Подготовка исходных данных для автоматизированного размерного анализа технологических процессов при наличии у деталей конусных поверхностей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.9 : 001.57

И. Л. БУШКОВ В. Б. МАСЯГИН

Омский государственный технический университет

ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАЗМЕРНОГО АНАЛИЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НАЛИЧИИ У ДЕТАЛЕЙ КОНУСНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

При разработке технологического процесса изготовления детали проводится размерный анализ. Для автоматизации этого расчета была разработана программа «NORMAL», производящая размерный анализ обработки только торцевых и диаметральных поверхностей. Цель данной статьи — адаптация программы для обеспечения возможности производить данный расчет при наличии у детали конусных поверхностей путем замены конусных поверхностей цилиндрическими и торцевыми.

Ключевые слова: размерный анализ, конусные поверхности.

Известна методика размерного анализа деталей, имеющих конусные поверхности, предложенная Б. С. Мордвиновым и др. [1], но расчеты при этом были достаточно громоздкими, и по этой причине методика не получила должного развития. С появлением и адаптацией программного обеспечения (программа «NORMAL» [2]) становится возможным осуществление размерного анализа применительно к деталям сложной формы, в частности, имеющим конусные поверхности.

Для расчета технологических размеров деталей с конусными поверхностями с использованием программы «NORMAL» требуется все поверхности, имеющие конический вид, преобразовать в сочетания цилиндрических и торцевых поверхностей. Для этого необходимо вывести и применить формулы, позволяющие выполнить данное преобразование.

Для обеспечения расчетов в программе «NORMAL» первая поверхность, заменяющая конус, обозначается тем же номером, что и сам конус в математической модели детали, а следующая за ним вторая поверхность, заменяющая конус, — порядковым номером, идущим после номера последней поверхности модели детали, используемой при расчете. Рассмотрим методики подготовки данных при обработке как поверхностей, сопряженных с конусом, так и самого конуса. В качестве примера детали с конусом взята простая втулка с одним конусом, сопряженным с торцом и с цилиндрической поверхностью (рис. 1).

1. Методика подготовки данных при обработке торцевой поверхности сопряженной с конусом.

1.1. Исходными данными (рис. 1) в соответствии с методикой подготовки данных для программы «NORMAL» [3] являются:

— описание геометрической модели детали, перенесенной с чертежа детали в масштабе 1:1с описанием конструкторских размеров. Следует учесть, что, так как программа оперирует исключительно торцевыми и цилиндрическими поверхностями, линейный размер конуса определяется расчетом с учетом всех допусков;

— описание математической модели заготовки, включающее геометрическую модель заготовки и ее табличное представление;

— описание механической обработки торцевой поверхности, сопряженной с конусной поверхностью, включая модель операции и ее табличное представление.

1.2. Расчет припусков и допусков. В первую очередь, с помощью программы «NORMAL» по вышеописанным исходным данным автоматически формируется исходный вспомогательный файл с технологическими допусками и минимальными припусками, и соответствующий информационный файл с таблицей «ожидаемых погрешностей конструкторских размеров и припусков», содержащие необходимую для расчета информацию. В исходном вспомогательном файле — это значение минимального припуска Zminl 01, для наглядности равное 2.0 мм (припуск на торце 1.01, ячейка выделена утолщенными линиями), а в таблице «ожидаемых погрешностей конструкторских размеров и припусков» — значение pZ, 01 (ожидаемая погрешность припуска на торце 1.01, равная 1.1000 мм, ячейка выделена утолщенными линиями) (рис. 1).

Далее производится расчет Zmaxl 02 (максимальный припуск на цилиндрической поверхности) и pZt 02 (допуск припуска на цилиндрической поверхности). При расчете используется математическая модель обработки торцовой поверхности, сопряженной с конусом. При обработке торца, прилегающего к конусной поверхности, условно обрабатывается также и цилиндрическая поверхность (одна из заменяющих конус), припуск на которой будет отрицательным (рис. 1). Расчетные зависимости примут следующий вид:

Zcpl=Zminl+ipZ]( (1)

ZcP2(i) =-(Zmini +-pzi)-tga, (2)

Расчеты припускай и допускай

Описание

Зскиз детали (58,89+0,87} Г

Число подерхностей 6

Число участкоб контура Последовательность участкод контура 6 а"

126 34 5 § •а. Ь / 1 7 ''Л'/М. 4 1

Число диаметральных оазмеоод 3 !! 5 120+1

Описание Номер Нтнши размер Верхнее отклонение Нижнее отклонение Номер подерхности

диаметральных 1 120 0 -1 2

размерод 2 188 0 -2 3

3 40 1 0 5

Число радиальных размерод 0

Число линейных размерод 2

Описание Номер Номинальный размер Верхнее отклонение Нижнее отклонение Номер ледой границы Номер продай границы

линейных 1 58.89 0.87 -0.87 1 6

размерод 2 120 0 -1 1 4

Числа концсных под ерхнос шеи

Описание конусных

1

Угол конуса

30

В.О.

2

НО.

-2

Козффициент концсности

О

[Ьмер учша

2

Описание геометрической модели заготодки

Г?аметрическая модель заготодки 3_

Исходный Вспомогательный файл «mopeup.txt»

Индекс технол. допуска Допуск технол. Индекс припуска Величина мин. припуска IZmin или -Zmax)

0.01 0.550000 1.01 2.000000

0.02 0.550000 1.02 OA90000

0.03 0.435000

ОМ 0.575000

0.05 0.310000

1.01 0.550000

1.02 0.175000

и припускод из файла «mopeui.txt»

Индекс КР и припуска Попуск и ожидаемая погрешность Индексы технол допусков длияющих на \ депичини припуска

Допуск г S Охид. погр. (ES, Б1!

1.00 0.7500 0.6347 1.02

2.00 1.0000 0.5750 0.04

3.00 0.5000 0.3100 0.05

4.00 1.7400 1.6500 j 0.01 0.02 1.01 j

5.00 1.0000 0.5500 I 1.01 — 7

1.01 1.1000 10.02 1.0V

1.02 1.0697 \0.03 1.02

Параметр заготодки Значение параметра

Коитшк поверхностей йперШ части ттобки 3

Номера подерхностей nephpii части заготоЫ 126

Xs/iumk Фршт кбтароитшшийш 3

Номера подерхностей шщшишши 34 5

\ размерод заготодки \о порядке нумерации 164 1

Математическая модель

I сопряженной с конусной

0.01

0.02

4.02

/ : 1.02

1Г 1.01\

\ ч 1 7 \

/ Zmxw =ZminWi +р Zw =2+1.1=3.1 ZmaxW2 =-Zmaxw, 4ga=-3.1*0577=-1.7887

p ZW2=p Zw,4ga?[lx0577=0.63b 7

Описание механической обработки торцедай поверхности

__Результаты расчетов

Уточненный вспомогательный файл «mopeup.txt»

Количестдо операций технологического процесса 1

i Номера Число операции баз Номера 1 г У™ Номера Число линейных Границы линейных

гЛ, j обрабатыдаемых 003 \ подерхностей обрабатыдаемых подерхностей технологических размерод технологических размерод

1 Т 3 3 34 j 2 12 1 4 1 I

Математическая модель операции подрезки торца, сопряженного с конусной подерхностыо

¿ж

6 //////

2 "у//

V///A

\\ -

5

1.01

ill Допуск технол. Индекс припуска Величина мин. припуска ; (Zmm или -Zmaxl \

00Г~ 0.550000 1.01 2.000000 \

0.02 0550000 1.02 -1.7887 I

0.03 0.435000

0.04 0575000

0.05 0.310000

1.01 0550000

1.02 0.634700

Линейные, диаметральные и радиальные технологические размеры, рассчитанные & программе «NORMAL »при обработке торцедай поверхности, сопряженной с конусной

Индекс Величина дерхнее аткл нижнее откл

0.01 61.550 0.180 -0.370

0.02 122.000 0.370 -0.180

0.03 116.615 0.580 -0.280

0.04 186.800 0.760 -0.380 .

0.05 40.610 ^ 0.200 -0.420 :

1.01 119.800 0.000 -0.550 ■,

1.02 119.800 0.000 -1.269 \

Рис. 1. Пример расчета размеров при обработке торцевой поверхности, сопряженной с конусной

Zcp2(i) ~ Zmin2 (3)

Zcp2(i) = —Zmax2 + ~pZ2, (4)

Zmin2= ^„.^да. (5)

z,„ax2= Z^rtga. (6)

Zmaxl Zminl P^I' (7)

cZ2 = pZ1tga, (8)

где Zcpl — среднее значение припуска, снимаемого с поверхности 1;

^сР2(1) — среднее значение снимаемого припуска с поверхности 2, т.е. изменение положения поверхности 2 при обработке поверхности 1 ; pZ1 — погрешность снимаемого с поверхности 1 припуска (на рисунке 1 обозначено pZ101); рZ2 — погрешность снимаемого с поверхности 1 припуска (на рисунке 1 обозначено рТх 02); а — угол конусной поверхности;

Zminl — минимальное значение снимаемого припуска с поверхности 1 (на рис. 1 обозначено ZminI 01); Zmin2 — минимальное значение снимаемого припуска с поверхности 2 при обработке поверхности 1; так как значение Zmin2 всегда отрицательное, то при добавлении к нему половины погрешности припуска pZ2, как заложено в программе, результат не будет равен среднему припуску; для предотвращения этого вместо

берется Zmax2; Zmaxl — максимальное значение снимаемого припуска с поверхности 1 (на рис. 1 обозначено Zrnaxl 01); Zmax2 — максимальное значение снимаемого припуска с поверхности 2 при обработке поверхности 1 (на рис. 1 обозначено Zmaxl 02).

1.3. Получение результатов расчетов. Выполняется подстановка рассчитанных значений в уточненный вспомогательный файл (ячейки с подставляемыми значениями выделены утолщенными линиями) (рис. 1), после чего осуществляется окончательный расчет по программе «NORMAL» с получением искомых технологических размеров с отклонениями.

Размерный анализ технологических процессов: осесимметричных деталей "ЫОРчМАЬ" Масягин В. Б.

© Государственное образоваггельное учреждение высшего профессионаального образования "Омский государственный текнический унивверситет", 2008

Имя файла исходных данных- рорец .М Вспомогательный файл:

Создать(перезапись) J

Операция: 1 | __Не перезаписывать

Отклонения техно логических допусков "втело" | ±5/2

Расчет

7 Help) Ж Close]

Рис. 2. Моделирование обработки торцевой поверхности в программе «NORMAL»

Выполненное моделирование обработки торцевой поверхности в программе «NORMAL» с построением схемы припусков подтвердило правильность расчетных зависимостей (рис. 2). Для того чтобы изображение было наглядным, допуски на размеры детали, как и удаляемый припуск, взяты большими по значению.

Преобразование исходных данных при обработке цилиндрической и конусной поверхностей имеют аналогичный характер, поэтому ограничимся описанием математических моделей обработки и показом результатов моделирования обработки в программе «NORMAL».

2. Обработка цилиндрической поверхности.

При обработке цилиндрической поверхности, происходит смещение торцевой поверхности, заменяющей конус, и изменяется линейный размер конуса (рис. 3). Формулы, позволяющие рассчитать расположение ключевых точек конусной поверхности при обработке цилиндрической поверхности, аналогичны формулам (1) — (8), применяемым при описании обработке торцевой поверхности:

1

Zx — ZCp3 — Zmin3 + pZ3,

z = z

У срб(З)

-срб(З) ■

Zmin3 + 2PZ3

tga

Zmin6

Z =-Z

^срб(З) max 6

(9)

(10)

(11) (12)

4

NS 3

N/b M,

/7 1 N

4

7

Смысл элементов формул разъяснены в пункте обработки торцевой поверхности. На рис. 4 представлены результаты выполненного моделирования обработки цилиндрической поверхности в программе «NORMAL» с построением схемы припусков, что подтвердило правильность расчетных зависимостей.

Рис. 3. Схема обработки цилиндрической поверхности

3. Обработка конусной поверхности. При обработке конусной поверхности, дело обстоит несколько сложнее, т.к. одновременно изменяются оба размера, заменяющие конус (рис. 5).

При обработке конуса с диаметральным размером с допуском (здесь индекс 1 — поверхность до обработки, ] — поверхность после обработки) и линейным размером Lr с удалением припуска Zк, осуществляется переход к поверхностям, определяемым размерами:

диаметральный размер N равен допуск которого равен 8^;

линейный размер М-М, равен Zx, допуск которого равен ргх;

и 8^ — известны по справочникам; ^кгшп — припуск на конусной поверхности — берется по справочникам;

(13)

(14)

cosa

pZy=(8Di + 8Dj)/2l

Размерный анализ технологических процессов осесимметричных деталей "NORMAL" МасягинВ.Б.

© Государственное образовательное учреждение высшего професснонаального образования "Омский государственный технический унивверситет", 2008

Имя файла исходных данных: цилиндр

M

Вспомогательный файл:

Создзть(перезапись) | Не перезаписывать j

Отклонения технологических допусков "втело" | ±5/2 j

Расчет

7 Help :! Close]

Рис. 4. Моделирование обработки цилиндрической поверхности в программе «NORMAL»

Рис. 5. Схема обработки конусной поверхности, заданной диаметрами и углом

NORMAL

Размерный анализ технологических процессов осесимметричных деталей "NORMAL" МасягинВ.Б.

© Государственное образовательное учреждение высшего професснонаального образования "Омский государственный технический унивеерситет", 2008

Имя файла исходных данных: [конус

.txt

Вспомогательный файл:

Создать(перезапись) j Не перезаписывать j

Отклонения технологических допусков "втело" j ±5/2 I

Расчет

? Help I JL Close)

О >

Рис. 6. Моделирование обработки конусной поверхности в программе «NORMAL»

49

(для диаметральных размеров берется допуск на сторону);

(15)

pZK = pZy-cosa,

pzx

PZK

(16)

(17)

Если учесть промежуточные выражения для ZKmin и pZкl то найдём сразу Zxmin и pZx через 7уп.п и pZy:

Zymin-cosa

tga

(18)

ков, что также подтвердило правильность расчетных зависимостей.

Выводы.

Подтверждена возможность размерного анализа при наличии на деталях конусных поверхностей путем замены конусных поверхностей сочетанием торцевой и цилиндрической поверхностей.

Выведены зависимости для расчета технологических размеров при наличии на детали конусных поверхностей.

Разработана методика адаптации существующей программы размерного анализа технологических процессов «NORMAL» для деталей, имеющих конусные поверхности.

Библиографический список

PZx =

pZy -cosa _ pZy tga'

(19)

sin a

Если конус задаётся линейным размером, то отличие заключается в том, что pZx берётся по результатам расчёта ожидаемой погрешности припуска Zx.

Затем определяем pZy по формулам, связывающим ргх и pZ :

pZ = pZx-tga,

Rjcp ~ Zy min + 0 PZy'

8Rj = pZyl

PZy

pzK

(20)

(21) (22)

(23)

1. Мордвинов, Б. С. Расчет технологических размеров при проектировании технологических процессов механической обработки : учеб. пособие [Текст] / Б. С. Мордвинов, Е. С. Огурцов. - Омск : ОмПИ, 1975. - 160 с.

2. Размерный анализ технологических процессов осесиммет-ричных деталей «NORMAL» : свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008614062 / В. Б. Масягин. -№ 2008613121; заявл. 07.07.2008 ; зарегистрировано 26.08.2008.

3. Масягин, В. Б. Автоматизация размерного анализа конструкций и технологических процессов : учеб. пособие [Текст] / В. Б. Масягин. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2008. - 232 с.

На рис. 6 представлены результаты выполненного моделирования обработки конусной поверхности в программе «NORMAL» с построением схемы припус-

БУШКОВ Игорь Александрович, аспирант кафедры технологии машиностроения.

МАСЯГИН Василий Борисович, кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры технологии машиностроения.

Адрес для переписки: e-mail: masiaginvb@rambler.ru

Статья поступила в редакцию 11.10.2010 г. © И. А. Бушков, В. Б. Масягин

Книжная полка

Бельков, Валентин Николаевич. Детали машин и основы конструирования. Передачи [Текст] : учеб. пособие / В. Н. Бельков, Н. В. Захарова; ОмГТУ. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. - 160 с.: рис., табл. - Библиогр.: с. 159. - ISBN 978-5-8149-1038-7.

Изложены основы теории, расчета и конструирования передач зацеплением и трением машин общего назначения.

Пособие по структуре, содержанию и методике ориентировано на изучение дисциплины «Детали машин и основы конструирования». Содержит справочные таблицы и данные на основе нормативных документов, принятых в практике консультирования.

Козырев, Юрий Георгиевич. Захватные устройства и инструменты промышленных роботов [Текст]: учеб. пособие для вузов по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств (машиностроение)»/ Ю. Г. Козырев. - М.: КНОРУС, 2011. - 311 с. - ISBN 978-5-406-00763-1.

Описаны конструкции и даны рекомендации по применению захватных устройств, различающихся по принципу действия и предназначенных для комплектования промышленных роботов и манипуляторов с ручным управлением. Приведена классификация захватных устройств. Обобщен опыт проектирования, представлены конкретные примеры конструкции захватных устройств и кинематических схем. Разработана обобщенная методика проектирования и расчета захватных устройств.

Приведены примеры конструкции и применения технологических головок промышленных роботов — устройств и инструментов, обеспечивающих выполнение роботами основных технологических операций: сборки, зачистки, сварки, окраски и т. п.