Маслов А.Р. Инструментальные системы машиностроительных производств

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 4

СИСТЕМЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

Как показано в главе 3, для снижения себестоимости при из-

готовлении и для уменьшения количества типоразмеров при экс-

плуатации конструкции вспомогательного инструмента (ВИ) раз-

деляются по принципу агрегатирования на базисные агрегаты и

сменные наладки, предназначенные для базирования и закрепле-

ния режущего инструмента. Базисные агрегаты и сменные наладки

образуют систему вспомогательного инструмента.

Применение таких конструкций позволяет увеличить объем

выпуска однотипной продукции и расширить использование более

совершенных технологических процессов в инструментальном

производстве. У потребителя такой подход, как правило, приводит

к унификации инструментального хозяйства всего предприятия.

4.1.

Обоснование размерных параметров

Для обоснованного выбора размерных параметров ВИ необ-

ходимо выявить максимальное количество аспектов, характери-

зующих влияние ВИ на производительность труда и себестои-

мость технологических операций.

Временными характеристиками, служащими для оценки эф-

фективности использования ВИ с точки зрения производительно-

сти труда, являются:

- время установки инструмента на станок и снятие его со

станка;

- время закрепления и раскрепления (время смены) инстру-

мента;

- время регулирования и (или) предварительного регулирова-

ния инструмента.

134 Глава

СИСТЕМЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

г„си_

изменение состояния обрабатываемой детали (форма, размеры,

\ физико-механические свойства

т.д.)

(

закрепление

раскрепление детали;

пуск

остановка станка;

подвод-отвод инструмента;

измерение размеров

<„.

физиологический

останов;

*~ (естественныйперерыв

смена инструмента ввиду износа инструмента или

в связи с технологической необходимостью

*обсл

(-!£. i и регулированием инструмента;

комплексное регулирование;

восстановление режущих свойств

очистка

смазка инструмента;

размещение инструментов в конце

в начале операции;

удаление стружки

( ознакомление с инструкциями;

проверка наличия инструментов;

начальная регулировка: закрепление инструментов, регулирование

положения

целях выполнения заданных размеров изделия;

раскрепление инструментов и их возвращение на склад

Рис. 4.1.

Структура технологического времени

Эти промежутки времени составляют значительную долю об-

щего времени обработки, особенно в мелкосерийном производст-

ве,

когда из-за значительного числа переходов необходима частая

смена инструмента.

Анализ технологического времени t

, необходимого для из-

готовления детали с учетом всех составляющих, дает следующую

его структуру (рис. 4.1).

На рис. 4.1. обозначены:

изд

- время на изготовление изделия;

- единичное время; ?

пз

- подготовительно-заключительное вре-

мя; Г

- эффективное время; /

сн - основное время; t

- вспомога-

тельное время;

- время отдыха и отправления естественных на-

добностей;

об

сл

- время на обслуживание; *

- время на техниче-

ское обслуживание;

opr

- организационное время.

В норму времени /

вд

входят время технического обслужива-

ния Г

и такие составляющие подготовительно-заключительного

времени

t„.

как время закрепления и раскрепления инструмента и

время регулирования инструмента.

ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРНЫХ ПАРАМЕТРОВ 135

Время на изготовление изделия рассчитывается по формуле:

'нэд ='осн + 'в + 'в.о +'обсл + 'п.з'Ч (4-1)

где п - размер партии.

Это уравнение можно представить в развернутом виде, выде-

ляя промежутки времени, связанные с вспомогательным инстру-

ментом (А.оВИ, *п.зви)'-

*изд

*осн

*в.о

^орг

VT.OI

^тоВи)

<п.з1 , 'п.зВИ

~" ^осн

'в

*в.о

*орг + 'т.о!

' ~Н ^т.оВИ

Обозначим

*,= *„.„

вю

+/ +/

то1

+-^L

(4.2)

, ^п.зВИ I .

'т.ови +

= >ви»

получим

V " )

h + t

(4.3)

Производительность труда обратно пропорциональна време-

ни,

затраченному на изделие:

—

—L_, (4.4)

'изд h

*ВИ

где П - производительность труда, t\ - сумма промежутков време-

ни,

входящих в структуру технологического времени, исключая

время, связанное с закреплением, раскреплением, регулированием

и восстановлением инструмента; *ви - доля времени, зависящая

только от вспомогательного инструмента (через время техническо-

го обслуживания и подготовительно-заключительное время).

Доля времени 7

и весьма существенна. Например, затраты

емени на смену и подналадку одного инструмента могут дости-

гать 6 мин, в зависимости от точности регулировки. С учетом того,

иго в 4з

входит переменное время ?ви, зависимость изменения

юизводительности труда от переменной /

и имеет вид, представ-

вный ня оис. 4.2.

136 Глава

СИСТЕМЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

п,

шт/мин Из отношения

*ви

/ 4з

видно, что

" ' чем меньше это отношение, тем луч-

ше структура технологического вре-

мени. Это имеет особенно важное

значение, когда смена инструментов

является частой и обработка ведется

многими инструментами на много-

операционных станках в мелкосерий-

ном производстве, организованном по

принципу концентрации операций

обработки.

Основными параметрами, кото-

рые определяют снижение себестои-

мости, являются: жесткость закрепле-

ния режущего инструмента, жесткость

самого ВИ и виброустойчивость собранной компановки (рис. 4.3).

Эти параметры влияют на себестоимость операции в той мере, в

какой обеспечивается интенсификация режимов резания и, следо-

вательно, уменьшается основное время /

осн

Связь между основным временем 4сн и жесткостью/ техноло-

гической системы (например, в случае растачивания) можно ото-

бразить зависимостью:

, мин

Рис.

4.2.

Качественная

зависимость производи-

тельности оборудования от

затрат времени t

связанных с вспомога-

тельным инструментом

'осн

10^

nl-y '

(4.5)

где t - глубина резания, мм; х - показатель степени; C

- коэффи-

циент скорости резания; j - жесткость технологической системы,

Н/мм; X - величина отношения сил резания Р

и P

; e - коэффици-

ент уточнения; у - показатель, характеризующий подачу S

мм/мин; С

- коэффициент подачи.

ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРНЫХ ПАРАМЕТРОВ 137

Снижение

себестоимости

операции

Повышение

экономических

скоростей резания

Ъ^

Снижение

первоначальных

затрат

Предварительная

настройка

инструмента

Обеспечение

высокой

надежности

закрепления

Унификация

конструкций

Агрегатирование

конструкций

Требуемая

точность

базирования

Требуемая

жесткость

виброустойчивость

Требуемые

силы

закрепления

•

прямые связи;

—

-э^-

возможные связи;

•

взаимоисключающие связи

Рис.

4.3.

Взаимосвязь параметров

ВИ с

факторами снижения

себестоимости технологических операций

Вспомогательный инструмент влияет

на

суммарную жест-

кость технологической системы

у'

будучи ее элементом:

—

, (4-6)

J ;=i h

где jt

жесткость каждого из составляющих элементов технологи-

ческой системы, в том числе вспомогательного инструмента.

Степень влияния размерных параметров ВИ на точность бази-

рования

закрепления режущего инструмента

на жесткость ВИ

в процессе обработки может быть определена

помощью модели

сборного ВИ (рис. 4.4,

а).

Через

4А

^,,

обозначим малые смеще-

ния элементов модели, связанные

г'-м углом ф

ее

поворота отно-

сительно номинального положения

осей

(

через

а„

Э„

у,

малые повороты тех же элементов вокруг

осей

Г;,

Z,.

138 Глава

СИСТЕМЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

Рис.

4.4. Схема образования отклонений положения

режущих кромок инструмента

Приращение А/? радиуса-вектора

точки,

заданной вектором R :

АЛ =

^yi +y,z

a,z

e,z^

; R

(

)

(4.7)

Нормальная погрешность Д, положения точки на закреплен-

ном режущем инструменте в системе

Х„,

Y„, Z„:

А,.

(ДЯ • и)

(в,,

cos ср - a,,

sin <р)]Г /,. +

]Г

cos

ф +

sin ф.

В качестве источника погрешностей а

и 6, принимается сила

резания Р

, расположенная в плоскости оси Z, с ф = 0; п - число

звеньев. Источником погрешностей ^ и ^ является податливость

элементов сборного ВИ, зависящая от их размеров. В процессе ус-

тановки компоновки сборного ВИ и режущего инструмента на

ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРНЫХ ПАРАМЕТРОВ 139

станке образуется отклонение вершины режущей кромки от нор-

мального положения на Д

уст

из-за смещений и перекосов осей е,

(рис.

4.4, б).

=(ДЯ-и) =

£ е,.£/,.;Д

уст1

1=1

('=1

(4.8)

Передаточные отношения A

для перекосов осей определяются

отношением

Л=Е(УО> (4-9)

где /, - вылет г-го элемента компоновки; /„, - величина вылета, на

котором нормируется величина перекоса в /-м соединении.

Для определения влияния размерных параметров ВИ на точ-

ность получаемых размеров детали используют математическую

модель, устанавливающую нелинейную зависимость случайного

окончательного размера детали от случайных составляющих про-

цесса резания.

Для этого сначала анализируют возможные варианты техно-

логических условий обработки, включая режимы резания, колеба-

ния твердости и припусков заготовок, температурные деформации,

размерный износ режущей части инструмента, точность базирова-

ния и жесткость закрепления инструмента.

Далее разрабатывается собственно математическая модель за-

висимости жесткости и точности расположения вершины режущей

части инструмента от размерных параметров ВИ. На основании

этих данных и установленных зависимостей разрабатывается ал-

горитм расчета, погрешности обработки в зависимости от размер-

ных параметров ВИ.

При настройке вне станка и при отказе от пробных проходов,

точность обработки вращающимся инструментом существенно

связана с точностью изготовления ВИ, так как чем он точнее изго-

товлен, тем меньше погрешность Д

уст

. Схема обработки отверстия

Вращающимся однолезвийным инструментом представлена на

рис.

4.5.

140 Глава

СИСТЕМЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

Рис.

4.5.

Расчетная схема обработки

На схеме обозначены:

R„ - начальное расстояние от вершины режущей части резца

до оси инструмента (начальный радиус);

уст

- систематическое смещение оси инструмента от оси

вращения шпинделя, связанное с погрешностью установки инст-

румента в шпинделе;

- случайное изменение расстояния от вершины резца до оси

вращения шпинделя, связанное с температурными деформациями

станка и инструмента;

h - случайное изменение расстояния от вершины резца до оси

шпинделя, связанное с износом инструмента;

упр

- случайное изменение расстояния от вершины резца до

оси шпинделя, вызванное упругими перемещениями резца (см.

рис.

4.4);

R - фактическое расстояние от вершины резца до оси враще-

ния шпинделя в процессе обработки (случайная величина).

В соответствии со схемой:

й = Л

+ Д

уст

-/2-Д

упр

(4.10)

Если обозначить R

- случайное значение конечного радиуса

детали после ее остывания, а 8

- случайное изменение радиуса

детали или заготовки, связанное с изменением ее температуры, то:

Як

= Д-5

(4.П)

ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕРНЫХ ПАРАМЕТРОВ 141

В формуле (4.10) величина упругих перемещений Л

упр

под

действием силы Р

(см. рис. 4.4.) зависит от величины фактическо-

го припуска t, твердости заготовки, величины жесткости у в сече-

нии, перпендикулярном оси и проходящем через вершину режу-

щего инструмента, а также от подачи, материала детали, инстру-

ментального материала и т.п.

При оценке величины упругих перемещений Д

упр

можно ис-

пользовать эмпирическую формулу для расчета радиальной со-

ставляющей силы резания Р/.

при обработке сталей

упр

(4.12)

при обработке чугунов

1 ,/НВ

Aynp

~Al90

(4.13)

где а

- предел прочности стали; НВ - твердость чугуна.

В приведенных формулах коэффициент С учитывает техноло-

гические особенности: режимы резания, материалы заготовки и

инструмента, геометрию режущей части инструмента, а коэффи-

циенты а и Р определяются только материалами заготовки и ин-

струмента.

Случайное значение припуска t в формулах (4.12) и (4.13) рас-

считывается по формуле:

-8

-h-(R

+8j

-h-R

-5

, (4.14)

где

- случайное значение радиуса заготовки.

Из формул (4.10)—(4.14) следует, что при обработке сталей:

=Д„+Л

ст+Зс-й-5

/ \

(Л

-Л-/?

-5

)

,(4.15)

142 Глава 4. СИСТЕМЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

при обработке чугунов

нв

=Я

+А

)СТ

-А-5

-- ^— (R„+b

-h-R

-&J.(4.l6)

190

В уравнениях (4.15) и (4.16) величины А

уст

, 8

, h,

, R

, a

относительно случайной величины

являются случайными вели-

чинами, законы распределения которых заранее известны, что по-

зволяет оценить их средние значения (табл.

4.1

и 4.2).

4.1.

Данные о погрешностях станков

Наименование погрешности

Прямолинейность перемещения стола

горизонтальной плоскости:

а)

продольном

б)

поперечном направлении

Повторяемость выхода

на

координату

при продольном

поперечном переме-

щении

по

программе

Повторяемость выхода

на

координату

шпиндельной бабки при

ее

перемеще-

нии по программе

Осевое биение шпинделя

Радиальное биение конического отвер-

стия

торца.

То же,

на

длине 350

мм

Повторяемость (выход

ноль

по осям

зажимом стола)

Среднее значение,

мм

0,009

0,001

0,003

0,004

0,009

0,011

0,003

0,004

0,008