ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ ОБРАБОТКОЙ ПО СОПРЯЖЕННОЙ ДЕТАЛИ

Грязев Василий Михайлович

студент гр. 620182, ТулГУ, г. Тула

Е-mail:

Ямников Александр Сергеевич

д-р техн. наук, профессор ТулГу, г. Тула

Е-mail: Yamnikovas@mail.ru

Общая теория размерных цепей разрабатывалась для назначения допусков, регламентирующих точность изготовления деталей, входящих в изделие, исходя из технических условий на его приемку. Использование теории размерных цепей для анализа конструкций изделий позволяет проверить правильность и рациональность назначения допусков, исходя из условий взаимозаменяемости деталей, а также осуществить технологический анализ конструкции изделия с целью выбора метода решения точностной задачи, поставленной конструктором. Такой размерно-технологический анализ сборочных размерных цепей изделия помогает найти технологу и конструктору наиболее рациональный метод совместного решения указанных задач.

Для проведения размерно-технологического анализа целесообразно рассмотреть понятие о функционально связанных сборочных размерных цепях. Понятие о связанных сборочных размерных цепях ввел Б. С. Балакшин [1]. Им выделены три вида связи размерных цепей: последовательный, параллельный и параллельно-последовательный, которые предопределяют рациональную последовательность осуществления сборочного процесса. Выявление этих связей исключает чисто интуитивное назначение последовательности сборки, но не отражает содержание технологии проведения сборочных работ, связанных с достижением необходимой точности сборки.

Профессором И. А. Когановым было введено понятие функционально связанных сборочных размерных цепей [2, 3]. Целесообразность выделения функционального вида связи размерных цепей имеет целью выявить класс размерно - точностных задач по сборке изделий, для решения которых наряду с традиционными, необходимо разрабатывать специальные приемы и методы обработки соединений входящих в изделие деталей. Практически все размерные цепи по своему назначению являются функциональными. Принцип функциональности имеет примерно тот же смысл, который вкладывается в понятие функциональной взаимозаменяемости: назначение допусков на замыкающие звенья должно производиться с таким расчетом, чтобы соответствовать наилучшим образом эксплуатационным требованиям, предъявляемым к данному изделию, сборочной единице, комплекту деталей.

Итак, функционально связанными сборочными размерными цепями называют такие цепи, которые в общей совокупности позволяют решать задачу выполнения данным изделием предписанного ему служебного назначения.

Необходимо при этом учитывать весьма характерную особенность решения функционально связанных размерных цепей. При функциональном виде связей заданные эксплуатационные характеристики обеспечиваются только при совместном решении этих цепей. Характерными в этом отношении примерами являются размерные цепи, обеспечивающие в червячных и конических зубчатых передачах комплексные выходные эксплуатационные характеристики (нормированный контакт зубьев).

Рассматриваемый вид связи имеет место также в случаях, когда сопряжение деталей осуществляется одновременно по нескольким поверхностям, а сама точность их сопряжения определяется нормами контакта. Характерными примерами таких сопряжений являются сопряжения в подвижных узлах станков машин и приборов: каретки, столы, суппорты и др.

При объединении каретки со столом (рис. 1, а) необходимо обеспечить одновременный контакт (прилегание) поверхностей V-образных и плоских направляющих.

Задача решается с помощью размерных цепей a, b, g, h. В этих цепях раскрытие стыка между контактирующими поверхностями определяется замыкающими звеньями a_D, b_D, g_D (рис. 1, б).

Рисунок 1. Функционально связанные сборочные размерные цепи a, b, g, h, обеспечивающие контакт поверхностей направляющих каретки и стола

Раздельное обеспечение точности каждой размерной цепи не имеет смысла. Следует заранее обе сопряженные детали изготовить очень точно в пределах жестко заданных допусков либо перейти на ручную пригонку шабрением. В процессе шабрения точность сопряжения поверхностей оценивается контактом по краске (по блеску точек). Контакт поверхностей может также проверяться по копоти (оружейное производство).

Если чертежами предусмотрены нормы точности в виде норм контакта поверхностей, то это значит, что конструктором предлагается для достижения точности использовать ручную пригонку (шабрение, припиливание).

Если ставится задача механизировать пригонку, то в первую очередь необходимо перевести нормы контакта в допуски линейных и угловых величин, т. е. в традиционные нормы точности. Лишь после этого можно ставить вопрос о механизации пригоночных работ путем, например, сопряженной обработки.

В ТулГУ разработана методика перевода норм контакта по копоти в допуски линейных и угловых величин, что позволило механизировать пригоночные работы при сборке узлов стрелково-пушечного оружия [2].

Основная идея методики перевода норм контакта по копоти в допуски линейных и угловых величин заключается во введении зависимости допустимого раскрытия стыка  от толщины красящего слоя и относительной площади пятна контакта Ф₀

где в_к  - толщина наносимого слоя краски; Ф_о - относительная площадь пятна контакта в %;  - величина раскрытия стыка.

Красящий слой для взаимно облегающих поверхностей, допускающих относительное скольжение друг по другу, наносят с помощью берлинской лазури, растертой с вазелином и машинным маслом. Для поверхностей только соприкасающихся друг с другом и не допускающих в силу конструктивных особенностей относительного скольжения красящий слой наносят в виде копоти. Номинальное значение толщины слоя краски (взвесь берлинской лазури в смеси керосина и машинного масла) соответствует 2,36 мкм.

Контроль пятна контакта по копоти является специфичным способом контроля точности сборки. Копоть как промежуточный красящий слой имеет собственную толщину почти на порядок выше, чем другие виды материалов аналогичного назначения. Это обстоятельство говорит о необходимости учёта толщины слоя копоти как размерного фактора. Действительно, о достигнутой при сборке точности механизма (сборочной единицы) судят при наличии слоя копоти, являющегося в этот момент элементом размерного контура. В последующем состоянии механизма или изделия слой копоти как элемент размерного контура исчезает, и в сборочном соединении можно ожидать возникновения новых точностных характеристик. Насколько значительными окажутся такие изменения, можно судить по результатам дополнительного контроля, если таковой окажется возможным. иных способов оценки полноты контактного сопряжения деталей не предусмотрено, а проверка по другим параметрам данного размерного контура не гарантирует получение достоверной картины точностного состояния взаимодействующих деталей. В таблице приведены значения толщины копоти в зависимости от её цвета.

таблица. зависимость толщины слоя копоти от её цвета

Проверка и достижение контакта по копоти обязательно должны сопровождаться соударением сопрягаемых поверхностей. При соударении контактирующих поверхностей копоть облетает с выступающих участков и остаётся в глубоких впадинах. Таким образом, соотношение светлых и тёмных пятен на испытуемых поверхностях свидетельствует о полноте контакта. В данном случае допуск замыкающего звена - это максимально возможный слой копоти, который облетает при сопряжении поверхностей, удостоверяя тем самым удовлетворительное качество их контакта.

На основании изложенного можно сделать вывод, что сама по себе задача достижения контакта между двумя поверхностями, как точностная, может быть интерпретирована схемой размерной цепи, где замыкающим звеном является расстояние между точками двух сопряжённых поверхностей, измеренное по нормали к номинальной линии (поверхности) сопряжения.

В производственных условиях часто размерно-технологический анализ не производится, а возникающие задачи достижения требуемой точности сборки решаются чисто интуитивно на основе опыта и квалификации исполнителя. Однако и в этом случае размерный анализ может сыграть свою положительную роль – он даст возможность объективно оценить справедливость интуитивно принятого решения. Подтвердим это двумя примерами. На горизонтально-фрезерном станке ось отверстия в серьге, которая является опорой оправки, должна точно совпадать с осью шпинделя станка (рис. 2) в вертикальной и горизонтальной плоскостях, что регламентируется размерными цепями А и Б.

Рисунок 2. Размерные цепи, определяющие соосность отверстия в серьге и шпинделя на горизонтально-фрезерном станке

В этих цепях: А₁, Б₁ – расстояние от оси шпинделя до базовой точки С, определяющей положение хобота станка; А₂, Б₂ – расстояние от базовой точки С до оси отверстия под опору оправки в серьге; А_D, Б_D – замыкающие звенья цепей, определяющие несовпадение оси отверстия в серьге и оси шпинделя соответственно в вертикальном и горизонтальном направлениях. Даже при точном выдерживании размеров А₁, Б₁ и А₂, Б₂ размеры замыкающих звеньев А_D и Б_D будут иметь значительные отклонения. Проведенный анализ убедительно показывает, что достижение требуемой точности методом взаимозаменяемости является нереальным. Пригонка (притирка корпуса серьги) позволяет обеспечить требуемую точность, но трудоемкость ее будет очень высокой. Более просто эту задачу можно решить путем обработки отверстия в серьге «в сборе» после того, как станок собран (или отремонтирован). Оправка с резцом для растачивания отверстия устанавливается в шпинделе станка (рис. 3).

Рисунок 3. Схема растачивания «в сборе» отверстия в серьге на горизонтально-фрезерном станке

Хобот с закрепленной серьгой, отверстие которой имеет достаточный припуск на обработку, подается (движение подачи) на расточную оправку вручную или механически.

Представленные примеры технологических задач показывают, что достижение точности замыкающего звена в этих случаях невозможно без обработки в сборе.

Список литературы:

1.            Балакшин Б. С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969. 559 с.

2.            Размерный анализ технологических процессов: учебное пособие / И. А. Коганов, А. П. Никифоров, Б. И. Сотова и др. Тула, изд-во ТулГУ, 1988. 109 с.

3.            Технология машиностроения. Специальная часть: учебник / М. Н. Бобков, Г. В. Гусев, А. Ю. Илюхин и др.; под ред. А. А. Маликова и А. С. Ямникова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 388 с.