Порядок выполнения работы
Обработать партию заготовок с использованием одной из шести оправок с посадочными размерами 25h8; 26h8; 27h8; 28h8; 28h8; 30h8.
Провести измерения размеров или расположения поверхностей. По полученным данным составить таблицы (аналогично табл. 1 и 3).
Построить эмпирическую кривую распределения размеров или расположения поверхностей и определить фактический брак деталей.
Провести вычисления и построить теоретическую кривую распределения и определить вероятностный процент брака.
Оформить отчет.
Оформление отчёта
Лабораторная работа № 1
Название, цель работы, задание.
Эскиз заготовки и оправки для закрепления заготовки.
Таблица результатов измерения размеров деталей или расположения поверхностей после обтачивания заготовок.
Вычисления, необходимые для построения теоретических кривых распределения.
Построение эмпирических и теоретических кривых распределения.
Определение фактического и вероятностного брака деталей.
Анализ полученных данных.
Контрольные вопросы
Какие случайные величины подчиняются закону нормального распределения?
Какие случайные величины подчиняются закону эксцентриситета?
Для какой цели применяются точечные диаграммы?
По каким точкам перегиба строится теоретическая кривая Гаусса?
Лабораторная работа № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ФОРМЫ ДЕТАЛИ
В ПРОДОЛЬНОМ СЕЧЕНИИ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ОБРАБОТКЕ
НА ТОКАРНОМ СТАНКЕ
Цель работы – освоение методики теоретического и экспериментального определения погрешностей формы деталей в продольном сечении, возникающих при обработке на токарном станке.
Задание: определить аналитически и экспериментально погрешности формы деталей в продольном сечении, возникающие при установке и закреплении их в центрах и трехкулачковом патроне.
Основные положения
При обработке деталей на металлорежущих станках силы резания вызывают деформации элементов технологической системы (станок – приспособление – инструмент – заготовка). Непостоянство жесткости технологической системы вызывает при обработке деталей появление таких погрешностей в продольном сечении как конусность, бочкообразность, седлообразность и др. [1, 4].
Погрешность обработки нежесткой детали( ˃5) приближенно можно определять как деформацию изгиба детали под действием силы  (пренебрегая деформацией остальных элементов системы, как и деформацией детали под действием сил  и  ).
Жесткостью j технологической системы называется способность этой системы оказывать сопротивление действию деформирующих ее сил.
Если жесткость элементов станка очень велика, а жесткость обрабатываемой заготовки мала (обточка длинного и тонкого вала на массивном станке), то отжатия передней бабки станка  и задней бабки станка  малы, а отжатие заготовки  значительно. В результате этого форма детали становится бочкообразной. Наоборот, при обработке массивной заготовки, дающей минимальный прогиб, на станке малой жесткости( и значительны) форма детали получается корсетообразной с наименьшим диаметром в середине заготовки.
Для вычисления погрешностей обработки, связанных с упругими отжатиями технологической системы, жесткость этой системы должна получить количественное выражение. А.П. Соколовским предложено выражать жесткость j, кH/м (кгс/мм) технологической системы отношением нормальной составляющей Py, кH (кгс) силы резания к суммарному смещению у, м (мм) лезвия режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности заготовки, измеренному в направлении нормали к этой поверхности, т.е.
 .
При определении жесткости элементов технологической системы перемещение всегда измеряется в направлении, перпендикулярном к обрабатываемой поверхности, и в расчет вводится нормальная составляющая усилия Py резания, однако при этом одновременно учитывается влияние на y и остальных составляющих силы резания (Py и Px). Исследования показали, что упругое смещение y, рассчитываемое только в условиях действия Py, всегда больше (а следовательно, численное значение жесткости системы меньше), чем при определении его с учетом одновременного действия составляющих Py и Px. В связи с этим при экспериментальном определении жесткости технологическую систему следует нагружать системой сил, близкой к эксплуатационной.
Жесткость системы можно также вычислить из уравнения
 .
Отжатие yзаг, зависящее от метода установки заготовок на станке, можно подсчитать по обычным формулам сопротивления материалов. Так, при обтачивании гладкого вала в центрах можно определять величину его прогиба как прогиба балки, свободно лежащей на двух опорах. Наибольший прогиб вала по его середине
 ,
а прогиб вала в сечении приложения резца, расположенном на расстоянии x от передней бабки
 ,
где l – длинна заготовки;
E – модуль упругости;
J – момент инерции сечения заготовки (для круглого вала J=0,05d4).
При положении резца в середине вала жесткость вала
 ,
а при положении резца на расстоянии x от передней бабки станка
 .
Для гладкого вала, консольно закрепленного в патроне:
 и  ,
а для гладкого вала, закрепленного в патроне и поддерживаемого центром (с учетом податливости заднего центра и упругости крепления в патроне):
 и  .
Порядок выполнения работы
Определить подачу S и скорость резания V, ориентируясь на получистовую обработку (Rz ≤ 20) с глубиной резания t=1 мм (приложение 3). Определить частоту вращения шпинделя станка n. Значения S и n уточнить по станку.
Установить заготовку в самоцентрирующий трехкулачковый патрон по схеме 1 (рис. 7). Длинна выступающей части заготовки l=8…10d.
Производим обточку прутка по схеме 1.
Установить контрольную оправку в центрах токарного станка.
Установить и закрепить в резцедержателе станка стойку с индикатором, проверить соосность переднего и заднего центров. Сдвигая заднюю бабку в поперечном направлении, добиться, чтобы соосность не превышала 0,015мм.
Установить заготовку с хомутиком в центрах. Произвести обточку заготовки по схеме 2 (рис. 7).
Определить величину радиальной составляющей силы резания (приложение 4, п. 3).
Для каждого варианта обработки нарисовать схему для определения деформации детали под действием силы Py.
Рассчитать ожидаемые деформации заготовки под действием радиальной составляющей силы резания Py в шести сечениях (рис. 8) при обработке по схемам 1 и 2 (рис. 7).
10. Измерить диаметры обработанных поверхностей прутков в шести сечениях (рис. 8). В каждом сечении произвести замеры в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В отчет занести среднее значение размера.
Рис. 7. Схемы обработки деталей
Рис. 8. Схема обмера детали
Оформление отчета
Лабораторная работа № 2
Название, цель работы, задание.
Схемы вариантов обработки деталий.
Результат проверки несоосности центров.
Расчет схемы резания Py.
Схемы для определения деформации детали.
Расчет ожидаемых деформаций детали в шести сечениях при обработке по схемам 1 и 2.
Фактические отклонения формы деталей после обработки по схемам 1 и 2:
 – при обработке по 1 схеме;
 – при обработке по 2 схеме.
8. Графики формы образующей цилиндрической поверхности детали, построенные по результатам аналитических расчетов и эксперимента (для схем 1 и 2).
9. Оценка степени несовпадения теоретических и фактических значений погрешностей и возможные причины этого.
10. Определение погрешности формы детали в продольном сечении:
 ;
  .
11. Заключение о характере формы поверхностей, причинах отклонений формы и о пути их уменьшения.
Контрольные вопросы
1.Назовите параметры, характеризующие точность формы в продольном и поперечном сечениях.
2.Перечислите факторы, влияющие на точность формы детали в продольном сечении.
3.Каким образом можно повысить точность формы поверхности?
4.Объясните, в результате чего имеет место расхождения между теоретическими и фактическими деформациями детали.
Лабораторная работа № 3
ВЛИЯНИЕ ЖЕСТКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ПРИ ТОЧЕНИИ
Цель работы – ознакомиться с экспериментальными методами определения жёсткости станков; выяснить зависимость точности обработки от жёсткости технологической системы.
Задание:
определить ожидаемую величину поля рассеивания размеров при обработке партии заготовок диаметром 60...100 мм, если величина припуска меняется в пределах от 1,5 до 4 мм на диаметр;
определить наибольшую погрешность формы детали в осевом сечении;
определить, можно ли при указанных условиях на данном станке выдержать точность размера в пределах 0,2 мм и точность формы в осевом сечении в пределах 0,1 мм при однопроходной обработке на настроенном станке (способ автоматического получения размеров).
Основные положения
Под жёсткостью технологической системы понимают её способность противодействовать относительному перемещению режущего инструмента и обрабатываемой детали в направлении получаемого размера под действием возникающих при обработке усилий [3, 4].
Под влиянием сил резания происходят как упругие деформации деталей технологической системы, так и контактные деформации в стыках, в результате чего нарушается первоначально установленное относительное положение инструмента к обрабатываемой детали.
Выдерживаемый на данной операции размер получает приращение, величина и знак которого зависят от конструктивного исполнения, качества сборки и степени изношенности узлов станка, места приложения нагрузки и направления вектора силы резания.
Аналитический расчёт величины относительного перемещения инструмента и детали под действием всех трёх составляющих силы резания Рz, Ру, Рх весьма трудоёмок. Поэтому для этой цели пользуются экспериментальными методами. Наиболее распространёнными из них являются метод статистического нагружения и, так называемый, производственный метод.
Наиболее часто жёсткость станков определяют методом статистического нагружения их узлов силой определённого направления с одновременным измерением упругих деформаций. С целью упрощения приспособлений для нагружения чаше всего направление нагружающей силы принимают вдоль оси у, имея в виду то, что в большинстве случаев радиальная составляющая силы резания Ру оказывает наибольшее влияние на приращение размера.
Схема определения жёсткости по этому методу показана на рис. 9.
Величина нагружающей силы Ру измеряется с помощью кольцевого динамометра 3. Каждое деление индикатора 4, установленного в динамометре, соответствует силе 42,5 Н. Измерение упругих деформаций производится с помощью скобы 6.
Рис. 9. Схема определения жесткости
Передний конец скобы закреплён в резцедержателе 7, на заднем конце скобы закреплён индикатор 1, ножка которого упирается в нагрузочный валик 2, установленный в центрах станка. Нагружение производится свинчиванием гайки 5 резьбового наконечника скобы 6.
Показания индикатора 1 соответствуют суммарной величине отжатий в технологической системе Yc. Как правило, зависимость Yc = f(Py) нелинейна, а её график (рис. 10), построенный даже после многократного повторения цикла нагрузка – разгрузка, имеет петлю гистерезиса. Если в какой-либо точке кривой Yc = f(Pv) провести касательную, то её угловой коэффициент (численно равный тангенсу угла наклона) называют коэффициентом жёсткости J. Определив среднюю величину этого коэффициента в интересующем нас диапазоне как отношение ΔР/Δу и рассчитав силу Py, мы можем найти деформацию технологической системы и приращение размера обрабатываемой детали по сравнению с настроечным.
Однако этот метод не учитывает действие двух остальных составляющих силы резания Рz и Рх. Кроме того, условия статического нагружения не соответствуют реальным, например, отсутствуют вибрации, сопровождающие процесс обработки и увеличивающие деформацию элементов технологической системы [3].
Рис. 10. График зависимости Yc = f(Py)
Более точным является производственный метод. Преимущество этого метода перед другими состоит в том, что величина упругих перемещений определяется непосредственно при обработке. Условия нагружения технологической системы могут при этом в точности соответствовать производственным. Вместо измерения относительных смещений узлов станка здесь измеряют непосредственно приращение размера на обработанной детали. Сущность этого метода состоит в том, что обрабатывается заготовка со ступенчатым изменением припуска (рис. 11).
При обработке такой заготовки изменяется глубина резания, силы резания и, следовательно, величина суммарной деформации технологической системы.
На обрабатываемой поверхности появляется уступ, высота которого Δу равна разности деформаций технологической системы при обработке с глубиной резания tl и t2. Подсчитав составляющие силы резания Ру1 и Ру2 и их разность ΔРу = Py1 – Ру2, можно, как и в предыдущем случае, найти коэффициент жесткости
 .
Однако для технолога определение жесткости оборудования не является самоцелью. Его прежде всего интересует, как отразится нестабильность упругих деформаций технологической системы на точность обработки.
Рис. 11. Эскиз заготовки
С этой целью размер меньшей ступени заготовки (см. рис. 11) выполняют равным наименьшему, а размер большей ступени – наибольшему предельному размеру заготовки в той партии, на обработку которой настроен станок. Таким образом, при обработке меньшей ступени будет сниматься наименьший припуск t1, а при обработке большей ступени – наибольший припуск t2. Величина изменения припуска на диаметр (удвоенная величина Δt) равна допуску на размер заготовки, т.е. имитируется обработка двух заготовок из партии – наибольшей и наименьшей. Иногда высоту ступени Δt дополнительно увеличивают для того, чтобы учесть колебание твердости обрабатываемого материала.
Высота ступени на обработанной поверхности в месте перехода припуска (сечения а–а и б–б) соответствует величине поля рассеивания размеров, которое возникает из-за неравномерности деформаций в технологической системе при обработке партии заготовок с переменным припуском и твердостью.
Поскольку жесткость задней бабки станка отличается от жесткости передней бабки, то при снятии одного и того же припуска на правом и левом концах вала (за одну установку) изменение размера на обработанной поверхности будет различным. По разности размеров на концах вала можно судить об ожидаемой величине конусности обработанных деталей.
Минимальную величину конусности будет иметь деталь с наименьшим припуском (условно принимается, что величина припуска вдоль оси на каждой заготовке постоянна). Эту конусность можно скомпенсировать за счет сдвига задней бабки. В этом случае конусность детали с наибольшим припуском несколько уменьшится.
Порядок выполнения работы
Настроить станок на следующие режимы обработки:
V=80... 140 м/мин; S=0,15...0,3 мм/об.
Пользуясь соответствующими нормативами [3], подсчитать величину радиальной составляющей силы резания при обработке с глубиной резания t1=0,75 мм и t2=2,0 мм.
Произвести нагружение возле передней и задней бабок станка силами 425 Н и 850 Н и определить суммарную величину отжатий.
Подсчитать коэффициенты жесткости станка у передней и задней бабок как отношения:
 ;  .
Подсчитать ожидаемую величину приращений размера возле передней и задней бабок при обработке заготовки со ступенчатым изменением глубины резания от 0,75 до 2,0 мм по формулам:
 ;  .
Подсчитать ожидаемую величину конусности:
 ;  .
С помощью контрольной оправки и индикатора проверить соосность центров станка.
Обточить две заготовки со ступенчатым возрастанием припуска (в работе сплошные заготовки заменены двумя парами колец, посаженных на оправку).
Замерить величины приращений диаметров на обоих концах заготовки.
Условно, пренебрегая другими видами погрешностей, дать ответы на вопросы, поставленные в разделе «Задание».
Сравнить результаты, полученные в пп. 5 и 8, дать объяснение их несовпадению.
Оформить отчет.
Оформление отчёта
Лабораторная работа № 3
Название, цель работы, задание.
Результаты измерения жесткости токарного станка методом статического нагружения и расчет усилий резания:
а) схема нагружения;
б) таблица результатов (табл. 7).
Таблица 7
Измерение жесткости методом статического
нагружения
|
Расчет усилий резания
|
Обозначение
|
Ру, Н
|
y, мм
|
|
|
 ; 
|
Сечение у передней бабки
|
425
850
|
|
|
|
|
|
|
Сечение у задней
бабки
|
425
850
|
|
|
|
|
|
|
Расчет ожидаемой величины поля рассеивания размера и конусности:
 ;  ;  ;  .
Эскиз обработки.
Результаты измерения обточенных колец и определение фактического поля рассеивания размера и конусности:
 ;  ;  ;  .
Выводы по работе.
Контрольные вопросы
Что понимается под жесткостью технологической системы?
За счет чего можно скомпенсировать конусность детали?
Какие факторы не учитываются при определении жесткости станков методом статического нагружения?
Объясните несовпадение расчетных величин приращений размеров с фактическими величинами.
Исходя из какого условия устанавливают размеры большей и меньшей ступеней заготовки?
Лабораторная работа № 4
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
СБОРКИ ИЗДЕЛИЯ
Цель работы – ознакомление со структурой и методикой проектирования технологического процесса сборки изделия.
Задание:
составить структурную схему изделия;
разработать технологическую схему сборки изделия и сборки узлов;
разработать маршрутный технологический процесс сборки изделия;
выполнить разборку и сборку образца изделия.
Основные положения
Сборка – процесс образования разъёмных и неразъёмных соединений составных частей изделия. По своему объёму сборка подразделяется на общую и узловую. При общей сборке объектом является изделие в целом, а при узловой сборке – составная часть изделия, т.е. сборочная единица или узел [1, 5].
Технолог, разрабатывающий технологический процесс сборки изделия, должен: отчетливо представлять задачи, для решения которых создается изделие; понимать связи, посредством которых изделие должно выполнять предписанный ему процесс; обеспечить с требуемой точностью все необходимые связи в изделии соответствующим построением технологического процесса его изготовления, предъявив требования сборки к технологии изготовления деталей и контролю их точности.
Разработка технологического процесса сборки изделия ведётся в несколько этапов:
I – разработка структурной схемы изделия;
II – разработка технологической схемы сборки;
III – разработка технологического процесса сборки изделия;
IV – выполнение разборки и сборки образца изделия.
I. Разработка структурной схемы изделия
Структурная схема изделия разрабатывается на основе сборочного чертежа. После изучения конструкции и работы как всего изделия, так и отдельных её сборочных единиц, анализа технических условий на их изготовление и сборку, приступают к разбивке изделия на составные части.
При выполнении работы целесообразно исходить из следующих принципов:
– сборочная единица не должна расчленяться как в процессе сборки, так и в процессе транспортировки и монтажа;
– сборочная единица не должна состоять из большого числа деталей и сопряжения и, в то же время, излишнее «дробление» изделия на сборочные единицы не рационально, так как это усложняет процесс комплектования при сборке, создаёт дополнительные трудности в организации сборочных работ;
– большинство деталей изделия должно войти в те или иные сборочные единицы с тем, чтобы сократить число отдельных деталей, подаваемых непосредственно на сборку (исключение составляют базовые детали, а также детали крепления);
– изделие следует расчленять таким образом, чтобы конструктивные условия позволяли осуществлять сборку наибольшего числа сборочных единиц, независимо одну от другой и без ущерба для эксплуатации изделия. Такое расчленение обеспечивает и лучшую ремонтопригодность изделий.
В структурной схеме различают сборочные единицы первого, второго и других, более высоких, порядков. Сборочная единица первого порядка входит непосредственно в состав изделия при его общей сборке. Она может состоять из отдельных деталей, а также из одной или нескольких сборочных единиц второго порядка. Сборочная единица второго порядка входит в состав единицы первого порядка и, в свою очередь, может состоять из сборочных единиц третьего порядка и деталей и т.д.
Структурная схема изделия «Клапан» (рис. 12) приведена на рис. 13.
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
11 12
Рис. 12. Изделие «Клапан»: 1 – корпус; 2 – гнездо; 3, 7 – кольца
уплотнительные; 4 – шарик; 5 – направляющая; 6, 8 – шайбы;
9 – втулка; 10 – винт; 11 – штуцер; 12 – пружина
 
Рис. 13. Структурная схема изделия «Клапан»
II. Разработка технологической схемы сборки
Технологическая схема сборки – это графическое отображение состава и последовательности сборки деталей и узлов изделия. Она является первичным технологическим документом, дающим объёмное представление о процессе сборки.
Технологическая схема сборки:
– отражает полную структуру и порядок комплектования изделия и его узлов по времени;
– служит первым этапом проектирования линий сборки (планировки участков сборки);
– позволяет из множества вариантов сборки выбрать оптимальный вариант;
– способствует отработке изделия на технологичность;
– значительно упрощает проектирование всего технологического процесса сборки.
Разработка технологической схемы сборки начинается с определения базового элемента. Базовым называется основной элемент (деталь, узел), с которого начинают сборку.
На технологической схеме сборки каждый элемент изделия обозначается прямоугольником расчленённым на три части (рис. 14).
Рис. 14
В верхней части 1 прямоугольника указывается наименование элемента; в левой нижней части 2 – индекс элемента, а в правой нижней части 3 – количество элементов. Индексация деталей производится в соответствии с номерами, присвоенными им на сборочных чертежах изделий.
Узлы обозначаются буквами «Сб», что означает «Сборка». Каждому узлу присваивается номер его базового элемента . Например, «Сб. 3» – узел с базовой деталью № 3. Порядок узла указывается соответствующим цифровым индексом, представляемым перед буквенным обозначением «Сб». Например, «1 Сб. 5» означает узел первого порядка с базовой деталью № 5.
При составлении технологической схемы сборки необходимо руководствоваться следующим. Процесс сборки изделия и каждого из его узлов изображается участком прямой линии, которая начинается с изображения базового элемента (детали или узла) и заканчивается изображением узла или изделия. Над линией в порядке последовательности присоединяются прямоугольники, обозначающие все детали, а под ней изображаются узлы, непосредственно входящие в изделие.
На схеме указываются также необходимые технологические примечания, например: «установить по шаблону», «приварить», «запрессовать», «сверлить в сборе», «смазать» и т.д.
При выполнении сборки должна соблюдаться такая последовательность установки, при которой смонтированные в первую очередь детали и сборочные единицы не должны мешать установке последующих деталей и сборочных единиц.
Технологическая схема сборки изделия приведена на рис. 15, сборки узлов 1-го и 2-го порядков – на рис. 16.
Рис. 15. Технологическая схема сборки изделия «Клапан»
Рис. 16. Технологические схемы сборки узлов 1-го и 2-го порядков
III. Разработка маршрутного технологического процесса сборки
Маршрутный технологический процесс сборки оформляется в упрощённом виде без указания переходов и режимов работы. При разработке маршрутного технологического процесса устанавливается содержание сборочных операций, причём с таким расчётом, чтобы на каждом рабочем месте выполнялась по возможности однородная по своему характеру и технологически законченная работа, с указанием применяемого оборудования и инструмента. При составлении маршрута сборки большое значение имеет назначение операций технического контроля и других вспомогательных операций (очистка деталей, регулирование, балансировка, испытание и др.) Пример оформления технологического процесса сборки приведен в табл. 8.
Таблица 8
№
операции
|
Наименование
операции
|
Содержание операции
|
Оборудование и инструмент
|
05
|
Сборка гнезда
с кольцом
|
Установить в гнездо (2) кольцо (3)
|
–
|
10
|
Сборка втулки
|
Ввернуть винт (10) во втулку (9)
|
Отвертка
|
15
|
Сборка
штуцера
|
Установить в штуцер (11) шайбу (8) и ввернуть его во втулку
|
–
|
20
|
Сборка
направляющей
|
Установить в направляющую (5) шайбу (6)
|
–
|
|
|
|
|
25
|
Сборка
корпуса
клапана
|
Установить гнездо (2) в корпус клапана (1) и запрессовать.
Установить шарик (4) в корпус клапана.
Установить на шарик (4) направляющую (5).
Установить кольцо (7) в торцовую канавку корпуса.
Установить пружину (12) в отверстие направляющей (5).
6. Ввернуть штуцер в корпус клапана.
|
Оправка,
молоток,
ключ
|
30
|
Контрольная
|
Испытать на стенде. Показания прибора должны быть 10,5... 13,5 МПа
|
Испытательный стенд
|
IV. Разборка и сборка изделия
В процессе разборки и сборки изделия определяется правильность разработанной технологической схемы сборки и маршрутного технологического процесса сборки. При этом устраняются замеченные ошибки, вносятся изменения в последовательность сборки, дополняются технологические примечания и т.д.
Оформление отчёта
Лабораторная работа № 4
Название, цель работы, задание.
Краткое описание сборочного узла.
Технологическая схема сборки узла.
Маршрутный технологический процесс сборки узла.
Выводы по работе.
Контрольные вопросы
Объяснить принцип работы узла «Привод насоса».
Перечислите организационные формы сборки.
Объясните, как влияет технологический процесс на качество машин.
Назовите оборудование, применяемое при сборке.
Что показывается на технологических схемах сборки?
|
