Расчет минимального промежуточного припуска

Тема 9. Припуски на
механическую обработку
1
ПРИПУСКИ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ
ОБРАБОТКУ
Припуском
называют слой материала, удаленный
в процессе механической обработки заготовки для
достижения требуемой точности и качества
обрабатываемой поверхности.
Различают припуски промежуточные (Zi) и общие
(ZО).
Промежуточный припуск (припуск на данную
операцию или переход) – слой металла, который
должен быть удален во время данной операции
или
перехода.
Промежуточный
припуск
определяют как разность размеров заготовки,
полученных
на
смежном
предшествующем
переходе.
При
обозначении
припусков
используются следующие индексы: (i-1) – индекс
для предшествующего перехода; i – индекс для
выполняемого перехода.
2
ПРИПУСКИ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ
ОБРАБОТКУ
Промежуточные
припуски для наружных и внутренних
поверхностей вращения (см. рисунок) рассчитываются по
следующим формулам:
2 Z i  d i 1  d i
,
2 Z i  di  di 1
,
где Zi – припуск на сторону.
Припуски измеряются по нормали к обработанной
поверхности. Они могут быть несимметричными (на одну
сторону) при изготовлении призматических деталей и
симметричными (на обе стороны) чаще всего на диаметр при
обработке тел вращения.
3
ПРИПУСКИ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ
ОБРАБОТКУ
Общий
припуск равен сумме промежуточных
припусков по всему технологическому маршруту
механической обработки данной поверхности
n
ZО   Zi
Общий
i 1
припуск
определяют
как
разность
размеров заготовки и готовой детали. Он зависит
от ряда факторов: типа производства, размеров и
конструктивных форм заготовки, свойств, ее
материала, вида заготовки (поковка, отливка), ее
жесткости, толщины дефектного поверхностного
слоя, состояния оборудования, на котором ведут
обработку.
4
ПРИПУСКИ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ
ОБРАБОТКУ
Припуски
следует назначать оптимальными.
Завышенные припуски приводят к излишнему
расходу материала, возрастанию трудоемкости
механической
обработки,
повышению
эксплуатационных расходов станочной обработки
(расход инструмента, электроэнергии и др.).
Недостаточные припуски могут препятствовать
исправлению погрешностей от предшествующей
обработки и получению необходимой точности и
шероховатости обработанной поверхности на
выполняемой операции.
Правильно выбранный припуск обеспечивает
устойчивую работу оборудования при достижении
высокого
качества
продукции,
а
также
минимальную себестоимость продукции.
5
ОПЫТНО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИПУСКОВ
В
машиностроении
применяют
два
метода
определения припусков: опытно-статистический и
расчетно-аналитический.
При
использовании опытно-статистического
метода
общие
и
промежуточные
припуски
назначаются по таблицам, которые составлены на
основе
обобщения
и
систематизации
производственных данных передовых заводов.
Основными преимуществами этого метода можно
считать экономию времени на определение
припуска. Он позволяет определить размеры
заготовок до разработки ТП.
6
НЕДОСТАТКИ ОПЫТНО-СТАТИСТИЧЕСКОГО
МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИПУСКОВ
Недостатки
опытно-статистического
метода
заключаются в том, что припуски назначаются без
учета
конкретных
условий
построения
технологических процессов, например, общие
припуски назначают без учета схемы установки
заготовки
и
погрешностей
предшествующей
обработки.
Опытно-статистический
метод
определения
припуска
не
учитывает
особенностей
ТП,
рекомендуемые припуски завышают. Таблицы для
выбора припусков можно использовать при
единичном и мелкосерийном производстве, при
изготовлении небольших, недорогих деталей,
когда
разрабатываются
маршрутные
технологические процессы.
7
РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИПУСКОВ
При
этом
методе
значение
припуска
определяется дифференцированным расчетом по
элементам.
Расчетно-аналитический метод предусматривает
расчет припусков по всем последовательно
выполняемым
технологическим
операциям
обработки данной поверхности детали, их
суммирование для определения общего припуска
и расчет промежуточных размеров заготовки.
Расчетной величиной является минимальный
промежуточный
припуск,
достаточный
для
устранения
на
выполняемой
операции
погрешностей
обработки
и
дефектов
поверхностного
слоя,
полученных
на
предшествующей
операции,
и
компенсации
погрешностей, возникающих на выполняемой
операции.
8
Расчет минимального
промежуточного припуска
При
расчете
минимального
промежуточного
припуска учитывают следующие составляющие его
элементы:
1) высоту микронеровностей Rz i 1 , полученную на
предшествующем переходе;
2) состояние и глубину hi-1 поверхностного слоя
заготовки
в
результате
выполнения
предшествующего перехода;
3)пространственные отклонения  i 1 расположения
обрабатываемой поверхности относительно баз
заготовки;
 i при выполнении
4) погрешность установки
данного перехода.
9
Расчет минимального
промежуточного припуска
поверхности Rz i 1
и глубина
поверхностного слоя hi-1 зависят от режима резания,
качества обрабатываемого материала и других
факторов.
Поверхностный слой hi-1, образовавшийся в
результате предшествующего перехода, удаляется
на выполняемом переходе полностью или частично.
Например, при выполнении поковок образуется
обезуглероженный слой до 0,5 мм, который следует
удалить полностью, так как этот слой является
дефектным. Полностью надо удалить на первом же
технологическом переходе поверхностный слой,
образовавшийся при отливке заготовки из серого
чугуна. Этот слой в 1…2 мм состоит из перлитной
корки с включениями формовочного песка.
Шероховатость
10
Расчет минимального
промежуточного припуска
Пространственныеотклонения–это отклонения, riкоторые
характеризуются
погрешностью
1,
расположения
обрабатываемой
поверхности
относительно базовых поверхностей заготовки
(отклонения от соосности наружной поверхности
вращения и поверхности отверстия у заготовок
типа втулок и дисков; изгиб заготовки ступенчатого
вала; выпуклость и вогнутость плоскостей;
отклонение
от
параллельности
подлежащей
обработке плоскости корпуса и базовой плоскости;
отклонение от перпендикулярности торцовой
поверхности к оси отверстия) .
11
Расчет минимального
промежуточного припуска
Составляющей
минимального
промежуточного припуска является также
погрешность
 i установки заготовок на
выполняемом переходе .

Погрешность установки i характеризуется
смещением или поворотом подлежащей
обработке поверхности относительно баз,
потому
это
значение
должно
быть
скомпенсировано
соответствующим
увеличением припуска.
12
Расчет минимального
промежуточного припуска
Например,
при обработке втулки по
наружному
диаметру
при
установке
базовым отверстием на оправку с зазором
заготовка получает смещение
T1 T2 T3
i     
2 2 2
где  - гарантированный зазор между
отверстием заготовки и оправкой; T1 допуск на изготовление оправки; T2 - допуск
на изготовление базового отверстия; T3 допуск на износ оправки.
13
Расчет минимального
промежуточного припуска
величины Rz i 1 , hi 1 ,  i 1 и
получим
минимальный
припуск
технологического перехода.
Суммируя
,
для
i
Рассмотрим
методы
суммирования
составляющих. При обработке плоскостей векторы
суммируются арифметически, так как
 i 1 и
i
они коллинеарны (параллельны) и направлены
перпендикулярно обрабатываемой поверхности.
Следовательно, при обработке плоскости расчетная
формула минимального припуска имеет вид

Z i min  Rz i 1  hi 1   i 1   i
14
Расчет минимального
промежуточного припуска
При
обработке двух противолежащих плоскостей
одноименными методами припуск на две стороны
составит
2Z i min  2( Rz i 1  hi 1   i 1   i )
При
обработке поверхностей вращения векторы
i-1 и i могут принять любое угловое положение и
потому их суммирование следует выполнять по
правилу квадратного корня.
Следовательно, припуск на диаметр при обработке
наружных и внутренних поверхностей вращения
составит
15
Расчет минимального
промежуточного припуска
2Zi min  2[( Rz i 1  hi 1 )  
2
i 1
  )]
2
i
Значения составляющих минимального припуска
приведены в справочной литературе. Конкретные
значения этих составляющих зависят от точности
выполнения предшествующего и выполняемого
переходов, точности установки заготовки на
выполняемом переходе, материала заготовки и
других факторов.
16
Расчет минимального
промежуточного припуска
При
анализе
конкретных
переходов
некоторые
составляющие
из
общей
формулы расчета могут быть исключены.
Так, при обтачивании цилиндрической
поверхности заготовки, установленной в
центрах, погрешность  i
может быть
принята равной нулю и, следовательно,

2Z i min  2( Rz i 1  hi 1   i 1 )
17
Расчет минимального
промежуточного припуска
При
шлифовании
заготовок
после
термообработки поверхностный слой необходимо
по
возможности
сохранить,
следовательно,
слагаемое h
нужно исключить из расчетной
i 1
формулы, т.е.
Zi min  Rz i1  i1   i
2Z i min  2( Rz i 1   i21   i2 )
При
развертывании плавающей разверткой и
протягивании отверстий смещения и увод оси не
устраняются, а погрешности установки в этом
случае нет. Поэтому
2Z i min  2Rz i1  hi1 
18
Расчет минимального
промежуточного припуска
При
суперфинишировании
и
полировании
цилиндрической поверхности, когда уменьшается
только ее шероховатость, припуск определяется
лишь
высотой
микронеровностей
обрабатываемой поверхности, т.е.
2Zi min  2Rz i1
Следовательно,
при расчете минимального
припуска следует учитывать конкретные условия
обработки. В зависимости от этих условий
некоторые слагаемые не учитываются, что
позволяет уменьшить припуск и сократить
расходы на обработку.
19
Расчет минимального
промежуточного припуска
Положительная
часть допуска на заготовку для
вала и отрицательная для отверстия в общий
припуск не входят, но должны приниматься во
внимание при определении режимов резания при
обработке.
Зная минимальный межоперационный припуск,
можно рассчитать его максимальное значение
Zi max  Ti 1  Zi min  Ti
где T i-1 , T i - допуски на размер поверхности,
установленные соответственно для предыдущего и
выполняемого технологического перехода.
20
Расчет размеров заготовки при
механической обработке
ПРИПУСКИ
21
Расчет размеров заготовки при
механической обработке
ПРИПУСКИ
22
Расчет размеров заготовки при
механической обработке
Схемы
образования промежуточных размеров
при
обработке
наружных
и
внутренних
цилиндрических
поверхностей
показаны
на
рисунках.
Используя
взаимосвязь
между
межоперационными припусками на обработку и
полями
допусков,
устанавливаемых
на
промежуточные размеры, можно рассчитать
предельные размеры заготовки при выполнении
любого технологического перехода, используя
следующие соотношения.
Для валов
Dimax = Di-1max – 2Zimin – TDi-1;
Dimin = Di-1min– 2Zimin – TDi .
23
Расчет размеров заготовки при
механической обработке
Предельные
размеры заготовки для отверстий
Dimax = Di-1max + 2Zimin + TDi ;
Dimin = Di-1min + 2Zimin + TDi-1 .
Припуски
для разных заготовок при различных
видах механической обработки приводятся в ГОСТ,
заводских
нормативных
материалах
и
справочниках.
Операционные
припуски
на
механическую
обработку (на диаметр) лежат в пределах: при
черновом обтачивании заготовки из проката
диаметром до 120 мм – от 1 до 2,5 мм, заготовкиштамповки – от 1,5 до 3 мм; при чистовом
обтачивании после чернового – от 0,5 до 1 мм; при
наружном шлифовании в центрах – от 0,2 до 0,5 мм.
24
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Рассчитать
припуски на обработку и промежуточные
предельные размеры для отверстия Ø50Н7 детали,
приведенной на рисунке.
25
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Заготовка
представляет собой отливку 1-го класса
точности.
Технологический маршрут обработки:
черновое зенкерование;
чистовое зенкерование;
чистовое развертывание.
Базирование
заготовки
в
приспособлении
осуществляется
по
обработанному
торцу,
перпендикулярному оси отверстия Ø50Н7, и двум
отверстиям Ø18Н7.
26
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Расчет
припусков на обработку отверстия Ø50Н7
будем вести в таблице, в которой записываются
технологический маршрут обработки отверстия и
значения элементов припуска, входящих в формулу
Порядок
2
2
2
Z

2
(
Rz

h




i min
i 1
i 1 данные
i 1 для
i )этого
расчета
и справочные
расчета приведены в книгах:
1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т.
Т.1 /Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. – М.:
Машиностроение, 1986. – 656 с.
2. Горбацевич А.Ф. Курсовое проектирование по
технологии
машиностроения
/А.Ф.Горбацевич,
В.А.Шкред. - Мн.: Выш. шк., 1983. – 256 с.
27
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Таблица - Расчет припусков на механическую обработку отверстия Ø50Н7
Технологичес
кие
переходы
обработки
отверстия
Ø50+0,025
Элементы припуска
Rz i-1
Заготовка
hi-1
ri-1
ei
400
475
-
Расче
тный
припу
ск
Расче
тный
разме
р dр
До
пуск
Предельные
размеры
Предельны
е припуски
dmin
2Zmin
47,787
400
47,39
47,79
dmax
2Zma
x
Зенкеровани
черновое
25
-
19
448
2x1053
49,893
100
49,79
49,89
2100
2400
Зенкеровани
чистовое
13
-
-
18
2x51
49,995
39
49,961
50,000
110
171
Развертыван
ие
5
-
-
2
2x15
50,025
25
50,005
50,03
30
44
2240
2615
Итого
28
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Согласно
таблице 6, с. 182 [1] для отливок 1 класса
точности из чугуна суммарное значение (Rz+h)
составляет 400 мкм.
После первого технологического перехода для деталей
из
серого
чугуна
слагаемое
h
из
формулы
минимального
припуска
исключают.
Поэтому
полученные на черновом и чистовом зенкеровании, а
также развертывании значения параметра h нас не
интересуют, и будем учитывать только параметр Rz.
Согласно таблице 3, с. 92 [1], при чистовом
развертывании в худшем случае Ra=1,25 мкм или Rz ≈
4Ra = 5 мкм (эта шероховатость задана на чертеже
детали). При чистовом зенкеровании худшее значение
Ra составляет 3,2 мкм (Rz=4Ra=12,8 мкм), принимаем
Rz=13 мкм. При черновом зенкеровании Ra=6,3 мкм,
принимаем Rz=25 мкм. Заносим эти значения в таблицу.
29
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Найдем
суммарные отклонения расположения и
формы поверхности отверстия Ø50Н7.
Для
заготовки
суммарное
значение
пространственного отклонения определим по
формуле
2
2
    кор   см ,
кор=кL – отклонение плоской поверхности от
плоскости (коробление);
см – смещение отверстия,
L – длина отверстия, мм.
Будем учитывать коробление отверстия в осевом и
диаметральном направлениях.
где
30
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Согласно
таблице 8, с.183 [1], удельное
коробление k отливок корпусных деталей
составляет 0,3…1,5 мкм на 1 мм длины. Принимаем
k=0,9 мкм и найдем
 кор  ( k L) 2  ( k d ) 2  (0,9  280) 2  (0,9  50) 2  256 мкм
Смещение отверстия см принимаем равным
допуску на размер от оси обрабатываемого
отверстия до технологической базы – оси
отверстия Ø18Н7, т.е. допуску на размер 90 (см.
чертеж), составляющему 0,4 мм. Следовательно,
   256 2  400 2  475 мкм.
31
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Погрешность
установки заготовки при черновом
зенкеровании
определяется
погрешностью
базирования, возникающей за счет отклонения от
перпендикулярности опорного торца оси заготовки.
Обработка опорного торца осуществлялась ранее.
Его
неперпендикулярность
оси
заготовки
составляет 0,6 допуска на размер 280, т.е.
0,6х200=120 мкм. Тогда наибольшая погрешность
базирования на длине 280 составит
0,120  280
б 
 0,448 мм.
75
Погрешность
закрепления принимаем равной
нулю, так как силы закрепления перпендикулярны
выполняемому
размеру.
Следовательно,
погрешность установки при черновом зенкеровании
1 = 448 мкм.
32
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Остаточная
погрешность после чернового
зенкерования, согласно рекомендациям,
2 = 0,04  1 = 0,04  448 = 18 мкм.
Остаточная погрешность после чистового
зенкерования под развертывание
3 = 0,005  448 = 2 мкм.
Используя записанные в таблице данные,
ведем расчет минимальных значений
припусков по формуле
2Zi min  2[( Rz i 1  hi 1 )  
2
i 1
  )]
2
i
33
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Используя
записанные в таблице данные, ведем
расчет минимальных значений припусков.
Минимальный
припуск
под
черновое
зенкерование


2Z min 1  2 400  4752  4482  2 1053 мкм,
под
чистовое зенкерование –


2Z min 2  2 25  19 2  182  2  56 мкм
и
под чистовое развертывание –
2Z min 3  2(13  2)  2 15 мкм.
34
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Определим
расчетные размеры dр, начиная с
конечного
(чертежного)
размера,
путем
последовательного
вычитания
расчетного
припуска каждого технологического перехода.
После чистового развертывания dр3=50,025 мм;
для чистового зенкерования dр2=50,025 – 0,030 =
49,995 мм;
для чернового зенкерования dр1=49,995 – 0,102 =
49,893 мм;
для заготовки
dр0=49,893 – 2,106 = 47,787 мм.
35
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Значения
допусков
полученных
размеров
принимаем по таблицам в соответствии с
квалитетом точности данного вида обработки.
Для чистового развертывания Td3 = 25 мкм.
Для чистового зенкерования после чернового
квалитет точности 8-й, согласно таблице 5, с. 11 [1],
Td2 = 39 мкм.
Для чернового зенкерования квалитет точности
10-й, Td1 = 100 мкм.
Для заготовки допуск на отверстие в отливке 1-го
класса точности составляет Td0 = 400 мкм - таблица
3, с. 120 [1].
36
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Значения
dmax получаются по расчетным
размерам, округленным до точности допуска
соответствующего перехода.
Размеры dmin определяются из наибольших
предельных размеров вычитанием допусков
соответствующих переходов:
Для чистового развертывания dmax3 = 50,03; dmin3 =
50,005;

для чистового зенкерования dmax2 = 50,00;
dmin2 = 49,961;

для чернового зенкерования dmax1 = 49,89;
dmin1 = 49,79;
для заготовки dmax0 = 47,79; dmin0 = 47,39.
37
ПРИМЕР РАСЧЕТА ПРИПУСКОВ
Минимальные
предельные значения припусков
2Zmin равны разности наибольших предельных
размеров выполняемого и предшествующего
перехода, а максимальные предельные значения
2Zmax
разности
наименьших
предельных
размеров.
Общие припуски 2Zmin0
и 2Zmax0 определяются
суммированием промежуточных припусков.
Правильность проведенных расчетов проверяют
по формулам:
2Z max i  2Z min i  TDi 1  TDi ;
2Z max 0  2Z min 0  TD з  TD Д ;
38