Факторы, влияющие на величину припуска
Общие методические указания
В современном машиностроении все большее количество деталей обрабатывается на предварительно настроенных станках методом автоматического получения размеров. В этих условиях чрезвычайно важно правильно определить значения припусков для каждой обрабатываемой поверхности детали.
Для получения навыков по использованию методов определения припуска на обработку поверхностей детали, методов расчета значений припусков студент должен обладать знаниями по различным общетехническим и специальным дисциплинам, таким как: материаловедение, основы взаимозаменяемости, основы технологии машиностроения, резание металлов.
Студент обязан научиться на основе исходных данных для проектирования технологического процесса изготовления детали:
- выбирать метод получения заготовки;
- формировать технологический маршрут обработки детали;
- выбирать схему базирования детали на каждой технологической операции;
- формировать содержание технологических операций (переходов) с указанием получаемых технологических (межпереходных) размеров;
- осуществлять размерный анализ проектируемого технологического процесса.
На основании принятых решений по выше изложенным вопросам он должен уметьосуществить расчет:
- припусков на обработку поверхности детали: минимального, номинального, максимального значений, верхнего и нижнего его предельных отклонений, допуска на припуск;
- технологических (межпереходных) размеров, размеров заготовки: номинального, верхнего и нижнего их предельных отклонений, допусков на эти размеры.
В этой связи для углубления и закрепления знаний, полученных студентом при изучении обязательных дисциплин, а также для развития навыков и способностей по самостоятельному решению студентом задач по расчету припусков и технологических (межпереходных) размеров при изготовлении детали на предварительно настроенных станках в разделе 4 дан перечень задач, которые студент должен прорешать на практических занятиях или в рамках самостоятельной работы студента.
Общие положения
Глоссарий
Припуск –это слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности (ГОСТ 3.1109-82).
Операционный припуск– это припуск, удаляемый при выполнении одной технологической операции (ГОСТ 3.1109-82).
Промежуточный припуск –это припуск, удаляемый при выполнении одного технологического перехода (ГОСТ 3.1109-82).
Допуск на припуск –это разность между наибольшим и наименьшим размерами припуска (ГОСТ 3.1109-82).
Общий припуск на обработку –это слой материала,удаляемый с поверхности исходной заготовки в процессе механической обработки с целью получения готовой детали.
Расчетная величина припуска – это минимальный припуск на обработку поверхности детали, достаточный для устранения на выполняемой технологической операции (переходе) неровностей и дефектов поверхностного слоя, полученных на предыдущей технологической операции (переходе) и компенсации погрешностей, возникающих на выполняемой технологической операции (переходе).
Ассиметричный припуск – это слой материала, удаляемый с противоположенных поверхностей детали независимо друг от друга.
Односторонний припуск – это частный случай ассиметричного припуска, когда одна из противоположенных сторон детали не обрабатывается.
Двусторонний симметричный припуск– это слой материала, удаляемый с наружных и внутренних цилиндрических и конических поверхностей вращения детали, а также при одновременной обработке противоположенных поверхностей детали с одинаковыми припусками.
Напуск– это слой материала, удаляемый с заготовки (детали) с целью приближения формы исходной заготовки к форме готовой детали.
Технологические (межпереходные) размеры – это размеры, которые указываются только в технологической документации и выдерживаются на технологических операциях (переходах).
Конструкторские размеры – это размеры, которые указываются на чертеже детали
Рис. 11. Схема обработки заготовки, иллюстрирующая напуски и припуски:
1, 2, 3 – напуски; Z1¸Z3 – припуски; Азаг1, Азаг2 – размеры заготовки; А0¸А4 - технологические (межпереходные) размеры; К1¸К3 – конструкторские размеры.
Понятие о припуске
Определение припусков на обработку тесно связано с установлением значений технологических (межпереходных) размеров, размеров заготовки допусков на эти размеры и является ответственной технико-экономической задачей. Полученные расчетным путем размеры необходимы для оптимального проектирования всех элементов, обеспечивающих выполнение технологической операции, а именно, для конструирования (выбора) приспособления, режущего и мерительного инструментов, для настройки металлорежущего оборудования, для обоснования выбора (расчета) режимов резания и норм времени на выполнение технологической операции.
Методы расчета припусков
В настоящее время в теории машиностроения распространены два метода расчета припусков и технологических (межпереходных) размеров при обработке поверхностей партии деталей на предварительно настроенных станках:
1. Метод из минимума – минимум, а из максимума – максимум.
2. Метод, основанный на использовании теории анализа размерных цепей.
Рассмотрим основные элементы каждого метода.
Рис. 3.1. Эскиз ступенчатого валика.
D1, D3 = 25-0,33, мм; D2 = 55 
мм; ℓ1=30 мм; ℓ2=50 мм; ℓ3=150 мм
Расчет
Выбор заготовки
Исходя из условий, что производство валика осуществляется в среднесерийном производстве и необходимости обеспечения максимального приближения формы заготовки к форме готовой детали, заготовку получаем методом штамповки (II класс точности) [6, с. 134]. Эскиз заготовки приведен на рис.3.2. Поскольку размер заготовки Азаг2 будет находиться в диапазоне 50-80 мм, а Азаг1, Азаг3 в диапазоне 30-50 мм, то допуски на размер Азаг2 составит Тзаг2 = 2 мм, а на размеры Азаг1 , Азаг3 – Тзаг1,3 = 1,8 мм. [1, с. 245, табл. 47].
Рис. 3.2. Эскиз заготовки ступенчатого валика
3.2.2. Составление маршрута обработки шейки валика D2
В соответствии с заданными требованиями по точности и качеству изготовления шейки валика D2 устанавливаем следующий маршрут ее обработки [6, с .8-9, табл. 4]:
- черновое обтачивание,
- чистовое обтачивание,
- предварительное шлифование,
- окончательное шлифование.
Принимаем, что обработка детали на всех технологических операциях будет осуществляться с соблюдением принципа постоянства баз – в центрах. На первой технологической операции осуществляется подготовка выбранных технологических баз путем базирования валика на призму по шейкам валика Азаг1, Азаг3. Исходя из принятых условий, выполняем операционные эскизы принятого маршрута обработки с простановкой баз и технологических (межпереходных) размеров рис.3.3.
Оп. 1
фрезерно-центровальная
Оп. 2
Токарная
Установ А
Установ В
Оп. 3
Токарная
Оп. 4
Шлифовальная
Оп. 5
Шлифовальная
Рис. 3.3. Маршрут обработки ступенчатого валика
3.2.3. Составление размерной схемы технологического процесса для шейки вала D2
На основании выбранного маршрута обработки строим размерную схему для технологических операций связанных с получением шейки валика D2.
В соответствии с правилами расчета технологических размерных цепей, для диаметральных размеров расчет ведется относительно оси валика в одну сторону. Осей на размерной схеме должно быть указано столько сколько раз осуществляется обработка шейки валика D2, но учитывая то обстоятельство, что в предложенном технологическом процессе обработка данной поверхности валика осуществляется с соблюдением принципа постоянства баз, и технологической базой на всех технологических операциях будет являться ось валика, то и на размерной схеме показывается только одна ось (см. рис.3.4).
Рис. 3.4. Размерная схема технологического процесса изготовления шейки валика D2 = 55 мм (диаметральное направление)
Таблица 3.1.
Результаты расчетов припусков и технологических (межпереходных) размеров для шейки валика D2 = 55 мм
| Номера | Маршрут обработки | Обозначение припуска zi | Элементы припуска | Расчетный припуск | Допуск на припуск | Обозначение технологического размера Ai | Квалитет допуска Ai | Допуск на технологический размер Ai | Расчетные значения технологических размеров Ai | Расчетные значения диаметров шейки вала | ||||||||
| Тех. операции | перехода | Rzi-1 | hi-1 | rSi-1 | Dyi | zmin | zmax | zном | Tzi | Aimin | Aimax | D2min | D2max | |||||
| мкм | мкм | мкм | мкм | мкм | мкм | мкм | мкм | мкм | мм | мм | мм | мм | ||||||
| Заготовка - штамповка | - | - | - | - | - |  | II Кл. точности |  | 28,86 | 29,86 | 57,72 | 59,72 | ||||||
| А | Черновое точение: обточить заготовку в размер А2.1. | Z2.1 |  |  | 27,8 | 55,6 | ||||||||||||
| Чистовое точение: обточить заготовку А3.1. | Z3.1 | 1,2 |  |  | 27,61 | 27,67 | 55,22 | 55,34 | ||||||||||
| Шлифование предварительное: шлифовать заготовку в размер А4.1. | Z4.1 | 0,036 | 51,2 |  |  | 27,53 | 27,56 | 55,06 | 55,12 | |||||||||
| Шлифование чистовое: шлифовать заготовку в размер А5.1. | Z5.1 | 1,25 |  |  | 27,49 | 27,5 | 54,98 |
Смещение Dц определяем из [6, с. 178, формула 16]:
, (3.4)
где Т – допуск на диаметральный размер базы заготовки, используемой на операции получения центровочных отверстий, мм. В рассматриваемом случае при получении центровочных отверстий в качестве технологических баз использовались поверхности шеек D1(Азаг1), D3(Азаг3). Как было ранее определено (см. раздел 3.2.1) допуск на размеры заготовки для данных шеек составляют величину равную 1,8 мм. Тогда:
Dц = 0,25×1,82 +1= 0,5 мм. (3.5)
Используя значения, полученные по выражениям (3.3) и (3.5) получаем:
мкм. (3.6)
Согласно [6, с. 189, формула 38] остаточное пространственное отклонение расположения поверхностей заготовки после их обработки определяется по выражению:
, (3.7)
где Ку – коэффициент уточнения. Значения Ку выбираются согласно [6, с. 190, табл. 29]. Тогда, для выбранного в рассматриваемом случае маршрута обработки шейки валика D2 = 55 мм, находим:
для чернового обтачивания:
мкм, (3.8)
для чистового обтачивания:
мкм, (3.9)
для предварительного шлифования:
мкм, (3.10)
для окончательного шлифования:
мкм. (3.11)
Значения 
для двух последних случаев обработки принимаем равными нулю, поскольку они являются бесконечно малыми величинами.
Полученные значения заносим в табл. 2, графа 7.
Принимая во внимание тот факт, что при обработке диаметральных поверхностей у детали типа «вал» в центрах погрешность установки Dуi равняется нулю, в табл. 2, в графе 8 ставим нули.
Производим расчет Zimin для соответствующих видов обработки в соответствии с выражением (2.2) и заносим полученные значения в графу 9.
В графу 13 заносим соответствующие обозначения получаемых технологических (межпереходных) размеров в соответствии с размерной схемой (см. рис.3.4).
Значения допусков на технологические (межпереходные) размеры и получаемую точность размеров (квалитет) берем из [6, с. 8, табл. 4], а для заготовки из [1, с. 245, табл. 47]. Выбранные значения допусков заносим в графы 13, 14 соответственно.
Порядок выполнения заданий
1. В.расчетную таблицу (см. табл. 2.5.1) – уточниь, что это за таблица!!!) внести технологический маршрут обработки заданной поверхности.
2. Определить по соответствующим таблицам значения составляющих припуска, значения допусков по всем операциям (переходам) и рассчитать по формулам межоперационные значения припусков.
3. Определить величину расчетных и предельных размеров по операциям технологического процесса.
4. Рассчитать предельные значения припуска по всем операциям, а также его суммарное значение.
5. Произвести проверку правильности выполненных расчетов.(уюрать пункт)
6. Назначить по стандарту на обрабатываемые поверхности детали общие припуски на обработку.(убрать)
7. Построить схему графического расположения припусков и допусков.
8. Дать анализ полученных результатов.
9. Составить отчет.
Содержание отчета
1. Название работы.
2. Содержание задания.
3. Эскиз детали с необходимыми исходными данными.
4.Определение отдельных составляющих припуска и расчет его значений по соответствующим формулам по всем операциям технологического процесса.
5. Сводная таблица по расчету припусков на обработку заданной поверхности расчетно-аналитическим методом.
6. Таблица припусков и допусков на обрабатываемые поверхности детали табличным и расчетно-аналитическим методом.
7. Схема графического расположения припусков и допусков.
8. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Назовите методы определения припусков на обработку. В чем преимущества и недостатки каждого из них?
2. Напишите формулу расчета Zmin на обработку круглых и плоских поверхностей.
3. От каких факторов зависят величины Rz и Т?
4. Как определяется величина r для различных видов заготовок и последующей механической обработки?
Литература
1. Косилова А. Г., Мещеряков Р. К., Калинин М. А. Точность обработки. Заготовки и припуски в машиностроении: Справочник технолога. – М.: Машиностроение, 1976. – 224 с.: ил.
2. Маталин А. А. Технология машиностроения. – М.: Машиностроение, 1985. – 434 с.: ил.
3. Махаринский Е. И., Горохов В. А. Основы технологии машиностроения: Учебник. – Мн.: Высш. шк. . 1997. – 423 с.: ил.
4. Мосталыгин Г. П., Толмачевский Н.Н. Технология машиностроения: учебник для вузов по инженер. – экономич. специальностям. – М.: Машиностроение. – 288 с.: ил.
5. Расчет припусков и межпереходных размеров в машиностроении: Учеб. пособ. для машиностроит. спец. вузов/Я. М. Радкевич, В. А. Тимирязев, А. Г. Схиртладзе, М. С. Островский; под ред. В. А. Тимирязева. – М.: Высш. шк., 2004. – 272 с.: ил.
6. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1/ Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1985. – 656 с.: ил.
Общие методические указания
В современном машиностроении все большее количество деталей обрабатывается на предварительно настроенных станках методом автоматического получения размеров. В этих условиях чрезвычайно важно правильно определить значения припусков для каждой обрабатываемой поверхности детали.
Для получения навыков по использованию методов определения припуска на обработку поверхностей детали, методов расчета значений припусков студент должен обладать знаниями по различным общетехническим и специальным дисциплинам, таким как: материаловедение, основы взаимозаменяемости, основы технологии машиностроения, резание металлов.
Студент обязан научиться на основе исходных данных для проектирования технологического процесса изготовления детали:
- выбирать метод получения заготовки;
- формировать технологический маршрут обработки детали;
- выбирать схему базирования детали на каждой технологической операции;
- формировать содержание технологических операций (переходов) с указанием получаемых технологических (межпереходных) размеров;
- осуществлять размерный анализ проектируемого технологического процесса.
На основании принятых решений по выше изложенным вопросам он должен уметьосуществить расчет:
- припусков на обработку поверхности детали: минимального, номинального, максимального значений, верхнего и нижнего его предельных отклонений, допуска на припуск;
- технологических (межпереходных) размеров, размеров заготовки: номинального, верхнего и нижнего их предельных отклонений, допусков на эти размеры.
В этой связи для углубления и закрепления знаний, полученных студентом при изучении обязательных дисциплин, а также для развития навыков и способностей по самостоятельному решению студентом задач по расчету припусков и технологических (межпереходных) размеров при изготовлении детали на предварительно настроенных станках в разделе 4 дан перечень задач, которые студент должен прорешать на практических занятиях или в рамках самостоятельной работы студента.
Общие положения
Глоссарий
Припуск –это слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности (ГОСТ 3.1109-82).
Операционный припуск– это припуск, удаляемый при выполнении одной технологической операции (ГОСТ 3.1109-82).
Промежуточный припуск –это припуск, удаляемый при выполнении одного технологического перехода (ГОСТ 3.1109-82).
Допуск на припуск –это разность между наибольшим и наименьшим размерами припуска (ГОСТ 3.1109-82).
Общий припуск на обработку –это слой материала,удаляемый с поверхности исходной заготовки в процессе механической обработки с целью получения готовой детали.
Расчетная величина припуска – это минимальный припуск на обработку поверхности детали, достаточный для устранения на выполняемой технологической операции (переходе) неровностей и дефектов поверхностного слоя, полученных на предыдущей технологической операции (переходе) и компенсации погрешностей, возникающих на выполняемой технологической операции (переходе).
Ассиметричный припуск – это слой материала, удаляемый с противоположенных поверхностей детали независимо друг от друга.
Односторонний припуск – это частный случай ассиметричного припуска, когда одна из противоположенных сторон детали не обрабатывается.
Двусторонний симметричный припуск– это слой материала, удаляемый с наружных и внутренних цилиндрических и конических поверхностей вращения детали, а также при одновременной обработке противоположенных поверхностей детали с одинаковыми припусками.
Напуск– это слой материала, удаляемый с заготовки (детали) с целью приближения формы исходной заготовки к форме готовой детали.
Технологические (межпереходные) размеры – это размеры, которые указываются только в технологической документации и выдерживаются на технологических операциях (переходах).
Конструкторские размеры – это размеры, которые указываются на чертеже детали
Рис. 11. Схема обработки заготовки, иллюстрирующая напуски и припуски:
1, 2, 3 – напуски; Z1¸Z3 – припуски; Азаг1, Азаг2 – размеры заготовки; А0¸А4 - технологические (межпереходные) размеры; К1¸К3 – конструкторские размеры.
Понятие о припуске
Определение припусков на обработку тесно связано с установлением значений технологических (межпереходных) размеров, размеров заготовки допусков на эти размеры и является ответственной технико-экономической задачей. Полученные расчетным путем размеры необходимы для оптимального проектирования всех элементов, обеспечивающих выполнение технологической операции, а именно, для конструирования (выбора) приспособления, режущего и мерительного инструментов, для настройки металлорежущего оборудования, для обоснования выбора (расчета) режимов резания и норм времени на выполнение технологической операции.
Факторы, влияющие на величину припуска
Величина назначаемого припуска зависит от размера поврежденного поверхностного слоя, т. е. от толщины корки для литых заготовок, от глубины обезуглероженного слоя – для проката, от величины поверхностных неровностей – раковин, трещин и т. п., а также от неизбежных технологических погрешностей, возникающих при обработке заготовки – отклонений геометрической точности станка, погрешности установки заготовки и др.
Таким образом, результирующие погрешности определяются как совокупность погрешностей заготовки и погрешностей, возникающих при выполнении отдельных технологических операций.
Для компенсации этих погрешностей предусматривается припуск, величина которого позволяет обеспечить требуемое качество данной детали при обработке на последующих операциях.
Технологические погрешности определяют отклонения размеров, поверхностные микронеровности, глубину дефектного поверхностного слоя, отклонения геометрической формы, а также отклонения взаимосвязанных поверхностей.
На каждой технологической операции достигается определенная шероховатость поверхности, поэтому микронеровности при расчете припусков учитывают посредством величины неровностей профиля (Rz).
Глубина дефектного – поверхностного слоя (h) зависит от способа изготовления заготовок. Дефектным слоем считается слой металла, у которого структура, химический состав и механические свойства отличаются от аналогичных параметров основного материала.
Отклонения геометрической формы (rф)– овальность, огранка, конусность, выпуклость, изогнутость и другие должны находиться в пределах поля допуска на размер, который ограничивает предельные погрешности геометрической формы.
Отклонения взаимосвязанных поверхностей (rпр) – отклонения от параллельности, отклонения от перпендикулярности поверхностей или осей, а также эксцентриситет отверстий, смещение осей и другие – также необходимо учитывать при расчете припуска. Эти отклонения определяют дополнительные погрешности на размерах обрабатываемых поверхностей, поэтому их учитывают отдельными составляющими.
Наряду с перечисленными отклонениями в процессе обработки возникают погрешности установки (Dy), которые также должны быть компенсированы соответствующим увеличением припуска.
Таким образом, наименьший операционный (промежуточный) припуск на обработку Zmin, при котором формируется наименьший предельный размер заготовки по наружным поверхностям или наибольший предельный размер заготовки по внутренним поверхностям, должен учитывать все эти факторы.
2.4. Методы определения значения припуска
Припуск на обработку поверхностей детали может быть определен:
- опытно статистическим методом (по ГОСТам, по соответствующим справочным таблицам);
- расчетно-аналитическим методом (на основе расчетов).
При использовании опытно-статистического метода значения припусков берут из таблиц, которые составлены на основе обобщения данных о целесообразных величинах припусков, накопленных на предприятиях. Пользование подобными таблицами ускоряет процесс проектирования технологического процесса изготовления детали, однако данный метод имеет следующие особенности и недостатки, которые необходимо учитывать при его использовании:
1. При пользовании табличными значениями припуска необходимо проводить анализ соответствия конкретных условий, для которых проектируется технологический процесс изготовления детали с условиями, для которых были составлены таблицы припусков. При их существенных различиях необходимо вносить коррективы по назначаемым припускам. Например, промежуточные припуски, как правило, назначают без учета схемы установки заготовки на выполняемой операции и погрешностей, полученных на предыдущей обработке.
2. Припуски, назначенные по таблицам, как правило, завышены, так как рассчитаны на самые неблагоприятные условия обработки поверхности детали, когда припуск должен быть наибольшим во избежание брака изготавливаемой детали.
3. Значения общих припусков, как правило, в таблицах приведены для определенной последовательности обработки поверхности детали. В то время как одну и туже точность, и качество поверхности детали можно достичь различной комбинацией способов и последовательности ее обработки. При существенном различии маршрутов обработки поверхности детали используемого в таблице и реально спроектированного также необходимо вносить коррективы в назначаемые величины припусков.
При использовании расчетно-аналитического метода (разработан проф. В.М. Кованом) значения минимальных припусков на обработку рассчитываются исходя из учета следующих факторов: величины шероховатости( 
) и величины дефектного поверхностного слоя (hi-1)возникших на поверхности детали на предыдущей обработке; необходимости компенсации погрешности формы ( 
) и пространственных отклонений ( 
) возникших на предыдущей обработке; необходимости компенсации погрешности установки ( 
) обрабатываемой заготовки, возникающей на выполняемой технологической операции (переходе).
Ниже приведены основные формулы для расчета минимальных припусков на обработку Zmin для метода автоматического получения размеров на предварительно настроенных станках.
При обработке наружных и внутренних цилиндрических, конических поверхностей вращения (двусторонний симметричный припуск):
. (2.1)
При обработке поверхностей вращения в центрах:
. (2.2)
При последовательной обработке противолежащих поверхностей: (односторонний припуск)
. (2.3)
При параллельной обработке противолежащих поверхностей (двусторонний припуск)
. (2.4)
где 
– суммарное пространственное отклонение расположения обрабатываемой поверхности на предшествующей технологической операции (переходе).
. (2.5)
Полный перечень формул для расчета минимальных припусков на обработку для различных методов получения размеров и случаев обработки поверхности детали приведен в [6 ].
Методы расчета припусков
В настоящее время в теории машиностроения распространены два метода расчета припусков и технологических (межпереходных) размеров при обработке поверхностей партии деталей на предварительно настроенных станках:
1. Метод из минимума – минимум, а из максимума – максимум.
2. Метод, основанный на использовании теории анализа размерных цепей.
Рассмотрим основные элементы каждого метода.