Одной из традиционных расчетных задач, решаемых с помощью средств вычислительной техники, является расчет припусков и операционных размеров.

Определение припусков на обработку и допусков имеет важное технико-экономическое значение.

Завышенные припуски – это перерасход материала, увеличение трудоемкости. Однако, заниженные припуски – это ухудшение качества и невозможность достижения требуемой точности и шероховатости поверхности. Величина припуска должна быть технически обоснованной.

Общий припуск – это слой металла, необходимый для выполнения всей совокупности переходов от черновой обработки до готовой детали.

,

где Z_i – припуск на обработку рассматриваемой поверхности на i-ой операции.

Существует три метода определения припусков.

Дифференциально-аналитический метод определения припусков является наиболее точным и базируется на анализе производственных погрешностей, учитывает влияние на величину припуска конфигурации и размеров детали, качества заготовки, погрешностей, возникающих при механической и термической обработке. Общий вид формулы для определения минимального припуска на обработку на i-ой операции можно представить в виде:

где Rz_(i-1) – высота шероховатости неровностей профиля, мкм; T_(i-1) – глубина дефектного слоя на предшествующей операции (переходе), мкм; r_(i-1) – векторная сумма пространственных отклонений взаимосвязанных поверхностей обрабатываемой заготовки, получившихся на предшествующей операции; e_i – векторная сумма погрешностей базирования и закрепления; k – коэффициент, учитывающий характер припуска (для односторонних припусков k=1, для симметричного k=2).

Метод широко применяется при автоматизации решения технологических задач, т.к. позволяет наиболее точно определять значения припусков и операционных размеров (снижение отходов металла в стружку на 20...50%).

Исходные данные:

- чертеж детали с техническими требованиями;

- метод получения заготовки;

- точность и качество заготовки;

- установочные базы;

- тип приспособления;

- технологический маршрут обработки элементарной поверхности;

- вид термической обработки.

Алгоритм расчета припусков и операционных размеров с использованием дифференциально-аналитического метода включает следующие этапы:

1 Ввод исходной информации.

2Выбор или назначение технологического маршрута обработки i-ой элементарной поверхности.

3Определение составляющих Rz_(i-1), T_(i-1), r_(i-1), e_i.

4Расчет минимального припуска Zmin_i для i-ой операции.

5Определение допусков для соответствующих квалитетов, их верхних и нижних отклонений для каждой i-ой операции.

6Расчет максимальных, общих и номинальных припусков на все операции.

7Расчет минимальных и максимальных размеров обрабатываемых поверхностей по всем операциям.

Автоматизация расчета припусков этим методом затруднена использованием большого объема справочно-нормативной информации в зависимости от конкретных условий обработки.

Нормативный метод определения припусков (опытно-статистический) является основным методом назначения припусков при неавтоматизированном проектировании. В его основе лежит использование нормативных таблиц. Припуск устанавливается на основании опытных данных о фактических припусках, при которых производилась обработка аналогичных заготовок. Большой объем нормативных таблиц сдерживает применение этого метода в САПР ТП.

Интегрально-аналитический метод определения припусков основан на использовании эмпирических уравнений следующего типа:

где коэффициент a представляет собой часть припуска, которую необходимо снять, чтобы удалить дефектный слой T_(i-1) и микронеровности Rz_(i-1).

Сумма  соответствует части припуска, которая вводится для компенсации неравномерности, обусловленной пространственными отклонениями отдельных участков обрабатываемой поверхности и зависящей от габаритных размеров заготовки D и L.

Коэффициенты a, b, c и показатели степени m и n определялись путем обработки данных справочно-нормативных таблиц операционных припусков с использованием метода наименьших квадратов.

Этот подход позволил установить эмпирические зависимости типа Z_min=f(D, L) для определения минимальных операционных припусков для различных поверхностей и методов обработки.

Вычисление припусков (рис. 7.14) начинается с последней К-ой операции. Определяется минимальный диаметр детали после выполнения К-ой операции D_min (оператор 3), затем определяется припуск Z_{min i} для i-ой операции по зависимостям типа Z_min=f(D, L) (оператор 5). Расчет величины допуска d_i  производится по специальной программе (оператор 6). После определения D_max (оператор 7) проверяется количество рассчитанных операций, и если i>1, то происходит переход к (i-1)-ой операции, и цикл повторяется. В конце на печать выводятся значения Z_min, D_max, D_min, d_i для всех операций маршрута.

При более общем подходе возникает необходимость анализа различных вариантов маршрутов обработки поверхностей.

Рис.7.14 Схема алгоритма расчета минимальных операционных припусков и размеров

Рассмотрим построение алгоритма определения оптимального припуска на обработку с использованием интегрально-аналитического метода в диалоговом режиме проектирования (рис.7.15). Исходными данными являются общие сведения о детали (материал, габаритные размеры, вид термообработки), размеры, точность и шероховатость обрабатываемой поверхности, тип заготовки и др.

В зависимости от заданной точности и шероховатости поверхности детали определяется конечная стадия STMAX (оператор 3), а в зависимости от вида заготовки и ее точности – начальная стадия STMIN (оператор 5) процесса обработки. После этого формируется множество N возможных маршрутов <M₁, M₂, ..., M_n>. Далее производится их последовательный анализ и расчет. Для этого на монитор выводится M_i маршрут обработки рассматриваемой поверхности (оператор 9). Если предлагаемый маршрут принимается, то производится расчет операционных припусков и размеров (оператор 11) по специальной подпрограмме. Результаты проектирования выводятся на монитор, и после их анализа принимается решение о выборе оптимального варианта (операторы 12, 13).

В тех случаях, когда проектировщик отвергает предлагаемый i-ый вариант маршрута обработки (операторы 10 и13), на экран дисплея выдается (i+1)-ый вариант, для которого аналогично производится анализ и расчет операционных припусков и размеров. После выбора оптимального варианта результат проектирования выводится на печать в виде технологической карты.

Рис.7.14 Схема алгоритма расчета оптимальных операционных припусков в диалоговом режиме проектирования