Припуски и допуски на обработку: классификация, и методы расчета

1. Припуски  и допуски на обработку: классификация,  и методы расчета.

Припуском называется слой материала, удаляемый с поверхности  заготовки для достижения заданной точности и качества поверхности  детали. Этот припуск, представляющий собой излишек материала, необходимый для получения окончательных размеров и заданной шероховатости поверхностей деталей, снимается на станках режущими инструментами.

Припуском на обработку называется слой материала, снимаемый с поверхности заготовки для доведения ее до размеров готовой детали. Припуск – понятие, относящееся к определенной обрабатываемой поверхности, его измеряют по нормали к этой поверхности. Припуск назначается на все поверхности, подлежащие механической обработке, при этом удаляется литейная корка и т.п. и обеспечивается деталям точность, заданная техническими условиями и чертежами.

Установление оптимальных  припусков на обработку является ответственной технико-экономической  задачей. Назначение чрезмерно больших  припусков приводит к потерям  материала, превращаемого в стружку, увеличению трудоемкости механической обработки, к повышению расхода режущего инструмента и электрической энергии, увеличению потребности в оборудовании и рабочей силе.

Назначение заниженных припусков  не обеспечивает удаления дефектных  слоев материала и достижения требуемой точности и качества обрабатываемых поверхностей, повышает требования к точности исходных заготовоки приводит к их удорожанию, увеличивает опасность появления брака.

Величина припуска должна компенсировать все погрешности от предыдущей обработки заготовки и погрешности, связанные с выполнением рассматриваемой технологической операции.

Классификация припусков на обработку.

Общий. Общим припуском называется слой материала, удаляемый с заготовки в процессе ее механической обработки с целью получения готовой детали, т.е. это суммарный слой металла, необходимый для выполнения всей совокупности технологических переходов.

Общий припуск можно определить как сумма припусков на отдельные  ступени обработки рассматриваемой  поверхности:

,

где Z₂, Z₃ – припуски на 2-ю (черновую), 3-ю (чистовую) и т.д. ступени обработки.

Промежуточный (операционный). Промежуточным припуском называют слой материала, снимаемый при выполнении данного технологического перехода. Т.е. припуски на отдельные ступени обработки Z_i.

Колебания (изменения) операционных размеров в пределах допусков происходит в результате изменения величины припусков.

Различают следующие возможные  значения припуска:

номинальное значение общего припуска

, где

А_заг, А_дет – номинальные значения заготовки детали;

номинальное значение операционного припуска

, где

A_i-1, A_i – номинальное значение i-го операционного размера. Индекс i-1 характеризует принадлежности параметров к пришедствующей операции,а индекс i – к выполняемой операции;

возможный наибольший припуск:

для всех ступеней обработки  ;

на первую (черную) обработку - , где

- часть допуска на размер  заготовки, отсчитывания «вне металла». Припуск принимает наибольшее значение в случае, когда поле допуска на размер предшествующей операции не использовано, а на размер данной операции используется полностью.  Для вала  - , а отверстия - , где

A_max и A_min – предельно допустимые значения размеров;

возможный наименьший припуск равен . Для вала - , а отверстия - .

Величины припусков на обработку и допуски на размеры заготовки зависят от множества факторов. К основным факторам относят:

1. Материал заготовки. У заготовок получаемых литьем, поверхностный слой имеет твердую корку (для отливок из серого чугуна толщина корки составляет 1…2 мм, а для стальных отливок – 1…3 мм). Припуск назначается исходя из следующих условий – глубина резанья должна быть больше толщины корки отливки. При изготовлении поковок образуется слой окалины, который увеличивает износ режущего инструмента. Глубина резания должна быть больше толщины слоя окалины, которая для углеродистых сталей составит1…2 мм, а для легированных – 2…4 мм. Для поковок из слитков припуски должны быть больше, чем для поковок из прокатанного материала, т.к. на поверхности слитков бывают иногда трещины – поперечные сечения которых при прокате уменьшаются. При штамповке поверхностный слой материала обезуглероживается и потому его необходимо удалять. Толщина этого слоя зависит от конфигурации и  размеров детали и у штамповок из легированных сталей составит до 0,5 мм, а из углеродистых сталей – 0,5…1,0 мм.

2. Конфигурация и размеры заготовок. Припуск на механическую обработку увеличивают у заготовок сложной конфигурации, получаемых: свободной ковкой, для упрощения ее формы; штамповкой, для учета фактора течения материала; литьем, для достижения более равномерного остывания металла и учета его усадки.

3.Вид заготовки и способ ее изготовления. Для литой детали, изготовление ручной формовкой, припуск больше, чем в отливке применяемой машинной формовкой и литьем под давлением и меньше в отливках, выполняемых в металлических формах. Наиболее точными и, следовательно, с наименьшим припуском получают – отливки при литье в оболочковые и металлические формы, при литье под давлением, по выплавляемым моделям. Припуски у поковок больше чем у штамповок для одних и тех же деталей. В заготовке из проката припуски меньше, чем в заготовках, получаемых литьем; ковкой или штамповкой ; в заготовках из проката припуски используются только таких размеров, которые обеспечивают необходимые поверхность и шероховатость поверхности после механической обработки.

4. Требования в отношении механической обработки. Для каждой промежуточной операции механической обработки необходимо оставлять припуск, снимаемый режущий инструментом за один или несколько проходов. Следовательно, общий припуск находится  в зависимости от способов механической обработки, требующейся  для изготовления детали по техническим условиям. Для деталей, подлежащих термической обработке, необходимо увеличивать припуск на механическую обработку.

5. Технические условия в отношении качества и шероховатости поверхности и точности размеров детали. Требования, изготовленные в технических условиях, обуславливают величину припуска – чем выше требования, тем больше, как правило, должна быть величина припуска.

При выполнении заданной i-й операции необходимо удалить все погрешности поверхности, оставшиеся от предшествующей i-1 ступени обработки. К ним можно отнести шероховатость и дефектный слой, а так же погрешность формы и положения поверхности относительно заданной базы. Последние определяют пространственные отклонения различных участков обрабатываемой поверхности, т.е. определяют неравномерность припуска. Чтобы достичь качественной обработке необходимо, чтобы минимальное расчетное значение операционного припуска должно быть таким, что бы при снятии его в процессе обработки обеспечивалось удаление шероховатости и дефектного слоя на любом участке поверхности. Тогда структуру минимального припуска будет иметь вид:

,

где Z _{i a} – это часть припуска, которую необходимо снять при обработке, что бы  удалить дефектный слой и микронеровности, которые остались на поверхности от предшествующей операции. Для поверхностей вращения , а для плоскостей и торцов - , где

- высота шероховатости, мкм;  Т- глубина, подлежащая удалению части дефектного поверхностного слоя, мкм; Z _{i b}- это часть припуска, необходимого для компенсации его неравномерности, возникающую из-за пространственного отклонения отдельных участков обрабатываемой поверхности.

Дефектный слой – это слой металла, у которого структура, механический состав, механические свойства или все эти параметры одновременно отличаются от параметров основного металла.

В машиностроении используются два метода определения  припусков:

1. Расчетно-аналитический метод определения припусков является наиболее точным, он позволяет устанавливать оптимальные значения припусков для каждого сочетания условий обработки.

Сущность метода –  для заданных условий выполнения операции выявляются факторы, влияющие на величину операционного припуска. Далее расчетным путем или по справочным таблицам определяют элементы припуска, достаточные для компенсации влияния каждого из факторов. Затем, суммируя эти элементы, определяют величину операционного припуска.

2.Нормативный метод определения припусков получил наиболее широкое распространение благодаря простоте и наглядности. ГОСТы на припуски, а также многие справочники по технологии машиностроения содержат таблицы номинальных припусков - .

Расчет операционных размеров цилиндрических поверхностей выполняется:

- при использовании  для расчетов номинального значения  припуска для вала  , для отверстия – ;

- при расчетах на  основании минимального припуска  для вала , для отверстия - . В этом случае при определении размеров заготовки включают не всю величину допуска, а только ту часть его, которая отсчитывается в металл.

Расчет начинают с  установления размера, припуска и допуска  для операции окончательной обработки  поверхности, для которой размер и допуск равны чертежным, заканчивают  определением размеров заготовки.

Расчет линейных операционных размеров и допусков на них является более сложной и трудоемкой задачей, поскольку должен выполнятся путем построения и решения технологических размерных цепей.

Назначение рациональных допусков на размеры в технологических  операциях оказывает существенное влияние на качество и себестоимость изготовления деталей. Конечной целью назначения допусков на технологических операциях является обеспечение годности деталей в соответствии с чертежом. Величина допусков зависит от служебного назначения деталей. Однако необходимо всегда использовать возможность обеспечения допусков на выбранном оборудовании. Допустим, что все чертежные размеры и технические требования чертежа обеспечиваются одной технологической операцией, то достаточно было бы только произвести выбор соответствующего оборудования по точностным характеристикам и задача была бы решена. В действительности одно или несколько чертежных размеров детали и технических требований непосредственно вообще не выполняются, а получаются однако в результате выполнения других размеров, которые с ними взаимосвязаны через размерную цепь.

После назначения допусков на размеры необходимо провести проверку возможности выбранного оборудования (обеспечит ли выбранный вариант обработки все чертежные размеры), т.е соблюдать условие:

,

где - задаваемый на операции допуск на размер А; - суммарная погрешность обработки размера А на данном оборудовании на данной операции.

2. Технологические разменные цепи: классификация, состав и методы расчета.

Соединение и относительное  расположение с требуемой точностью  всех деталей, составляющих машину, осуществляется при помощи технологического процесса сборки и регулировки.  В процессе сборки устанавливаются два вида связи между поверхностями машины и ее механизмами:

1. Кинематическая связь - вид  связи, образующий требуемое относительное  движение поверхностей машины. Данный  вид связи принято изображать  с помощью кинематических схем  машин и механизмов.

2. Размерная связь – вид связи, образующий требуемое положение поверхностей машины и ее механизмов. Все размеры, связывающие поверхности образуют замкнутый контур. Благодаря этому размерный вид связи можно представить в виде схемы. Совокупность размеров, образующих замкнутый контур называют размерной цепью. Звеном размерной цепи может быть линейным или угловой размер.

Каждая размерная цепь содержит одно (и только одно)замыкающее звено и несколько (1,2…) составляющих звеньев.

С помощью размерных цепей решают следующие задачи:

- прямую задачу – по известным  параметрам замыкающего звена  определяют параметры составляющих  звеньев, т.е. по определенным  отклонениям и допуску замыкающего  звена рассчитывают отклонение  размеров составляющих звеньев;

-  обратную задачу – по  известным параметрам составляющих звеньев находят параметры замыкающего звена, т.е. по номинальным размерам, их предельным отклонениям рассчитывают номинальный размер замыкающего звена, а также его допуск.

Замыкающим звеном называют размер, непосредственно связующий поверхности или оси, относительные расстояния и поворот которых необходимо обеспечить или определить в поставленной задаче. В нем заключен смысл решаемой задачи независимо от того, является ли задача прямой или обратной. Оно выполняет особую роль – относительно этого звена строится размерная цепь.

Составляющим называется звено размерной цепи, изменение которого вызывает изменение замыкающего звена.

Обычно размерную цепь строят от одной из поверхностей (осей), ограничивающих замыкающее звено. В цепь должны входить только те составляющие звенья, которые участвуют в решение поставленной задачи. Каждый из составляющих размеров цепи может изменяться в пределах своего допуска. Колебание составляющих размеров влечет за собой изменение величины замыкающего звена. По характеру влияния, на замыкающее звено составляющие звенья разделяются на:

- увеличивающиеся. Это звено размерной цепи, с увеличением которого увеличивается замыкающее звено;

-уменьшающиеся. Это звено, с увеличением которого замыкающее звено уменьшается.

Основные закономерности по определению  направления звеньев:

- увеличивающие составляющие звенья  имеют на схеме направление,  противоположное направлению замыкающего  звена;

- уменьшающие составляющие звенья  направлены в сторону замыкающего  звена.

По характеру расположения звеньев, образующих цепь, различают: пространственные, плоские, угловые и линейные размерные цепи.

В зависимости от характера решаемых задач размерные цепи бывают:

- конструкторскими – это размерная цепь, определяющая расстояние или относительный поворот поверхностей или осей поверхностей в изделии. Ее звенья необходимы для сборки машин, агрегата и т.п.;

- технологическими – это цепи, связывающие межоперационные размеры и относительные повороты поверхностей обрабатываемых деталей, а так же размерные цепи станков и других видов оборудования, при помощи которых они образуются. Технологические цепи могут отражать, например, связи между операциями (переходами) технологического процесса в получении того или иного размера. Составляющими звеньями для этой цепи будут линейные операционные размеры, которые по технологическим операционным картам предписаны к обязательному выполнению в пределах данных допусков. Эти размеры непосредственно выдерживаются и контролируются при обработке. Замыкающим звеном технологической размерной цепи будет размер, который в процессе обработки заготовки непосредственно не выдерживается, а получается в результате выполнения других- составляющих звеньев;

- измерительными – это размерные цепи, при помощи которых осуществляется измерение тех или иных величин, характеризующих точность детали. Для измерения измерительный инструмент вводится между поверхностями или измеряемая деталь вводится между поверхностями измерительного инструмента;

- ремонтными – это размерные цепи, участвующие в формировании замыкающего звена отремонтированной сборной единицы. Требуемая точность замыкающего звена размерной цепи обеспечивается с помощью звеньев- компенсаторов.

Замыкающее звено количественно  связано с составляющими звеньями уравнением размерной цепи

, где

- номинальное значение замыкающего  звена;  - номинальное значение i-го составляющего звена; I –порядковый номер составляющего звена (i = 1, 2, 3,…m-1).

Начало расчета размерной цепи начинается с составления графической ее схемы и ее уравнения. Для этого на графической схеме цепи выбирают точку начала и конца отсчета (тоска О) и, обходя цепь по контуру, записывают в уравнения все ее звенья, при этом звенья, направленные в одну сторону записываются со знаком плюс, а противоположную сторону – со знаком минус.

Свойства составляющих звеньев («+»  или «-») учитываются в уравнении  размерной цепи с помощью передаточных отношений. Тогда, уравнение размерной  цепи будет иметь вид:

, где

- передаточное отношение i-го составляющего звена (для плоских размерных цепей с параллельными звеньями =1,для увеличивающих составляющих звеньев, а = -1 для уменьшающих).

Используя уравнение размерной  цепи, увидим, что координата середины поля допуска замыкающего звена  для плоской размерной цепи с  параллельными звеньями будет равна  алгебраической сумме координат  середин полей допусков составляющих звеньев с учетом передаточных отношений, т.е.:

, где

- середина поля допуска замыкающего  звена;  - середина поля допуска i-го составляющего звена.

Для определения допуска замыкающего  звена можно использовать:

- метод расчета на максимум-минимум. Данный метод распространен из-за простоты и учитывает только предельные отклонения звеньев размерной цепи и самые неблагоприятные их сочетания. Наибольший и наименьший предельный размер замыкающего звена будет равен:

,

Тогда допуск замыкающего  звена будет равен: 
, где

- допуск замыкающего звена; - допуск i-го составляющего звена, т.е. поле допуска замыкающего звена плоской размерной цепи с параллельными звеньями равно сумме абсолютных значений полей допусков всех составляющих звеньев. В производственных условиях сочетания деталей с предельными отклонениями встречается очень редко. Метод дает большой запас точности, сто экономически целесообразно. Преимущество метода – простота, наглядность, малая трудоемкость вычислительных работ, полная гарантия от брака по неточности замыкающего звена;

- вероятностный метод. Действительные размеры чаще располагаются ближе к среднему значению. Поэтому целесообразно вести расчет вероятностным методом, который учитывает рассеивание размеров.

  , где

- коэффициент риска;  - относительное среднее квадратическое отклонение (безразмерный коэффициент).

Коэффициент риска характеризует  вероятность (процент) выхода значений замыкающего звена за пределы  допуска и его выбирают из таблиц значений функции Лапласа Ф(t) в зависимости от принятого риска Р. Значения в зависимости от Р – при = 3 брак 0,27%;  =2 брак 4,5%;  =1 брак 32%.

Если закон составляющих звеньев размерной цепи отличается от нормального закона, то используется коэффициент:

, где

 и  - среднеквадратическое отклонение и погрешность (поле рассеивания) i-го составляющего звена. Для изделий единичного и мелкосерийного производства (при законе равной вероятности) ; серийного производства (закон распределения близок к закону Симпсона) - ; крупносерийного и массового производства (нормальный закон распределения) - .

Изготовления деталей  по вероятностному методу будет более  эконочиной, чем по методу максимум-минимум. Недостаток метода – расчет не дает полной гарантии от брака по точности замыкающего звена и является сравнительно сложным и трудоемким. Широкому внедрению данного метода в практику технологических расчетов препятствует отсутствие регламентированных данных по коэффициентам относительного рассеяния для конкретных условий обработки. Чем больше составляющих звеньев в размерной цепи, тем применение вероятностного метода эффективно.

Плоские и пространственные размерные цепи могут иметь звенья, которые повернуты относительно выбранного направления. Для их расчета  используют проекции звеньев цепи, тригонометрические функции которых исполняют роль передаточных отношений.

Все многообразие задач, связанных с решением размерных  цепей, разделяются на:

- первого типа (прямая) – определяют размеры всех составляющих звеньев, исходя из установленных требований к величине замыкающего звена;

-второго типа (обратная) – определение величины замыкающего звена с учетом установленных величин составляющих звеньев. Ее чаще всего используют для проверки правильности решения прямой задачи.

3. Техническое  нормирование станочных, контрольных, и слесарных работ.

Нормативы времени на слесарные работы включают:

а) основное (технологическое) время;

б) вспомогательное  время на прием "взять и отложить режущий инструмент";

в) вспомогательное  время на установку и снятие детали;

г) время на обслуживание рабочего места, время на отдых и личные надобности, подготовительно-заключительное время принято в размере 12% от оперативного времени (см. табл. 1).

Нормативы времени на станочные работы включают:

а) вспомогательное  время на установку и снятие детали (К 40, 43, 46);

б) неполное штучное время (К 37, 38, 39, 42, 44, 45);

в) подготовительно-заключительное время (К 41, 43, 47).

Техническое нормирование труда — это совокупность методов и приемов по выявлению резервов рабочего времени и установлению необходимой меры труда.

Технически  обоснованная норма времени — это время, необходимое для выполнения единицы работы, установленное расчетом исходя из рационального использования в данных условиях производства труда рабочего и орудий труда с учетом передового производственного опыта.

В соответствии со структурой норма времени на операцию состоит из подготовительно-заключительного  и штучного времени.

Подготовительно-заключительное время (Т_п-з) затрачивается на: ознакомление с работой; настройку оборудования для изготовления партии деталей; пробную обработку деталей; получение заданий, а так же заготовок, инструмента и приспособлений; сдачу продукции, инструмента и приспособлений после окончания работы. Она не зависит от количества одновременно обрабатываемых заготовок и назначается на всю партию деталей.

Штучное время (Т_ш) дается на изготовление одной детали (штуки) и норма его состоит из следующих основных элементов:

 , мин.,

где То – основное (технологическое) время; Тв – неперекрываемое вспомогательное время; Тоб – время  обслуживания рабочего места; Тпер – время на перерывы, отдых и личные надобности.

При определении  себестоимости операции используется штучно-калькуляционное время, которое определяют по формуле:

, мин.,

где n – число деталей в партии, шт.

Норма времени на обработку партии деталей:

, мин.

Для установления нормы времени на выполнение той  или иной операции все составляющие штучного времени за исключением основного времени, определяются по нормативам. Основное время рассчитывается по принятым режимам резания в зависимости от вида обработки.

Основное  технологическое время (То) затрачивается на непосредственное изменение геометрических форм, размеров и состояния поверхностей обрабатываемых деталей (станочные и слесарные работы) или на изменение взаимного расположения частей изделия (сборочных работ). Оно может быть: машинным (t_м), если процесс (или операция) обработки заготовки после ее установки и пуска станка выполняется в результате действия механизмов станка и инструмента без непосредственного участия рабочего (например, обтачивание валика на токарном станке с автоматической подачей); машинно-ручным (Т_м-р), если заготовка обрабатывается в результате действия механизмов станка и инструмента с непосредственным участием рабочего (например, подрезка торцов валика с ручной подачей, сверление отверстий с ручной подачей и т.п.); ручным (Т_р), если рабочий обрабатывает заготовку вручную без применения механизмов (например, слесарные работы – опиливание и шабрение поверхностей вручную).

Вспомогательное время (Тв) затрачивается на приемы, которые обеспечивают выполнение основной работы и повторяются либо с каждой из обрабатываемых заготовок, либо в определенной последовательности через некоторое их количество (например, на выверку и снятие детали;  измерение детали; пуск и остановку; подвод и отвод инструмента; закрепление и снятие приспособления; изменение подачи и скорости обработки).

В норме штучного времени на станках общего назначения (токарных, револьверных, фрезерных, шлифовальных) часто вспомогательное время бывает больше основного. При этом значительная доля вспомогательного времени расходуется на установку и снятие деталей, а так же на технический контроль.

Сумму основного  и вспомогательного времени называют операционным временем:

Топ=То+Тв.

Время на обслуживание рабочего места (Тоб) равно:

Тоб= Тт.об+То.об.

Время технического обслуживания рабочего места (Тт.об) засчитывается рабочим на: уход за рабочим местом в процессе работы; подладку станка; смены и правку затупившегося режущего инструмента; удаление стружки и т.д. Оно исчисляется в процентном отношении от основного времени и колеблется в зависимости о типа и размера станка от 1 до 3,5%.

Время организационного обслуживания рабочего места (То.об) затрачивается на: раскладку инструмента в начале смены и уборку его в конце смены; осмотр и опробование оборудования; получение инструмента в течении рабочей смены; смазку и чистку станка; уборку рабочего места в конце смены. Оно исчисляется в процентном отношении от оперативного времени и равна в зависимости о типа и размера станка в условиях крупносерийного и массового производства 0,8...2,5%, серийного – 2...4%.

Время перерывов (на отдых и физические потребности) (Тпер) принимается в зависимости от условий производства. Для серийного производства оно равно 4...6%, а для крупносерийного и массового – 5...8% от оперативного времени (в зависимости от типа станка).

При обработке  на металлорежущих станках основное (технологическое) время устанавливается в зависимости от размеров детали, подлежащих обработке, и от технологического режима работы оборудования (для каждого вида обработки эта основная формула может уточнятся):

,

где L – расчетная длина пути инструмента или детали в направлении подачи; Sм – подача в минуту; i – число рабочих ходов; n – число оборотов шпинделя в минуту или число двойных ходов; S-подача за один оборот или на один двойной ход.

Расчетная длина  обработки (L) складывается из следующих длин: обрабатываемой поверхности (l), которая берется из рабочего чертежа, врезания режущего инструмента (l₁); перебега (выхода) режущего инструмента (l₂):

L=l+l₁+l₂.

Значение длин врезания и перебега устанавливают  в зависимости от формы инструмента, характера и размеров обработки. Они рассчитываются по формулам или принимаются по таблицам нормативов.

4. Общая сборка  автомобиля. Механизация и автоматизация  процессов сборки. Проектирование  технологических процессов сборки.

Сборка машин  – это соединение в определенной последовательности и закрепления деталей, подузлов и узлов для получения машины, удовлетворяющей её назначению. Сборочные работы являются заключительным этапом в производственном процессе, предусматривающем получение готовых изделий путем соединения отдельных деталей.