Статистические методы в технологии машиностроения

Понятие о случайных погрешностях и законах их распределения.

С л у ч а й н о й называют такую погрешность, которая для раз­личных заготовок рассматриваемой партии имеет разные значе­ния, причем ее появление не подчиняется никакой видимой за­кономерности. Случайные погрешности проявляются в рассеянии размеров деталей, обрабатываемых при неизменных условиях, в рассеянии параметров твердости поверхностей заго­товок, полученных одним и тем же способом, и т.д.

К причинам рассеяния размеров относятся: неточность уста­новки положения суппортов по упорам и лимбам; колебания теп­лового состояния и упругих отжатий элементов технологической системы под влиянием нестабильных сил резания; изменение положений исходной заготовки в приспособлении, связанное с погрешностями се базирования и закрепления или обусловленное неточностью приспособления; колебания твердости обрабатывае­мого материала и величины снимаемого припуска; ошибки в настройке станка на размер, ослабление крепящих элементов и мно­гие другие факторы.

Для выявления и анализа закономерностей рассеяния (распре­деления) размеров применяют методы математической статистики.

Совокупность значений действительных размеров деталей, об­работанных при неизменных условиях и расположенных в возрас­тающем порядке с указанием частоты f повторения этих размеров ил и частостей, называют распределением размеров деталей. Под частостью понимают отношение частоты f повто­рения размера (числа деталей одного размера) к общему числу деталей партии q.

Распределение размеров представляют в виде таблиц или гра­фиков.

В результате построения получается ступенчатая линия I, называемая г и с т о г р а м м о й распределения. Если последо­вательно соединить между собой точки, соответствующие середи­не каждого интервала, то образуется ломаная кривая 2, которую называют э м п р и ческой кривой распредел е н и я, или полигоном распределения.При разных условиях обработки заготовок формы кривых эмпирического распределения получа­ются разными. Это свидетельствует о том, что рассеяния действи­тельных размеров деталей подчиняются разным математическим законам.

Наиболее часто встречаются распределения размеров, близкие к закону нормального распределения (закону Гаусса). Этому зако­ну подчиняется распределение деталей, обработанных на предва­рительно настроенных станках, когда влияние каждого случайно­го фактора на сумму ничтожно мало и примерно одинаково по своей величине, т.е. среди слагаемых нет доминирующих, а сама погрешность складывается из суммы большого числа взаимно не­зависимых случайных величин.

Кривая Гаусса описыва­ется уравнением

где d — среднее квадратическое отклонение аргумента; е — ос­нование натурального логарифма (е = 2,71828); d — значение абсциссы, при которой ордината кривой достигает максимума.

По закону эксцентриситета (закону Релея) происходит рас­пределение таких сушественно положительных величин, как оваль­ность, биение, разностенность, непараллельность, неперпендикулярность, конусность, эксцентриситет. Закон эксцентриситета — однопараметрический и уравнение его кривой распределения имеет следующий вид:

где d — среднее квадратическое отклонение значений х и z.

Закон Симпсона графически изображается равнобедренным треугольником с полем рассеяния

Где d — среднее квадратическое отклонение определяют по такой же формуле, как и при законе Гаусса.

На практике могут встретиться и другие законы распределения погрешностей обработки.

Композиции законов распределения и правила суммирования погрешностей. При обработке заготовок на точность размеров од­новременно могут воздействовать разные факторы, приводящие к появлению как случайных погрешностей, следующих определен­ным законам, так и систематических (постоянных или перемен­ных) погрешностей. подобных случаях закон распределения раз­меров обработанных деталей будет представлять собой компози­цию нескольких законов распределения. Преобладание одного из сочетающихся законов определяет форму кривой распределения и величину суммарной погрешности обработки.

Точечные диаграммы и их применение для исследования точно­сти обработки. Статистический метод точечных ди­аграмм: на контрольной карте по оси абсцисс откладывают номера последовательно обра­ботанных деталей или групп деталей, или другие величины, ха­рактеризующие течение процесса, например, время, обрабатыва­емую длину и пр.; а по оси ординат — размеры этих деталей или групповые средние размеры рис. Подобные графики полу­чили название точечных диаграмм.

группы деталей

Рис. I. II — верхнее и нижнее предельные отклонении размеров деталей.

Метод точечных диаграмм хорошо отражает ди­намику изменения хода технологического процесса и позволяет своевременно предупреждать брак. К недостаткам метода относят необходимость выполнения срав­нительно большого числа наблюдений и то, что метод не позво­ляет учесть степень влияния отдельных факторов при комплекс­ном их воздействии.

Выбор экономичного варианта технологического процесса

Наиболее экономичный вариант технологического процесса чаще всего выбирают по результатам сравнения себестоимости об­работки заготовок, в которой отражаются затраты живого и ове­ществленного труда. Существуют различные методы расчета себе­стоимости.

метод прямого калькулирования — элементный метод, — при котором сравнивают технологическую себестоимость обработки. В общем случае величина соответ­ствует цеховой себестоимости и складывается из следующих эле­ментов:

где — соответственно заработная плата рабочих и налад­чиков с начислениями; — затраты на силовую электроэнер­гию; — затраты на вспомогательные материалы (СОЖ, обти­рочные и др.); — затраты на эксплуатацию и амортиза­цию режущего инструмента, контрольно-измерительного инст­румента и приборов соответственно; — затраты на амортиза­цию оборудования; С_р — затраты на ремонт и эксплуатацию обо­рудования; — затраты на эксплуатацию и амортизацию станоч­ных приспособлений; — затраты на эксплуатацию и аморти­зацию производственных помещений; — общецеховые расхо­ды (заработная плата вспомогательных рабочих, инженерно-тех­нического персонала, служащих, а также затраты на эксплуата­цию и ремонт оргтехники и пр.); — стоимость исходной заго­товки (ее изготовление, материал за вычетом стоимости реализу­емых отходов — стружки).

Норма­тивный метод. В этом случае рассчитывают по той же форму­ле, но отдельные слагаемые себестоимости находят не прямым расчетом по точным зависимостям, а по соответствующим таб­лицам нормативов затрат, отнесенных к часу или к минуте ра­боты станка.

Элементы себестоимости, отнесенные к единице времени, скла­дывают, а затем умножают на фактическое время работы станка и получают приближенное значение технологической себестоимос­ти операции. Нормативный метод значительно сокращает объем расчетов.

При бухгалтерском методе расчета технологической себестои­мости обработки используют следующую формулу:

где — сумма цеховых расходов, не учтенных другими слагае­мыми

Более точную оценку вариантов технологических процессов можно получить, сравнивая их по трудоемкости механической об­работки и коэффициентам основного времени, использования ма­териала и загрузки оборудования.

Трудоемкость всего технологического процесса равна сумме трудоемкости всех n операций, составляющих данный процесс:

Технологическая документация. Разработка технологической документации является заключи­тельным этапом проектирования технологического процесса. Стан­дартами ЕСТД предусмотрены следующие виды технологической документации.

Mapшрутная карта (МК) — технологический документ, содержащий описание всех технологических операций в последо­вательности их выполнения без указания переходов и технологи­ческих режимов. МК применяют в серийном, мелкосерийном и опытном производстве в качестве основного самостоятельного до­кумента. Вместо МК технологический маршрут можно указывать в картах технологического процесса (КТП). МК или заменяющие его КТП являются обязательным документом любого технологи­ческого процесса.

Операционная карта (ОК) содержит полное описание технологических операций с указанием переходов и технологи­ческих режимов. Операционное описание технологического про­цесса предусматривает описание всех технологических операций в последовательности их выполнения; его применяют в серийном и массовом производстве, а для особо сложных деталей — в мелкосе­рийном и даже единичном. Взамен ОК могут использоваться КТП.

Карты эскизов (КЭ) — документы, содержащие графи­ческую информацию о технологическом процессе в целом и об отдельных его элементах.

Разработка типовых технологических процессов. Типовой технологический процесс — это техно­логический процесс изготовления группы изделий с общими кон­структивными и технологическими признаками.

Устранение многообразия технологических процессов обосно­ванным сведением их к ограниченному числу типов — одна из главных задач типизации. Типизация является базой для разработки стандартов на типовые технологические процессы (ГОСТ 14.303-82). Типизация технологических процессов осуще­ствляется в трех направлениях: 1) обработка отдельных поверхно­стей; 2) обработка отдельных (типовых) сочетаний поверхнос­тей; 3) обработка деталей.

Первым этапом типи­зации является классификация— при­ведение всего многообразия деталей, поверхностей и их сочета­ний к минимальному количеству типов, для которых можно раз­работать типовые технологические процессы обработки. Все многообразие деталей в технологической классификации разбито на классы. Каждый класс делится на подклассы, затем на группы и подгруп­пы, при этом учитываются определенные конструктивные при­знаки деталей.

Разбивка классов на подклассы, группы и подгруппы заканчи­вается типом. Под типом подразумевают совокупность деталей одного класса, имеющих в определенных производственных усло­виях одинаковый маршрут типовых операций. Таким образом, типовая деталь объединяет признаки совокуп­ности деталей, имеющих одинаковый маршрут типовых опера­ций, осуществляемых на однотипном оборудовании с использо­ванием однотипных приспособлений и инструментов. Заключительным этапом типизации является разработка общего технологического процесса.

В условиях предприятия (завода) типовой технологический процесс рекомендуется разрабатывать в двух вариантах: рабочем, и перспективном.

Типовые технологические процессы оформляют в виде техно­логических карт.

Настройка станков

Настройкой (наладкой) станка называют процесс установки и закрепления режущих инструментов, приспо­соблений и устройств станка (упоров, установок. кулачков, смен­ных шестерен, программоносителей и др.), определяющих взаим­ное расположение обрабатываемой заготовки и режущих инстру­ментов, а также процесс установки режимов работы станка.

Периодическая смена затупившегося инструмента вызывает необходимость каждый раз настраивать станок на выполняемый размер заново. При узких технологических допусках приходится делать одну или несколько поднастроек за время стойкости инст- румента путем регулирования положения его режущей кромки отно­сительно баз заготовки в целях компенсации размерного износа.

Задача настройки и поднастройки заключается в том, чтобы выполняемые размеры всех деталей данной партии находились в пределах поля допуска. При каждой смене режущего инструмента или при каждом его регулировании невозможно, чтобы инстру­мент занимал одно и то же постоянное положение на станке. Для каждой последующей партии заготовок положение инструмента будет другим.

Расстояние между предельными положениями инструмента, или поле рассеяния его положений, называют погрешностью настройки станка. Эту величину, создающую дополнительную погрешность выдерживаемого размера при обработке нескольких партий деталей, обозначают . Два методами настройки стан­ков: по пробным деталям (динамический) и по эталонам (стати­ческий).

Величина зависит от метода настройки и представляет со­бой разность между максимальным и минимальным настроечны­ми размерами.

Настройка станков по пробным деталям. Сущность метода заключа­ется в том, что с помощью пробных ходов и промеров устанав­ливают положение режущих инструментов и упоров станка, обес­печивающее получение заданных размеров детали. Последователь­ной обработкой нескольких пробных деталей, сопровождаемой необходимыми измерениями, удается установить рабочие настро­ечные размеры, гарантирующие точность обработки деталей всей партии. Точность выполнения размеров (длин и диаметров) при этом методе настройки, а также расположение поверхностей (например, осей при растачивании отверстий) зависит от тща­тельности установки инструмента и заготовки и определяется квалификацией и добросовестностью рабочего-наладчика.

Величина погрешности настройки зависит от квалифика­ции настройщика, возможности регулирования станка, точности измерительных инструментов и пр. Во всех случаях она не должна превышать допуска на настройку.

О точности динамической настройки судят по результатам из­мерения обработанных (пробных) деталей.

Настройка по пробным деталям обеспечивает высокую точность, но трудоемкость. Ме­нее трудоемкой является настройка станка по эталонам, которая позволяет более рационально использовать оборудование.

Настройка станков но эталонам. В серийном и массовом произ­водстве обработка деталей ведется методом автоматического по­лучения размеров на настроенных станках. В этих условиях широко распространена статическая настройка, при которой режущий инструмент выставляют по эталонным деталям (эталонам), ис­пользуя угловые и высотные установочные устройства и специ­альные калибры, на неработающем станке. Эталон располагают на станке вместо заготовки Инструмент доводится до соприкосновения с поверхностью эталона и закрепляется.

При настройке между поверхностями установочных устройств или эталонов и режущих инструментов часто устанавливают щупы, плитки концевых мер или просто листы тонкой плотной бумаги (типа кальки), исключающие возможность порчи поверхностей эталона во время работы инструмента. При статической настройке станка в связи с упругими и тепловыми деформациями техноло­гической системы и другими факторами размеры обрабатываемых охватываемых поверхностей (валов) получаются больше, а охва­тывающих поверхностей (отверстий) — меньше требуемых. Для компенсации изменения действительных размеров обрабатывае­мых деталей эталоны и калибры для статической настройки изго­товляют с отступлениями от чертежа детали на величину некото­рой поправки .

Точность настройки станка по эталону зависит от точности изготовления самого эталона, степени его износа и точности ус­тановки инструмента.

Настройка станка по эталону занимает минимальное время и особенно эффективна для многорезцовых автоматов и полуавто­матов, револьверных и агрегатных станков, а также для автомати­ческих линий. Точность статической настройки обеспечивает ста­бильное получение размеров деталей с допусками по 8 —9-му квалитетам.

Настройка станка по эталону надежно обеспечивает стабиль­ную точность обработки, исключая расход пробных заготовок. Этот метод проще метода настройки по пробным деталям, не требует высокой квалификации наладчика. Статическую настройку можно выполнять вне станка при наличии сменных резцедержа­телей, инструментальных блоков, суппортов, револьверных го­ловок и т.п.

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: