Лекция 9. Установление маршрутов обработки отдельных поверхностей

Установление маршрутов обработки отдельных поверхностей–первая стадия проектирования ТП методом синтеза.

Ряд операций обработки (или технологических переходов), необходимых для получения каждой поверхности детали и расположенных в порядке повышения точности, образует маршрут обработки поверхности (МОП). МОП, как правило, совпадает со стадией обработки, так как в маршруте еще не отражена термическая обработка. Когда определится место термической обработки в ТП, МОП уточняются в следующих стадиях разработки ТП.

На этой стадии разработки ТП для каждой поверхности должны быть определены число ступеней обработки (операций, переходов), методы выполнения каждой ступени и их последовательность.

Отдельная (или элементарная) поверхность – это цилиндр, конус, криволинейная поверхность (в частности сфера) и плоскость. Поверхности вращения подразделяются на наружные и внутренние элементарные поверхности.

Знать МОП необходимо для последующего расчета промежуточных и общих припусков на обработку, промежуточных размеров заготовки и допусков на размеры.

Рассмотрим основные факторы, влияющие на маршрут обработки поверхности детали:

1. Точность исходной заготовки: чем заготовка точнее, тем меньшее число ступеней обработки потребуется для достижения требуемых чертежом точности поверхности детали.

2. Требуемая по чертежу точность формы и размеров рассматриваемой поверхности: чем выше требуемая точность, тем большее число ступеней ее обработки потребуется.

3. Наличие и характер термообработки детали. Большинство методов термической и химико-термической обработки (закалка, цементация, азотирование) связано с потерей достигнутой на предшествующих ступенях механической обработки точности формы и размеров поверхности. Поэтому наличие термообработки увеличивает число ступеней обработки ответственных поверхностей детали.

4. Точность относительного расположения поверхностей. В ряде случаев требуется вводить дополнительные ступени обработки для обеспечения жестких допусков на параллельность и соосность поверхностей.

5. Число ступеней обработки установочной базы. Если рассматриваемая поверхность в ТП играет роль установочной базы, то число ступеней ее обработки может быть больше по сравнению с тем, которое требуется для получения заданных по чертежу точности формы и размеров этой поверхности. Обычно базирующие поверхности с самого начала обрабатываются точно, а перед каждым новым этапом и после термообработки производится обновление баз.

6. Требования к качеству поверхностного слоя данной поверхности. В определенных случаях метод окончательной обработки, используемый для получения размера в пределах заданного по чертежу допуска, не обеспечивает заданного качества поверхностного слоя (по шероховатости, физико-механическим свойствам). Тогда вводят еще одну-две ступени обработки - отделочные или упрочняющие операции (полирование, хонингование, суперфиниширование, алмазное выглаживание и т.п.).

Определение вариантов обработки поверхности с применением графов

Как было отмечено, маршрут обработки поверхности назначают на основании технических требований чертежа детали и чертежа заготовки. Ориентируясь на таблицы точности и качества поверхностных слоев при обработке и учитывая конфигурацию обрабатываемой поверхности, материал, массу и другие факторы, устанавливают метод окончательной обработки. При известном способе получения заготовки определяют первоначальный метод обработки. Выбрав окончательный и первый методы, назначают промежуточные. При этом возможны несколько видов обработки примерно с одинаковыми показателями. Такие виды обработки объединены в одну стадию. Характеристики операций обработки наружных поверхностей вращения представлены в табл. 9.1. Для элементарных поверхностей обычно стадия обработки совпадает с операцией или переходом.

Операции обработки наружных поверхностей вращения Таблица 9.1

Стадии	Наименование операции	Код операции	Точность, квалитет	Параметры шероховатости, мкм
Rz	Rа
	Черновая токарная				–
	Получистовая токарная				–
	Чистовая токарная Черновая шлифовальная			– –	2,50 2,50
	Тонкая токарная Однократное шлифование			– –	0,80 1,25
	Чистовая шлифовальная			–	0,63
	Тонка шлифовальная			–	0,25
	Полировальная Накатная Суперфиниширование			– – –	0,40 0,16 0,08

Требуемые по чертежу точность и качество поверхности можно получить обработкой по различным маршрутам. Для их описания наиболее удобно использовать теорию графов. В графе вершины соответствуют кодам операций с характеристиками точности, шероховатости поверхности, и себестоимости операции, а ребра – последовательности операций согласно табл. 9.1. На рис. 9.1 показан граф возможных вариантов обработки наружных поверхностей вращения. Нулевая стадия – это стадия получения заготовки. Аналогично можно построить графы для плоских поверхностей и внутренних поверхностей вращения.

Анализ графа показывает, что для каждого типа элементарной поверхности существует различное число маршрутов обработки. Применительно к приведенному графу для наружных поверхностей можно синтезировать 8 маршрутов, аналогично для внутренних поверхностей 32 маршрута и для плоских– 60.

Математическим представлением графов возможных МОП является матричная форма (рис. 9.2). Столбцам и строкам матрицы соответствуют вершины графа, приведенного на рис. 9.1. Элемент матрицы равен 1, если вершины смежные, в противном случае он равен 0.

Рис. 9.1. Граф возможных вариантов маршрута обработки поверхностей

Поиск возможных вариантов маршрута начинается с просмотра матрицы по строкам. Анализ нулевой строки показывает, что после заготовительной операции будет выбрана операция с кодом 1 (черновая токарная). Далее переходим к просмотру первой строки и видим, что будет выбрана вторая операция – получистовая токарная. Во второй строке может выбираться операция третья (чистовая токарная) или четвертая (черновая шлифовальная). Если по сформированным условиям выбирается третья операция, то переходим к просмотру третьей строки, если выбирается четвертая, то пропускается третья строка и анализируется сразу четвертая, и т.д. Например: условием выбора операции из нескольких возможных может быть такое: если обрабатываемый материал – цветной сплав, выбирается точение. После выбора каждой операции идет сравнение качества, достигаемого на выбранной операции E_i с требуемым качеством детали Е _тр. Если качество поверхности, достигаемое на операции, удовлетворяет требованию Е _тр ³ E_i, то дальнейший выбор операции не производится и выдается один из возможных вариантов маршрута обработки.

Рис. 9.2. Матрица вариантов МОП

Выбор оптимального маршрута обработки поверхности

Следующий шаг при установлении маршрута обработки – выбор оптимального МОП из множества возможных. Число вариантов обработки уменьшается с учетом технологических правил, например следующих:

1. Если обрабатываются цветные металлы и сплавы, то абразивные методы (шлифование, резьбошлифование) не используются.

2. При диаметре отверстия D < 2 мм растачивание исключается, при L/D < 1 (L – длина отверстия) развертывание нецелесообразно.

3. На этапе получистовой обработки снятие припуска лезвийной обработкой (точение, фрезерование и т.п.) по сравнению с абразивной требует меньшего числа ходов, поэтому нецелесообразно использовать шлифование.

4. Если материал имеет твердость HRC > 40, рекомендуется использовать шлифование.

5. С целью снижения погрешности обработки и времени на переустановку заготовки целесообразна обработка на одном станке за несколько переходов.

6. Жесткость и конфигурация заготовки ограничивают применение некоторых вариантов обработки.

7. Необходимость обработки данной поверхности совместно с другими для достижения большей точности их взаимного расположения предопределяет метод обработки.

В качестве критериев при выборе оптимального МОП используются:

1) минимальный общий припуск для всех выбранных стадий обработки;

2) минимальная трудоемкость варианта маршрута по суммарному основному времени обработки.

Более точно маршрут выбирается при сравнении суммарной себестоимости обработки всей детали.

Для оптимизации в процессе проектирования ТП применяется метод перебора.

Перебор состоит в определении критерия оптимизации для конечного множества вариантов и выбора варианта с минимальным значением критерия (припуска или себестоимости). Значения критериев рассчитываются с использованием справочно-нормативной информации, по эмпирическим уравнениям вида:

,

где – минимальный припуск; а – часть припуска, которую необходимо снять для удаления дефектного слоя и микронеровностей, образованных на предшествующей операции; сумме (bD^m + cLⁿ) соответствует часть припуска, которая вводится для компенсации неравномерности, обусловленной пространственными отклонениями отдельных участков обрабатываемой поверхности и зависящей от габаритных размеров заготовки D и L (диаметр и длина). Коэффициенты а, b, с и показатели степени т и п определяются путем анализа и обработки справочно-нормативных таблиц операционных припусков с использованием методов наименьших квадратов. Например, эмпирическое уравнение для минимального припуска на черновую токарную обработку наружного диаметра заготовки, полученного методом горячей штамповки, выглядит так:

.

Вопросы к лекции 9

1. Как определяется маршрут обработки поверхности?

2. Какие поверхности называются элементарными?

3. От каких факторов зависит количество ступеней обработки поверхности?

4. При решении каких задач нужно знать МОП?

5. Какие математические методы используются для представления МОП?

6. Какие критерии используются при выборе оптимального МОП?

7. Какой метод можно использовать для выбора оптимального МОП?

Дата добавления: 2014-01-11