Часть 1 2010 (Что-то вроде лекций или метод), страница 3

Размеры делят на две группы функциональные – те, которые обеспечивают выполнение функции детали и свободные – те, которые принадлежат свободным или технологическим элементам детали. Конструктор, руководствуясь вышеперечисленными факторами, выбирает или рассчитывает необходимые размеры структурных элементов детали.

В наиболее ответственных случаях детали подвергаются тщательному рас­чету (а иногда и экспериментальным исследованиям) по математическим моделям, связывающим ее размеры (и параметры формы) с требуемыми показателями качества, компоновкой, условиями эксплуатации, производства и другими ограничениями. Как правило, это детали, определяющие точность функционирования, качество создаваемого изображения, испытывающие зна­чительные статические, динамические, тепловые нагрузки ( например, детали астрономических, военных, космических приборов).

Для оптических деталей, например, подобными расчетами (габаритно-абер­рационными) определяют размеры (и расположение) рабочих элементов.

Очень важным при определении размеров является назначение допусков. В общем случае конструктор должен пользоваться понятием точностной технологичности детали.

1.2.. Принцип точностной технологичности деталей

Этот принцип заключается в учете экономических факторов при назначе­нии допусков на характеристики материала детали и на погрешности ее изготовления.

Конструктор должен помнить, что от допусков на деталь в существенной степени зависит ее стоимость. Так, чем выше качество используемого матери­ала, тем она дороже. Например, стоимость оптического стекла первой катего­рии класса ~А по показателю преломления и средней дисперсии в несколько раз больше, чем стекло той же марки пятой категории класса Г, а его стоимость с учетом всех показателей качества может отличаться на порядок.

Выше отмечалось, что в точном приборостроении рабочие и базирующие поверхности детали практически всегда окончательно обрабатываются на металлорежущих станках, так как требования к точности размеров этих поверхностей, как правило не ниже 7-8 квалитетов. Таким образом функциональную точность деталей определяют процессы , характерные для металлорежущих станков..

На рис. 6 [9] изображен график зависимости между допуском ( ) на точность изготовления детали и затратами по его выполнению ( ). На графике показана кривая, образованная участками равнобочных гипербол 1-4, харак­теризующих затраты на получение допуска при обработке детали на различном оборудовании, используя различный инструмент, оснастку и т.д. Узловые точки Э, П, Т, образованные пересечением соответствующих кривых, являются границами зон, характеризующими низкие, средние и высокие затраты и соответствующие им уровни точности технологических процессов, называемые экономическими, производственными и техническими [8], [9]².

Экономическому уровню точности (ЭУТ) технологических процессов (до­пуск обозначается ) соответствует точность, получаемая в серийном произ­водстве при изготовлении деталей на автоматическом и универсальном обору­довании с помощью типового инструмента, оснастки и приспособлений. Кон­троль производится средствами, находящимися на рабочем месте (микромет­ры, индикаторы, калибры, эталонные стекла). Для заводов оптической про­мышленности экономический уровень, в среднем, начинается с 9-10 квалитетов точности.

Рис. 6. Зависимость между допуском и затратами на изготовление.

Производственному уровню точности (ПУТ) соответствует точность , получаемая в серийном производстве при изготовлении деталей также на автоматическом и универсальном оборудовании, но с применением специаль­ного инструмента: оснастки и технологических процессов (например, при изготовлении деталей на шлифовальных станках; с использованием алмазных резцов; разверток; кондукторов; приспособлений для центрирования заготов­ки; с увеличением числа повторных циклов ("выхаживанием") обработки поверхностей детали и т.п.). Контроль производится средствами, находящи­мися как на рабочем месте, так и в отделе технического контроля (ОТК) цеха. Производственному уровню соответствуют в среднем допуски по 6-8 квалитетам точности.

Техническому уровню точности соответствует предельно высокая точность , которая может быть достигнута с помощью специального (прецизионного) оборудования, инструмента, технологических процессов и условий производ­ства.

Например, для достижения точности нанесения делении па штриховых лимбах (диаметром около 100 мм) с погрешностью в 1-2" используют преци­зионные делительные машины, производят стабилизацию температуры (до сотых долей градуса), давления и влажности в рабочем помещении, осуществ­ляют защиту от вибраций и другие мероприятия. Контроль деталей выполняют с привлечением лабораторных средств (автоколлиматоров, микроскопов, ин­терферометров). Техническому уровню соответствуют допуски по 4-5 квалитетам.

Более высокую точность изготовления детали (зона Д) можно получить ее доводкой, выполняемой на станках, или слесарным способом вручную (шаб­рением, притиркой, развертыванием, прокаткой и т.п.), как правило, в процессе сборки детали в узел (обычно этот процесс называют технологической компенсацией погрешностей деталей). Левая граница этой зоны весьма неоп­ределенна, так как в существенной степени зависит от квалификации рабочего, наличия необходимого оборудования, инструмента и контрольных средств.

Показанную на рис.6 кривую, можно аппроксимировать гиперболической кривой, проходящей через узловые точки Э, П, Т и характеризующей зависимости между допуском и затратами на его выполнение приближенной зависи­мостью

(1)

где T — коэффициент для выражения допуска в единицах стоимости;

t>0 — показатель степени (обычно считают, что t=0,5-1);

— стоимость изготовления (элемента) детали по свободному допуску.

Таким образом, назначая высокие (жесткие) допуски на размеры деталей, конструктор должен отдавать себе отчет, что это при­ведет к существенному их удорожанию, поэтому такие допуски должны быть обоснованы другими факторами, связанными, например, с затратами на сбор­ку, точностью функционирования всего прибора и т.п.

Рис 7. Зависимости стоимости от точности изготовления и сборки: 1 – деталей; 2– сборки;
3 – стоимость соединения.

Стоимость сборки деталей, как известно [3], зависит от погрешностей их изготовления (рис. 7, кривая 2) и может быть охарактеризована зависимостью

(2)

где К — коэффициент для выражения допуска в единицах стоимости;

r>0 — показатель степени;

— стоимость сборки при отсутствии погрешностей.

Такая зависимость обусловлена тем, что затраты на сборку растут с увели­чением погрешностей изготовления деталей, так как "грубые" детали обычно требуют при сборке дополнительных регулировок, пригонок, юстировок (трудоемкость которых гораздо больше), а также затрудняют использование средств автоматической сборки.

В общем случае конструктор, назначая допуски, должен учитывать затраты на изготовление и сборку деталей (кривая 3, рис. 7), назначая, по возмож­ности, допуски, соответствующие экономическим уровням точности изготов­ления и сборки.

Уровни точности процессов обработки приводятся в таблице 2.

Таблица 2

Уровни точности процессов обработки

(Глава 2. Основные понятия о технологическом процессе изготовления оптических приборов