Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель работы и задачи исследования
1.1. Основные проблемы обработки точных отверстий 13
1.1.1. Сверление отверстий спиральными сверлами 14
1.1.2. Сверление отверстий инструментами одностороннего резания 16
1.1.3. Обработка отверстий с высокими требованиями к точности расположения оси 19
1.1.4. Исследования многопереходной обработки отверстий 23
1.2. Методы проектирования и оснащения технологических процессов обработки отверстий 27
1.2.1. Задачи технологической подготовки производства 27
1.2.2. Методы проектирования технологических процессов 33
1.2.3. Методы технологического оснащения операций обработки деталей 41
1.2.4. Методы проектирования многопереходной обработки поверхностей 53
1.3. Методы оценки параметров точности обработки отверстий 64
1.3.1. Табличный метод прогноза точности 64
1.3.2. Математические модели точности обработки поверхностей деталей 71
1.4. Цель работы и задачи исследования 96
2. Система математических моделей формообразования отверстий концевыми мерными инструментами
2.1. Общая методика теоретических исследований 97
2.2. Моделирование процессов формообразования отверстий
2.2.1. Основные положения для разработки математических моделей 100
2.2.2. Модели формообразования отверстий двухлезвийными инструментами 108
2.2.3. Модели формообразования отверстий многолезвийными инструментами 118
2.2.4. Модели формообразования отверстий инструментами одностороннего резания 121
2.3. Определение параметров точности по результатам математического моделирования процессов формообразования отверстий 135
2.4. Моделирование наследования погрешностей при многопереходной обработке отверстий 142
2.5. Выводы 153
3. Экспериментальная проверка основных теоретических положений 156
3.1. Экспериментальная проверка формы сечений срезаемых слоев 156
3.2. Исследования осевых колебаний шпинделей станков 161
3.3. Экспериментальные исследования адекватности математических моделей 166
3.3.1. Проверка адекватности моделей двухлезвийных инструментов 167
3.3.2. Проверка адекватности моделей многолезвийных инструментов 181
3.3.3. Проверка адекватности моделей инструментов одностороннего резания 185
3.3.4. Исследования многопереходной обработки 191
3.4. Выводы 198
4. Исследование влияния различных факторов процессов обработки отверстий на параметры точности 200
4.1. Методика проведения компьютерных экспериментов 200
4.2. Результаты компьютерных экспериментов 216
4.2.1. Сверление и рассверливание отверстий 217
4.2.2. Обработка отверстий многолезвийными инструментами 236
4.2.3. Обработка отверстий инструментами одностороннего резания 243
4.3. Разработка информационно-справочной базы 255
4.4. Применение информационно-справочной базы при проектировании технологических операций 267
4.5. Выводы 269
5. Технологическое оснащение операций обработки отверстий 271
5.1. Классификация технологической оснастки для многопереходной обработки отверстий 272
5.2. Моделирование процесса выбора оснастки для обеспечения различных параметров точности 276
5.3. Разработка фондов технических решений 285
5.4. Методика выбора технологической оснастки 289
5.5. Выводы 293
6. Методология параметрического проектирования планов обработки отверстий
6.1. Основные теоретические положения новой методологии 294
6.2. Методика проектирования планов обработки отверстий 296
6.3. Методика проектной отладки 299
6.4. Методика компьютерной диагностики 301
6.5. Новая система ТИП 303
6.6. Примеры внедрения результатов работы 304
6.7. Результаты внедрения основных разработок 332
6.8. Выводы 335
Общие выводы ирезультаты работы 337
Библиографический список 339
Приложения 361
- Обработка отверстий с высокими требованиями к точности расположения оси
- Определение параметров точности по результатам математического моделирования процессов формообразования отверстий
- Экспериментальные исследования адекватности математических моделей
- Применение информационно-справочной базы при проектировании технологических операций
Введение к работе
Актуальность проблемы. Для современного машиностроения характерны частая смена номенклатуры изделий и возрастание требований к точности их изготовления. Это требует более быстрой и тщательной проработки технических решений при технологической подготовке производства (ТПП). Например, на ведущих мировых предприятиях авиационной и ракетно-космической техники до 80% производственных мощностей приходится на подготовку производства. Поэтому значительно усилилась потребность в повышении качества ТПП, снижении ее сроков, повышении эффективности проектируемых технологических процессов (ТП). Для этого на машиностроительных предприятиях получили широкое распространение автоматизированные системы технологической подготовки производства и системы сквозного проектирования (CAD/САМ). Однако автоматизация ТПП незначительно снижает её трудоемкость. Эти системы в основном сокращают сроки только этапов, связанных с проектированием технологических процессов, а сроки таких трудоемких этапов как производственная доводка и отладка спроектированных технологических процессов обработки деталей при этом мало сокращаются. По имеющимся данным время и затраты на отладку ТП обработки некоторых деталей занимают до 90% от всех затрат на ТПП. Во многом это связано с низкой эффективностью технологических методов обеспечения точности обработки деталей.
Обработка круглых цилиндрических отверстий концевыми мерными инструментами (КМИ) занимает значительное место в современном производстве. Достаточно сказать, что до 30% мощности инструментальных производств занято изготовлением только сверл, а объем штучного времени на обработку отверстий КМИ достигает 40% от общего объема трудоемкости обработки деталей. Статистические данные, собранные на различных предприятиях страны, а также литературные источники показывают, что получение отверстий высокой точности представляет сложную технологическую проблему. Анализ ТП обработки отверстий в различных деталях показывает, что комплексное выполнение параметров точности диаметрального размера, расположения оси и формы достигается с большим трудом, при этом количество выполняемых переходов, как правило, больше, чем необходимо для обработки многих других поверхностей аналогичной точности. Невозможность комплексно обеспечить эти параметры точности концевыми мерными инструментами, даже на современных многопозиционных и мно-гоинструментных станках с ЧПУ, приводит к необходимости применения операций координатного и алмазного растачивания, что снижает эффективность применения дорогостоящего оборудования и увеличивает трудоемкость обработки деталей. Особенности обработки отверстий КМИ в основном связаны с малой жесткостью инструмента и ориентацией его по различным поверхностям обрабатываемой детали. Точность обработки отверстий во многом зависит от режимов резания и параметров технологической оснастки (инструмента и приспособлений) и в меньшей степени - от применяемого оборудования.
Современные методы проектирования технологических процессов обработки деталей строятся на линейных принципах выполнения основных этапов, когда выбор технологической оснастки, значительно влияющей на возможности методов обработки по обеспечению заданных параметров точности, следует после назначения этих методов и выбора маршрутов обработки. Планы обработки поверхностей, определяющие маршрут обработки детали, также строятся на линейных принципах проектирования. Проектирование начинается с назначения последнего перехода и далее последовательно до первого при соблюдении принципа постепенного уточнения по переходам параметров точности, в основном квалитета размера и шероховатости поверхности. Задачи обеспечения параметров точности формы и расположения оси отверстий решаются в основном назначением дополнительных переходов, например, координатного и алмазного растачивания, что значительно увеличивает длину маршрута, трудоемкость и стоимость обработки. Например, обработка точением наружных цилиндрических поверхностей 8 квалитета диаметрального размера и 5 степени точности расположения оси возможна за 4 перехода, а для отверстий с аналогичными параметрами точности - за 7-8 переходов. При таком подходе к проектированию возможности сокращения числа переходов и снижения трудоемкости обработки крайне ограничены и попытки решить эту проблему за счет применения более точного оборудования не дают ожидаемого эффекта.
Другой проблемой технологического обеспечения точности является крайне малая информативность существующих справочных статистических данных для методов обработки отверстий КМИ. В них указаны достигаемые параметры точности, в основном квалитет и шероховатость, для данного метода обработки. Однако при каких параметрах инструмента, с какими технологической оснасткой (ТО) и режимами резания можно достичь все параметры точности, остается за рамками этих данных. В имеющихся же справочниках по выбору режимов резания неполно прослеживается связь с точностью обработки, в основном они также увязываются лишь с квалитетом диаметрального размера. Отсутствие четких справочных и нормативных данных по комплексной связи всех параметров точности с режимами резания, параметрами инструмента, оснастки и оборудования приводит к высокой роли субъективных решений при проектировании ТП обработки точных отверстий. Поэтому проблемы обеспечения точности обработки, как правило, переносятся на этап отладки ТП. Внедрение в производство ТП обработки деталей, содержащих отверстия высокой точности, требует большого числа доработок. В частности, это иногда заставляет оператора-станочника методом проб находить параметры операций и переходов, обеспечивающих заданную точность расположения оси отверстия. Доля таких технологических решений достигает более 70%.
Повысить эффективность технологического обеспечения точности возможно на основе разработки методов расчетного прогнозирования точности обработки, включающих математические модели формообразования отверстий и выбора технологической оснастки. Современные теории точности обработки отверстий, как правило, посвящены обеспечению какого-либо одного параметра точности: раз-
мера, формы или расположения осей отверстий. При этом исследуется влияние какого-либо одного из факторов процесса обработки, а комплексное влияние различных сочетаний большинства основных конструкторско-технологических параметров на точность не исследовалось. Поэтому синтез различных теорий точности обработки круглых отверстий в единую не представляется возможным, поскольку каждая из них построена на различных, часто исключающих друг друга основах.
Такое положение диктует необходимость создания новых подходов к принципам проектирования технологии многопереходной обработки отверстий.
Повышение эффективности технологических методов обеспечения точности обработки отверстий КМИ на стадии ТПП имеет теоретическое и большое практическое значение. Это возможно на основе комплексного подхода к решению задач проектирования и отладки технологических процессов. Поэтому создание новой методологии проектирования планов обработки отверстий и разработка методов технологического обеспечения точности на основе математических моделей расчета погрешностей и выбора технологической оснастки, позволяющих определять на стадии проектирования основные параметры переходов, является НАУЧНОЙ ПРОБЛЕМОЙ.
Цель работы. Снижение трудоемкости производства деталей машин на основе создания методологии параметрического проектирования планов обработки отверстий КМИ.
Научная новизна состоит в создании новой методологии параметрического проектирования планов обработки отверстий КМИ на основе разработанных методов технологического обеспечения точности, позволяющей снизить трудоемкость производства деталей машин.
Наиболее существенные научные результаты:
-
Разработана новая методология проектирования технологии многопереходной обработки отверстий КМИ, основанная на принципах назначения каждого перехода в зависимости от выходных параметров точности предыдущего и совместности выбора переходов и технологической оснастки.
-
Разработана методика расчетного прогноза точности обработки на основе системы математических моделей формообразования отверстий КМИ, описывающих профили обработанного отверстия в продольном и поперечном сечениях, что позволяет рассчитывать погрешности размера, формы и расположения оси. Модели отличаются тем, что в них учитываются сочетания параметров диссим-метрии режущей части инструмента, погрешностей заготовки и осевых колебаний шпинделя станка.
-
Установлен механизм технологического наследования погрешностей расположения оси отверстий по переходам, основанный на определении сочетаний фазы колебания шпинделя станка с положениями лезвий инструмента и оси отверстия в заготовке.
-
На основе моделей формообразования определено влияние на точность обработки отверстий различных сочетаний параметров операций. Это позволило создать методику проектной отладки параметров переходов.
5. Разработаны методы формализации процесса технологического оснащения операций обработки отверстий на основе установления структурно-логических связей элементов оснастки с заданными параметрами точности.
Разработанные принципы проектирования и методы технологического обеспечения точности могут быть распространены на обработку различных поверхностей деталей машин.
Практическая ценность. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан комплекс методик расчета параметров точности для различных методов обработки отверстий КМИ. Использование новых расчетных методик позволило разработать информационно-справочную базу определения погрешностей обработки отверстий [26].
Результаты работы в виде инженерных методик, программ и подпрограмм для САПР ТП внедрены на ряде машиностроительных предприятий. В результате применения этих разработок трудоемкость этапов проектирования и отладки операций обработки отверстий снизилась в 2-3 раза, количество брака уменьшилось в 2-3 раза, снизилась себестоимость обработки.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе на кафедрах «Технология машиностроения, станки и инструмент» и «Технологические процессы и оборудование машиностроительного производства» ЮУрГУ при изучении дисциплин «САПР ТП», «Математическое моделирование процессов в машиностроении», «Моделирование систем», «Резание металлов» и др.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях (НТК), совещаниях и семинарах:
на региональной НТК «Проблемы автоматизации проектирования», Свердловск, 1983-1989 гг.;
на Всесоюзном научно-техническом семинаре «Комплексная автоматизация проектно-конструкторских работ в машиностроении», Ленинград, 1988 г.;
- на Всесоюзной НТК «Итоги, проблемы и перспективы комплексно-
автоматизированных производств в машиностроении и приборостроении», Горь
кий, 1990 г.;
на Первой всесоюзной школе-конференции «Математическое моделирование в машиностроении», Куйбышев, 1990 г.;
на Всероссийской НТК «Технологические проблемы производства летательных аппаратов и двигателей», Казань, 1995 г.;
на II Международной специализированной выставке-конференции «Машиностроение. Прогрессивные технологии», Челябинск, 1998 г.;
на Международной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения СИ. Мосина, Тула, 1999 г.;
на Международной электронной НТК «Перспективные технологии автоматизации», Вологда, 1999 г.;
на IV Международной НТК «Вибрационные машины и технологии», Курск, 1999 г.;
на Первой электронной международной НТК «Автоматизация и информация в машиностроении», Тула, 2000 г.;
на 29 Международной конференции по металлообработке, Хайфа (Израиль), 2003 г.;
на Международной научно-практической конференции «Новые технологии, автоматизация оборудования и оснастки машиностроительного производства», Санкт-Петербург, 2007 г.;
на 6 Международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности», Брянск, 2008 г.;
на ежегодных НТК в ЮУрГУ с 1997 по 2008 гг.
Публикации работ. Основное содержание диссертации отражено в 79 печатных работах, из них 8 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, в 4 авторских свидетельствах и монографии «Исследование процессов формообразования отверстий мерными инструментами».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и приложений. Работа содержит 362 страницы текста, 254 рисунка, 49 таблиц, 223 наименований литературы и 15 страниц приложений.
Решение данной проблемы отвечает «Перечню технологий, имеющих важное социально-экономическое значение или важное значение для обороны страны и безопасности государства (критические технологии, утвержденные Правительством РФ от 25 августа 2008 г. № 1243-р)», а именно, «Базовым и критическим военным, специальным и промышленным технологиям».
Обработка отверстий с высокими требованиями к точности расположения оси
Обработка отверстий с высокими требованиями к точности расположения оси является наиболее трудоемкой и проблемной. Рассмотрим основные проблемы на примеры обработки отверстий в некоторых деталях.
Деталь «Рычаг 616.09.62.001» ФГУП «УКВЗ» (рис. 1.4а). Основной трудностью в обработке детали является достижение заданной точности расположения оси отверстия 034Н8 — отклонение от перпендикулярности 0,01 мм, что соответствует VI степени точности [161]. План обработки отверстия 034Н8 состоит из следующих переходов: 1) сверление по кондуктору; 2) зенкерование черновое; 3) зенкерование получистовое; 4) развертывание предварительное; 5) развертывание окончательное; 6) растачивание алмазное предварительное; 7) растачивание алмазное окончательное.
После выполнения перехода 5 (развертывание окончательное) оказалось, что точность диаметрального размера 8-го квалитета достигнута, а по точности расположения оси (отклонение от перпендикулярности 0,01 мм) у 40% деталей заданная точность не достигается (рис. 1.46). Это вынуждает технологов ввести дополнительно 2 перехода алмазного растачивания. Основной причиной такого положения является назначение основных технологических параметров операций-переходов на начальных стадиях обработки - сверления и зенкерования -мало соответствующих требованиям достижения точности расположения оси, а больше соответствующих требованиям достижения точности диаметрального размера, а также требованиям наибольшей производительности, и стойкости инструмента, например, подача инструмента и его геометрия, взятых из справочников технолога. В результате требуемая точность диаметрального размера по квалитету достигается на 5-м переходе, а переходы алмазного растачивания введены только для обеспечения точности расположения оси. Необходимо отметить, что при предварительном растачивании (переход 5) формировалось новое положение оси отверстия, при этом точность диаметра, полученная после развертывания (Н8), ухудшилась до 9-Ю квалитетов, а затем вновь была достигнута при окончательном растачивании. Другим недостатком данной технологии является неагрегатируемость операций алмазного растачивания с методами обработки отверстий концевыми мерными инструментами.
В данном технологическом процессе точность расположения отверстия должна выполняться на первом переходе - сверлении по кондуктору [141], а остальные переходы предназначены для достижения точности диаметрального размера по 9 квалитету. Измерения 20 деталей после операции развертывания показали, что точность расположения оси не обеспечена у 20% деталей (рис. 1.56), а точность диаметрального размера достигнута у всех деталей. Основной причиной невыполнения заданной точности расположения оси может быть неправильное назначение режимов резания (подачи) и геометрии инструмента (угол при вершине 2ф сверла).
Аналогичные проблемы обработки отверстий возникают при изготовлении деталей на ОАО «Агрегат», например, «Поводок 2218.03.014-2» (рис. 1.6), «Гнездо клапана 2218.03.092» (рис. 1.7), «Втулка 2255.01.101» (рис. 1.8).
Представленные выше статистические исследования были проведены либо после выполнения одной из операций, либо по окончании обработки отверстий. Но, кроме перечисленных выше возможных причин появления погрешностей обработки, представляет интерес, как эти погрешности наследуются по переходам. Такие исследование были проведены на деталях, серийно изготавливаемых на ОАО «Агрегат». Методика исследований заключалась в следующем: детали сначала были пронумерованы, после выполнения первого и последующих переходов измерялся увод оси отверстия, далее на графиках по переходам для каждой детали отмечались измеренные погрешности обработки. Измерения проводились на координатно-измерительной машине (КИМ) «Global aktiv» фирмы «Bown&sharpe».
В детали «Ползун 2162.02.062-2» (рис. 1.9) отверстие последовательно обрабатывается на переходах: сверление, зенкерование и развертывание. Обработка производится на токарно-револьверном станке BRT-36M. К расположению оси отверстия предъявляется жесткое требование по отклонению от перпендикулярности - 0,02 мм. Замеры увода оси отверстия по деталям, проведен ные после каждого перехода, показали, что у части деталей (№ 7, 8, 10) каждый последующий переход уменьшал увод оси, а у остальных - нет (рис. 1.10).
Аналогичные проблемы возникают при обработке отверстий в других деталях, например, в детали «Гильза КЭ47.002» (рис. 1.11). Требование по отклонению от прямолинейности оси отверстия выполняется нестабильно. Обработка производится на станке с ЧПУ ВМ 12-500 в следующей последовательности: сверление спиральным сверлом, рассверливание, зенкерование. После переходов сверления и рассверливания последовательно были проведены измерения на КИМ отклонения от прямолинейности оси отверстия. Результаты измерений также показывают большую нестабильность снижения этой погрешности по переходам (рис. 1.12). Полученные погрешности формы оси отверстия на следующем переходе - зенкерование - мало исправляются.
Определение параметров точности по результатам математического моделирования процессов формообразования отверстий
При компьютерном моделировании мы получаем координаты точек профиля обработанной поверхности относительно некоторой системы отсчета. При моделировании формообразования отверстий двухлезвийными инструментами принята полярная система координат и обработанная поверхность описывается множеством положений текущего радиус-вектора (см. табл. 2.1), а при моделировании формообразования отверстий многолезвийными (2.10) и однолезвий-ными инструментами принята декартова система координат. Для единства подхода к расчету параметров точности значения координат, полученные в полярной системе, переведем в декартовую систему координат. В результате моделирования мы получаем массивы координат точек, так как движение инструмента задается через дискретные значения угла его поворота //. Рассмотрим методику нахождения диаметров окружностей, описывающих полученные массивы координат точек обработанной поверхности. Нахождение вписанной и описанной окружностей Методика нахождения вписанной и описанной окружностей в декартовой системе координат состоит из следующих этапов. 1. По математическим моделям формообразования определяются координаты положения оси инструмента, например, через каждые А\/, т.е. положение инструмента определено в каждом из п= 360о/Д\у положений в течение одного его оборота. Из точек положения оси инструмента восстанавливаются радиус-векторы положения всех лезвий (рис. 2.28). Далее выбираются максимальные текущие радиус-векторы в каждом из п положений. 2. Определяются координаты точек концов всех максимальных радиус-векторов при переводе из полярной системы координат в прямоугольную (рис. 2.29): где ф j — соответствующий координатам точек угол. 3. Из имеющегося массива точек с известными координатами Xj Yj, ис пользуя принцип перебора всех точек, а именно, через каждые три точки про водится единственная окружность с координатами центра (Х ; Yo0 и радиусом RVi (рис. 2.29), которые определяются по следующим зависимостям: 5.
Из вписанных окружностей выбирается окружность, наиболее приближенная к реальному профилю отверстия, с радиусом RB max. 6. Из центра вписанной окружности с радиусом RBmax проводится концентричная окружность через наиболее удаленную точку, т.е. с радиусом Ro=Rvcmax (рис. 2.32). Таким образом, для определения точности диаметрального размера и формы полученной в результате компьютерного моделирования поверхности, необходимо сравнивать размеры вписанной окружности с допускаемыми. Разбивка отверстия будет определяться как разность между диаметром максимальной вписанной окружности и диаметром 1. Наносим на плоскость множество точек A X Y ) (/=1,2, ..., п, где п -количество расчетных точек за один оборот инструмента) какого-либо поперечного сечения обработанной поверхности (рис. 2.33). Поскольку вершина режущей кромки инструмента совершает винтовое движение, то множество точек не лежит в плоскости, однако в силу малости шага винтовой линии (подачи S) по сравнению с величиной диаметра отверстия (на 2 и более порядков), допустимо считать, что это множество точек лежит в одной плоскости. 2. Определяем все расстояния dj между двумя точками методом перебора по уравнению Из полученного множества dj выбираем наибольшее расстояние dmax. 5. Задаем окрестность точки С в виде окружности радиусом гс (рис. 2.34), равным удвоенной величине зазора между кондукторной втулкой и инструмен том, то есть 2 А . 10.
Если точка Ок попадает в окрестность точки С (или внутрь окружно сти радиусом гс), то определяем расстояния ОкМ, и из них выбираем наимень шее, которое принимаем за радиус вписанной окружности Ru с центром в точке Разработанная методика позволяет определить вписанную окружность в заданное множество точек, а точка Окв является центром этой окружности. II. Из центра Окв вписанной окружности с радиусом Ra (см. рис.2.34) проводится концентричная окружность через наиболее удаленную точку, т.е. с радиусом R0 (рис. 2.35). Таким образом полученные параметры двух концентричных отверстий (диаметры и координаты центра) будут являться базой для расчета погрешностей обработки: диаметрального размера, формы и расположения оси. При многопереходной обработке отверстий необходимо учитывать погрешности связанные с колебаниями глубины резания (см. рис. 2.4), возникающими из-за погрешностей предшествующего перехода и установки детали на позицию. Рассмотрим влияние наследования погрешностей на точность формы и расположения оси отверстия.
Погрешности формы отверстия в заготовке приводят к колебаниям припуска или глубины резания на последующих переходах, т.е. к изменениям параметра h в математических моделях формообразования (см. табл. 2.1), который зависит от диаметра отверстия в заготовке 0. В данной работе рассматриваются погрешности формы в поперечном сечении отверстия, т. е. отклонение от круглости. Согласно [131] отклонения контура поперечного сечения можно представить в виде ряда Фурье, где нулевой член ряда п0 есть составляющая отклонения текущего размера, т. е. отклонения собственно размера. Первый член ряда щ выражает отклонения от расположения поверхности, члены ряда, начиная со второго, образуют отклонения формы детали в поперечном сечении, при этом второй член ряда п2 выражает огранку, третий п3 - огранку с трехвершинным профилем и т. д. Поэтому при расчете отклонения от круглости от факторов наследования погрешностей формы обрабатываемого отверстия, т. е. при переменности припуска h Ф const, погрешность формы отверстия рассчитывается суммированием погрешностей nj при j = 2, 3, 4, 5 ....
Экспериментальные исследования адекватности математических моделей
Целью данных экспериментальных исследований является проверка адекватности математических моделей, разработанных в гл.2 по точности обработки. Исследования проводились как в лабораторных, так и в производственных условиях. Методика проведения экспериментов заключалась в сравнении погрешностей, полученных при обработке отверстий, с рассчитанными по математическим моделям на ЭВМ с аналогичными технологическими параметрами. В ходе экспериментов также исследовалось влияние отдельных факторов процесса обработки на отдельные параметры точности. Для оценки погрешностей обработки будем пользоваться такими понятиями как увод оси и разбивка отверстия. Понятие «разбивка отверстия» будем применять для оценки погрешностей диаметрального размера. Под разбивкой понимается разность между диаметром обработанного отверстия и действительным диаметром инструмента. Погрешность формы в данной работе рассматривалась только в поперечном сечении и определялась как отклонение от кругло сти.
Целью данной серии экспериментов было сравнение расчетных значений диаметрального размера и увода оси с полученными значениями в результате обработки заготовок. При этом исследовалось также влияние подачи на эти параметры точности. Расчетные значения были получены при моделировании на ЭВМ. Методика проведения экспериментов заключалась в следующем: - инструмент - спиральные сверла по ГОСТ 2034-80, режущая часть затачивались под разными главными углами в плане ф] и ф2 и с определенным значением осевого отставания вершин режущих лезвий т, контроль параметров режущей части сверла производился на большом инструментальном микроскопе БМИ-1 (рис. 3.9); - осевая подача инструмента S назначалась различной, так, чтобы условия обработки соответствовали разным математическим моделям; - заготовки цилиндрической формы из алюминиевого сплава АК-8, материал заготовки выбран специально для возможностей сверления с большими подачами.; - зажимное приспособление - трехкулачковый патрон; - оборудование — вертикально-сверлильный станок с ЧПУ модели ВМ 12-500 с амплитудой осевых колебаний шпинделя 0,18 мм. - обработка без кондукторной втулки. Порядок проведения экспериментов: заготовка устанавливалась в зажимное приспособление (рис. 3.10), далее центровочным сверлом производилась зацентровка и далее — сверление напроход. После этого производились замеры диаметра обработанного отверстия нутромером с ценой деления индикатора 0,01 мм. Величина увода оси отверстия определялась по замерам разностенно-сти заготовки на нижнем торце. Далее параметры обработки вводились в ЭВМ и производился расчет погрешностей. Выдвигаем гипотезу о равенстве средних величин. Поскольку при вычислении на ЭВМ при заданных условиях величиной увода оси будет только одно значение, то его примем в качестве средней величины \х. Гипотеза выглядит следующим образом Н0: Х=\х. Определим фактическое нормируемое отклонение Ц для каждого эксперимента по уравнению t4 = — Vn-1: іфі=1,395; ґф2=1,31; 1ф3=0,797; t,j,4=1,61. При доверительной вероятности P(t)= 0,95 теоретическое нормируемое отклонение 1 =1,96. Так как во всех экспериментах Ц tr, то гипотеза принимается, следовательно, можно делать вывод об адекватности расчетных и экспериментальных значений. Наибольшая погрешность модели в этих экспериментах не превысила 1%. Эксперимент № 2. Инструмент - спиральное сверло диаметром 24,5 мм из быстрорежущей стали Р6М5, с разными углами ф (ф! = 61; фг = 57) и осевым отставанием режущих кромок т = 0,6 мм. Материал заготовки АК-8. Было просверлено по 25 заготовок с подачами: 1,3; 1,4; 1,6; 1,8 мм/об. Параметры обработки соответствуют модели 2 (см. рис. 2.10), так как m = (0,6 - Sy2)tg57/(tg61 - tg57) 0. Результаты экспериментов сведены в табл. 3.2. Значения средних квадра-тических отклонений (ст) составили: j\ = 0,045; ст2 =0,051; а3 =0,049; а4 =0,049. Фактические нормируемые отклонения: іфі=1,84; 1ф2=1,35; іф3=1,1; 1ф4=1,1.Гипотеза также принимается. Наибольшая погрешность модели в этих экспериментах не превысила 1%. Анализ результатов показывает, что при расчете диаметральных размеров наибольшее расхождение между результатами натурных и компьютерных экспериментов не превышает 1%. Увеличение подачи несколько снижает разбивку отверстия, причем при относительно малых подачах (Модель 1) более заметнее, чем при относительно больших подачах (Модель 2). Эксперимент № 3. В данном эксперименте исследовалось влияние подачи на увод оси отверстия. Для эксперимента были взяты следующие условия: - инструмент - спиральное сверло диаметром 9,98 мм из быстрорежущей стали Р6М5, с разными углами ф (ф! = 62; ф2 = 56) и осевым отставанием ре жущих кромок г = 0,3 мм; — длина обработки - 100 мм. Было просверлено по 25 заготовок с подачами: 0,1; 0,2; 0,28; 0,4 мм/об. Параметры обработки соответствуют Модели 1, так как m = (0,3 - 1S,/2)tg57/(tg61 - tg57) 0. На рис. 3.13 показан ввод исходных данных для расчета погрешностей обработки эксперимента № 3 на ЭВМ, а на рис. 3.14 - результаты расчета. Результаты экспериментов сведены в табл. 3.3.
Применение информационно-справочной базы при проектировании технологических операций
Допускаемые диаметральные (наибольший Dmax и наименьший Dmin) размеры отверстий определяется допуском, в соответствии с квалитетом, и основным отклонением. Полученный в результате обработки действительный диаметральный размер Д) должен находиться в пределах Dmin Dd Dmax. При обработке отверстий мерными инструментами очень важно правильно назначить номинальный диаметр и допуск на него для режущей части инструмента. В процессе обработки, как правило, возникает разбивка отверстия - разность между действительными диаметральными размерами обработанного отверстия и режущей части инструмента. Поэтому назначение диаметрального размера инструмента, особенно на окончательных этапах обработки отверстий, является непростой задачей для технолога или конструктора режущих инструментов, так как при этом необходимо учитывать не только значение предполагаемой разбивки отверстия, но и поле допуска диаметра инструмента. Действительный диаметр обработанного отверстия можно определить по зависимости:
Основной проблемой применения данной зависимости является трудность с определением величины разбивки Ар . Значения этих величин приведены в табл. 4.7-4.15. Поскольку диаметральный размер инструмента обычно задается номинальным значением Д, , равным наибольшему его значению, то с учетом допуска на изготовление инструмента 5„ предполагаемый действительный диаметральный размер обработанного отверстия будет в находиться в пределах:
Полученные значения (4.4) и (4.5) необходимо сравнить с допускаемыми предельными значениями диаметрального размера отверстия Dmax и Dmin. Также зависимости (4.4) и (4.5) можно применять при назначении диаметра инструмента и допуска на его изготовление. Для этого сначала необходимо определить размер отверстия, который будет являться начальным для расчета диаметра инструмента. В технологической практике при расчете размеров мерных инструментов учитывается также и их износ, поэтому за начало отсчета D0 обычно берется Dmin отверстия плюс 2/3 допуска 5, т.е.
Далее по табл. 4.7-4.15 определяется величина разбивки Ар и рассчитывается значение номинального диаметра инструмента Du по зависимости
После назначения допуска на изготовление инструмента 5И определяем по (4.4) и (4.5) наибольшее D и наименьшее предполагаемые значения диаметра обработанного отверстия и сравниваем их с допускаемыми Dmax и
Пример. На чертеже детали задано отверстие 015+0 2. Для обработки отверстия выбрано сверло с твердосплавной пластиной. Необходимо определить диаметральный размер инструмента. Условия обработки: угол при вершине сверла - 130, оборудование нормальной точности, направление сверла — по кондукторной втулке, подача - 0,2 мм/об. Данным условиям соответствует табл. 4.11, из которой находим величину разбивки Ар = 0,18 мм. Воспользуемся зависимостями (4.6) и (4.7):
Это значение будет являться номинальным диаметром режущей части сверла. Далее назначаем допуск на изготовление этого размера 5„ = 0,02 мм и находим предполагаемые предельные действительные диаметры отверстия по (4.4) и (4.5): выполняются, следовательно, назначаем диаметр сверла равным 014,95_о,о2. 1. Разработана методика проведения пофакторных компьютерных экспериментов, основанная на создании различных сценариев для расчета отдельных погрешностей обработки: диаметрального размера, формы и расположения оси отверстия. Различные сценарии создаются при задании разных значений определенным исходным данным. 2. Разработана компьютерная модель расчета погрешностей обработки отверстий концевыми мерными инструментами, включающая: ввод исходных данных, выбор адекватной исходным данным математической модели формообразования, выбор соответствующей структуры пофакторного эксперимента, расчет погрешностей по выбранной математической модели. 3. На основе проведенных компьютерные экспериментов определены ос новные закономерности влияния различных конструкторско-технологических параметров операций на точность обработки отверстий КМИ. Анализ их пока зал ряд нетривиальных эффектов. Так, например, установлено, что при одних сочетаниях параметров обработки повышение подачи S увеличивает увод оси отверстия, а при других сочетаниях - уменьшает. Влияние главного угла в пла не ф на увод оси и разбивку отверстия качественно различно: при увеличении угла увод увеличивается, а разбивка сначала снижается, а затем увеличивается. Более диссимметричные инструменты дают разбивку отверстия меньше, чем менее диссимметричные. Поскольку влияние различных параметров операций зависит от сочетания их величин, то для снижения погрешностей обработки управление каким-то одним параметром крайне ограничено.
