicp  0,001Aicp где Aicp (2) – средний геометрический размер для интервала размеров по ГОСТ 25346 – 82, к которому относится данный размер. Учитывая формулу (2), формула (1) принимает вид: a  0,45 m1 3 i 1 TA Aicp  0,001Aicp  В таблице 1 приведены расчетные « i » для размеров до 500 мм . 32 (3) Таблица 1– Значение единицы допуска интервал, мм до 3 3–6 6 – 10 10 – 18 18 – 30 30 – 50 50 – 80 0,55 0,73 0,9 1,08 1,31 1,56 1,86 i , мкм интервал, мм 80 – 120 120 – 180 180 – 250 250 – 315 315 – 400 400 – 500 2,19 2,52 2,9 3,23 3,54 3,89 i , мкм После определения « a » (количества единиц допуска) выбирают ближайший квалитет и по нему назначают допуски на составляющие звенья. Число единиц допуска для различных квалитетов приведены в таблице 2. Таблица 2 – Соответствие количества единицы допуска квалитету точности Квалитет точности по ГОСТ 25346 – 82 Количество единиц допуска « a » 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7 10 16 25 40 64 100 160 250 400 640 II. После того, как мы назначили допуска на составляющие звенья определяем ожидаемое поле рассеяния размера замыкающего звена (  ) и координату середины поля рассеяния (  O ), в которых принимают TA   . m 1    TAi i 1 n  O    O Ai  i 1 m1  j n1 O Aj III. Полученные значения  и  O сравнивают с заданными значениями TA и  O A замыкающего звена. Если характеристики ожидаемого рассеяния превышают допускаемые значения TA  TAзадан , O  O A O Если равенство не выполняется, то необходимо скорректировать допуск и одного звена, которое принято называть регулирующим или корректирующим ( Ap или Aк ). Допуск TAк определяется по формуле: m2 TAк  TA   TAi i 1 Далее находят координаты середины поля допуска регулирующего звена. Если оно является увеличивающим, то применяется следующая формула: n  O Ap   O A    O Ai  i 1 m1  j n1 O Aj Если оно является уменьшающим: n  O Ap    O Ai  i 1 33 m1  j n1 O Aj  O A Далее вычисляются верхнее (  в Ap ) и нижнее (  н Ap ) предельные отклонения замыкающего звена. В качестве регулирующего звена может быть принято любое составляющее звено размерной цепи. Но удобнее принимать звено, обработка и измерение которого не вызывают затруднений, а размер относительно велик. Основными достоинствами метода расчета на максимум и минимум, обеспечивающего полную взаимозаменяемость детали и сборочной единицы являются: 1) простота, высокая производительность и экономичность сборки изделий, сводящейся к соединению и фиксации отдельных деталей и не требует высокой квалификации рабочих; 2) простота нормирования сборочных операций, их синхронизация во времени и организации поточной сборки; 3) возможность специализации и кооперации предприятий по выпуску деталей и сборочных единиц; 4) сокращение простоев машин при их ремонте и упрощение ремонта в связи с возможностью быстрой замены изношенных деталей новыми без пригонки. Недостатки метода расчета на максимум и минимум является необходимость ужесточения допусков составляющих звеньев пропорционально их количеству, т.к.: m1 TA   TAi i 1 При большом числе звеньев допуски составляющих размеров получаются чрезвычайно жесткими и во многих случаях экономически невыполнимыми. В этом случае сочетание при сборке всех увеличивающих размеров с верхними предельными отклонениями с уменьшающими размерами, изготовленными с нижними предельными отклонениями (и наоборот), маловероятно, а при значительном числе составляющих звеньев – практически невозможно. В связи с этим, расчет на максимум и минимум должен применяться лишь для коротких размерных цепей, имеющих два – три составляющих звена. 34 Метод неполной (частичной) взаимозаменяемости При расчете размерных цепей с числом звеньев более трех целесообразно применять в основу достижения точности метод неполной взаимозаменяемости с использованием вероятностного расчета. Сущность метода заключается в том, что требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигают не во всех размерных цепях, а у подавляющего их большинства, когда в размерную цепь включают все звенья вновь или в ней заменяют часть звеньев без их выбора, подбора или измерения их величин. Отличие данного метода от метода полной взаимозаменяемости заключается в установлении больших по величине допусков на составляющие звенья, что делает изготовление деталей и эксплуатацию изделий, которым принадлежат эти звенья, более экономичными. При этом идут на риск получения небольшого процента случаев выхода погрешности замыкающего звена размерной цепи за пределы установленного допуска. В основе рассматриваемого метода лежит одно из известных положений теории вероятности, по которому возможные сочетания крайних значений погрешностей всех составляющих размерную цепь звеньев встречается несравнимо реже, чем средних значений, вследствие чего возможный процент изделий, имеющих выход погрешностей замыкающего звена за пределы требуемого допуска, обычно предельно мал. Расчет поля рассеяния (допуска замыкающего звена вероятностным методом (обратная задача) В соответствии с положением теории вероятности суммирование случайных величин производится квадратически, причем сумма этих величин, в свою очередь, представляет собой случайную величину, изменяющуюся по определенному закону распределения. При этом, закон распределения размеров замыкающего звена тем ближе к закону нормального распределения, чем больше составляющих звеньев имеет размерная цепь. Наименьшее количество составляющих звеньев ( m  1 ), при котором происходит распределение размеров замыкающего звена по закону нормального распределения, составляет при распределении составляющих размеров цепи по законам: − равной вероятности – m  1  4 ; − равнобедренного треугольника (закону Симпсона) – m  1  3 ; − нормального распределения – m  1  2 . 35 В практических условиях (особенно при проектных расчетах) законы распределения составляющих звеньев часто неизвестны, поэтому применение вероятностного метода расчета считается правильным при числе составляющих звеньев размерной цепи m  1  4 . С учетом сказанного выше, поле рассеяния замыкающего звена O A (на практике при расчетах принимается равным полю допуска TA ) определяется формулой m1   TA   TA  t i 1 2 i 2 i (1) где t  – коэффициент риска, характеризующий вероятность выхода отклонения замыкающего звена за пределы поля допуска, i – относительное среднеквадратическое отклонение, характеризующее закон рассеяния размеров составляющих звеньев или их отклонений, определяется по формуле i  1 t При расчетах значение t выбирают в зависимости от принятой вероятности P (риска). Для нормального закона распределения выбирается из таблицы 1. Таблица 1 Процент риска P Значение t 32 1 10 5 4 3 2 1 1,65 1,96 2,06 2,17 2,33 2,57 0,5 2,8 0,27 0,2 0,1 0,01 3 3,12 3,29 3,89 Как уже указывалось, вероятностный расчет размерных цепей обычно производится в случаях, когда число их составляющих звеньев m  1  4 , т.е. когда распределение размеров замыкающего звена подчиняется закону нормального распределения, независимо от законов распределения составляющих звеньев. При этом, на практике принимается t  3 , когда процент риска выхода за пределы допуска составляет 0,27%, т.е. примерно 3 шт. деталей или сборочных соединений на 1000 изделий. Относительные средне квадратичные отклонения  принимаются следующими: 1 3 а. для закона нормального распределения –   ; б. для закона Симпсона –   1 ; 6 в. для закона равной вероятности –   1 . 3 При проектных расчетах размерных цепей, когда закон распределения размеров составляющих звеньев неизвестен, условно принимается 36 распределение всех звеньев одинаковым, соответствующих закону Симпсона. 1 принимает вид 6 Тогда формула (1), с учетом t  3 и     TA  1,2 m 1 TA i 1 2 i При вычислении представленных значений замыкающего звена вероятностным методом значение имеет симметричность расположения размеров составляющих звеньев внутри их полей рассеяния (или внутри их полей допусков). При симметричном расположении размеров составляющих звеньев Ai координата середины поля допуска O A определяется по формуле n  O A    O Ai  i 1 m1  j n1 O Aj Затем рассчитываются значения предельных отклонений замыкающего звена  в A   О A  TA TA ,  н A  О A   2 2 При несимметричном расположении размеров составляющих звеньев центры их группирования и середины полей допусков не совпадают друг с другом (см. рисунок) и это смещение характеризуется величиной коэффициента относительной асимметрии  i . Значения  i находятся в пределах от 0 до  0,5 и определяются опытным путем. Поэтому, в проектных условиях обычно принимают  i  0 для всех составляющих звеньев размерной цепи, т.е. условно принимая распределение их отклонений симметричным. 37 Расчет допусков составляющих звеньев (прямая задача) Допуски размеров составляющих звеньев при расчете размерных цепей вероятностным методом определяются принципиально так же, как и при их расчете на максимум и минимум. Различие сводится в основном к замене арифметического суммирования геометрическим, т.о. среднее значение поля допуска составляющих звеньев определяется по формуле: 1) Способ равных допусков TA T i cp m 1  t 2 i i 1 При t  3 ( P  0,27% ) и   1 6 (закон распределения Симпсона для T i cp TA 1,2 m  1 составляющих звеньев). 2) Способ среднего квалитета точности Количество единиц допуска (а) TA a m1 t  i 1 2 Ai RA2i И далее все как при расчете методом максимума и минимума, только допуск замыкающего звена определяется по формуле: TA  t Проверка:  A  TA  38 m 1  i 1 2 Ai TAi2 Метод групповой взаимозаменяемости При данном методе, требуемая точность замыкающего звена достигается путем включения в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих к общей группе предварительно измеренных и рассортированных деталей. Сборка по методу групповой взаимозаменяемости может называться селективной сборкой. Рассмотрим в начале использование метода для достижения требуемой точности исходного звена трехзвенной размерной цепи (см. рисунок) – отверстие – вал – зазор. Требуется обеспечить точность исходного звена в пределах поля допуска TA . Определим среднюю величину допуска составляющих звеньев T cpA  TA m 1 (1) Предположим, что обработка с такой величиной допуска в данных производственных условиях не экономична или физически невозможна и для решения такой задачи необходимо использовать метод групповой взаимозаменяемости. Для этого среднюю величину допуска увеличивают в « n » раз и получают так называемый технологический допуск TcpT A  n T cpA (2) Полученный допуск устанавливают на составляющие звенья (в данном случае на размер отверстия и вала) изготавливают все детали по данным допускам. После обработки детали контролируют точным измерительным инструментом и сортируют вручную или автоматически на « n » групп и группами подают на сборку. При этом, соединение деталей одной группы производят без всякой сортировки и пригонки, как по принципу полной взаимозаменяемости. 39 Для обеспечения среднего зазора T cp или натяга, одинакового для каждой группы, необходимо соблюдать равенство допусков на сопрягаемые детали (см. рисунок). (3) TA1  TA2 При переходе от трехзвенной размерной цепи к многозвенной, каждое из составляющих звеньев A1 и A2 трехзвенной размерной цепи можно рассматривать как сумму звеньев, составляющих одну и другую ветви многозвенной размерной цепи. При этом, одна ветвь будет состоять из увеличивающих, другая из уменьшающих звеньев, т.е. n A1  Б1  Б2    Бn   Бi (4) i 1 A2  Бn1  Бn2    Бm  m1 Б j n1 j (5) Если каждое из составляющих звеньев A1 и A2 трехзвенной цепи рассматривать как исходные размерных цепей, то имеем n  TA1   TБi  i 1  m 1  TA2   TБ j  j n 1  (6) Учитывая равенства (3) и (6) можно сказать, что при использование метода групповой взаимозаменяемости для получения требуемой точности замыкающего звена многозвенных размерных цепей необходимо соблюдать условие, при котором сумма допусков всех увеличивающих звеньев размерной цепи должна быть равна сумме допусков всех уменьшающих звеньев. n TБ i 1 i  m TБ j n1 j (7) Соблюдение условия (7) позволяет на каждое из увеличивающих или уменьшающих звеньев устанавливать разные по величине допуски. Пример: необходимо обеспечить A  00,06 (см. рисунок) 40 TA  0,06 мм 1) Определяем среднюю величину допуска T cpAi  TA 0,06   0,02 мм m 1 3 2) Увеличиваем T cpAi в 4 раза, т.е.принимаем n  4 3) Определяем средний технологический допуск TcpT A  n T cpA  4  0,02  0,08 мм 4) Определяем технологические допуски на составляющие звенья учитывая условие n TAi  i 1 т.е. m TA j n1 j TA3  TA1  TA2 Но зная величину технологического допуска исходного звена T T A  n  TA , получаем следовательно T T A TA3  TA1  TA2  2 TA3  T T A 4  0,06   0,12 мм 2 2 Полагая, что кольцо (звено A2 ) можно в производственных условиях изготовить с допуском TA2  0,04 мм (принимаем кратное количеству различных групп n  4 ) определяем допуск TA1 TA3  TA1  TA2 0,12  TA1  0,04 TA1  0,12  0,04  0,08 5) Проверяем допуски на все составляющие звенья При количестве групп n  4 устанавливаем поля допусков и координаты их середин для деталей каждой группы с учетом 41 n  O A    O Ai  i 1 m1  j n1 O Aj Принятые и расчетные значения сводим в таблицы (таблицы 1 и 2). Таблица 1 – Значение допусков и координат их середин Группа TA1  O A1 TA2  O A2 TA3  O A3 TA  O A 1 2 3 4 0,02 0,02 0,02 0,02 -0,01 +0,01 +0,03 +0,05 0,01 0,01 0,01 0,01 -0,005 +0,005 +0,015 +0,025 0,03 0,03 0,03 0,03 +0,015 +0,045 +0,075 +0,105 0,06 0,06 0,06 0,06 0,03 0,03 0,03 0,03 Таблица 2 – Предельные отклонения размеров составляющих звеньев Группа 1 2 3 4 A1  A3  A2  A  0 в н в н в н в н 0,02 0,04 0,06 -0,02 0,02 0,04 0,01 0,02 0,03 -0,01 0,01 0,02 0,03 0,06 0,09 0,12 0,03 0,06 0,09 0,06 0,06 0,06 0,06 При методе групповой взаимозаменяемости возрастает влияние шероховатости поверхности сопрягаемых поверхностей и погрешностей их геометрической формы, обычно ограничиваемых величинами допусков на размер. При широких экономически достижимых допусках, по которым обычно обрабатываются сортируемые в дальнейшем детали, погрешности их формы и шероховатости бывают значительными и недопустимыми при высокоточной селективной сборке. В связи с этим, при использовании данного метода, необходимо ужесточить допуски на погрешности геометрической формы и снизить шероховатость сопрягаемых поверхностей. При данном методе появляется необходимость точных измерений при сортировке деталей на группы, четкой организации хранения. Это недостатки, а вот преимущество метода групповой взаимозаменяемости заключается в том, что он позволяет значительно повысить точность сборки без существенного повышения к точности размеров детали. В ряде случаев сборки высокоточных соединений (прецизионных пар) метод групповой взаимозаменяемости является практически единственно возможным. Применяется в основном в массовом и крупносерийном производстве. 42 Метод пригонки Сущность метода пригонки состоит в том, что требуемая точность замыкающего звена достигается в результате изменения одного из заранее намеченных составляющих звеньев путем снятия с него необходимого слоя материала (точение, шлифование шабрение и т.п.) (см. рисунок). Сборка с применением пригонки. Компенсатор – шайба 1, подгоняется по точности «по месту» для компенсации погрешности При использовании метода пригонки на все составляющие звенья размерной цепи устанавливают экономически достижимые в данных производственных условиях допуски. В соответствии с этим допуск замыкающего звена также оказывается увеличенным, т.к. m1 TA   TAi i 1 Следовательно, для достижения требуемой точности замыкающего звена, характеризуемого допуском TA , необходимо удалить из размерной цепи получающуюся лишнюю величину отклонения, которая получила название величины компенсации. При установленных величинах допусков на все составляющие звенья наибольшая возможная величина компенсации отклонений замыкающего звена  к  TA  TA где TA – допуск замыкающего звена, требуемый конструкцией изделия, TA – возможный, производственный допуск замыкающего звена. 43 Удаление отклонения из размерной цепи осуществляется за счет изменения величины зазора внутреннего составляющего звена, получившего название компенсирующего. Основным преимуществом метода пригонки является возможность изготовления деталей с экономическими для данных производственных условий допусками. Наиболее существенным недостатком данного метода является необходимость выполнения дополнительных работ, связанных с пригонкой компенсирующего звена или изготовлением «по месту». Причем в большинстве случаев эти работы выполняют вручную. Как правило, операции пригонки выполняются рабочим достаточно высокой квалификации. От его умения и навыков зависит качество пригоночных работ, т.е. достижение требуемой точности замыкающего звена. Также существенным недостатком метода пригонки являются существенные колебания во времени, затрачиваемого на выполнение пригоночных работ. Они зависят от величины излишней погрешности, которая может колебаться от 0 до  к .Следовательно, чем больше  к , тем больше времени необходимо на выполнение пригоночных работ. Это вызывает усложнение расчета трудоемкости работ. Метод применяется в единичном и мелкосерийном производстве при изготовлении изделий, у которых при большом количестве звеньев в размерных цепях требуется обеспечить очень высокую точность на их замыкающих звеньях. Метод пригонки находит широкое применение при настройке размерных цепей системы СПИД на требуемую точность обработки деталей, с помощью пробных проходов – снимая слой материала с заготовки добиваются требуемой точности обрабатываемой детали, которая в данном случае выполняет роль замыкающего и одновременно компенсирующего звена размерной цепи. 44 Метод регулирования Данный метод рекомендуется применять в тех случаях, когда необходимо достичь высокую точность замыкающего звена при экономических допусках на все составляющие звенья или для таких размерных цепей, где имеются звенья, изменяющиеся по величине вследствие износа, колебаний температуры и т.д. Сущность метода регулировки заключается в том, что точность замыкающего звена достигается путем изменения величины заранее выбранного компенсирующего звена без снятия с него слоя материала. Метод регулировки осуществляется с помощью подвижных и неподвижных компенсаторов. Подвижные компенсаторы – это детали, а в ряде случаев и целые специальные устройства, путем изменения положения которых достигается требуемая точность замыкающего звена (см. рисунок). Схема достижения точности замыкающего звена методом регулирования с использованием подвижного компенсатора Необходимо достичь точности   замыкающего звена, представляющего собой зазор A между торцом корпуса 1 и зубчатым колесом 4. Требуемая точность достигается методом регулировки, компенсирующим звеном является A5 . Роль подвижного компенсатора выполняет втулка 5. Достижение требуемой точности зазора осуществляется следующим образом. Детали обрабатываются с экономически достижимыми в данных производственных условиях допусками. После сборки всех деталей втулку 5 перемещают в осевом направлении до тех пор, пока не будет достигнута требуемая точность зазора   . После этого положение втулки фиксируется с помощью стопорного винта 6. От степени точности фиксации положения 45 втулки (подвижного компенсатора) зависит и точность замыкающего звена размерной цепи. Данная задача может быть решена с использованием неподвижного компенсатора. Неподвижные компенсаторы – это специальные детали надлежащих размеров, вводимые в размерные цепи для достижения требуемой точности замыкающего звена (см. рисунок). Схема достижения точности замыкающего звена методом регулирования с использованием неподвижного компенсатора Роль неподвижного компенсатора в данной схеме выполняет специальная деталь – проставочное кольцо 5. После предварительной сборки деталей измеряют расстояние, образовавшееся между ступицей колеса 4 и корпусом 1. Из этого расстояния обычно вычитают среднюю величину требуемого зазора для определения размера неподвижного компенсатора (ширины кольца 5). После этого монтируют на место заранее изготовленное кольцо надлежащего размера. Таким образом достигается требуемая точность замыкающего звена. Метод регулировки имеет следующие основные преимущества: 1) Возможность достижения любой требуемой точности замыкающего звена при экономических допусках на все составляющие звенья; 2) Отсутствие пригоночных работ или работ, связанных с подбором деталей; 3) Сообщает устройствам новое свойство – возможность периодически или, что более важно, непрерывно и автоматически сохранять требуемую точность замыкающего звена. Недостатком метода регулировки является увеличение в некоторых случаях количества деталей в изделии. 46 В основном применяется в размерных цепях, где имеются звенья, изменяющиеся по величине в следствии износа, колебаний температуры и т.п. Методика расчета размерной цепи методом регулирования с применением неподвижного компенсатора 1) При заданном жесткого (малого) допуска исходного звена TA назначают на все составляющие звенья размерной цепи экономически достижимые в данных производственных условиях допуски (можно по 10 кв.) 2) Определяют возможный допуск замыкающего звена, получаемый при назначении экономически достижимых допусков на все составляющие звенья m 1 T A   TAi i 1 3) Исходя из того (см. рисунок), что TA  TAр  TAк определяем допуск разрыва цепи TAр с учетом TA – допуска исходного звена, определяемый поставленной задачей и T A – возможного допуска TAр  TA  TAк ; T Aр  T A  TAк 4) Определяем максимально необходимое число интервалов разрыва цепи (или число ступеней компенсатора) N T Aр TAр  T A  TAк TA  TAк 5) Полученное дробное число N округляется в большую сторону до целого числа N  . Необходимо помнить, что чем жестче (меньше) допуск назначенный для компенсатора TAк  TA1 , тем меньше потребуется компенсаторов 6) Определяем величину интервала разрыва цепи с округлением до сотых долей в большую сторону (это получается корректированная величина TAр – допуск разрыва цепи определенный с учетом заданного допуска исходного звена TA ) 47 T кор Aр  T Aр N Эта корректировка позволяет расширить допуск на размер компенсатора и тем самым снизить стоимость его изготовления (это вызвано тем, что мы N округляем в большую сторону до N  ) T кор Aк  TA  T кор Aр Определяем размер промежутка – разрыва цепи 7) Aр и его предельные отклонения n Номинальный размер Ap   Ai  а. i 1 б. Координаты n  O Ap    O Ai  i 1 в. г. 8) m1 A j n1 середины j поля рассеяния m1  j n1 O Aj Верхнее предельное отклонение  в Ap  О Ap  T Ap 2 T A Нижнее предельное отклонение  н Ap  О Ap  p 2 , Зная скорректированную величину интервала разрыва цепи T кор Aр и число ступеней компенсатора N  определяем верхнее и нижнее отклонение каждого интервала. В данном случае, с целью упрощения расчетов рекомендуется назначать координаты середины полей допусков так, чтобы совместить одну из границ расширенного поля допуска T A с соответствующей границей его поля допуска, заданным его служебным назначением TA В связи с этим, при совмещении нижних границ полей допусков замыкающего звена  н A   н A верхнее и нижнее отклонения интервалов определяются соотношением в Ap1  в Ap ,  в Ap 2   н Ap1 , в Ap3   н Ap 2 и т.д.  н Ap1  в Ap1  T кор Ap ,  н Ap 2  в Ap 2  T кор Ap и т.д. Таким образом получим значения интервалов разрыва  A Ap1  Ap  A и т.д. в p1 н p1 9) Зная параметры интервалов разрыва цепи определяем для каждого из них параметры ступеней компенсирующего звена а. Номинальный размер Aк  Ap  A б. Координаты середины поля рассеяния O Aкi  O Api  O A в. Верхнее предельное отклонение  в Aкi  О Aкi  48 T кор Aк , 2 г. Нижнее предельное отклонение  н Aкi  О Aкi  T кор Aк 2 Получим значения компенсаторов Aк  AA в к н к 10) Полученные значения интервалов разрыва и соответствующие значения размеров ступеней компенсатора № Значение интервала разрыва цепи Api Размер соответствующей ступени компенсатора Aкi 1 2,500,,36 24 2,500,,19 11 2 24 2,500,,12 2,500,,57 07 3 2,50,12 05 2,500,,13 11) Графически показать взаимное расположение интервалов разрыва и ступеней компенсатора 49 Определение рационального метода расчета размерных цепей Для выбора наиболее подходящего в данном случае методе расчета необходимо: 1) Определить среднее значение допуска или единиц допуска При m  1  3 а. когда номинальные значения всех составляющих звеньев примерно равны TA m 1 T ср б. когда номинальные значения составляющих звеньев различны a TA m1  i  A  i i 1 При m  1  4 а. когда номинальные значения всех составляющих звеньев примерно равны T ср TA 1,2 m  1 б. когда номинальные значения составляющих звеньев различны TA a m1 t  i 1 2 Ai RA2i 2) По полученным значениям T ср и a определяется квалитет точности а. При m  1  3 и квалитете соответствует 9-му или грубее применяется метод расчета на максимум и минимум; б. При m  1  4 и квалитете соответствует 10-му или грубее применяется вероятностный расчет При получении значений квалитетов соответственно выше 9-го или 10-го должен быть применен метод пригонки или регулирования. Метод групповой взаимозаменяемости применяется главным образом для размерных цепей m  1  3 , для сборочных соединений высокой точности, практически недостижимой методом полной взаимозаменяемости. 50 Достижимая и экономическая точность обработки на станках При обработке деталей на станках, высококвалифицированные рабочие, особенно на станках, находящихся в хорошем состоянии могут обеспечить достижение весьма высокой точности. Однако это связанно с большими затратами. В данном случае достижение заданной точности осуществляется методом индивидуального получения размеров (метод пробных проходов). Он применяется главным образом в единичном и мелкосерийном производстве. В условиях серийного и массового производства заданная точность достигается за счет предварительной настройки станков с применением специальных приспособлений. В данном случае используется метод автоматического получения размеров деталей с использованием определенных способов обработки, каждая из которых имеет свою экономически целесообразную границу точности или свою экономическую точность обработки. Под экономической точностью обработки понимают точность, которую можно получить на исправных станках при средней квалификации рабочего с наименьшей затратой средств и времени на обработку. На основе опыта, накопленного в производстве, установлена для каждого способа обработки экономическая точность. Данные приведены в таблицах или графически. Пример: точение черновое – 12 … 14 кв. точение чистовое – 9 … 12 кв. точение тонкое – 7 … 9 кв. 1 – притирка; 2 – шлифование; 3 – точение; 1 – наименьшая допустимая точность целесообразности применения точения; – наименьшая допустимая 2 точность целесообразности применения шлифования. 51