Значение коэффициента k2

Метод обработки	Силовые компоненты резания	Коэффициент k2	Материал обрабатываемой заготовки
Сверление	Мкр Ро	0,15 1,0	Чугун
Зенкерование	Мкр Ро	1,3 1,2	Чугун
Предварительное точение (в скобках – для чистовой обработки)	Рz Ру Рx	1,0 1,0 1,4(1,1) 1,2(1,4) 1,6(1,0) 1,25(1,3)	Сталь Чугун Сталь Чугун Сталь Чугун
Цилиндрическое и торцевое фрезерование	Рz	1,7 1,3	Сталь Чугун
Шлифование	Рz	1,20	–
Протягивание	Рz	1,5	–

7. Конструкции зажимных устройств и приводы в приспособлениях

Для создания силы зажима детали в приспособлениях используют простые и комбинированные зажимные устройства. К простым относятся винтовые, клиновые, эксцентриковые, рычажные и др., а к комбинированным – комбинацию из нескольких простых. Например: винто-клиновые, винто-рычажные и др. Расчет и конструкцию таких зажимных устройств можно взять из технической литературы [1, 2, 3].

Для механизации закрепления деталей в приспособлениях используют пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, магнитные, вакуумные и другие приводы.

В крупносерийном и массовом производствах широко используют сжатый воздух, жидкости под давлением, электроэнергию. По быстроте действия пневмоприводы значительно превосходят многие механизированные приводы. Выполняя компоновку зажимных устройств в приспособлении по требуемой силе зажима деталей, рассчитывают исходную силу для привода элементов приспособления. По исходной силе производят выбор конструкций привода и расчет. Например, для пневмоцилиндра или пневмокамеры по известной величине давления воздуха определяется диаметр пневмоцилиндра и другие конструктивные параметры.

Например, для многозвенной конструкции зажимного устройства, показанного на рис. 25, передача силы зажима происходит через прихват и кулачки.

Рис. 25. Многозвенное зажимное устройство

Из уравнения равновесия и учитывая потери на трение в звеньях зажимного устройства коэффициентом f, зависимость исходной силы и силы зажима можно представить уравнением:

,

где q – сила пружины возврата прихвата.

По силе Р можно найти диаметр пневмоцилиндра из выражения:

где D – диаметр цилиндра;

р – давление сжатого воздуха (обычно 0,4–0,5 МПа);

 – КПД, учитывающий потери в цилиндре (при D = 120–200 мм,  = 0,9–0,95).

8. Расчет точности обработки заготовок в приспособлении

В технологии машиностроения под точностью изготовления деталей понимается степень приближения геометрических параметров детали к параметрам, заданным на чертеже. Различают три показателя точности: точность выполнения размеров, формы поверхностей и их взаимного расположения. Отклонения параметров реальной детали от заданных номинальных значений называются погрешностями. Общая (суммарная) погрешность является следствием влияния отдельных факторов, вызывающих первичные погрешности, которые делятся на систематические постоянные, систематические закономерно изменяющиеся и случайные. Точность выполнения размеров регламентируется допусками, в которые, как правило, входят допустимые отклонения формы поверхностей и их взаимного расположения. Поэтому при анализе точности обработки заготовок наиболее важным является анализ точности операционных размеров, выполняемых в приспособлениях. Этот анализ и рекомендуется выполнять в курсовом проекте.

В результате выполнения технологической операции суммарная погрешность рассматриваемого размера Δ не должна превышать заданного допуска, т.е. Δ _.

Приспособления для обработки заготовок и сама заготовка являются элементами системы СПИД. Поэтому в самом общем случае для анализа точности требуется построение и решение размерной цепи системы СПИД, которая показывает роль каждого звена в достижении точности операционного размера. Такой анализ сложен и трудоемок, поэтому на стадии проектирования приспособления его отделяют от остальных элементов системы СПИД. Далее все погрешности разбивают на две группы. Первая группа – это _о – погрешность, связанная с методом обработки. Это есть суммарная погрешность обработки, вызываемая факторами, не связанными с приспособлением, а именно: упругими отжатиями системы СПИД под действием сил резания, погрешностью настройки станка, размерным износом инструмента, тепловыми деформациями системы, геометрическими погрешностями станка и деформацией заготовки при обработке. В литературе [3] _о очень удачно рассматривается как сумма погрешностей статической и динамической настройки. _о определяется как экономическая точность метода обработки [5,12,14,15,17]. По данным [14], она имеет следующие значения (табл. 31).

Таблица 31

Экономическая точность методов обработки

Методы обработки		Точность обработки (ориентировочная)
		Класс точности		Квалитет точности		Средняя экономическая точность, мм		Пределы колебаний размера (50–80мм)
Обточка, расточка, зенкерование, строгание черновые чистовые точные	5 4 3		IТ11– IТ12 IТ10– IТ11 IТ9– IТ10		0,4 0,2 0,06		0,2–0,8 0,12–0,2 0,03–0,12
Обточка и расточка тонкие	2		IТ9–IТ10		0,02		0,01–0,03
Фрезерование черновое чистовое точное	4 3		IТ 11 IТ9–IТ10		0,2 0,06		0,12–0,4 0,03–0,2
Развертывание предварительное окончательное	3 2		IТ10 IТ8–IТ9		0,06 0,03		0,05–0,12 0,01–0,05
Протягивание чистовое отделочное	2а 2		IТ9 IТ8		0,05 0,03		0,02–0,06 0,01–0,03
Шлифование зубьев	3а		IТ9		0,12		0,06–0,2
Шлифовка точная точная	2 точнее 1-го		IТ8–IТ9 IТ7–IТ8		0,02 0,01		0,01–0,0 0,003–0013
Хонингование предварительное окончательное	2 1		IТ8–IТ9 IТ6		0,03 0,02		0,02–0,05 0,01–0,03
Притирка	точнее 1-го		IТ5–IТ6		0,01		0,002

Под экономической понимается точность, затраты для обеспечения которой при данном способе обработки будут меньшими, чем при других способах. Значение этой величины может изменяться также в зависимости от условий обработки. Под достижимой понимается точность, обеспечиваемая при обработке на хорошо отлаженном станке рабочим высокой квалификации при неограниченных затратах труда и времени на обработку. Выбранное по таблицам для данных условий значение _о следует понимать как среднюю экономическую точность обработки. Вторая группа – это _уст (погрешность установки заготовки в приспособление). Здесь приспособление рассматривается совместно с заготовкой. Заготовка рассматривается как жесткий элемент, контактирующий с приспособлением. Деформации заготовки, кроме контактных, учтены в _о. Здесь заготовка выполняет роль элемента, на котором выполняется анализируемый нами операционный размер.

Известно, что существует правило арифметического, алгебраического и квадратичного суммирования погрешностей. Правило суммирования определяется природой погрешностей, точностными требованиями к анализируемым изделиям. По своей природе арифметически суммируются случайная погрешность с постоянной, алгебраически – закономерно изменяющиеся погрешности, квадратично – случайные погрешности.

При проектировании приспособлений практика такова, что все погрешности суммируются квадратично, а результирующую умножают на коэффициент запаса точности k = 1,2. Погрешности можно суммировать и арифметически. Арифметическая сумма является максимально возможной, что ведет к ужесточению допусков размеров, влияющих на точность обработки. Расчет с использованием арифметического суммирования можно рекомендовать применительно к прецизионным приспособлениям, создаваемым для обработки деталей высокой точности. Используя квадратичное суммирование, можно записать:

Погрешность установки складывается из погрешностей базирования, закрепления и приспособления:

Погрешность базирования – это отклонение фактически достигнутого положения заготовки при базировании от требуемого. Погрешность имеет место при несовмещении измерительной и контактных баз заготовки и равна расстоянию между предельными положениями проекций измерительной базы на направление получаемого при обработке размера. Эта погрешность является геометрической, т.е. определяется взаимным положением геометрических элементов приспособления и заготовки. Погрешность базирования определяют соответствующими геометрическими расчетами или анализом размерных цепей, что в ряде случаев обеспечивает более простое решение. Схемы базирования и расчетные формулы подробно рассматриваются в лекционном курсе «Основы технологии машиностроения» и также отражены в литературе [12, 29, 37].

Погрешность закрепления _закр состоит в изменении положения заготовки в результате приложения к ней усилия закрепления и определяется как разность между наибольшей и наименьшей проекциями смещения измерительной базы в направлении выполняемого размера. Погрешность закрепления возникает в связи с изменением контактных деформаций стыка заготовки – опоры приспособлений. Смещение заготовки вследствие контактных деформаций вычисляют по эмпирическим зависимостям, коэффициенты которых представлены в [12], а также численные значения _закр на основе работы [29] представлены в табл. 32–35.

Таблица 32

Погрешность закрепления заготовок е_з при установке на опорные пластины, мкм

Характеристика базовой поверхности	Поперечные размеры заготовок, мм
	10–18	18–30	30–50	50–80	80–120	120–180	180–260
Установка в приспособление с винтовым или эксцентриковыми зажимами
Полученная литьем: в песчаную форму машинной формовки по металлической модели в постоянную форму по выплавляемой модели под давлением	100 60 50 40	110 70 60 50	120 80 70 60	135 90 80 70	150 100 90 80	175 110 100 90	200 120 110 100
Полученная горячей штамповкой	100	110	120	135	150	175	200
Горячекатаная	100	110	120	135	150	175	–
Предварительно обработанная	50	60	70	80	90	100	110
Окончательно обработанная	40	50	60	70	80	90	100
Шлифованная	25	30	35	45	60	70	80
Установка в зажимное приспособление с пневматическим зажимом
Полученная литьем: в песчаную форму машинной формовки по металлической модели в постоянную форму по выплавляемой модели под давлением	80 55 40 30	90 60 50 35	100 65 55 40	110 70 60 50	120 80 70 60	140 90 80 70	160 100 90 80
Полученная горячей штамповкой	80	90	100	110	120	140	160
Горячекатаная	80	90	100	110	120	140	–
Предварительно обра-ботанная	40	50	55	60	70	80	90
Окончательно обработанная	30	35	40	50	60	70	80
Шлифованная	15	20	25	30	35	40	45

Примечания:

1. Установка на магнитной плите не исключает погрешности закрепления.

2. Поперечный размер заготовки необходимо принимать наибольшим в сечении по нормали к обрабатываемой поверхности.

3. Погрешность закрепления дана в таблице по нормали к обрабатываемой поверхности.

Таблица 33

Погрешность закрепления заготовок е_з при установке на опоры с точечным и линейным контактом (опорные штифты, призмы), мкм

Характеристика базовой поверхности	Поперечные размеры заготовок, мм
	10–18	18–30	30–50	50–80	80–120	120–180	180–260
Установка в приспособление с винтовым или эксцентриковыми зажимами
Полученная литьем: в песчаную форму машинной формовки по металлической модели в постоянную форму по выплавляемой модели под давлением	100 100 90 80	125 110 100 90	150 120 110 100	175 130 120 110	200 140 130 120	225 150 140 130	250 160 150 140
Полученная горячей штамповкой	100	125	120	175	200	225	250
Горячекатаная	100	125	120	175	200	225	–
Предварительно обработанная	90	100	70	120	130	140	150
Окончательно обработанная	80	90	60	110	120	130	140
Шлифованная	50	60	70	80	90	100	110
Установка в зажимное приспособление с пневматическим зажимом
Полученная литьем: в песчаную форму машинной формовки по металлической модели в постоянную форму по выплавляемой модели под давлением	90 80 70 45	100 90 75 50	120 100 80 60	140 110 90 70	160 120 100 80	180 140 110 90	200 140 120 100

Окончание табл. 33

Характеристика базовой поверхности	Поперечные размеры заготовок, мм
	10–18	18–30	30–50	50–80	80–120	120–180	180–260
Установка в зажимное приспособление с пневматическим зажимом
Полученная горячей штамповкой	90	100	120	140	160	180	200
Горячекатаная	80	100	120	140	150	180	–
Предварительно обра-ботанная	70	75	80	90	100	110	120
Окончательно обработанная	60	70	80	90	90	100	110
Шлифованная	35	40	45	50	55	60	70

Примечания:

1. Установка на магнитной плите не дает погрешности закрепления.

2. Поперечный размер заготовки необходимо принимать наибольшим в сечении по нормали к обрабатываемой поверхности.

3. Погрешность закрепления дана в таблице по нормали к обрабатываемой поверхности.

Таблица 34

Погрешность закрепления заготовок е_з при установке в радиальном направлении для обработки на станках, мкм

Характеристика базовой поверхности	Поперечные размеры заготовок, мм
	10–18	18–30	30–50	50–80	80–120	120–180	180–260
Установка в зажимной гильзе (цанге) и на цанговой оправке
Холоднотянутая калиброванная	50	60	70	80	–	–	–
Предварительно обра-ботанная	40	50	60	70	–	–	–
Окончательно обработанная точением	25	30	35	40	–	–	–
Шлифованная	20	20	25	25	–	–	–

Окончание табл. 34

Характеристика базовой поверхности	Поперечные размеры заготовок, мм
	10–18	18–30	30–50	50–80	80–120	120–180	180–260
Установка в 3-кулачковом патроне с пневматическим зажимом
Полученная литьем: в песчаную форму машинной формовки по металлической модели в постоянную форму по выплавляемой модели под давлением	220 140 50 25	260 170 60 30	320 200 70 35	380 240 80 40	440 280 90 45	500 320 100 50	580 380 120 60
Полученная горячей штамповкой	220	260	320	380	440	500	580
Горячекатаная	220	260	320	380	440	500	–
Предварительно обра-ботанная	50	60	70	80	90	100	120
Окончательно обработанная	25	30	35	40	45	50	60
Шлифованная	10	10	15	15	20	20	25

Примечания:

1. При установке на оправку надо учитывать погрешность базирования и принимать погрешность закрепления в зависимости от крепления оправки в гильзе, патроне или зажимном приспособлении.

2. Установка в жестких центрах не дает погрешности в реальном направлении. Погрешности закрепления, получающиеся при установке в плавающий передний и вращающийся задний центры, не учитываются, так как перекрываются отклонением заготовки под действием силы резания.

Таблица 35

Погрешность закрепления заготовок е_з при установке в осевом направлении для обработки на станках, мкм

Характеристика базовой поверхности	Поперечные размеры заготовок, мм
	10–18	18–30	30–50	50–80	80–120	120–180	180–260
Установка на цанговой оправке
Предварительно обра-ботанная	20	30	40	50	60	70	–
Установка на цилиндрической оправке с ручным зажимом
Предварительно обра-ботанная	10	15	20	25	30	30	–
Установка в зажимной гильзе (цанге) по упору
Холоднотянутая калиброванная	40	50	60	70	80	–	–
Предварительно обра-ботанная	30	40	50	60	70	–	–
Окончательно обработанная точением	25	30	35	40	–	–	–
Установка в 3-кулачковом самоцентрирующем патроне с ручным приводом
Полученная литьем: в песчаную форму машинной формовки по металлической модели в постоянную форму по выплавляемой модели под давлением	80 70 60 40	90 80 70 50	100 90 80 60	110 100 90 70	120 110 100 80	130 120 110 90	140 130 120 100
Полученная горячей штамповкой	80	90	100	110	120	130	140
Горячекатаная	110	140	170	200	230	260	–
Предварительно обра-ботанная	50	60	70	80	90	100	110
Окончательно обработанная	30	40	50	60	70	80	90
Шлифованная	15	15	20	20	25	25	30

Окончание табл. 35

Характеристика базовой поверхности	Поперечные размеры заготовок, мм
	10–18	18–30	30–50	50–80	80–120	120–180	180–260
Установка в 3-кулачковом патроне с пневматическим приводом
Полученная литьем: в песчаную форму машинной формовки по металлической модели в постоянную форму по выплавляемой модели под давлением	70 60 50 35	80 650 55 45	90 75 65 60	100 80 75 55	110 90 80 65	120 100 85 70	130 110 90 80
Полученная горячей штамповкой	60	70	80	90	100	110	120
Горячекатаная	100	120	150	160	200	230	–
Предварительно обра-ботанная	40	50	60	70	80	90	100
Окончательно обработанная	20	30	40	50	60	70	80
Шлифованная	10	10	15	15	20	20	25

Примечания:

1. При установке на оправку надо учитывать погрешность базирования и принимать погрешность закрепления в зависимости от крепления оправки в гильзе, патроне или зажимном приспособлении.

2. Установка в центрах не исключает погрешности закрепления, но при этом возникает погрешность базирования в осевом направлении.

Погрешность, обусловленная приспособлением _пр, состоит из погрешностей: _изг – погрешность, вызываемая неточностью изготовления приспособления по выбранному параметру; _изн – обусловленная износом элементов приспособления; _{уст. пр} – обусловленная установкой приспособления на станке:

.

При наличии в приспособлении элементов для направления инструмента (кондукторные втулки) следует учитывать погрешность от переноса инструмента. Как отмечалось, все погрешности необходимо рассматривать спроектированными на направление выполняемого размера.

На износ влияют размеры и конструкция установочных элементов, материал и масса обрабатываемой детали, состояние ее базовых поверхностей. Наиболее интенсивно изнашиваются опоры с точечным и линейным контактами, наименее – опорные пластины с большими поверхностями контакта. В табл. 36 даны расчетные зависимости для определения погрешностей износа.

Таблица 36

Износ установочных элементов

Схема базирования	Обрабатываемый размер	Погрешность износа
	Н1, Н2, Н3
	Н1, Н2, Н3
	Н1, Н2, Н3	0
	Н1	U
	Н2	0

Окончание табл. 36

Схема базирования	Обрабатываемый размер	Погрешность износа
	Н1	U2
	Н2	U2
	Н3	U1
	α	tgα = (U2 – U1) / l

Приближенно износ установочных элементов может определяться по соотношению: где U₀ – средний износ установочных элементов для чугунной заготовки при усилии зажима P_о = 10 кН и базовом числе установок N = 100 000 (табл. 37, 38); k₁, k₂, k₃, k₄, соответственно, коэффициенты, учитывающие влияние материала заготовки, оборудования, условий обработки и числа установок, отличающихся от принятых при определении U₀.

Таблица 37

Значения среднего износа U_о установочных элементов (при N₀ = 100·10³, материал заготовки – чугун), мкм

Тип установочных элементов	Материал установочных элементов
	сталь 20 цементованная закаленная		сталь 40Х закаленная		сталь У10А закаленная		сталь 45 с хромовым покрытием		твердый сплав ВК8
Призмы
Опорные пластины гладкие

Окончание табл. 37

Тип установочных элементов	Материал установочных элементов
	сталь 20 цементованная закаленная		сталь 40Х закаленная		сталь У10А закаленная		сталь 45 с хромовым покрытием		твердый сплав ВК8
Опорные пластины с косыми срезами										–
Постоянные опоры: со сферической головкой с плоской головкой с насеченной головкой								– –		– –
Пальцы установочные: срезанные цилиндрические										– –
Оправки цилиндрические										–

Примечания:

1. В числителе даны средние значения U_о, в знаменателе – рекомендуемый интервал.

2. Большие значения U_о принимаются для случаев закрепления заготовки переменным усилием, возможных ударов при контакте и значительным временем контакта заготовки и установочного элемента, усилиями закрепления и массы заготовки.

Таблица 38

Коэффициенты, учитывающие условия износа

Учитываемые условия

Коэффициент

Значения

Материал детали

k1

Чугун

Сталь незакаленная

Сталь закаленная

1,0

0,97

0,91

Тип оборудования

k2

Универсальное

Специальное

Автоматические линии

1,0

0,25

1,57

Точение, фрезерование, сверление, зенкерование

Шлифование

Условия обработки

k3

стали с охлаж-дением

стали без охлаждения

чугуна без охлаждения

стали с охлаж-дением

чугуна без охлаждения

0,94

1,0

1,12

1,32

1,58

Число установок

k4

Число установок N  103

до 5

до 10

до 20

до 40

50…100

до 150

2,8

2,4

1,8

1,3

1

0,9

Погрешность, обусловленная установкой на станке _{уст. пр}, зависит от смещений или перекосов корпуса приспособлений на столе, планшайбе или шпинделе станка. Для уменьшения зазоров рекомендуется повышать точность посадочных мест приспособления, разносить на корпусе ориентирующие его элементы и подгонять посадочные места к станку. В массовом и серийном производствах при использовании одного приспособления и неизменным его закреплением погрешность установки может быть частична или полностью устранена настройкой станка. При использовании нескольких одинаковых приспособлений (дублеров и спутников) эта величина не компенсируется настройкой станка и полностью учитывается.

В серийном производстве при частой переустановке приспособления на  _{уст. пр} влияют и повреждение сопрягаемых поверхностей. При соблюдении требований к смене приспособлений и правильном выборе зазоров в сопряжениях _{уст. пр} = 0,02…0,1 мм.

В каждом конкретном случае рекомендуется выполнять расчет по определению  _{уст. пр} в зависимости от ее схемы установки и заданной точности изготовления посадочных мест. В табл. 39 приведены зависимости для определения  _{уст. пр}.

Таблица 39

Погрешность установки приспособления

Принцип установки приспособления	Схема установки	уст. пр в направлении
		оси х	оси y	угла β
На горизонтальный шпиндель по торцу и центрирующему пояску		ΔТ	s
На вертикальный стол по торцу и центрирующему пояску		s	ΔТ
На конус шпинделя		0,03…0,06	–	δα

Окончание табл. 39

Принцип установки приспособления	Схема установки	уст. пр в направлении
		оси х	оси y	угла β
В шпиндель: с конусом Морзе: №0 №1,2,3 №4,5 №6 с метрическим конусом: №80 №100		0,01…0,2 0,01…0,2 0,2…0., 0,25…0,5 0,25…0,5 0,3…0,6		δα
В центр: на горизонтальный стол по Т-образному пазу		0,01…0,03 s	–	ls/lшп
По двум шрифтовым отверстиям			ΔL1+0,25 ′

Примечание. Буквы в таблице обозначают: ΔТ – торцевое биение опорной поверхности приспособления, принимается в пределах 0,01…0,04 мм; s – максимальный зазор в сопряжениях базирующих поверхностей; s′ – сумма максимальных зазоров между штифтами и отверстиями; δα – погрешность половины угла конуса α, принимается в пределах 2′…8′; δL₁ – допуск на расположение координат штифтовых отверстий; D – диаметр.

Погрешность изготовления приспособления _изг характеризует неточность положения установочных элементов приспособления (на которые устанавливается заготовка) относительно базовых поверхностей, осей приспособления (по которым она ориентирована на станке), т.е. _изг есть погрешность взаимного положения или отклонения размеров между поверхностями, контактирующими с заготовкой и станком. Например, биение опорной поверхности цилиндрической оправки для обтачивания наружной поверхности заготовки относительно ее базовых поверхностей (центровых гнезд); допуск на размер между установочными элементами планшайбы к токарному станку и осью отверстия планшайбы, совпадающего с осью вращения шпинделя и определяющего положения режущего инструмента; непараллельность установочных элементов приспособления для фрезерования горизонтальной поверхности относительно опорной поверхности приспособления. Если параметры точности между поверхностями, контактирующими с заготовкой и станком, определяются размерами нескольких деталей, то для анализа точности используется размерная цепь.

Из изложенного следует, что без учета коэффициента запаса точности

. (9)

С учетом коэффициента запаса точности

.

При расчете точности самого приспособления из приведенных выше формул выделяют _изг. Далее, если _изг входит в размерную цепь, производится решение размерной цепи. Соответственно, получаем:

;

.

В целом необходимо отметить, что анализ технической литературы и нормативных материалов различных предприятий позволяет заключить, что в настоящее время нет единой стандартной методики по расчету точности обработки заготовок в приспособлении и расчету точности самих приспособлений. Поэтому при использовании студентами материалов, отличных от данного пособия, необходимо давать подробное их разъяснение и обоснование.