1

Настоящая статья посвящена обзору методов автоматизации размерного анализа технологических процессов, который включает большое число сложных и трудоемких расчетно-аналитических процедур, необходимых при проектировании и анализе технологических процессов механической обработки. Рассмотрены методы И.А. Иващенко, В.В. Матвеева, В.Ю. Шамина, Б.С. Мордвинова, Ю.М. Сметанина, О.Н. Калачева, В.Б. Масягина с соавторами и модуль размерного анализа в КОМПАС-АВТОПРОЕКТ. Для каждого метода дано описание особенностей, отмечены достоинства и недостатки. В конце статьи перечислены основные направления совершенствования методов автоматизации размерного анализа технологических процессов: дальнейшее упрощение подготовки и совершенствование методов диагностики исходных данных, включение алгоритмов структурной и параметрической оптимизации, визуализация размерного анализа, совершенствование методов автоматического назначения допусков и припусков, использование более совершенных теоретических моделей размерного анализа, повышающих адекватность результатов.

размерная цепь

технологические размеры

1. Антипина Л.А. Метод автоматизированного проектирования станочных приспособлений на основе интегрированных моделей элементов технологической системы: автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Уфа, 2002. – 16 с.

2. Бондаренко С.Г., Чередников О.Н., Губий В.П., Игнатцев Т.М. Размерный анализ конструкций. – Киев: Тэхника, 1989. – 150 с.

3. Волков С.А., Рябов А.Н. Расчет операционных размеров с использованием пакета программ «Техкард» // СТИН. – 2008. – № 3. – С. 20–23.

4. Дорофеев В.Д., Савкин С.П., Шестопал Ю.Т., Кольчугин А.Ф. Реализация процедуры формирования уравнений размерного анализа в системе принятия решений САПР ТП // Сб. учен. тр. Пенз. гос. техн. ун-та: сер. Машиностроение. – 2001. – № 3. – С. 73–79.

5. Иващенко И.А. Технологические размерные расчеты и способы их автоматизации. – М.: Машиностроение, 1975. – 222 с.

6. Иващенко И.А., Иванов Г.В., Мартынов В.А. Автоматизированное проектирование технологических процессов изготовления деталей двигателей летательных аппаратов: учеб. пособие для втузов. – М.: Машиностроение, 1992. – С. 336.

7. Калачев О.Н., Богоявленский Н.В., Погорелов С.А. Графическое моделирование размерной структуры технологического процесса на электронном чертеже в системе AUTOCAD // Вестник компьютерных и информационных технологий. – 2012. – № 5. – С. 13–19.

8. Кузьмин В.В. Размерный технологический анализ при проектировании технологической подготовки производства // Вестник машиностроения. – 2012. – № 6. – С. 19–23.

9. Куликов Д.Д., Блаер И.Ю. Расчет операционных размеров в системах автоматизированного проектирования технологических процессов // Изв. вузов. Приборостроение. – 1997. – Т. 40. – № 4. – С. 64, 69, 74.

10. Масягин В.Б. Автоматическое обеспечение конструкторских допусков при размерных технологических расчетах с применением линейного программирования // Справочник. Инженерный журнал с приложением. – 2015. – № 2(215). – С. 26–30.

11. Масягин В.Б. Автоматизация размерного анализа технологических процессов механической обработки деталей типа тел вращения // Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии. – 2008. – № 3(70). – С. 40–44.

12. Масягин В.Б. Размерный анализ технологических процессов деталей типа тел вращения с учетом отклонений расположения на основе применения кромочной модели деталей // Справочник. Инженерный журнал. – 2009. – № 2. – С. 20–25.

13. Масягин В.Б., Мухолзоев А.В. Методика размерного анализа технологических процессов механической обработки с применением компьютерной программы // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники и подготовки инженерных кадров для авиакосмической отрасли: материалы IX Всерос. науч. конф., посвящ. памяти гл. конструктора ПО «Полёт» А.С. Клинышкова (Омск, 17 февр. 2015 г.). – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2015. – С. 226–236.

14. Матвеев В.В., Бойков Ф.И., Свиридов Ю.Н. Проектирование экономичных технологических процессов в машиностроении. – Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во, 1979. – 111 с.

15. Матвеев В.В., Тверской М.М., Бойков Ф.И. Размерный анализ технологических процессов. – М.: Машиностроение, 1982. – 264 с.

16. Мордвинов Б.С., Яценко Л.Е., Васильев В.Е. Расчет линейных технологических размеров и допусков при проектировании технологического процесса механической обработки. – Иркутск: Иркутский госуниверситет, 1980. – 104 с.

17. Мухолзоев А.В. Автоматизация размерного анализа // Динамика систем, механизмов и машин. – 2014. – № 2. – С. 349–352.

18. Мухолзоев А.В., Масягин В.Б. Расчет допусков замыкающих звеньев размерных цепей на основе алгоритма Флойда-Уоршела // Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической техники и подготовки инженерных кадров для авиакосмической отрасли: материалы IX Всерос. науч. конф., посвящ. памяти гл. конструктора ПО «Полёт» А.С. Клинышкова (Омск, 17 февр. 2015 г.). – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2015. – С. 276–283.

19. Скворцов А.В. Параллельный инжиниринг при обратном проектировании технологических операций механообработки в интегрированной CAD/CAM/CAPP-среде // Вестник машиностроения. – 2005. – № 12. – С. 47–50.

20. Сметанин Ю.М., Трухачев А.В. Методические указания для проведения размерного анализа техпроцессов с использованием графов. – Устинов: Изд-во Устиновск. мех. ин-та, 1987. – 43 с.

21. Фридлендер И.Г., Иванов В.А., Барсуков М.Ф., Слуцкер В.А. Размерный анализ технологических процессов обработки. – Л.: Машиностроение: Ленингр. отд-ние, 1987. – 141 с.

22. Хармац И. Компас – Автопроект: точный контроль над технологической информацией. Новые модули и новые возможности системы // САПР и графика. – 2004. – № 6. – С. 17–19.

23. Шамин В.Ю. Теория и практика размерно-точностного проектирования. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. – 520 с.

Размерный анализ технологических процессов - это совокупность большого числа сложных и трудоемких расчетно-аналитических процедур, необходимых при проектировании и анализе технологических процессов механической обработки . Снижение трудоемкости размерного анализа возможно при его автоматизации. Рассмотрим методы автоматизации размерного анализа, разработанные в России.

Под автоматизацией размерного анализа понимается систематическое применение ЭВМ в процессе решения задач размерного анализа при обоснованном распределении функций между человеком и ЭВМ : распределение функций между человеком и ЭВМ должно быть таким, чтобы проектировщик - конструктор или технолог - решал задачи творческого характера, а ЭВМ - задачи, связанные с выполнением нетворческих, рутинных или умственно-формальных процессов.

Одними из первых работ по автоматизации размерного анализа технологических процессов в России являются работы И.А. Иващенко с соавторами , в которых изложен метод автоматизированного построения размерных цепей и расчета линейных и диаметральных технологических размеров. Исходные данные для расчета подготавливаются в виде таблицы с использованием предварительно составленной размерной схемы технологического процесса. Общая блок-схема алгоритма расчета линейных технологических размеров имеет линейную структуру и включает следующие этапы: ввод постоянной информации, ввод переменной информации о детали и технологическом процессе, построение размерных цепей, упорядочение (установление последовательности решения) размерных цепей, расчет размерных цепей (определение припусков, операционных размеров и допусков). При решении задачи расчета припусков на поверхности вращения и диаметральных размеров блок-схема включает дополнительно этапы определения операционных допусков на биение обработанной поверхности относительно базирующей, построения размерных цепей биений и их проверочный расчет для проверки выполнения чертежных допусков и определения биений припусков. В дальнейшем метод был усовершенствован и в него был включен расчет не только биений, но и других отклонений расположения на основе составления размерных цепей.

Метод, предложенный В.В. Матвеевым с соавторами , включает преобразование и проверку чертежей детали и заготовки для выполнения размерного анализа. Размерный анализ начинают с преобразования чертежа и его проверки. В каждой из проекций чертежа размеры располагают горизонтально. Поэтому число проекций должно быть достаточным, чтобы это условие было выполнено. Обычно для тел вращения требуются две, а для корпусных деталей - три проекции. Однако в некоторых случаях для деталей сложной конфигурации возникает необходимость в дополнительных проекциях или сечениях. При преобразовании чертежа заготовки на контур заготовки тонкими линиями наносят чертеж детали. Отмечается, что при выполнении размерного анализа без преобразования чертежей даже у опытных проектировщиков возникают ошибки, на отыскание которых затрачивается значительно больше времени, чем на выполнение преобразованных чертежей. Ошибки, возникающие в результате размерного анализа, опасны для производства, так как ведут к значительным материальным затратам и подрывают доверие к этим методам. Кроме того, преобразование позволяет выполнять размерный анализ на ЭВМ значительно качественнее, чем без него. Следовательно, преобразование чертежей детали и заготовки является необходимым этапом размерного анализа.

В настоящее время при автоматизированном размерном анализе по методу В.В. Матвеева с соавторами используется программа В.Ю. Шамина с соавторами Visual KursAR . Перед вводом в ЭВМ исходные данные для расчета кодируются на основе построенных вручную размерных схем. При кодировании указывается символ, характеризующий размерный параметр, который выступает в роли звена, и символ, характеризующий расположение звена. При построении машиной размерных контуров разделение звеньев по проекциям осуществляется автоматически. При вводе исходных данных происходит их преобразование в форму средних значений. Для автоматического округления номиналов в процессе решения проектных задач предусмотрена подпрограмма округления. Программа предусматривает возможность расчета цепей отклонений расположения. Предусмотрено включение в программу специальной подпрограммы построения схем размерных цепей и модуля диагностики.

Таким образом, метод В.В. Матвеева с соавторами является универсальным методом, обеспечивающим не только расчет линейных и диаметральных размеров, но и всех видов отклонений расположения для деталей, как для деталей типа тел вращения, так и для корпусных деталей.

При автоматизированном расчете линейных технологических размеров по методу Б.С. Мордвинова с соавторами необходимы следующие исходные данные: чертеж детали, план операций технологического процесса механической обработки, включая заготовительную операцию, схема формирования линейных технологических размеров, граф линейных размерных цепей, на котором можно без труда выявить все размерные цепи и при необходимости его оптимизировать, верхние и нижние отклонения полей допусков технологических размеров, минимальные припуски. Расчет выполняется с применением ЭВМ и включает ввод исходных данных в ЭВМ, получение предварительных результатов (уравнений размерных цепей, ожидаемых погрешностей конструкторских размеров), сравнение ожидаемых погрешностей с заданными допусками конструкторских размеров, при этом должно удовлетворяться условие обеспечения конструкторских допусков (ожидаемые погрешности должны быть не больше заданных конструкторских допусков), при нарушении которого корректируется маршрут технологического процесса механической обработки данной детали.

Метод Б.С. Мордвинова с соавторами обладает, как и методы И.А. Иващенко и В.В. Матвеева с соавторами, следующими достоинствами: уменьшение времени и повышение качества проектирования; возможность выбора наиболее эффективного варианта; уменьшение количества ошибок. Общим недостатком этих методов является наличие трудоемких ручных операций, связанных с подготовкой исходных данных: построение схемы обработки или графа.

В основе метода автоматизации размерного анализа, изложенного в работах Ю.М. Сметанина с соавторами , лежит матричное представление уравнений размерных цепей. Вручную или с помощью ЭВМ формируются для дальнейших расчетов две матрицы - исходная, в которой замыкающие звенья размерных цепей (конструкторские размеры и припуски) выражены только через составляющие звенья (технологические размеры), и обратная матрица, в которой каждый технологический размер выражен только через конструкторские размеры и припуски. В этом случае никаких ограничений на систему уравнений размерных цепей не накладывается, и решение получается при любой, даже не решаемой с точки зрения других методов системе простановки технологических размеров.

Методы И.А. Иващенко, В.В. Матвеева, Б.С. Мордвинова и Ю.М. Сметанина с соавторами включают все основные этапы автоматизированного расчета размерных цепей с использованием аппарата размерных цепей, графов и матриц, и вследствие этого явились базовыми для большого числа более поздних методик .

Были сделаны попытки включить размерный анализ в системы САПР.

Метод автоматизации размерного анализа технологических процессов О.Н. Калачева основывается, как и метод Б.С. Мордвинова, на применении размерной схемы и графа, но все построения ведутся на ЭВМ в диалоговом режиме в системе AutoCAD.

Исходной информацией является файл чертежа детали. Система посредством графического диалога с пользователем создает первичную модель размерных изменений непосредственно на экране исходя из конфигурации детали в порядке, обратном обработке, т.е. воссоздает поверхности заготовки в заданном координатном направлении, достраивая припуски, указывая положение размеров заготовки и технологические размеры обработки. При этом система «нагружает» размеры заготовки и технологические размеры вводимой с помощью диалоговых меню технологической информацией о методах и характере обработки, предполагаемом расположении допусков и т.п. На основе указанных пользователем-технологом границ технологических размеров и методов их получения система формирует вторичную модель размерных изменений, которая оформляется в виде списковой структуры, преобразуемой затем в матрицу исходных данных для последующего поиска состава и решения размерных цепей в программном модуле. Средством анализа модели детали, организации диалога и создания вторичной модели в AutoCAD служит язык AutoLISP.

Положительные стороны данной методики состоят в том, что исходной информацией является файл чертежа детали, и результат также сохраняется в файле в виде матрицы исходных данных для дальнейших расчётов. Недостатком является то, что все построения ведутся в диалоге с ЭВМ, и пользователю приходится самостоятельно выбирать границы размеров, припусков и назначать допуски на размеры, что требует длительного времени подготовки исходных данных для расчёта линейных технологических размеров. Трудно и практически невозможно выполнить построение модели размерных для сложных деталей с наложением линий (например, внешних и внутренних поверхностей для втулки). Кроме того, программа только с ранними версиями AutoCAD и для расчетов в настоящее время используется модуль КОН7, данные для которого могут быть подготовлены без применения AutoCAD вводом данных с размерной схемы, подготовленной вручную.

Автоматизированный расчет технологических размерных цепей в специализированном модуле программы КОМПАС-АВТОПРОЕКТ имеет следующие особенности (И. Хармац ). В окне модуля пользователем формируется маршрут изготовления детали в виде операционных эскизов. Запускается модуль расчета технологических размерных цепей. В окне модуля в виде дерева показывается перечень всех операций сформированного маршрута. Заполняются данные о технологическом процессе и конструкторских размерах. Готовые исходные данные можно посмотреть в файле. После запуска расчета рассчитанные данные вставляются в пустые места исходных данных. В конструкторские данные попадают данные о конструкторских биениях, которые не были указаны и которые модуль назначил сам (в настройках может быть включен учет биений). В технологические данные попадают не указанные технологом значения (номинал, верхнее и нижнее отклонение, технологические биения). Количество итераций в расчетах может быть любое - пока результат не удовлетворит технолога. Если все результаты, полученные в результате расчета, технолога устраивают, он может приступить к написанию подробного технологического процесса. Стандартными средствами КОМПАС-АВТОПРОЕКТ технология сохраняется в архиве. Вместе с технологическим процессом в архив помещается полная размерная структура технологического процесса. При необходимости, технолог может извлечь технологический процесс из архива, изменить исходные данные и вновь все пересчитать.

Достоинствами данного метода является то, что не нужно строить размерные схемы, но при этом остается трудоёмкость подготовки данных, обусловленная необходимостью расчета и упорядочения цифровых и графических данных, которые вручную вводятся с помощью специальных «окон» для того, чтобы можно было выполнить расчет. К сожалению, в связи с завершением жизненного цикла программы КОМПАС-АВТОПРОЕКТ стал недоступным и встроенный в нее модуль автоматизированного размерного анализа.

Повышение степени автоматизации размерного анализа технологических процессов обеспечивают разработанные В.Б. Масягиным программы для ЭВМ «Автоматический расчет линейных технологических размеров «AUTOMAT»» , «Размерный анализ технологических процессов осесимметричных деталей «NORMAL»» и алгоритм, предложенный А.В. Мухолзоевым . Характеристика программы «AUTOMAT»: автоматическая проверка правильности исходных данных; применение матрицы смежности графа для непосредственного расчета размеров и допусков без решения алгебраической системы уравнений размерных цепей; автоматическое выявление погрешности базирования; автоматическое назначение технологических допусков и припусков; автоматическое обеспечение конструкторских допусков; расчет по методу min-max; расчет для двух вариантов распределения полей допусков; задание (по усмотрению технолога) допусков, учитывающих реальную точность оборудования в обход нормативной базы данных программы; адаптация базы данных под конкретные условия производства. Программа «NORMAL» имеет следующие особенности: учет всех видов отклонений расположения, характерных для деталей типа тел вращения, и их взаимного влияния за счет использования кромочной модели детали , в отличие от известных методов, основанных на раздельном расчете конструкторских и технологических размеров и отклонений расположения; визуализация схемы припусков по рассчитанным размерам.

Основным достоинством данных программ, как и модуля размерного анализа программы КОМПАС-АВТОПРОЕКТ, является использование для подготовки исходных данных только информации чертежа и технологического процесса. Из процесса подготовки данных исключен трудоемкий этап построения размерных схем, характерный для других программ, который заменяется описанием геометрических моделей детали и технологического процесса.

Основными направлениями дальнейшей автоматизации размерного анализа технологических процессов являются, во-первых, дальнейшее упрощение и обеспечение качества подготовки исходных данных за счет встраивания в САПР ТП и совершенствования методов диагностики исходных данных, во-вторых, включение в методы размерного анализа алгоритмов структурной и параметрической оптимизации размерных цепей, допусков и припусков, в-третьих, визуализация исходных данных, процесса и результатов размерного анализа, в-четвертых, совершенствование методов автоматического назначения допусков и припусков и наконец использование более совершенных теоретических моделей размерного анализа, повышающих адекватность результатов автоматизированного размерного анализа.

Рецензенты:

Акимов В.В., д.т.н., доцент, профессор кафедры «Автомобили, конструкционные материалы и технологии», Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск;

Рауба А.А., д.т.н., доцент, профессор кафедры «Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава», Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск.

Библиографическая ссылка

Масягин В.Б., Мухолзоев А.В., Шаимова С.Б. МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ РАЗМЕРНОГО АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РОССИИ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 6-1. – С. 44-49;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=38391 (дата обращения: 25.11.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Технологический анализ

Технологический анализ детали обеспечивает улучшение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса и является одним из важнейших этапов технологической разработки.

Основная задача при анализе технологичности детали сводится к возможному уменьшению трудоемкости и металлоемкости, возможности обработки детали высокопроизводительными методами. Это позволяет снизить себестоимость ее изготовления.

Вал-шестерню можно считать технологичной, так как она представляет собой ступенчатый вал, где размеры ступеней уменьшаются от середины вала к торцам, что обеспечивает удобный подвод режущего инструмента к обрабатываемым поверхностям. Обработка ведётся унифицированным режущим инструментом, контроль точности поверхности проводится измерительным инструментом. Деталь состоит из унифицированных элементов таких как: центровые отверстия, шпоночный паз, фаски, канавки, линейные размеры, шлицы.

Материалом для производства служит сталь 40Х, которая является относительно недорогим материалом, но при этом обладает хорошими физико-химическими свойствами, имеет достаточную прочность, хорошую обрабатываемость резанием, легко подвергается термообработке.

Конструкция детали обеспечивает возможность применение типовых и стандартных технологических процессов её изготовления.

Таким образом, конструкцию детали можно считать технологичной.

1. Поверхность 1 выполнена в виде шлицевой части.

2. Поверхность 2 является несущей, поэтому жестких требований к ней не предъявляется.

3. Поверхность 3 используется для внешнего контакта с внутренней поверхностью манжеты. Поэтому к ней предъявляются жесткие требования. Поверхность полируется до достижения шероховатости Ra 0,32 мкм.

4. Поверхность 4 является несущей, поэтому жестких требований к ней не предъявляется.

5. Поверхность 5 также является несущей и предназначена для посадки подшипника. Поэтому к ней предъявляются жесткие требования. Поверхность шлифуется до достижения шероховатости Ra 1,25 мкм.

6. Поверхность 6 Выполнена в виде канавки, которая нужна для вывода шлифовального круга. Жестких требований к ней предъявлять нецелесообразно.

7. Поверхность 7 является несущей и предъявлять жесткие требования к ней не нужно.

8. Боковые стороны зубьев участвуют в работе и определяют как долговечность узла, так и его шумность, поэтому к боковым сторонам зубьев и их взаимному расположению предъявляют ряд требований как по точности расположения, так и по качеству поверхности (Ra 2,5 мкм).

9. Поверхность 9 является несущей и предъявлять жесткие требования к ней не нужно.

10. Поверхность 10 Выполнена в виде канавки, которая нужна для вывода шлифовального круга. Жестких требований к ней предъявлять нецелесообразно.

11. Поверхность 11 является несущей и предназначена для посадки подшипника. Поэтому к ней предъявляются жесткие требования. Поверхность шлифуется до достижения шероховатости Ra 1,25 мкм.

12. Поверхность 12 является несущей, поэтому жестких требований к ней не предъявляется.

13. Поверхность 13 используется для контакта с внутренней поверхностью манжеты. Поэтому к ней предъявляются жесткие требования. Поверхность полируется до достижения шероховатости Ra 0,32 мкм.

14. Поверхность 14 является несущей, поэтому жестких требований к ней не предъявляется.

15. Поверхность 15 представлена в виде шпоночного паза, который предназначен для передачи крутящего момента от вала-шестерни к ременному шкиву Rz 20 мкм.

16. Поверхность 16 представлена канавкой, которая служит для вывода резьбонарезного резца.

17. Поверхность 17 выполнена в виде шпоночного паза для посадки стопорной шайбы Rz 40 мкм.

18. Поверхность 18 представляет собой резьбу под гайку, которая служит для поджатия шкива Ra 2,5 мкм.

Требования к взаимному положению поверхностей, считаю целесообразно назначенными.

Одним из немаловажных факторов является материал, из которого изготавливается деталь. Исходя из служебного назначения детали видно, что деталь работает под действием значительных знакопеременных циклических нагрузок.

С точки зрения ремонта данная деталь является довольно ответственной, поскольку для выполнения ее замены необходим демонтаж всего узла с машинного агрегата, а при его установке выверка механизма сцепления.

Количественная оценка

Таблица 1.3 - Анализ технологичности конструкции детали

Наименование поверхности	Количество поверхностей, шт.	Количество унифицированных поверхностей, шт.	Квалитет точности, IT	Параметр шероховатости, Ra, мкм
Торцы L=456мм
Торец L=260мм
Торец L=138мм
Торцы L=48мм
Центровые отверстия Ш 3,15мм
Шлицы Д8х36х40Д
Фаска 2х45°
Зубья Ш65,11мм
Канавка 3±0,2
Канавка 4±0,2
Шпоночный паз 8Р9
Шпоночный паз 6Р9
Резьба М33х1,5-8q
Отверстие Ш5 мм
Отверстие резьбовое М10х1-7Н
Конусность 1:15

Коэффициент унификации конструктивных элементов детали определяется по формуле

где Qу.э.- число унифицированных конструктивных элементов детали, шт;

Qу.э.- общее число конструктивных элементов детали, шт.

Деталь технологична, так как 0,896>0,23

Коэффициент использования материала определяется по формуле

где mд- масса детали, кг;

mз- масса заготовки, кг.

Деталь технологична, так как 0,75 = 0,75

Коэффициент точности обработки определяется по формуле

где - средний квалитет точности.

Деталь нетехнологична, так как 0,687<0,8

Коэффициент шероховатости поверхности определяется по формуле

где Бср- средняя шероховатость поверхности.

Деталь нетехнологична, так как 0,81 < 1,247

Исходя из произведенных расчетов, можно сделать вывод, что деталь технологична по коэффициенту унификации и по коэффициенту использования материала, но не технологична по коэффициенту точности обработки и по коэффициенту шероховатости поверхности.

Размерный анализ чертежа детали

Размерный анализ чертежа детали начинаем с нумерации поверхностей детали, представленных на рисунке 1.3

Рисунок 1.3-Обозначение поверхностей

Рисунок 1.4-Размеры рабочей поверхности детали

Выполняется построение размерных графов на рисунке 1.5

Рисунок 1.5 -- Размерный анализ рабочей поверхности детали

При построении размерного анализа определили технологические размеры и допуски на них для каждого технологического перехода, определили продольные отклонения размеров и припусков и расчет размеров заготовки, определили последовательность обработки отдельных поверхностей детали, обеспечивающих требуемую точность размеров

Определение типа производства

Тип производства выбираем предварительно, исходя из массы детали m = 4,7 кг и годовой программы выпуска деталей В = 9000 шт., производство серийное.

От правильности выбора типа производства в дальнейшем зависят все остальные разделы разработанного технологического процесса. При крупносерийном производстве технологический процесс разрабатывается и хорошо оснащается, что позволяет взаимозаменяемость деталей, малую трудоемкость.

Следовательно, будет более низкая себестоимость изделий. Крупносерийное производство предусматривает более широкое применение механизации и автоматизации производственных процессов. Коэффициент закрепления операций при среднесерийном производстве Кз.о = 10-20.

Среднесерийное производство характеризуется широкой номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися небольшими партиями, и сравнительно небольшим объемом выпуска.

На предприятиях среднесерийного производства значительная часть производства состоит из универсальных станков, оснащенных как специальными, так и универсально-наладочными и универсально-сборными приспособлениями, что позволяет снизить трудоемкость и удешевить производство.

Размерный анализ заключается в выявлении размерных цепей и в расчете допусков размеров, входящих в их состав.

Выявление размерной цепи предполагает:

1. Определение исходного звена (постановка задачи),

2. Представление размерной цепи в виде замкнутого контура,

3. Выделение замыкающего звена и классификация составляющих звеньев на увеличивающие и уменьшающие.

Размерная цепь – совокупность размеров, непосредственно участвующих в решении поставленной задачи и образующих замкнутый контур.

К основным признакам размерной цепи относятся: замкнутость, взаимосвязь и взаимозависимость размеров; соблюдение принципа кратчайшей цепи.

Конструкторская размерная цепь – размерная цепь, определяющая расстояние или относительный поворот между поверхностями или осями поверхностей деталей в изделии.

Технологическая размерная цепь – размерная цепь, обеспечивающая требуемое расстояние или относительный поворот между поверхностями изготавливаемого изделия при выполнении операций или ряда операций сборки, обработки при настройке станка, при расчете межпереходных размеров.

Звено размерной цепи – один из размеров, образующих размерную цепь.

Замыкающее звено – звено размерной цепи, являющееся исходным при постановке задачи или получающееся последним в результате ее решения.

Составляющее звено – звено размерной цепи, функционально связанное с замыкающим звеном. Оно обозначается прописной буквой алфавита с индексом, соответствующим его порядковому номеру. Замыкающему звену присваивается индекс ∆.

Увеличивающее звено – составляющее звено размерной цепи, с увеличением которого замыкающее звено увеличивается. Оно обозначается

Уменьшающее звено – составляющее звено размерной цепи, с увеличением которого замыкающее звено уменьшается. Оно обозначается

Компенсирующее звено – составляющее звено размерной цепи, изменением значения которого достигается требуемая точность замыкающего звена.

Линейная размерная цепь – размерная цепь, звеньями которой являются линейные размеры.

Расчет размерных цепей включает решение прямой и обратной задачи.

Прямая задача – задача, в которой заданы параметры замыкающего звена (номинальное значение, допустимые отклонения и т.д.) и требуется определить параметры составляющих звеньев.

Обратная задача – задача, в которой заданы параметры составляющих звеньев (допуски, поля рассеяния, координаты их середин и т.д.) и требуется определить параметры замыкающего звена.

Существует два способа расчета размерных цепей:

1. Способ расчета на максимум-минимум – способ расчета, учитывающий только предельные отклонения звеньев размерной цепи и самые неблагоприятные их сочетания.

2. Вероятностный способ расчета – способ расчета, учитывающий рассеяние размеров и вероятность различных сочетаний отклонений составляющих звеньев размерной цепи.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Технология машиностроения»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Технология машиностроения»

на тему

«Размерный анализ технологических процессов изготовления вала-шестерни»

Выполнил:

Преподаватель: Михайлов А.В.

Тольятти, 2005

УДК 621.965.015.22

Аннотация

Зарипов М.Р. размерный анализ технологического процесса изготовления детали вал-шестерня.

К.р. – Тольятти.: ТГУ, 2005.

Выполнен размерный анализ технологического процесса изготовления детали вал-шестерня в продольном и радиальном направлении. Рассчитаны припуски и операционные размеры. Проведено сравнение результатов операционных диаметральных размеров, полученных расчетно-аналитическим способом и методом размерного анализа с использованием операционных размерных цепей.

Расчетно-пояснительная записка на 23стр.

Графическая часть – 4 чертежей.

1. Чертеж детали – А3.

2. Размерная схема в осевом направлении – А2.

3. Размерная схема в диаметральном направлении – А2.

4. Размерная схема в диаметральном направлении продолжение – А3.

1. Технологический маршрут и план изготовления детали

1.1. Технологический маршрут и его обоснование

1.2. План изготовления детали

1.3. Обоснование выбора технологических баз, классификация технологических баз

1.4. Обоснование простановки операционных размеров

1.5. Назначение операционных требований

2. Размерный анализ технологического процесса в осевом направлении

2.1. Размерные цепи и их уравнения

2.2. Проверка условий точности изготовления детали

2.3. Расчет припусков продольных размеров

2.4. Расчет операционных размеров

3. Размерный анализ технологического процесса в диаметральном направлении

3.1. Радиальные размерные цепи и их уравнения

3.2. Проверка условий точности изготовления детали

3.3. Расчет припусков радиальных размеров

3.4. Расчет операционных диаметральных размеров

4. Сравнительный анализ результатов расчетов операционных размеров

4.1. Расчет диаметральных размеров расчетно-аналитическим методом

4.2. Сравнение результатов расчета

Литература

Приложения

1. Технологический маршрут и план изготовления детали

1.1. Технологический маршрут и его обоснование

В данном разделе опишем основные положения, использованные при формировании технологического маршрута детали.

Тип производства – среднесерийный.

Способ получения заготовки – штамповка на ГКШП.

При разработке технологического маршрута используем следующие положения:

· Обработку разделяем на черновую и чистовую, повышая производительность (снятие больших припусков на черновых операциях) и обеспечивая заданную точность (обработка на чистовых операциях)

· Черновая обработка связана со снятием больших припусков, что ведет к износу станка и снижению его точности, поэтому черновую и чистовую обработку будем вести на разных операциях с применением различного оборудования

· Для обеспечения требуемой твердости детали введем ТО (закалка и высокий отпуск, шейки под подшипники - цементация)

· Лезвийную обработку, нарезку зубьев и шпоночного паза произведем перед ТО, а после ТО абразивная обработка

· Для обеспечения требуемой точности создаем искусственные технологические базы, используемые на последующих операциях – центровые отверстия

· Более точные поверхности будем обрабатывать в конце ТП

· Для обеспечения точности размеров детали будем использовать специализированные и универсальные станки, станки с ЧПУ, нормализованные и специальные режущие инструменты и приспособления

Для простоты составления плана изготовления закодируем поверхности рис.1.1 и размеры детали и приведем сведения о требуемой точности размеров:

ТА2 = 0,039(–0,039)

Т2В = 0,1(+0,1)

Т2Г = 0,74(+0,74)

Т2Д = 0,74(+0,74)

ТЖ = 1,15(–1,15)

ТИ = 0,43(–0,43)

ТК = 0,22(–0,22)

ТЛ = 0,43(–0,43)

ТМ = 0,52(–0,52)

ТП = 0,2(-0,2)

Технологический маршрут оформим в виде таблицы:

Таблица 1.1

Технологический маршрут изготовления детали

№ операции	Наименование операции	Оборудование (тип, модель)	Содержание операции
000	Заготовительная	ГКШП	Штамповать заготовку
010	Фрезерно-центровальная	Фрезерно-центровальный	Фрезеровать торцы 1,4; сверлить центровальные отверстия
020	Токарная	Токарный п/а 1719	Точить поверхности 2, 5, 6, 7; 8, 3
030	Токарная с ЧПУ	Токарный с ЧПУ 1719ф3	Точить поверхности 2, 5, 6; 3, 8
040	Шпоночно-фрезерная	Шпоночно-фрезерный 6Д91	Фрезеровать паз 9, 10
050	Зубофрезерная	Зубофрезерный 5В370	Фрезеровать зубья 11, 12
060	Зубофасочная	Зубофасочный СТ 1481	Снять фаску с зубьев
070	Зубошевинго­вальная	Зубошевинговальный 5701	Шевинговать зубья 12
075	ТО	Закалка, высокий отпуск, правка, цементация
080	Центродоводочная	Центродоводочный 3922	Зачистиь центровочные отверстия
090	Круглошлифовальная	Круглошлифовальный 3М163ф2Н1В	Шлифовать поверхности 5, 6, 8
100	Торцекругло­шлифовальная	Торцекруглошлифовальный 3М166ф2Н1В	Шлифовать поверхности 2, 6; 3, 8
110	Зубошлифовальная	Зубошлифовальный 5А830	Шлифовать зубья

1.2. План изготовления детали

Приведем в виде таблицы 1.2 план изготовления детали, оформленный в соответствие с требованиями :

Таблица 1.2

План изготовления детали вал-шестерня

1.3. Обоснование выбора технологических баз, классификация технологических баз

На фрезерно-центровальной операции в качестве черновых технологических баз выбираем общую ось шеек 6 и 8, и торец 3 – как будущими основными конструкторскими базами.

На черновом точении за технологические базы принимаем полученную на предыдущей операции ось 13 (используем центры) и обработанные на предыдущей операции торцы 1 и 4.

При чистовом точении используем в качестве технологических баз ось 13, а опорная точка лежит на поверхности центровых отверстий – используем принцип постоянства баз и исключаем погрешность неперпендикулярности, как составляющую погрешности выполнения осевого размера.

Таблица 1.3

Технологические базы

№ операции	№ опорных точек	Наименование базы	Характер проявления		Реализация			№ обрабатывае­мых поверхностей	Операционные размеры	Единство баз	Постоянство баз
			Явная	скрытая	Естественная	Искусственная	Станочные приспособления
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
010
020-А							Жесткий и плавающий центры, поводковый патрон
020-Б
030-А
030-Б
040
050
070
090-А
090-Б
100-А
100-Б
110

На зубообрабатывающих операциях используем ось 13 и опорную точку на центровом отверстии, соблюдая принцип постоянства баз (относительно шеек подшипников), ибо, являясь исполнительной поверхностью, зубчатый венец должен быть точно выполнен относительно шеек подшипников.

Для фрезерования шпоночного паза в качестве технологических баз используем ось 13 и торец 2.

В сводной таблице приводим классификацию технологических баз, указываем их целевую принадлежность, выполнение правила единства и постоянства баз.

1.4. Обоснование простановки операционных размеров

Способ простановки размеров зависит в первую очередь от метода достижения точности. Так как размерный анализ имеет большую трудоемкость выполнения, то применять его целесообразно при использовании метода достижения точности размеров с помощью настроенного оборудования.

Особую важность представляет способ простановки продольных размеров (осевых для тел вращения).

На черновой токарной операции мы можем применить схемы простановки размеров «а» и «б» рис.4.1.

На чистовой токарной и шлифовальных операциях применяем схему «г» рис.4.1.

1.5. Назначение операционных технических требований

Операционные технические требования назначаем по методике . Технические требования на изготовление заготовки (допуски на размеры, смещение штампа) назначаем по ГОСТ 7505-89. Допуски на размеры определяем по приложению 1 , шероховатость – по приложению 4 , величины пространственных отклонений (отклонения от соосности и перпендикулярности) – по приложению 2 .

Для заготовки отклонения от соосности определим по методике .

Определим средний диаметр вала

где d i – диаметр i-ой ступени вала;

l i – длина i-ой ступени вала;

l – общая длина вала.

d ср =38,5мм. По приложению 5 определим р к – удельная величина изогнутости. Величины изогнутости оси вала для различных участков определим по следующей формуле:

, (1.2)

где L i – расстояние наиболее удаленной точки i-ой поверхности до измерительной базы;

L – длина детали, мм;

Δ max =0,5·р к ·L – максимальный прогиб оси вала в результате коробления;

– радиус кривизны детали, мм; (1.3)

Аналогично рассчитываем отклонения от соосности при термообработке. Данные для их определения также приведены в приложении 5.

После расчетов получаем

2. Размерный анализ технологического процесса в осевом направлении

2.1. Размерные цепи и их уравнения

Составим уравнения размерных цепей в виде уравнений номиналов.

2.2.

Проверку условий точности выполняем, чтоб убедиться в обеспечении требуемой точности размеров. Условие точности ТА черт ≥ω[А],

где ТА черт – допуск по чертежу размера;

ω[А] – погрешность этого же параметра возникающая в ходе выполнения технологического процесса.

Погрешность замыкающего звена найдем по уравнению (2.1)

Из расчетов видно, что погрешность размер К больше допуска. А это значит, что мы должны корректировать план изготовления.

Для обеспечения точности размера [К]:

на 100-ой операции обработаем с одного установа поверхности 2 и 3, тем самым уберем из размерной цепи размера [К] звенья С 10 , Ж 10 и Р 10 , «заменив» их на звено Ч 100 (ωЧ=0,10).

После внесения в план изготовления данных коррективов, получаем следующие уравнения размерных цепей, погрешность которых равна:

В итоге получаем 100% качество

2.3. Расчет припусков продольных размеров

Расчет припусков продольных размеров будем вести в следующем порядке.

Напишем уравнения размерных цепей, замыкающим размером которых будут припуски. Посчитаем минимальный припуск на обработку по формуле

где - суммарная погрешность пространственных отклонений поверхности на предыдущем переходе;

Высоты неровностей и дефектный слой, образовавшиеся на поверхности при предыдущей обработке.

Рассчитаем величины колебаний операционных припусков по уравнениям погрешностей замыкающих звеньев-припусков

(2.1)

(2.2)

Расчет ведут по формуле (2.2) если количество составляющих звеньев припуска больше четырех.

Находим значения максимальных и средних припусков по соответствующим формулам

, (2.3)

(2.4)

результаты занесем в таблицу 2.1

2.4. Расчет операционных размеров

Определим величины номинальных и предельных значений операционных размеров в осевом направлении по методу средних значений

Исходя из уравнений, составленных в пунктах 2.2 и 2.3, найдем средние значения операционных размеров

запишем значения в удобной для производства форме

3. Размерный анализ технологического процесса в диаметральном направлении

3.1. Радиальные размерные цепи и их уравнения

Составим уравнения размерных цепей с замыкающими звеньями-припусками, т.к. почти все размеры в радиальном направлении получаются явно (см. п.3.2)

3.2. Проверка условий точности изготовления детали

Получаем 100% качество.

3.3. Расчет припусков радиальных размеров

Расчет припусков радиальных размеров будем вести аналогично расчету припусков продольных размеров, но расчет минимальных припусков будем вести по следующей формуле

(3.1)

Результаты заносим в таблицу 3.1

3.4. Расчет операционных диаметральных размеров

Определим величины номинальных и предельных значений операционных размеров в радиальном направлении по методу координат средин полей допусков.

Исходя из уравнений, составленных в пунктах 3.1 и 3.2, найдем средние значения операционных размеров

Определим координату средин полей допусков искомых звеньев по формуле

Сложив полученные величины с половиной допуска, запишем значения в удобной для производства форме

4. Сравнительный анализ результатов расчетов операционных размеров

4.1. Расчет диаметральных размеров расчетно-аналитическим методом

Рассчитаем припуски для поверхности 8 по методике В.М. Кована .

Полученные результаты заносим в таблицу 4.1

4.2. Сравнение результатов расчета

Посчитаем общие припуски по формулам

(4.2)

Посчитаем номинальный припуск для вала

(4.3)

Результаты расчетов номинальных припусков сводим в таблицу 4.2

Таблица 4.2

Сравнение общих припусков

Найдем данные по изменению припусков

Мы получили разницу припусков в 86%, вследствие неучета при расчете методом Кована следующих моментов: особенностей простановки размеров на операции, погрешности выполняемых размеров, влияющих на величину погрешности припуска и др.

Литература

1. Размерный анализ технологических процессов изготовления деталей машин: Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теория Технологии»/ Михайлов А.В. – Тольятти,: ТолПИ, 2001. 34с.

2. Размерный анализ технологических процессов/ В.В. Матвеев, М. М. Тверской, Ф. И. Бойков и др. – М.: Машиностроение, 1982. – 264 с.

3. Специальные металлорежущие станки общемашиностроительного применения: Справочник/ В.Б. Дьячков, Н.Ф. Кабатов, М.У. Носинов. – М.: Машиностроение. 1983. – 288 с., ил.

4. Допуски и посадки. Справочник. В 2-х ч./ В. Д. Мягков, М. А. Палей, А. Б. Романов, В.А. Брагинский. – 6-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. Ч. 2. 448 с., ил.

5. Михайлов А.В. План изготовления детали: Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 22с.

6. Михайлов А.В. Базирование и технологические базы: Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов. – Тольятти: ТолПИ, 1994. – 30с.

7. Справочник технолога-машиностроителя. Т.1/под. ред А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. – М.:Машиностроение, 1985. – 656с.

Рис. 8.11.

Рис. 8.10.

Пример 8.7

Размерный анализ процесса механической обработки проводят в следующем порядке. Для детали (рис. 8.11) вычерчивают совмещенный эскиз исходной заготовки и готовой детали (рис. 8.12), на котором отражают также промежуточные состояния заготовки. Все поверхности заготовки и детали нумеруют по порядку, слева направо, и через них проводят вертикальные линии. Между этими линиями указывают размеры исходной заготовки В, готовой детали А , припуски Z n (индекс п обозначает номер поверхностей, к которым они относятся), а также технологические размеры S, получаемые в результате выполнения каждого технологического перехода. Размеры S указывают в виде направленных стрелок, при этом точка ставится на линии, соответствующей поверхности, которая используется в качестве технологической или настроечной базы.

Рис. 8.12.

Рис. 8.13.

На рис. 8.12 представлен размерный анализ ТП изготовления ступенчатого валика из штампованной заготовки за три операции. На первой операции («фрезерно-центровальная») выполняются размеры S ] и 5 2 , на второй операции («токарная 1») - размер S:i . На третьей операции («токарная 2») выдерживаются размеры S A и S 5 (двукратная обработка торцовой поверхности может быть обусловлена повышенными требованиями, например, к шероховатости поверхности). Выявление размерных цепей начинают с последней операции, т.е. двигаясь по размерной схеме снизу вверх. Для упрощения процесса выявления размерных цепей рекомендуется построить граф размерных связей (рис. 8.13). Вначале строят граф технологических размеров, где кружочками с цифрами внутри обозначаются обрабатываемые поверхности (в виде двойного кружочка обозначается поверхность заготовки, от которой начинается обработка).

Данный граф дополняют графом размеров заготовки (размеры заготовки изображают при этом двойными линиями) и получают совмещенный граф, на котором в виде дуг изображают размеры готовой детали и в виде ломаных линий - припуски на обработку (стрелка на таких линиях указывает, к какой поверхности относится припуск). Важно строить совмещенный граф так, чтобы его ребра (линии) не пересекатись. Любой замкнутый контур совмещенного графа образует размерную цепь. Замыкающим звеном (которое обычно заключают в квадратные скобки) у такой цепи является либо размер детали, либо припуск на обработку (рис. 8.14). Размерные цепи рекомендуется строить таким образом, чтобы припуски и размеры А детати не входили в них в качестве составляющих звеньев. Любая технологическая размерная цепь имеет одно замыкающее звено и два или более составляющих звеньев.

Свои особенности имеет размерный анализ технологических процессов механической обработки заготовок для корпусных детатей. При построении размерной схемы таких процессов следует учитывать, что размеры, опре-

Рис. 8.14.

а-в - для определения технологических размеров S v S 3 и 5, соответственно; г-е - для определения размеров заготовки B v В 3 и В 2 соответственно

деляющие положение основных отверстий корпусной детали, обрабатываемых на нескольких операциях, имеют одинаковые номинальные значения, но выполняются с различной точностью. В этой связи на размерной схеме линия, определяющая положение оси основного отверстия, выполняется прерывистой. На рис. 8.15 изображена размерная схема обработки заготовки корпусной детали, выполняемой за три операции. На первой операции («фрезерная») выполняется размер S 0 , на второй операции («расточная 1») размер S v на третьей операции - размер S 2 . В результате решения размерных цепей выясняется, может ли принятый вариант технологического процесса изготовления детали обеспечить ее точность в соответствии с чертежом.

При этом важно, чтобы точность выполнения технологических размеров S не превышала среднюю экономическую точность принятых методов обработки. В противном случае следует пересмотреть рассматриваемый вариант технологического процесса изготовления детали.

Рис. 8.15. Размерная схема (а) и технологические размерные цепи (б) процесса механической обработки заготовки корпусной детали (R = D/2)