ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ
Seria: MECHANIKA z. 68 Nr kol. 66k
_____ 1980
Jan DARLEWSKI, Ryszard ZDANOWICZ, Henryk SUJPIK
ZAGADNIENIA DOKŁADNOŚCI OBRÓBKI OTWORÓW
W SYSTEMIE AUTOMATYCZNEGO PROJEKTOWANIA TECHNOLOGII KORPUSÓW
Streszczenie. Określono czynniki o istotnym wpływie na dokład
ność p o ł o ż e n i a o s i otworów w korpusach.
Przedstawiono zasadę budowy podprogramu analizy dokładności obróbki pozwalająoego na określenie warunków technologicznych obróbki, za
pewniających wymaganą je j dokładność.
WPROWADZENIE
Rzeczywiste błędy obrobionych przedmiotów są wynikiem oddziaływania róż
nych czynników, które można podzielić na dwie zasadnicze g r u p y [1 ] : a) ozynniki niezależne od obciążeń działającyoh na obrabiarkę,
b) ozynniki wywołane odkształceniami układu OUPN podczas prooesku skrawa
nia.
Najważniejsze przyczyny powstawania błędów obróbki zestawiono w tabli
cy 1 .
Udział błędów wywołany niedokładnością geometryozną obrabiarki, niedo
kładnością ustawienia osi wrzeciona względem bez obróbkowych i odkształce
niami/elementów układu OUPN pod wpływem sił skrawania wynosi 85-9556 w ogól
nym bilansie błędów [2 ]. Odkształcenie przedmiotu pod wpływem ciężaru włas
nego i sił zamocowania ma istotny wpływ na dokładność obróbki Jedynie przy obróbce przedmiotów mało sztywnych [3]• Błędy spowodowane zmianą naprężeń własnyoh można zmniejszyć przez rozdzielenie obróbki zgrubnej od wykańoza- jąoej oraz przez stabilizowanie [<t] . Odkształcenia cieplne układu OUPN pod wpływem pracy sił skrawania mają znaozący wpływ na dokładność obróbki do ohwili osiągnięcia równowagi cieplnej. Po osiągnięciu równowagi cieplnej odkształcenia cieplne obrabiarki można pominąć [2 ] pod warunkiem, że po
miar błędów geometryoznyoh obrabiarki będzie dokonywany w stanie ustalo
nym cieplnie. Odkształcenia obrabiarki spowodowane ciężarem własnym przed
miotu obrabianego można uwzględnić dokonująo pomiaru błędów geometryoznyoh obrabiarki obciążonej ciężarem, umieszozonyra w miejsou zamocowania przed
miotu,
Tablica 1
Ważniejsze czynniki wpływające na dokładność obróbki
JL22___________________________ _________ __________________J. Darlewski i inni
Czyn
niki Podstawowe przyczyny błędów obróbki 1. Niedokładności
geometryczne elementów układu OUPN
a Niedokładność geometryczna obrabiarki b Niedokładność geometryczna uchwytu o Niedokładność geometryczna przedmiotu
obrabianego
(S
d Niedokładność geometryczna narzędzia
■Hc
!
H2. Niedokładnośoi wzajemnego po
łożenia elemen
a Niedokładność nastawiania osi wrzeozio- na wg baz obróbkowych
Mao tów układu OUPN
b Niedokładność ustawienia uchwytu na
09 obrabiarod
0O o Niedokładność ustawienia przedmiotu
a w uohwyoie łub na obrabiarce
o d Niedokładność ustawienia narzędzia
•§®
w uohwyoie lub na obrabiaroe Hi
g®
•H
3. Podatność na odk ształo en ia elementów
a Odkształcenia spowodowane ciężarem własnym
układu OUPN
b Odkształcenia spowodowane siłami za
mocowania
k. Odkształcenia oiepłne układu OUPN spowodowane zmianą tempera- tury otaozającego środowiska
5. Zmiana baz obróbkowych
•rłd
§
6. Podatność na odkształoenia elementów
a Odksstałcenia spowodowane siłami skrawania
5h układu OUPN b Odkształoenia spowodowane siłami bez
A!n 3
\ władności na skutek niewyrównoważenia U0 7. Odkształoenia cieplne układu OUPN spowodowane nierównomiernym s0 nagrzaniem elementów układu OUPN
■o0 8, Odkształoenia przedmiotu spowodowane zmianą naprężeń własnych
«e
o 9. Odkształoenia przedmiotu spowodowane niejednorodnością mate
H¡a
N riału obrabianego
....
%___
Zagadnienia dokładności obróbki otworów w . . 123
ZAŁOŻENIA OGÓLNE
¥ systemie APTK przyjęto jako kryterium bezwarunkowe jakość teohnolo- giozną, tzn. że może zostać wybrany tylko taki wariant procesu, który za
pewnia uzyskanie żądanej dokładności wyrobu. W odniesieniu do obróbki po- wierzohni obrotowych przyjęto dwojaki sposób zapewnienia dokładności: 1 - dokładność wymiaru i kształtu jako wynik realizacji określonego typowego procesu technologicznego, 2 - dokładność położenia osi jako wynik warian
tu prooesu, wykorzystującego warunki obróbki wskazane przez podprogram a- nalizy dokładności położenia osi.
"Pypowe prooesy technologiczne opracowano wielowariantowo dla każdej ele
mentarnej powierzchni (tzw. elementu technologicznego), przyporządkowując określonej klasie dokładności otworu w danym przedziale wymiarowym szere
gi zabiegów realizowanyoh określonymi narzędziami [5] . Dla opracowania pod
programu analizy dokładności położenia osi w korpusach przyjęto, że wyma
gania mogą dotyczyć:
a) położenia osi otworów względem płaszczyzn bazowych korpusu,
b) położenia osi otworów o nominalnie współ tj osi, znajdujących się w jed
nej lub kilku śoianaoh korpusu,
o) położenia osi otworów względem osi wybranych jako bazy.
¥ wyniku analizy czynników wpływająoyoh na dokładność o b r ó b k i [1,2,3,6]
wyselekcjonowano ozynniki o wpływie istotnym na dokładność położenia osi otworów w korpusaoh (tablica 2).
Układ współrzędnyoh prostokątnych XYZ przyjęto zgodnie z normą PN-72/M- 55251.
PODPROGRAM ANALIZY DOKŁADNOŚCI OBRÓBKI
N a podstawie analizy związków zachodzących pomiędzy wielkościami geome
trycznymi opisująoymi przedmiot obrabiany, warunkami obróbki a czynnikami zestawionymi w tablioy 2 opraoowano podprogram analizy dokładności obrób
ki.
Podprogram analizy dokładności obróbki umożliwia obliczenie dokładności położenia osi elementu obrotowego po obbóbce przeprowadzonej na wiertar- ko-frezaroe poziomej wg wariantu teohnologioznego ustalonego przez system
APTK. ^
Przy opracowywaniu podprogramu analizy dokładności dokonano następują
cych założeń, które były niezbędne ze względu na małopreoyzyJne określe
nia zawarte w normaoh dotyozącyoh błędów kształtu i położenia:
a) analizą dokładnośoi objęto elementy teohnologiozne, któryoh klasa do
kładności średnio lub położenia osi w formie technologicznej nie prze
kracza więcej niż o trzy klasy dokładności wg ISO tolerancji elementu najdokładniejszego analizowanej formy,
12 .U
--- — _______________________ ___________________________J , Darlewski i inni
Tablica 2
Najważniejsze czynniki wpływające na dokładność położenia oai otworów w korpusach obrabianych na wiertarko-frezarkach
O
[Aj
i
¿ Z
os 1/bobowo 7'/ /' '/ / / / ? f f / ; / O / / / / / / / / ,
Błędy składowe
8 StH a BO O 1 h a i
Ob i
H 4»
CQ O
U -
O N
•*» -r) (0
O O N
<flO «£>
a * o
• -c
« s
o h -o
«4 #0
O N - »
i: i t-JSH B >>
CO O k U "
O Nk i u a o a
4» as 3
a o c
® h k
■« BO O hCNN k a
o ja
a —
■o n N a
4» O l>.
H N 03 k o
Nierównoległość płaszczyzny stołu do kierunku ruóhu posuwowego stołu lub wrzeciona
Nieprostopadłość rowka stołu do kierunku ruchu posuwowego stołu lub wrzeciona
N i e p r o s toliniowośó ruchu posuwowego stołu lub w rzeciona w płaszczyźnie YZ i XZ
N i e r ównoległość powierzchni stołu w płaszczyź
nie XY do kierunku ruchu ustawozego stołu
N i e p r o s topadłość powierzchni stołu w płaszczyź
nie XY do kierunku ruchu ustawczego wrzeoiennika
N i e prostoliniowość ruchu ustawozego stołu w płaszczyźnie XY
N i e prostoliniowość ruchu ustawczogo wrzeo i e n n ik a w płaszczyźnie XY
Błąd pozycjonowania stołu przy przesuwie w kierunku osi x
9 . B ł ą d p o z y c j o n o w a n i a w r z e o i e n n i k a
N i eprostopadłość osi obrotu stołu do płaszozyzny stołu
Zmienność poosiowa stołu
Błąd obrotu stołu
Błąd ustawienia przedmiotu na stale obr a biarki________________________________________
Nierównoległość powierzchni stołu d o s tawia
nego do płaszozyzny podstawy
Odkształcenie od sił skrawania wywołane n i e równomiernym naddatkiem na obróbkę
O dkształcenia od sił skrawania wywołane zmianą podatności układu wrzeoiono-narzędzie w za l e ż ności od kierunku przyłożenia siły
I
Zagadnienia dokładności obróbki otworów w . . 1 2 1
b) współosiowość jest analizowana dla elementów, dla których podane są wy
magania w dokumentacji konstrukcyjnej, zaś dla elementów o nie ustalo
nych bezpośrednio wymaganiach zostaje określona pośrednio Jako połowa sumy toleranoji średnic elementu analizowanego i najdokładniejszego w formie,
o) forma technologiczna jest uznana za formę prawidłowo obrobioną, jeśli błędy położenia elementów formy okażą się mniejsze od wymaganyoh tole
ranoji.
Przy rozważaniu zagadnienia wpływu sztywności układu obrabiarka-uohwyt przedmiot—narzędzie stwierdzono brak w literaturze szeregu danych, zwła
szcza dotyczących obróbki narzędziami wieloostrzowymi. Ze względu na to nie uwzględniono w analizie dokładności wpływu nawiercania oraz rozwier—
oania zgrubnego otworów odlanych lub odkutyoh.
V przypadkach stosowania rozwieroania otworów uprzednio wytaczanych przyjęto, że zabieg ten nie zmienia położenia osi otworu obrabianego. Do
kładność położenia osi otworów wieroonych oraz rozwieroanyoh po wierceniu przyjęto wg Kowana [7]. Ponadto założono, że przedmiot obrabiany jest szty
wny, oo w odniesieniu do większośoi korpusów jejąt dopuszczalne.
Ogólny sohemat podprogramu analizy dokładnośoi obróbki przedstawiono na rysunku.
Danymi wejściowymi do podprogramu są:
- informaoje geometryozne elementu technologicznego, jego położenie w f o r nie technologicznej i przedmiooie obrabianym oraz geometria stanu wej
ściowego elementu, - Informaoje o obrabiarce,
- informaoje o stosowanym procesie technologicznym,
Zasadniozyml częściami składowymi podprogramu analizy dokładności są:
- podprogram T E C G 0 1 , analizujący dokładność w płaszczyźnie równoległej do stołu,
- podprogram T E C T 0 1 , analizujący dokładność w płaszczyźnie prostopadłej do stołu,
- podprogram TECCf/0, analizujący współosiowość, - podprogram TECD00, analizujący równoległość.
Informaoją wyjściową Jest wielkość zmiennej A E oraz tablioa TBX. Wiel
kość zmiennej AE jest informaoją o warunkach obróbki, w któryoh uzysku
je się żądaną dokładność. Wielkość zmiennej A E informuje o następuJąoyoh ewentualnośo iaoh:
1. Technologia zapewnia żądaną dokładność i można ją osiągnąć przy obrób- oe:
A1 - posuwem roboczym wykonanym przez wrzeciono, A2 - posuwem roboozym wykonanym przez stół obrabiarki,
A 3 - posuwem roboozym wykonanym zarówno przez wrzeciono, jak i stół obra
biarki ,
126
J. Darlewski i inniDane: Informacje o obrabiarce, informaoje o korpusie, informaoje o stosowanym procesie technologicznym
IB=1
<^AB=2~>-
Wybór warunków obróbki na podstawie wielkośoi A i AB
T E C000 AC
<
n
Modyfikacja warunków obróbki z uwzględnieniem wielkości AC
ozy są stawiane wymagania odnośnie równoległości?
TEC]000 Al0
< Ą D = 2 y L
Modyfikacja warunków obróbki z uwzględnieniem wielkości AD
/ AE, ^ TB
X~j
IB=IB+1
Podstaw, pozycjono
wanie dokładniejsze
ozy IB jest mniej
sze od liozby po
zycjonowali; obra
biarki
Schemat algorytmu podprogramu dokładności położenia osi elementu obrotowe
go, obrabiahego na wiertarko-frezaroe poziomej
Zagadnienia dokładności obróbki otworów w . . 127
B1 - formy w jednym ustawieniu z bazą wymiarową,
B2 - elementu w tej samej pozyoji wrzeoiona oo elementu bazowego, B3 - formy w jednym ustawieniu z bazą wymiarową i elementu w tej samej
pozyoji wrzeciona oo elementu bazowego, B4 — formy lub elementu w dowolnej kolejności, 2. Technologia nie zapewnia żądanej dokładności.
3. Brak możliwośoi oceny współosiowości.
4. Brak możliwośoi oceny równoległości.
Warunki te stanowią dodatkowe informacje, które zostają wykorzystane przy porządkowaniu prooesu obróbki korpusu. Przy nierozpatrzonym elemencie bazowym nie ma możliwości oceny współosiowości lub równoległości. W tym przypadku wielkości elementarnych błędów składowych elementu są zapisywa
ne w tablicy TBX. Zostają one wykorzystane później po analizie elementu bazowego. Szozegółowe algorytmy podprogramów analizy dokładności znajdują się w Instytucie Budowy Maszyn Politechniki śląskiej [8 ,9] .
WNIOSKI
Zaprojektowany sposób uwzględniania dokładności obróbki w systemie au
tomatycznego projektowania teohnologii obróbki korpusów na wiertarko-fre
zarkach pozwala na dotrzymanie kryterium jakości produkcji.Warunkiem nie
zbędnym Jego wdrożenia jest jednak skompletowanie zbiorów danych wejścio
wych i stała ich aktualizacja. Szczególne trudności stwarza opraoowanie zbioru informacji o obrabiarkaoh, gdyż wymaga to dokonania pomiarów ich dokładności,w zakresie obszerniejszym niż określonym normami odbiorczymi.
LITERATURA
[1] SOKOŁOWSKI A . P . : Nauoznyje osnowy teohnołogiii maszinostrojenijaJMasz- giz", Moskwa 1955.
[2] KORSAKOW W.S.: Tooznost’ mechaniczeskoj obrabotki. "Maszgiz”, Moskwa 1 9 6 1
.
[3] KOŁMAN R . , MELLER E, , MELLER A.: Dokładność kształtu i położenia w pro
cesach teohnologioznyoh, WNT, Warszawa 1969.
[4] TYMOWSKI J . : Technologia budowy maszyn. WNT, Warszawa 1970.
[5] DARLEWSKI J . , SOBCZYK W.J., BŁASZCZAK M. i inni: Typizacja procosów teohnologioznyoh powierzchni obrotowyoh występującyoh w korpusach.Pra
ce IBM Pol. śl. 1975 (nie publikowane).
[6] KOWAN W.M. : Obliozanie naddatków na obróbkę w budowie maszyn. PWT,War
szawa 1956.
[7l Praca zbiorowa: Instrukoja badania prototypów obrabiarek, IOS. Mate
riały instruktażowe, nr 110, Kraków 1973.
[8] SOBCZYK W.J. i inni: Opraoowanie systemu,projektowania obróbki korpu
sów. Praoe IBM Pol. śl. 1976 (nie publikowane).
128 J. Darlewski i inni
[9] SOBCZYK V.J. i inni: Praco nad systemem automatycznego projektowa
nia technologii obróbki korpusów oraz współudział w jego wdrożeniu w Zakładzie Przemysłu Obrabiarkowego. Praoe IBM Pol. Sl. 1979 (nie publikowane).
DPOBJCEMii TOHBOCTH OEPAEOTKH OTBEPCTHfl B CHCTEME ABTOMAIHHECKOrO IIPOEKTHPOBAHHH TEXHOJIOFKH KOPEYCOB
P a s a n e
£ u i o np ex e x e H u ({¡aKiopa, bxbhbxxo cyąe cT B eH HH H o6pa3on Ha t o h h o c t b pac- BoaomeHHH oce ä O TB ep cm f i b Kopnyeax. QpexcrasjieH ape u etan nocipoeHia noxnpo- rpamcH anax H3 a t o h h o c t h oCpaCoTKH, n osBoaaoąaa onpexexxTL T e r H o a o r m e c K i e y e xO BH H ofipaÓosKH, cöecnevHBaBHHe Tpeöyeuy* t o u h o c t ł oöpaOoxxH.
THE HALES» MACHINING ACCURACY IN AN AUTOMATIC BODY TECHNOLOGICAL PROCESS DESIGN SYSTEM
S u m m a r y
The vital faotors influencing the position aoouraoy of body holes» axles are defined.
The prinoiple of subroutine for machining aoouraoy is givenj the su
broutine enables to state the machining oonditions seouring the demanded machining aoouraoy.
i
