Показатели назначения

Показатели назначения характеризуют свойства оборудования, определяющие основные функции, для выполнения которых оно предназначено, и обуславливают область его применения. К ним относятся: классификационные показате­ли; показатели функциональной и технической эффективности; показатели состава и структуры.

Классификационные показатели характеризуют принадлежность оборудования к определенной классификационной группировке и дают представление о его основных параметрах. К ним относятся название машины и ее назначение, техническая характе­ристика (размеры обрабатываемых заготовок и получаемых деталей, скорость подачи, установленные мощности, частота вращения и ди­аметр режущего инструмента, габаритные размеры и т.д.).

Показатели функциональной и технической эф­фективности характеризуют полезный эффект от эксплуатации оборудования и прогрессивность технических решений, заложен­ных в него. Наиболее важными показателями являются следующие.

1. Производительность машин, выражающая количество продукта, вырабатываемого в единицу времени (шт./ч, м³/ч, м²/ч). При обра­ботке единицы продукции затрачивается время на выполнение основных и вспомогательных операций, которые составляют цикл обработки. Кроме того, имеются внецикловые затраты времени на наладку, уборку, регламентированный отдых рабочего и т.д. Следовательно, калькуляционное время Т_к, мин, учитывающее все виды затрат времени на одно изделие:

где Т_ц — длительность обработки одного изделия; Т_а — внецикло­вые потери, приходящиеся на одно изделие; Т_{п з} — длительность подготовительно-заключительных операций при обработке партии из п деталей.

Поскольку внецикловые потери могут совпадать с цикловым временем, то

где К_с — коэффициент совпадения внецикловых потерь с цикло­вым временем.

Различают технологическую, цикловую и фактическую произ­водительность. Технологической (идеальной, фиктивной) называ­ется производительность машины при непрерывной работе, т.е. без потерь времени на вспомогательные операции. На самом деле каждая машина теряет часть времени на вспомогательные и вне­цикловые операции, так что этот показатель фиктивный и нужен для оценки или сравнения схем и моделей машины по основному показателю — технологичности обработки на машине:

где t_p — время на рабочие ходы, т.е. непосредственно на обработку (резание, сборка, отделка и т.д.).

Цикловой (конструктивной) называется производительность без учета внецикловых потерь. Она характеризует конструктивное со­вершенство станка:

где t_u — время цикла обработки; К'_с — коэффициент степени со­вмещения времени холостого и рабочего ходов; t_x — время на холо­стые ходы при обработке, например на загрузку, закрепление, открепление и съем детали или режущего инструмента и т.д.

Фактической называется производительность с учетом всех ви­дов затрат времени. Она дает представление о производительности станка в реальных условиях производства:

где К_с — коэффициент степени совмещения внецикловых опера­ций с цикловыми; /_вц — время всех внецикловых операций, при­ходящихся на одну деталь, включая время технического и органи­зационного обслуживания и время перерывов на обед.

Отношение цикловой производительности к технологической называется коэффициентом производительности

Отношение фактической производительности к цикловой на­зывается коэффициентом использования станка

Значения К_п и К_и берут из справочников или подсчитывают по формулам (218) и (219) по фактическим значениям t_р, t_ц и t_Bll.

Фактическая производительность машины за рабочую смену выражается формулами: для проходных машин

где v_s — скорость подачи, м/мин; Т — длительность рабочей сме­ны, мин; i₀ — число одновременно обрабатываемых деталей, шт.; L — длина детали, м; i_п — число проходов для полной обработки детали;

для цикловых машин

где i_ц — число деталей, обработанных за цикл, шт.;

для роторных машин

где п — частота вращения стола; i — число одновременно устанав­ливаемых деталей.

2. Точность и стабильность обработки. Качество обработки дета­лей характеризуется точностью их изготовления и шероховатостью обработанной поверхности. Шероховатость обработанной поверх­ности в значительной степени зависит от вида резания, подачи на резец, скорости резания, остроты резцов.

Точность любого параметра детали является результатом действия множества различных факторов, относящихся к станку, инструменту, обрабатываемой заготовке, режиму, средствам измерения и т.д. Раз­мер детали можно рассматривать как случайную величину х, кото­рая зависит от систематических и случайных погрешностей.

Точность, с которой детали обрабатываются на станке в дан­ный фиксированный момент, называется технологической. Она характеризуется величиной фактической погрешности размеров и формы по сравнению с заданными на чертежах. Технологическая точность должна обеспечить установленный уровень взаимоза­меняемости деталей при сборке, заданную точность изделия и эко­номическую эффективность обработки. На чертежах указывают до­пустимые погрешности 8, называемые допусками (рис. 59, а). По системе допусков и посадок (по стандарту СТ СЭВ 145—75) до­пуском называется разность между наибольшим и наименьшим х_н предельными размерами (δ = х_в – х_н). Номинальным считается размер, относительно которого определяются предельные разме­ры. Совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для всех номинальных размеров, называется квалитетом. ГОСТ 6449 — 82 для деревообработки предусматривает девять ква- литетов: 10; 11; ... 18 (в порядке возрастания допусков и уменьше­ния точности), допуски на которые обозначаются соответственно 1Т10, 1Т11, ... 1Т18.

Рассеивание размеров при обработке заготовок из древесины носит случайный характер и соответствует нормальному распреде­лению. Кривая нормального распределения характеризуется сим­метричной формой с асимптотическим приближением обеих вет­вей к оси абсцисс (рис. 59, б) и описывается формулой

где х — переменная случайная величина; х — среднее арифмети­ческое (или центр рассеивания) случайной величины х; S — сред­нее квадратическое отклонение случайной величины х; е — осно­вание натуральных логарифмов.

Среднее значение х, или центр рассеивания выборки и, опре­деляют по формуле

где Xj — центр i-го интервала.

Среднее квадратическое отклонение S определяют по формуле:

При оценке точности принято считать предельным отклонени­ем значение ±35, а поле рассеивания — равным ω = 6S, в нем находится 99,73 % всех вероятных размеров деталей.

Технологическую точность определяют по результатам выборки случайно отобранных обработанных на станке деталей в количе­стве 10... 50 шт. (ГОСТ 1647—70). Выборка такого объема позволяет определить совместное влияние случайных и систематических по­грешностей контролируемого параметра точности.

Контролируемый размер детали измеряется с помощью микро­метра с ценой деления 0,01 мм. Число замеров каждой детали дол­жно быть не менее трех: посередине и на расстоянии 20... 50 мм от торцов. Данные измерений заносят в протокол и для каждой дета­ли определяют среднее значение размера.

Средние замеры контролируемого параметра обработанных де­талей составляют вариационный ряд, который подвергается ста­тистической обработке. Определяют наименьший x_min и наиболь­ший х_тах размер обработки, а весь диапазон от х_тах до x_min разбива­ют на 6... 15 интервалов. Дальнейшую обработку результатов измере­ний проводят в табличной форме (табл. 51).

Таблица 51. Пример статистической обработки результатов измерений технологической точности размеров деталей

Среднее значение, или центр рассеивания выборки п, мм, оп­ределяют по формуле

Среднее квадратическое отклонение, мм,

Расчет х и S можно вести на ЭВМ или калькуляторе с исполь­зованием стандартной программы.

О степени соответствия фактического рассеивания погрешнос­тей нормальному закону распределения можно судить по практи­ческой кривой рассеивания (полигону рассеивания) и теоретичес­кой кривой нормального распределения, показанным на рис. 59, б.При стабильном технологическом процессе и хорошем техничес­ком состоянии станка полигон рассеивания близок к теоретичес­кой кривой.

Значения технологической точности используют для оценки раз­мерной настройки оборудования. Величина е = х - х_д (рис. 59, а) является критерием абсолютной точности настройки станка.

3. Геометрическая точность. Геометрической точностью назы­вается точность изготовления машины. Существуют стандартные виды испытаний станков на геометрическую точность, при кото­рых проверяется точность изготовления отдельных элементов ма­шины: прямолинейность или плоскостность (рис. 60, а) направля­ющих или поверхностей столов, точность вращения шпинделей — радиальное (рис. 60, б) и осевое (рис. 60, в) биение, точность ходового винта и др., правильность взаимного положения и движения узлов и элементов машины, параллельность (рис. 60, г, д) или перпендикулярность (рис. 60, е) основных направляющих или поверхностей стола и осей шпинделей, соосность или параллель­ность (рис. 60, ж) шпинделей, смещение валов (рис. 60, з) или суппортов в зазорах опор и направляющих.

Проверку геометрической точности машин проводят по нор­мам ГОСТа, которые приводятся в техническом паспорте на обо­рудование. Например, плоскостность проверяют следующим обра­зом. На проверяемую поверхность (см. рис. 60, а) в продольном и диагональном направлениях устанавливают калибровочные плит­ки или щупы одинаковой толщины класса точности 2. На них про­верочной гранью кладут контрольную линейку класса точности 3. Просвет между поверхностью и гранью линейки проверяют щу­пом. Сравнение наибольшей погрешности с ее допускаемыми зна­чениями, указанными в техническом паспорте или ГОСТе, по­зволяет определить класс точности станка.

4. Жесткость. Жесткостью называется способность машины или ее элементов оказывать сопротивление деформирующему действию внешних сил. При определении статической жесткости С про­водится нагружение неработающего станка (механизма, узла, де­тали) статической силой F_v Н, и измерение перемещения z эле­мента станка в направлении действия вектора силы:

Технологическая система станок — приспособление — инструмент — деталь (СПИД) представляет собой упругую систему, деформации ко­торой под действием сил, возникающих при обработке, вызывают погрешности обработки. Поэтому придание механизмам машины дос­таточной жесткости и сохранение ее в процессе эксплуатации маши­ны является гарантией обеспечения технологической точности.

На рис. 61, а приведена схема измерения статической жесткости шпинделя. Сила нагружения шпинделя создается парой винт—гайка 5, 6, контролируется по индикатору 7 динамометром ДОСМ-3 8 и передается через шарик 4 и призму 3. При использовании шарика можно наиболее точно выдержать координату точки приложения силы и поворачивать призму при нагружении, когда меняется рас­положение нагружаемых элементов. Перемещение измеряют индика­тором часового типа ИЧ-10 2 с ценой деления 0,01 мм. Индикатор устанавливают на станине экспериментальной установки на специальной или стандартной стойке. Измерения проводят при ступенча­том нагружении и разгружении вала 1. Весь цикл измерений повто­ряется дважды, а при большом разбросе показаний (более 10 %) — трижды. На каждой ступени для нагрузки и разгрузки вычисляют среднее арифметическое перемещения и по этим данным строят характеристику перемещения узла (рис. 61, б).

Нагрузочная и разгрузочная линии образуют петлю гистерезиса, которая определяет работу, затрачиваемую на трение в стыках. По кривым нагрузки и разгрузки можно построить усредненную ли­нию, пересечение которой с осью z показывает величину зазора z_3. Тогда упругое перемещение узла z = z_тах - z₃, а жесткость рассчи­тывается по формуле

Жесткость серийно выпускаемых машин должна нормировать­ся техническими условиями или ГОСТами.

Динамическая жесткость определяется для работающего станка и в значительно большей степени отражает реальную спо­собность механизма (узла, детали) оказывать сопротивление де­формирующему действию внешних сил, возникающих в процессе обработки. При этом силы могут иметь как статический, так и ди­намический характер, обусловленный процессом резания и инер­ционными нагрузками от неуравновешенных вращающихся масс.

По аналогии с формулой (226) динамическая жесткость С_дин определяется как отношение действующей нагрузки F_дин к упруго­му перемещению (виброперемещению) Z_дин: