126013 (Технологические системы и управление ими)

Контрольная работа по «Основы технологии машиностроения» №1

Вопросы

1. Выявление возможных методов достижения точности исходного звена размерной цепи (показателя точности машины) при проектировании технологических процессов сборки решением обратной задачи.

1. Динамическая настройка технологической системы. Размер и погрешность динамической настройки. Основные причины появления погрешности динамической настройки.

1. Принцип совмещения баз заключается в ………..

Ответы:

7. Анализ рассмотренных методов достижения точности замыкающего звена размерной цепи показывает, что технологу при проектировании технологических процессов сборки необходимо решить две главных задачи:

1. Выявить метод достижения точности, который использовал конструктор при назначении требуемой точности составляющих звеньев размерной цепи (размеров деталей и их соединений).

2. Включить в состав технологического процесса сборки соответствующие выявленному методу достижения точности технологические операции и (или) переходы, необходимые для обеспечения требуемой точности машины. Состав этих операций или переходов рассмотрен выше при изложении каждого метода достижения точности и их выбор не представляет сложности при условии, что первая задача решена правильно.

К сожалению, в конструкторской документации, как правило не указывается использованный метод достижения точности и технологу приходится его выявлять. Для правильного решения этой задачи необходимо построить ту самую размерную цепь, с которой имел дело конструктор при расчете и (или) назначение допусков размеров составляющих звеньев. Особенности конструкции могут служить подсказкой в использованном конструкторском методе.

Для окончательного вывода об использованном конструктором методе нужно учесть тип производства, где будет изготавливаться машина.

Для окончательного решения об использованном конструктором методе достижения точности необходимо в построенной размерной цепи решить обратную задачу.

В общем случае для выявления использованного конструктором методе достижения точности можно воспользоваться алгоритмом этой работы, приведенной на рисунке 1.

Ускорению выполнения работы и повышения точности результата может способствовать схема рациональных областей применения различных методов в зависимости от числа составляющих звеньев в размерной цепи и типа производства, приведенная на рисунке 2.

19. Динамическая настройка – это собственно обработка, т. е. непосредственное взаимодействие режущих кромок инструмента с материалом заготовки. В результате этапа создается на детали новая поверхность, заданная конструктором. Взаимодействие режущих кромок инструмента с материалом заготовки сопровождается всей совокупностью явлений, при сущих процессу резания: возникают силы резания, действующие на инструмент и заготовку, выделяется тепло пластической деформации стружки и трения инструмента об обрабатываемую поверхность, инструмент изнашивается и затупляется и т. д. В результате всех этих процессов изменяется взаимное положение заготовки и инструмента, достигнуто в статистическом состоянии технологической системы на первых двух этапах. В примере на рис.3 под действием составляющей силы резания инструмент перемещается в результате упругих деформаций вверх, а заготовка – вниз, в результате чего размер получает приращение. Размер получает приращение также по мере износа режущей кромки инструмента, тепловых деформаций заготовки и т.д.

Все эти изменения взаимного положения заготовки и инструмента можно придать инструменту, сохранив мысленно положение заготовки и других частей технологической системы, которые они имели в статике. Тогда результат этих изменений можно описать размерами и , которые определяют положение режущей кромки инструмента в статике. Эти мысленно сконструированные размеры называют размерами динамической настройки, они позволяют достаточно удобно провести анализ причин, вызывающих изменения взаимного положения заготовки и инструмента и их роль в формировании технологического размера на детали.

Ясно, что размеры и не сохраняют свою величину даже при обработке одной заготовки, тем более в партии заготовок. Из теории резания известно, что, например, сила пропорциональна припуску и твердости материала, а эти величины ни на одной заготовке, ни впартии заготовок не являются константами. При затуплении инструмента сила существенно возрастает (до 30% от первоначальной величины). Ясно, что переменная величина силы вызовет в технологической системе различные по величине упругие перемещения инструмента и заготовки. Распределения потоков тепла в технологической системе не сохраняется во времени и в пространстве, что также приводит к колебаниям размеров и . Поля рассеяния и размеров и . Называют погрешностями динамической настройки .

Во время обработки в зоне резания и во всех частях технологической системы протекают процессы различной физической, химической, физико-химической и др. природы, в результате которых взаимное положение заготовки и инструмента изменяется. К числу таких процессов относится: динамика резания, пластическая и упругая деформации материала заготовки и отделяемого слоя; тепловыделения в зоне резания, в приводах и подвижных соединениях технологической системы; трение и износ в зоне резания и подвижных соединениях; вынужденные и собственные колебания (вибрации) технологической системы; химическое и электрохимимческое взаимодействие инструмента, СОЖ и обрабатываемого материала; теплопередача внутри технологической системы от более нагретых к менее нагретым частям; теплообмен технологической системы с окружающей средой и т. д.

Рассмотрим роль различных процессов, протекающих в технологической системе, на величину этих погрешностей.

1. Жесткость технологической системы.

Любая технологическая система представляет собой систему реальных тел и, следовательно, обладает некоторой конечной по величине жесткостью. В результате этого под действием силы резания в ней обязательно возникнут упругие деформации всех нагруженных этой силой частей, которые проссуммируются в виде упругого относительного перемещения режущей кромки инструмента и заготовки.

Влияние этого упругого перемещения на получаемый размер, который всегда измеряют по нормали к обрабатываемой поверхности, количественной мерой жесткости в технологии машиностроения принято отношение

, Н/м

Где - радиальная составляющая силы резания; – упругая деформация в технологической системе, измеренная по нормали к обрабатываемой поверхности

В технологии машиностроения для характеристики состояния технологической системы наряду с жесткостью иногда используют обратную ей величину податливость:

, м/Н

Податливость оценивать способность технологической системы упруго деформироваться под действием силы и количественно представляет собой упругое перемещение, приходящееся на единицу действующей силы.

Сила при обработке партии деталей колеблется в пределах

Где t – глубина резания; S – подача в мм/об; НБ -твердость обрабатываемого материала; - коэффициент учитывающий прирост силы при затуплении инструмента.

Естественно, что эти колебания силы порождают в технологической системе соответствующие колебания величины упругих деформаций при обработке партии заготовок, разность величин которых и представляет собой часть погрешности динамической настройки :

1. Колебательные упругие перемещения в технологической системе (вибрации)

В технологической системе возникают упругие перемещения, изменению которых во времени присуща определенная периодичность. Такие изменения называют колебаниями или вибрациями. С точки зрения проблемы обеспечения точности технологического размера нас интересуют колебания упругих перемещений в технологической системе по направлению нормали к обработанной поверхности, так как эти перемещения обуславливают изменение размера динамической настройки и, следовательно, являются частью погрешности динамической настройки. В пределах одной обработанной поверхности за счет многократного изменения взаимного положения изменения и заготовки вследствие колебаний образуются различные погрешности формы: огранка цилиндрической поверхности при точении, волнистость плоскости при строгании и фрезеровании и т. п.

Колебания могут быть вызваны как внешними воздействиями (толчки, сотрясения, вибрации рядом работающих машин и т.д.), так и внутренними для работающей технологической системы факторами: прерывистость процесса резания, дисбаланс вращающихся частей, особенности стружкообразования и т. д. Технологическая системе по разному может реагировать на эти воздействия: импульс силы и вызванные им колебательные упругие перемещения в течение некоторого промежутка времени уменьшаются до нуля («затухают»), либо колебания упругих перемещений сохраняют амплитуду неопределенно долгое время (такие колебания называют автоколебания), либо колебания в системе нарастают во времени, приводя в конце концов к поломке инструмента или заготовки. Реакция технологической системы на динамическое воздействие (как внешнее, так и внутреннее) зависит от упругих свойств самой системы (ее жесткости), так и от условий протекающих в ней рабочих процессов: режима резания, способа смазки и охлаждения инструмента, свойств смазывающе-охлаждающей жидкости, геометрии инструмента и т. д.

1. Тепловые деформации технологической системы.

Во всякой работающей технологической системе действуют рад источников тепла:

• Рабочий процесс (резание, пластическое деформирование, трение и т. д.);

• Механическая работа по преодолению сил трения в подвижных соединениях деталей;

• Электрические системы (двигатели, пусковая и управляющая аппаратура и т. д.);

• Гидравлические системы (в тепло преобразуется механическая работа на преодоление внутреннего и внешнего трения рабочей жидкости).

Кроме того, на технологическую систему могут оказывать влияние внешние для нее источники тепла: окружающая среда, близкорасположенные нагревательные устройства, другое оборудование и т. д.

Под влиянием тепловых источников нагревается вся технологическая система (например, резец и деталь теплом резания). Естественно следствием этих процессов является тепловая деформация отдельных частей технологической системы;

• Нагрев деталей станка приводит к упругим деформациям в трех координатных направлениях.

• Нагрев заготовки. В зависимости от способа и режимов обработки доля теплоты, которая отводится в заготовку, может быть различной: при точение составляет до 10%, при сверлении доходит до 55%.

1. Размерный износ инструмента.

При обработке резанием происходит износ рабочего инструмента, т. е. постепенно истирается и уносится в стружку или обрабатываемой поверхностью часть инструментального материала. Явление износа может иметь различные последствия для инструмента, технологической системы и получаемого технологического размера. Результатом износа может быть затупление, что изменяет геометрию резания, приводит к увеличению силы резания и, следовательно, к дополнительным упругим деформациям технологической системы, которые и обуславливают часть погрешности динамической настройки. Для оценки затупления в этом случае применяют размер площадки износа на задней грани или радиус, округление режущей кромки. Однако износ сказываеся на результате обработки не только через динамику процесса резания и упругие свойства (жесткость технологической системы). При износе независимо от того, сопровождается он затуплением инструмента или нет, изменяется положение вершины резца относительно ее положения в первоначальный момент резания на величину и. Как видно из рисунка … величиной и оценивается износ, измеренный в направлении нормали N к обрабатываемой поверхности.

Такой износ принято называть равномерным.

1. Деформация обрабатываемых деталей в результате перераспределения внутренних напряжений.

Практически каждая поступающая на обработку заготовку несет в себе внутренне напряжение (их еще называют остаточным напряжениями). Они характеризуются знаком, величиной и эпюрой распределения. Эпюра напряжений может охватывать:

• Весь объем материала, и такие напряжения называют макронапряжениями или напряжениями первого рода;

• В микроскопических объемах – напряжения второго рода;

• В ультрамикроскопических объемах – напряжения третьего рода.

Эти напряжения остаются в детали после снятия нагрузок предыдущей обработки и внешне себя ничем не проявляют, так как взаимно уравновешиваются. Но при механической обработке с заготовки снимается какая-то часть материала, что нарушает равновесие внутренних напряжений. Начинается перераспределение напряжений и переход материала в новое равновесное состояние, и этот переход сопровождается деформацией обработанной детали.