I. Цель работы

Практическое освоение методов настройки металлорежущих станков на выполнение технологических операций.

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Для осуществления технологической операции необходимо произвести предварительную наладку (настройку) системы ЗИПС (заготовка – инструмент – приспособление - станок).

Наладкой (настройкой) называется процесс подготовки технологического оборудования и технологической оснастки к выполнению определенной технологической операции (ГОСТ 3.1109-82).

В тех случаях, когда требуемая точность достигается методом автоматического получения размеров на настроенных станках, основной задачей настройки является обеспечение точности взаимного расположения элементов технологической системы ЗИПС, определяющих требуемую траекторию перемещения режущих кромок инструментов относительно образующихся в процессе обработки на данной операции поверхностей заготовки. Эта задача, решение которой в значительной степени определяет точность обработки, является наиболее сложной и ответственной, требующей проведения специальных расчетов.

В настоящее время применяются следующие методы настройки станков: статистическая настройка, настройка по пробным заготовкам с помощью рабочего калибра и настройка с помощью универсального мерительного инструмента по пробным заготовкам.

2.1. Статистическая настройка

Метод статистической настройки заключается в установке режущих инструментов по различным калибрам и эталонам на неподвижном станке.

Для сокращения времени настройки установка инструмента производится по детали-эталону или специальному калибру, которые располагаются на станке на месте обрабатываемой заготовки. Инструмент доводится до соприкосновения с поверхностью калибра и закрепляется. Одновременно устанавливаются соответствующие упоры.

При статистической настройке станка в связи с деформациями в упругой технологической системе, зависящими от действия сил резания, температурного режима системы и других факторов, размер обрабатываемого изделия оказывается больше (для охватываемых поверхностей) или меньше (для охватывающих поверхностей) требуемого.

Для компенсации изменения фактических размеров обрабатываемых заготовок установочные калибры или эталонные детали при статической настройке изготавливаются с отступлением от чертежа заготовки на величину некоторой поправки D_попр. В этом случае расчетный настроечный размер установочного калибра определяется по формуле:

= ±D_попр (1).

Здесь - размер заготовки, который должен быть фактически получен после обработки, когда настройка станка ведется посередине поля допуска заготовки, =(L_min+L_max)/2 (L_min и L_max – соответственно наименьший и наибольший предельные размеры заготовки по чертежу); D_попр – поправка, учитывающая деформацию в упругой технологической системе и шероховатость поверхности эталонной детали, по которой производится настройка.

D_попр=D₁ +D₂ +D₃ (2),

где D₁ +D₂ +D₃ – составляющие поправки, учитывающие соответственно упругие отжатия под действием силы резания, образующаяся в результате обработки шероховатость поверхности заготовки и величину зазора в подшипниках шпинделя.

Величина поправки почти всегда положительна, за исключением тех редких случаев, когда при нагружении лезвие инструмента не отжимается, а врезается в металл. В формуле (1) знак минус принимается для случая обработки охватываемой поверхности, а знак плюс – для охватывающей поверхности.

При односторонней обработке имеем

D₁=Р_g/j (3).

При двухсторонней обработке (обработке тел вращения) значение D₁, найденное по формуле (3), следует удвоить.

В связи с тем, что установка резца по калибру осуществляется соприкосновением его вершины с точкой поверхности калибра и при обработке заготовки положение вершины резца определяет положение впадин неровностей, а измерение заготовки производится по выступам неровностей, измеренный размер оказывается больше размера калибра на величину.

D₂=R_z (4),

где R_z – высота неровностей, мкм.

При двухсторонней обработке значение R_z также удваивается.

При односторонней обработке поправка D₃ равна половине диаметрального зазора (принимается, что шпиндель, нагружаемый усилием резания, смещается от заготовки в направлении по нормали к обрабатываемой поверхности) и зависит от типа и марки станка. При двухсторонней обработке эта величина удваивается. Для токарных станков обычной точности D₃=0, 04 мм, для токарных станков повышенной точности D₃=0, 02 мм.

Статистическая настройка обычно не создает условий для получения точности заготовок выше 8-9-го квалитетов. Это приводит к необходимости дополнять статистическую настройку динамической настройкой, проводя добавочное регулирование положения инструментов и упоров при обработке первых заготовок партии.

2.2. Настройка по пробным заготовкам с помощью рабочего калибра

Статистическую настройку с помощью рабочего калибра нельзя считать удовлетворительной, так как даже в наиболее благоприятном случае, когда допуск на обработку значительно превосходит поле рассеяния, нет гарантии того, что значительная часть заготовок партии не окажется за пределами установленного допуска, т.е. будет браком. Кривая рассеяния, к которой принадлежит размер пробной заготовки, может занимать внутри поля допуска различные положения, и при изготовлении одной пробной заготовки нельзя определить, какому участку поля рассеяния она соответствует. Так, например, точки А и В (рис.1) могут принадлежать кривым 1 и 2, расположение которых исключает опасность брака, но могут также относиться и к кривым 1а и 2а, в значительной части выходящими за пределы допуска и связанными с появлением большого количества брака (заштрихованные участки). При увеличении числа пробных заготовок вероятность появления значительного брака снижается, однако опасность появления брака не устраняется.

Рис. 1. Возможное положение кривых распределения

размеров относительно поля допуска при 6s£ T.

Для исключения опасности появления брака в случае, когда поле допуска превышает поле рассеяния, т.е. w< T, необходимо с помощью настройки обеспечить расположение кривой фактического распределения размеров внутри поля допуска с таким расчетом, чтобы ее центр группирования отстоял от предельных размеров не менее, чем 3s (рис.1). Методом настройки станков по рабочим калибрам при небольшом числе пробных заготовок эту задачу решить нельзя. Более рациональным является метод настройки станков с помощью универсальных измерительных инструментов по суженым допускам.

2.3. Настройка по пробным заготовкам с помощью универсального

мерительного инструмента

Сущность этого метода настройки станков заключается в том, что установка режущих инструментов и упоров станка производится на определенный рабочий настроечный размер L_н, и правильность настройки устанавливается обработкой некоторого количества m пробных заготовок. Настройка признается правильной, если среднее арифметическое размеров пробных заготовок находится в пределах некоторого допуска Т_н на настройку. Задачей настройки в этом случае является определение поля допуска настройки Т_н.

Теоретическими предпосылками этого метода настройки, предложенного профессором А.Б.Яхиным, являются следующие положения теории вероятностей.

Если имеется некоторая совокупность (партия) заготовок, распределение размеров которых подчиняется закону нормального распределения Гаусса со средним квадратичным s, и если эту совокупность заготовок разделить на группы по m штук и определить среднее арифметическое значение размеров внутри каждой из этих групп, то распределение размеров групповых средних L^гр.ср. тоже будет подчиняться закону Гаусса со средним квадратичным

(5).

При этом центр группирования групповых средних совпадает с центром группирования размеров всей партии заготовок (рис.2).

Рис. 2. Распределение размеров партии заготовок

со средним квадратичным s и распределение

групповых средних со средним квадратичным

.

Пренебрегая износом инструмента, можно считать, что среднее арифметическое размеров m пробных заготовок может отличаться от среднего арифметического всей совокупности (партии) заготовок не более, чем на .

2.3.1. Расчет настройки без учета переменных систематических

погрешностей

Если центр группирования размеров пробных заготовок располагается по отношению к предельным размерам партии заготовок ближе, чем на расстоянии 3 s (точки М на рис.3.а), то часть общей кривой рассеяния размеров обработанной партии заготовок может выйти за пределы допуска и возникает опасность появления брака. Даже если это расстояние несколько больше 3 s (точка М на рис.3.б), то брак обработанных заготовок возможен, так как точка М может принадлежать кривой групповых средних, центр группирования которых (а следовательно, и центр группирования размеров всей партии заготовок) смещен на величину Р влево (рис.3.б) от требуемого положения кривой, исключающего возможность брака.

Рис.3. Случаи возможного брака при 6s< T

(возможный брак показан штриховкой)

Брак является возможным только в том случае, когда минимальный размер групповых средних пробных заготовок, определяющий положение точки М, (рис.4). Очевидно, что при этом условии даже в том случае, когда центр группирования групповых средних располагается на расстоянии левее точки М, он отстоит от границы наименьшего предельного размера заготовки на величину и брак является невозможным.

Рис.4. Правильная настройка станка, исключающая опасность брака.

Аналогично сказанному .

Разность предельных значений групповых средних размеров определяет величину допуска настройки, т.е.

.

Очевидно, что допуск настройки выражается формулой

(6)

и зависит от общего допуска на обработку партии заготовок и от количества m пробных заготовок.

Увеличивая числа m пробных заготовок, можно расширить допуск Т_н настройки и тем самым облегчить и ускорить ее, однако при этом возрастает время обработки пробных заготовок, что ведет к удлинению настройки. В общем случае

(7).

По данным профессора А.Б.Яхина количество пробных заготовок может быть принято от двух до восьми. Дальнейшее увеличение их неэффективно.

В соответствии с тем, что условие обработки заготовок без брака при отсутствии влияния систематических погрешностей имеет вид w_м< T (w_м – возможное поле рассеяния выполняемого размера для партии заготовок), с учетом уравнения (6) его можно представить в виде формулы

(8).

Необходимо отметить, что введенная в выражения (6) и (8) величина допуска настройки Т_н не совпадает с погрешностью настройки D_н=w_н, рассчитываемой по формуле

(9),

где w_рег. – погрешность регулирования положения режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности заготовки (принимается равной цене деления регулировочного устройства или предельной погрешности мерительного инструмента, с помощью которого регулируют положение режущего инструмента);

w_изм. – погрешность измерения пробных заготовок (принимается равной погрешности используемого измерительного инструмента);

w_смещ. – величина смещения центра группирования групповых средних, которая определяется формулой

(10).

Из рис. 4 видно, что погрешность настройки определяет расстояние между крайними допустимыми положениями вершин кривых рассеяния при настройке.

Допуск Т_н настройки представляет собой разрешенное колебание значений групповых средних, вызываемое погрешностями регулирования и измерения, и является частью общей погрешности настройки.

В зависимости от погрешностей регулирования и измерения допуск настройки можно определять по формуле

(11).

Рассмотренный метод настройки применяется при обработке точных заготовок, когда поле допуска незначительно превышает рассеяние размеров, что делает невозможным предусмотреть заранее компенсацию переменных систематических погрешностей обработки (например, износ инструмента). Этот метод приемлем также при обработке заготовок, когда износ инструмента незначителен (например, при алмазной обработке цветных сплавов), а также при обработке небольших партий заготовок, когда износ инструмента не может оказать серьезного влияния на потерю точности обработки.

При этом настроечный размер определяется по выражению

(12).

2.3.2. Расчет настройки с учетом переменных систематических

погрешностей

В процессе обработки крупных партий заготовок, сопровождаемой интенсивным износом режущего инструмента, при настройке возникает задача наиболее рационального расположения кривой рассеяния в поле допуска с целью использования значительной части этого поля для компенсации переменных систематических погрешностей обработки. Таким образом, удается увеличить срок работы станка без поднастройки, а следовательно, и повысить производительность.

На рис. 5 приведена схема рациональной настройки станка для обеспечения заданной точности охватываемого размера. Из рисунка видно, что некоторая часть Т_н общего поля допуска Т используется для компенсации погрешности настройки. Вторая часть общего поля допуска предназначается для компенсации случайных погрешностей, вызывающих рассеяние размеров. Остальная часть поля допуска используется для компенсации погрешностей, порождаемых совокупным действием систематически действующих факторов.

Рис. 5. Настройка станка с учетом переменных систематических

погрешностей.

При такой настройке, очевидно, нельзя определять настроечный групповой средний размер по величине среднего арифметического, а необходимо вычислить его по значениям предельных размеров.

Во избежание получения при обработке размера, выходящего за нижнюю границу поля допуска, необходимо (рис. 5), чтобы минимальное значение группового среднего размера удовлетворяло выражению

(13).

При наличии существенного влияния переменных систематических погрешностей, уменьшающих размеры охватываемых поверхностей заготовок (например, значительное удлинение резца от нагрева в начальный период резания), в формулу (13) необходимо дополнительно ввести возможную величину погрешности , т.е.

(14).

В большом числе случаев обработки заготовок (особенно при наличии охлаждения) значение ничтожно мало и расчет наименьшего настроечного размера производится по формуле (13).

Формула для подсчета максимального значения группового среднего размера (с учетом части допуска , используемом для компенсации переменных систематических погрешностей имеет вид

(15).

Допуск на настройку определяется разностью предельных значений групповых средних размеров и после преобразования формул (13) и (15) приводится к виду

(16).

Полученная формула (16) отличается от выражения (6) тем, что при учете переменных систематических погрешностей допуск настройки Т_н уменьшается на величину , предназначенную для компенсации влияния этих погрешностей на точность выполняемого размера.

3. НЕОБХОДИМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ОСНАСТКА,

ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

1. Станок токарно-винторезный модели 16К20.

2. Патрон трехкулачковый.

3. Резцы токарные проходные с пластинками твердого сплава Т15К6.

4. Калибры деталей для настройки.

5. Микрометры: МК-25, МК-50.

6. Партии заготовок для обработки.

7. Щуп.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Настройка по пробным заготовкам с помощью

установочного калибра

1. Измерить партию заготовок и определить поле рассеяния размеров заготовок перед обработкой.

2. Определить возможное поле рассеяния выполняемого размера w_м, порождаемое случайно действующими факторами

,

где w_незав. – слагаемая мгновенного поля рассеяния размеров, не зависящая от нагрузки (см. табл. 1);

w_нагр. – слагаемая мгновенного поля рассеяния, зависящая от нагрузки (см. табл. 2).

Подсчитать .

Таблица 1.

Таблица 2.

3. Определить расчетный настроечный размер калибра по формуле

.

Номинальный размер и допуск на размер, которые необходимо получить в результате обработки, задает преподаватель.

Определить по формуле (2) D_попр. При этом можно принять D₁=w_нагр. (см. табл. 2), D₂=2R_z (R_z – высота неровностей по чертежу детали), D₃=0, 004 мм.

4. Установить калибр в трехкулачковый патрон и резец в резцедержатель. Настроить по калибру и щупу резец на размер.

5. Настроить станок на заданный преподавателем режим и проточить группу из 4-х пробных заготовок.

6. Измерить полученные размеры и определить средний групповой размер D^гр.ср..

7. Проверить, находится ли полученный размер D^гр.ср. в пределах

.

Если средний групповой размер находится в указанных пределах, настройка выполнена верно.

Если средний групповой размер выходит за указанные пределы, необходимо выполнить поднастройку, проточить следующие 4-е детали и убедиться, что их средний групповой размер находится в указанных пределах.

4.2. Расчет настройки с учетом переменных систематических

погрешностей по пробным заготовкам с помощью

универсального мерительного инструмента

1. Повторить п.п. 1 и 2 подраздела 4.1.

2. В соответствии с формулой (13) определить , считая, что количество заготовок в группе, используемой для настройки m=4 шт. Номинальный размер и допуск на размер, которые необходимо получить в результате обработки, задает преподаватель.

3. В соответствии с формулой (16) вычислить минимально необходимый для условий данной операции допуск настройки Т_н (приняв величину , предназначенную для компенсации погрешностей, порождаемых совокупным действием систематически действующих факторов»3s).

4. Определить значение по формуле

.

5. Установить резец в резцедержатель и заготовку в трехкулачковый патрон, значения частоты вращения шпинделя и подачи. Настроить методом пробных рабочих ходов резец на выполнение размера

.

6. Проточить 4-е пробные заготовки, измерить полученные размеры и определить средний групповой размер.

7. Проверить, находится ли полученный размер D^гр.ср. в пределах

.

Если средний групповой размер находится в указанных пределах, настройка выполнена верно.

Если средний групповой размер выходит за указанные пределы, необходимо выполнить поднастройку, проточить следующие 4-е детали и убедиться, что их средний групповой размер находится в пределах допуска на настройку Т_н.

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Наименование работы.

2. Сведения об оборудовании и инструменте.

3. Операционный эскиз обработки.

4. Результаты измерений заготовок перед обработкой.

5. Результаты расчетов ; измерений и расчетов при настройке по пробным заготовкам с помощью установочного калибра. Выводы.

6. Результаты расчетов , измерений и расчетов D^гр.ср. с указанием этих величин на схеме настройки с учетом переменных систематических погрешностей по пробным заготовкам с помощью универсального мерительного инструмента (см.рис.5). Выводы.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется наладкой (настройкой) станка?

2. Какие существуют методы настройки?

3. В чем заключается метод статистической настройки, его преимущества и сферы применения?

4. В чем заключается метод настройки по пробным заготовкам с помощью рабочего калибра, его преимущества и сфера применения.

5. В чем заключается метод настройки по пробным заготовкам с помощью мерительного инструмента, его преимущества и сфера применения?

6. Какой из методов настройки позволяет учесть влияние систематических закономерно изменяющихся погрешностей на точность обработки.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Маталин А.А. Технология машиностроения: Учебник длямашиностроительных вузов по специальности " Технологиямашиностроения, металлорежущие станки и инструменты". - Л.: Машиностроение, Ленинградское отд-ние, 1985.- 496 с., ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Составители: Владимир Иванович Абрамов

Борис Павлович Чемисов

Владимир Иванович Семенов

Методические указания к учебно-исследовательской лабораторной работе " Настройка металлорежущих станков на выполнение технологических операций" по дисциплине " Технология машиностроения" для студентов специальности 36 01 01 " Технология машиностроения".

Подписано в печать ……... формат 60х84/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 0, 93. Уч.-изд. л.0, 86. Тираж75.Заказ №.Бесплатно.

Отпечатано на ротапринте ПГУ

211440, г.Новополоцк, ул Блохина, 2

Р Е Ц Е Н З И Я

на методические указания к учебно-исследовательской

лабораторной работе «Настройка металлорежущих станков на выполнение технологических операций» по дисциплине «Технология машиностроения» для студентов специальности 36 01 01 составителей

профессора Чемисова Б.П. и доцента Абрамова В.И.

Данные методические указания содержат все необходимые сведения для выполнения лабораторной работы. Приведены основные теоретические положения по данной теме; перечень необходимого оборудования, режущего инструмента и приборов; порядок выполнения лабораторной работы и требования к отчетности по ней.

Методические указания будут полезны к применению в учебном процессе и рекомендуются к внутривузовскому изданию.