Обеспечение точности и прочности приспособлений.  Экономические   расчеты

План.

1. Обеспечение жесткости, виброустойчивости, точности и прочности приспособлений. 
2. Экономические расчеты.

{spoiler=Подробнее} 

         Для получения заданной точности обработки деталей (загото­вок) конструируемое приспособление должно быть достаточно жестким. Жесткость в первую очередь обеспечивается в направле­нии действия сил закрепления и резания. Для повышения жестко­сти следует применять конструкции с малым количеством стыков; уменьшать зазоры в соединениях и устранять внецентренное приложение нагрузки. Предпочтительны цельные или сварные-конструкции деталей, менее желательны сборные конструкции. Контактную жесткость стыков, работающих на сжатие, повы­шают уменьшая шероховатость и волнистость сопряженных поверхностей, применяя шлифование или шабрение. Возможность контактных деформаций в неподвижных стыках снижают сильной предварительной затяжкой соединяющих их крепежных деталей. Плоские стыки менее жестки на изгиб, чем на кручение. Равно­мерное расположение болтов благоприятно при работе круглого стыка на кручение. В стыках, работающих на изгиб, рекоменду­ется располагать болты неравномерно, смещая их по возможности дальше от нейтральной оси. В этом случае полезно уменьшать поверхность стыка сопрягаемых деталей в зоне нейтральной оси.

         Жесткость стыков с шабреными и притертыми плоскостями мало отличается от жесткости стыков с шлифованными плоско­стями. Контактная жесткость закаленных деталей выше, чем у сы­рых. Достаточно высокую жесткость имеют стыки, со строганными плоскостями при совпадении рисок обработки. Контактная жест­кость и демпфирующие свойства стыков повышаются при наличии тонкого клеевого слоя между сопряжёнными плоскостями.

         Детали приспособлений должны быть жесткими при изгибе и кручении. Корпус приспособления не должен деформироваться при закреплении заготовок и деформировать стол станка, на кото­ром он закреплен.

         Непостоянство силы резания и неоднородность жесткости станочных приспособлений и других элементов упругой технологи­ческой системы предопределяют возникновение вибраций, которые часто являются самовозбуждающимися (автоколебаниями). При вибрации повышается шероховатость обрабатываемой поверх­ности, ухудшаются условия работы режущего инструмента и усиливается динамический характер силы резания. Если частота собственных колебаний приспособления совпадает с частотой колебаний при резании, то возникает резонанс, при котором амплитуда колебаний сильно возрастает. С повышением жесткости приспособлений увеличивается частота и уменьшается амплитуда их собственных колебаний. Смещение зоны резонанса выгодно производить в область высоких скоростей резания, одновременно повышая жесткость приспособлений и частоту их собственных колебаний. Это помимо отмеченных выше мероприятий обеспечива­ется уменьшением высоты приспособлений и длины выступающих консольных элементов, использованием дополнительных опор и увеличением размеров опорных поверхностей. Для уменьшения вибраций полезно применение демпфирующих элементов. Расчет, приспособлений на виброустойчивость сложен и еще не разработан.

         При вычерчивании общего вида и деталей приспособления назначают допуски на его размеры. По точности исполнения эти размеры можно разбить на три группы. К первой группе относятся размеры тех сопряжений, от которых зависит точность выполняе­мой обработки (например, расстояние между осями кондукторных втулок сверлильного приспособления; неточность этого размера непосредственно влияет на расстояние между осями просверлен­ных в заготовке отверстий). К первой группе относятся также размеры установочных элементов, от точности которых зависит положение заготовки в приспособлении. Ко второй группе относятся размеры тех сопряжений, от которых точность обработки не зависит (например, размеры сопряжений зажимных устройств, выталкивателей и других вспомогательных механизмов). К третьей группе относятся свободные размеры обработанных и необработан­ных поверхностей.

         Допуски на размеры первой группы обычно берут в 2–3 раза меньше допусков на размеры, выдерживаемые при обработке. В особых случаях при изготовлении изделий высокой точности допуск регламентируется специальными техническими требова­ниями. Ужесточением допуска в указанных пределах, как показывает опыт эксплуатации приспособлений, обеспечивается выдержи­вание заданной точности обработки.

         Так, в кондукторах для сверления отверстий под болты допуск на расстояние между осями направляющих втулок берут ± 0.05 мм.

         Допуски на размеры второй группы определяют в зависимости от назначения механизма, а также характера и условий работы рассматриваемого сопряжения. Обычно здесь допуски берут по 7-9-му квалитетам точности. Свободные размеры выполняют по 14-му квалитету точности для обработанных и по 16-му квалитету для необработанных поверхностей.

Наибольший интерес представляет определение допусков на размеры первой группы. Оно не должно базироваться только на изложенном выше практическом правиле. Более целесообразно и правильно с методической точки зрения определять эти допуску расчетно-аналитически.

         Рассмотрим виды погрешностей обработки, вызываемые неточ­ностью изготовления приспособлений. Погрешности изготовления приспособления вызывают прежде всего неправильное положение обрабатываемой заготовки на станке. В результате этого возникает погрешность взаимного положения обработанной и базовой поверхностей заготовки. Погрешность изготовления поворотных и делительных устройств, а также накладных кондукторов и кон­дукторных плит приводит к погрешностям взаимного расположе­ния обрабатываемых поверхностей заготовки.

         Погрешность изготовления приспособлений не влияет на точ­ность выполняемых размеров, а также на погрешность формы обрабатываемых поверхностей.

         Рассмотрим примеры типичных погрешностей обработки из-за неточности изготовления одноместных приспособлений различного назначения.

         Погрешности изготовления сверлильных и расточных кондукторов влияют на точность расстояния между осями обрабатываемых отверстий, на точность расстояния от установочной базы до оси отверстий, а также на неперпендикулярность осей отверстий к опорному торцу заготовки. При наличии поворотных устройств могут возникнуть погрешности углового расположения обрабатываемых отверстий и в частном случае их несоосность. Точность диаметральных размеров обрабатываемых отверстий от погреш­ности приспособления не зависит (исключая, погрешность кондук­торных втулок).

         Погрешности изготовления фрезерных, строгальных, протяж­ных и долбежных приспособлений вызывают неточность взаимного расположения обрабатываемых и базовых поверхностей заготовки, но не влияют на точность выдерживаемого размера (компенсиру­ется настройкой.) и искажение формы поверхностей. Неточность имеющихся делительных и поворотных устройств может вызвать погрешности взаимного расположения обрабатываемых поверх­ностей заготовки.

         Погрешности изготовления приспособлений для плоского шли­фования влияют на точность взаимного положения обрабатываемой и базовой поверхностей заготовки, но не вызывают искажения раз­мера и формы шлифуемой поверхности (в отдельных случаях иска­жение формы поверхностей может возникнуть при закреплении тонкой листовой детали на магнитной плите с неровной опорной поверхностью).

         Погрешности токарных приспособлений не влияют на точность диаметров и искажение формы обрабатываемых поверхностей, но могут вызвать погрешности взаимного расположения поверхностей детали.

         Таким образом, погрешности изготовления одноместных однопозиционных приспособлений в общем случае не влияют на точ­ность выполняемых размеров и погрешности формы обрабатывае­мых поверхностей, но вызывают погрешности взаимного положе­ния поверхностей заготовки.

         При назначении допусков d на изготовление приспособлений исходной является допустимая погрешность обработки d, Оче­видно, что d <d₁. В общем случае

d < d₁ - d_ст - d_уст. - d_упр.

где d₁ - допустимая погрешность расположения обрабатываемых поверхностей заготовки по чертежу; d_ст - геометрические погрешности станков, влияющие на величину  (неперпендикулярность поверхности стола сверлильного станка к оси шпинделя, непараллельность стола горизонтально-расточного станка оси шпинделя, то же горизонтально-фрезерного станка; d_уст. - по­грешность установки приспособления на станок, обусловленная наличием зазора между направляющими шпонками и Т-образным пазом стола, наличия зазоров между центрирующим пояском шпин­деля и сопряженной поверхностью патрона и т. п.; d_упр.- погреш­ность положения заготовки в результате упругой деформации приспособления под влиянием сил закрепления и резания.

Рис. 67. Схемы к расчету допусков на изготовление приспо­соблений

         В этой формуле d означает допустимую погрешность располо­жения установочных элементов приспособления относительно его базы, которой оно сопрягается со столом (шпинделем) станка. При наличии делительных или поворотных устройств это допустимая погрешность делительного устройства; для кондукторов это допуск на расстояние между осями кондукторных втулок.

         Расчет по приведенной формуле следует производить с учетом частичного или полного перекрытия ее составляющих и их взаим­ной компенсации. Так, величина d_ст. (отклонение от перпендикулярности поверхности стола оси шпинделя) при обработке на вертикально-сверлильном станке может частично перекрываться величиной d_упр. Рассмотрим в качестве примера фрезерование паза заготовки в приспособлении на вертикально-фрезерном станке (Рис. 67). При обработке требуется выдержать параллельность обрабатываемой плоскости и установочной плоскости заготовки с допустимым отклонением d₁=0,1 мм на длине 100 мм. Требуется, найти допустимое отклонение от параллельности установочной, верхней плоскости приспособления опорной плоскости его корпуса. Приняв отклонение от параллельности поверхности стола гори­зонтальной плоскости d_ст. =0,01 мм на 100 мм и d_упр. = 0,03. на длине 100 мм, получим d = 0,1- 0,01-0,03 = 0,06 мм на 100 мм.

         При конструировании специального приспособления необхо­димо обосновывать экономическую целесообразность его изготов­ления и эксплуатации. В расчетах на рентабельность обычно сопо­ставляют различные конструктивные варианты приспособления для выполнения одной и той же технологической операции. Если считать, что расходы на режущий инструмент, амортизацию станка электроэнергию одинаковы, элементы себестоимости обработки, зависящие от конструкции приспособления, для сравниваемых
вариантов а и b.

  (1)

    (2)

где С_а — себестоимость изготовления приспособления по варианту а, сум; L_b - штучная заработная плата при использовании этого приспособления, сум; С_b - себестоимость изготовления приспо­собления по варианту b, сум.; L_b - штучная заработная плата при этом приспособлении, сум.; z - цеховые накладные расходы на заработную плату, %; q - расходы, связанные с применением приспособлений (ремонт, содержание, регулирование), %; i - срок амортизации приспособления, годы; n - годовая программа выпуска деталей, шт.; S'_a S'_b - расходы на конструирование и отладку приспособлений по вариантам а и b, сум; n' - число деталей, обрабатываемых в приспособлении за период освоения выпускаемой продукции.

        Расходы на конструирование и отладку относят на первые образцы нового изделия или распределяют на себестоимость изде­лия в течение одного–двух лет его производства. Сопоставление экономической эффективности приспособлений по вариантам а и b для установившегося периода производства, когда расходы на конструирование и отладку погашены, можно производить по формулам (1) и (2), приняв S'_a = S'_b = 0.

         Величину программы выпуска деталей, при которой оба сопоставляемых варианта в экономическом отношении равноценны, находим, решая совместно уравнения (1) и (1) относительно n:

    (3)

        Если заданная программа больше рассчитанной по формуле (3) величины n, то выгоднее применять более сложное приспо­собление, и наоборот.

        Для расчета n нужно знать величины S_a и S_b. Их точные значения можно определить на основе калькуляций после состав­ления рабочих чертежей и разработки технологических процессов изготовления приспособлений. Однако этот способ сложен и трудоемок, задание же на конструирование приспособления должно выполняться в короткие сроки. Поэтому применяют более простые, приближенные способы определения затрат на изготовление приспособлений. Для ориентировочных расчетов можно пользо­ваться приближенной формулой  S=СК.

где S-себестоимость изготовления приспособления, Сум;

      К-число деталей в приспособлении;

      С-постоянная, зависящая от сложности  приспособления. Для   простых  приспособлений  С =1,5,  для   приспособлений  средней  сложности   С = 3,0  и  для сложных С — 4,0.

         Величину i берут равной сроку (год), в течение которого конструируемое специальное приспособление будет использовано для выпуска заданной продукции. Если, например, данные детали выпускаются в течение двух лет, то и i также принимается равным двум годам. Если производимая продукция стабильна и сроки прекращения ее выпуска неизвестны, то i рекомендуется брать для простых приспособлений равным одному году, для приспособлений средней сложности - от двух до трех лет и для сложных - от четырех до пяти лет. Величину q рекомендуется брать равной 20 %. Для определения L нужно знать штучное время на данную опера­цию t_ш и минутную заработную плату рабочего l:

          L=t_ш l

         У сопоставляемых вариантов эти величины различны. При использовании более совершенного приспособления t_ш и l снижаются в результате уменьшения основного и вспомогательного времени, а также облегчения условий труда и упрощения выполняемых манипуляций. 

Вопросы для самоповторения

1. Как обеспечивается  жесткость и виброустойчивость приспособлений?
2. Как обеспечивается точность и прочность приспособлений? 
3. Почему производится экономические расчеты применения приспособлений?
4. Куда относят расходы на конструирование и отладку?

{/spoilers}