2.10. Межоперационные размерные связи

Межоперациоиными размерными связями называют технологичес­кие размерные связи, проявляющиеся во взаимодействии операцион­ных размеров детали и размеров заготовки на различных стадиях изготовления детали. Простейшей межоперационной размерной связью является связь размеров заготовки И1, операционного размера детали И2 и припуска на обработку, показанная на рис. 2.49. В результате обработки заготовки, имевшей размер И1, удаляется припуск Z, который в данном случае является функцией двух разме­ров И1 и И2- Связь определяется уравнением (2,49)

Рассмотрим более сложный случай межоперационных размер­ных связей. Пусть необходимо изготовить двухступенчатый валик (рис. 2.50) Валик обрабатывается на токарном станке за два устано- ва, как показано на эскизах наладок. Все торцовые поверхности заготовки пронумерованы по порядку. Припуски показаны с двойной

индексацией. Припуск Z23 означает, что он снимается с поверхности № 2 на операции № 3. Каждый из припусков в описанной схеме является замыкающим звеном соответствующей технологической размерной цепи: Z11 = Б0 — Б1 ; Z32 = Б1 — А2-Б2. Для того чтобы составить уравнения, можно схе­му технологических размерных связей представить по методике проф. В.В. Матвеева (рис. 2.51). На этой схеме наверху вычерчи­вается заготовка, внизу — изделие. Поверхности заготовки нумеруют слева направо цифрами 1, 2, 3 и т.д. и далее к номеру поверхности добавляют нули. Поверхности заготовки 10, 20, 30 обозначают точками, от них проводят вертикали. В зоне с надписью "Заготовка" наносят размеры заготовки А0 и Б0, которые, как и поверхности, имеют нулевые индексы, что указывает на принадлежность к размерам заготовки.

Рис. 2.49. Связь размеров заготовки И1 изделия И2 и припуска Z

Рис. 2.50. Схема преобразования размеров заготовки в процессе изготовления детали

Рис. 2.51. Схема размерного анализа технологического процесса изготовления валика

Число размеров должно быть на один меньше, чем число вертикальных линий. На данной схеме три поверхности и два размера между ними. Ниже зоны с размерами заготовки следуют зоны операций, на которых происходит изменение продольных размеров заготовки. В данном примере операции две.

На первой операции обрабатывают поверхность 10 заготовки, в результате чего поверхность 10 исчезает, а на ее месте появляется справа новая поверхность 11. Исчезновение поверхности 10 показывают крестиком, а появление новой поверхности 11 справа показывают жирной точкой. Разрыв вертикальной линии в данном случае показывает припуск, который обозначен Z11 — припуск с первой поверхности на первой операции ставят рядом. Далее проставляют размер от вновь полученной поверхности 11 до технологической базы, которой является на первой операции торец 30 заготовки. Поэтому ставится между поверхностями 11 и 30 размер Б1.

Аналогично на второй операции снимают припуски Z22 и Z33 с поверхностей 20 и 30 заготовки. При этом образуются соответственно новые поверхности 21 и 31 слева от соответствующих поверхностей заготовки, поэтому крестики ставят на линиях справа, а точки — на новых поверхностях на линиях слева. На второй операции образуются размеры А2 до базы и В2 между поверхностями, обработанными за один установ. На этом получение продольных размеров заготовки заканчивается, поэтому ниже последней второй операции идет поле с надписью "изделие", где на продолжениях вертикалей ставятся размеры изделия в соответствии с чертежом.

После построения схемы продольных размеров составляют уравнения технологических размерных цепей для каждого замыкающего звена. Замыкающими звеньями являются, как правило, припуски и те размеры детали, которые не получаются непосредственно ни на одной из операций технологического процесса. Чтобы выявить замы­кающие звенья — размеры детали, если такие есть, необходимо последовательно проверить получение каждого размера детали. В данном случае, размер А совпадает с размером А2, полученным на второй операции. Поэтому размер А не является замыкающим зве­ном, этот размер непосредственно получается на второй операции. Проверяем следующий размер Б. Размер Б непосредственно не получается ни на первой, ни на второй операции. Считать, что размер Б^ является размером Б, нельзя, так как между ними есть разрыв линии 2

— припуск Z32 . Поэтому размер Б является замыкающим звеном и определяется из уравнения [Б] = А2 + В2.

Теперь составим уравнения для каждого из припусков. В нашем примере таких припусков три, следовательно, и уравнений три. При составлении уравнений пользуются следующим правилом: двигаясь от одной линии, ограничивающей замыкающее звено по горизонтальным размерам схемы и вертикалям, стремятся прийти к другой линии, ограничивающей то же самое замыкающее звено. Все разме­ры, по которым осуществляется движение, включаются в размерную цепь. При выявлении контура цепи проходить через разрывы вертикальных линий нельзя. Нельзя также двигаться по размерам детали.

Пользуясь этим правилом, получим следующие уравнения для припусков:

Таким образом, для приведенного примера с учетом размера [Б] получим всего четыре уравнения по числу замыкающих звеньев размерных цепей. Число уравнений должно быть равно числу замыкающих звеньев.

Следующим этапом является решение уравнений. Для этого прежде всего следует разобраться, что нам известно о всех размерах, принимающих участие в уравнениях. Для этого все размеры удобно разделить на группы и рассмотреть их по порядку.

1. Размеры детали. В нашем примере это размеры А и Б. Они известны из чертежа изделия, где указаны их номинальные значения и допустимые предельные отклонения. При этом А = А2.

2. Размеры заготовки. В данном случае размеры А0 и Б0. Для этих размеров в начале расчета известны лишь допуски, так как метод получения заготовки выбран. Номинальные значения размеров должны быть установлены в ходе расчетов.

3. Операционные размеры. В данном случае это размеры А2, В2. Размер А2 = А известен полностью из чертежа детали. Для разме­ров Б1 и Б2 известны только ожидаемые поля рассеяния, которые могут быть получены при проведении операций на данных станках. Поля рассеяния для конкретных операций могут быть взяты из справочных таблиц, установлены экспериментально или могут быть рассчитаны как замыкающие звенья операционных размерных цепей. Итак, в начале расчета известны допуски указанных размеров. Номи­нальные значения и отклонения получают в результате расчета.

4. Припуски на обработку [Z11 ], [Z22 ], [Z32]. Для припусков к началу расчета размерных цепей известны лишь их минимальные значения формуле

где Rz — высота шероховатости поверхности заготовки; D — глубина дефектного слоя заготовки.

Значения параметра шероховатости поверхностей после каждого вида обработки могут быть взяты из справочников. Максимальные значения припусков рассчитывают в результате решения уравнений размерных цепей.

Аналогичным образом строят размерные схемы по другим координатным направлениям; в данном случае нужна еще схема диаметральных размеров, а также схема отклонений расположения поверхностей (от параллельности, от перпендикулярности).

В результате расчета размерных цепей определяют припуски, операционные размеры и размеры заготовки. Целью расчета является проверка возможности получения требуемых размеров детали в проектируемом технологическом процессе. В результате расчета определяются запасы или допуски размеров детали или выявляется невозможность обеспечения того или иного размера детали. В последнем случае проектируемый технологический процесс нуждается в изменении. Такими изменениями могут быть: введение дополнительных проходов, введение дополнительных операций, изменение технологических баз на операциях, выбор другого метода получения заготовки и ряд других мероприятий.

Без проведения размерного анализа нового технологического процесса невозможно гарантировать получение детали требуемого качества. На тех заводах, где такие размерные анализы не проводятся, затрачивается много времени на внедрение новых технологических процессов, на их отладку, что существенно снижает экономическую эффективность производства.

В автоматизированном производстве отладка новых технологичес­ких процессов обработки вновь поступающих заготовок, особенно в ГПС, должна осуществляться автоматически, поэтому без такого расчета там обойтись невозможно. В противном случае наладку ГПС для изготовления новой детали осуществляют используя ручной труд высококвалифицированных наладчиков. Таким образом, размерный анализ целесообразен при любой степени автоматизации производ­ства, но особенно необходим в автоматическом производстве.

Операционные и межоперационные технологические размерные цепи связаны между собой операционными размерами. Операционные размеры образуются как замыкающие звенья операционных размерных цепей различного вида, возможные структуры которых рассмотрены выше (см. табл. 2.1). В межоперационных размерных цепях операционные размеры 1 — 6-го видов (см. табл. 2.2) являются составляющими звеньями.

При технологической подготовке производства осуществлять аналитически расчет поля рассеяния операционного размера по составляющим звеньям за рядом исключений нецелесообразно, поскольку для каждой действующей технологической системы не составляет труда определить поле рассеяния операционных размеров из опыта эксплуатации.

В результате расчета межоперационных размерных цепей могут быть два варианта.

1. Все размеры детали обеспечиваются. Ряд операционных размеров имеют запасы по допускам. В этом случае в зависимости от типа операционного размера и запаса по допуску можно расширить допуски на некоторые наиболее критичные составляющие звенья. Например, можно увеличить допуск настроечных размеров некоторых инструментов при настройке их вне станка.

2. Некоторые размеры детали не обеспечиваются в заданных допусках. В этом случае необходимо внести изменения в проектируемый процесс и, следовательно, в его размерные связи.

В проектируемый процесс можно внести изменения следующими способами.

1. Повысить точность операционных размеров следующим образом: а) повышением точности составляющих звеньев соответствующих операционных размерных цепей, например, повышением точности настройки режущих инструментов вне станка, увеличением частоты и качества очистки базовых поверхностей и т.д.; б) компенсацией погрешностей настройки, установки и размерного износа режущих инструментов, например, использованием контактных головок или (если это было предусмотрено) повышением частоты измерений, например, перед каждым рабочим ходом на токарном станке; в) применением адаптивного управления для сокращения погрешности размера динамической настройки или ее компенсации при получении операционного размера;

2. Изменить вид операционного размера, например, заменой чистового точения отверстия развертыванием или использованием активного контроля размеров.

3. Ввести дополнительный рабочий ход или дополнительную операцию.

4. Изменить схему базирования заготовки.

5. Повысить точность размеров заготовки.

Помимо указанных, могут использоваться и другие способы, так, например, к п. 1а могут относиться и изменение способа установки заготовки на спутник и способа повышения точности при использовании спутников, а также стабилизация или компенсация тепловых деформаций технологической системы и ряд других мер.

С использованием размерного анализа представляется возможность рассчитать требуемую частоту компенсации размерного износа режущего инструмента, обосновать применение автоматической очистки конуса шпинделя оправкой с замшевыми прокладками, использование контактной головки в конкретном случае. Таким образом, размерный анализ технологического процесса в автоматизированном производстве позволяет обосновать применение необходимых средств повышения точности при автоматическом получении размера, а также определить требования к точности и режим использования этих средств, например определить требуемую точность компенсации размерного износа, диапазон компенсации, частоту измерения (перед каждым рабочим ходом или после обработку определенного числа заготовок в партии) и т.д. Таким образом, размерный анализ технологического процесса позволяет обосновать требования к средствам автоматизации для обеспечения требуемых размеров изделия.