2.3. Настройка станков и расчет настроечных размеров

Для обеспечения надежности технологических процессов решающее значение имеет качество настройки станка на размер. Настройка станков является одной из самых трудоемких операций, требующей высокой квалификации. Главную трудность в процессе наладки станка представляет правильный выбор настроечного размера, установка и регулирование инструмента на этот размер. Накопленный опыт в машиностроении показывает, что наладчики станков по устаревшей традиции стремятся устанавливать режущие инструменты ближе к верхнему пределу допуска по чертежу при обработке охватываемых поверхностей и ближе к нижнему пределу при обработке охватывающих поверхностей. Особенно это проявляется при настройке станка по предельным калибрам. Однако такая практика настройки станка, не учитывающая возможные появления систематических погрешностей в процессе обработки, приводит к значительным потерям в производстве из-за частых подналадок станков. Правильной и рациональной является такая настройка станка, которая обеспечивает положение центра рассеяния внутри поля допуска в течение максимально возможного для данных условий времени и на таком уровне, который практически исключает появление бракованных деталей.

Одним из наиболее рациональных методов настройки станков является настройка по пробным деталям с помощью универсального мерительного инструмента, предложенного А. Б. Яхиным [17, 31]. Сущность этого метода настройки станков заключается в том, что установка режущих инструментов и упоров станка производится на определенный настроечный размер L рассчитываемый заранее, а правильность настройки устанавливается наладчиком после обработки некоторого количества т пробных деталей. Настройка признается правильной, если среднее арифметическое значение размеров пробных деталей находится в пределах допуска на настройку, который устанавливается путем расчета.

Рис. 27. Схема настройки станка по пробным деталям.

На основании некоторых выводов теории вероятностей и математической статистики можно утверждать, что если распределение размеров партии деталей подчиняется закону нормального распределения со средним квадратическим отклонением , то при разбивке партии на группы по т деталей в каждой группе распределение групповых средних арифметических значений Х_г подчиняется тому же закону, но со средним квадратическим отклонением

(147)

На рис. 27 представлена схема настройки станка по пробным деталям. На нем показаны крайние положения кривой распределения 1 партии деталей внутри поля допуска  на обработку. Если партию деталей разбить на ряд групп, то среднее арифметическое значение величин Х_г совпадает со средним арифметическим значением X всей партии деталей.

Распределения величин Х_г, как было выше указано, также подчиняется закону нормального распределения, но в связи с уменьшением среднего квадрэтического отклонения, вычисленного по формуле (147), кривая распределения Х_г становится уже и вытягивается вверх (кривая 2, рис. 27).

Из рис. 27 следует, что если среднее арифметическое значение выборки находится в интервале MN (допуск на настройку 8_Н), то настройка станка выполнена правильно. Математически это выражается неравенством

(148)

Из неравенства (148) следует, что допуск на настройку станка

(149)

Число пробных деталей определяют из условия

(150)

Из неравенства (150) следует, что, увеличивая число пробных деталей т, можно расширить допуск настройки _н, однако при этом возрастает время обработки пробных деталей, что ведет к увеличению времени настройки станка. Оптимальное число пробных деталей лежит в пределах t = 2 ... 8 шт.

Если в технологическом процессе действуют систематические (постоянные или переменные) погрешности, то допуск настройки δ_н с учетом погрешности измерения _изм определяется из выражения

(151)

где а — величина систематических погрешностей (например, смещение центра рассеяния при обработке партии деталей). Однако расчет по формулам (149) или (151) дает заниженные значения δ_н.

Учитывая, что случайная величина погрешностей размера в совокупности, состоящей из нескольких партий, зависит от величины поля рассеяния размеров в партии А_р, смещения центра рассеяния и погрешностей настройки, которые также являются случайными, расчет допуска настройки с учетом погрешности измерения можно производить по формуле [9]:

(152)

где — практическое поле рассеяния; — поле рассеяния групповых средних арифметических значений; _ИЗМ — погрешность измерения деталей.

При расчете по формуле (152) надежность обеспечения работы без брака составляет — 0,9973. Однако этот уровень надежности не всегда может быть достижим и экономически оправдан. В связи с этим расчет допуска настройки следует проводить в зависимости от уровня надежности по формуле

(153)

где t_1, t₂ — коэффициенты, определяемые соответственно по табл. 54 и 55 в зависимости от уровня надежности а; _И — коэффициент, величина которого определяется из графика, приведенного на рис. 28, в зависимости от величин или .

Таблица 54

Значение коэффициента t₁ в зависимости от а

а	0,9973	0,995	0,99	0,95	0,900
к	6,00	5,64	5,16	3,92	3,20

Если величина t₁> 1, то находят величину m₂, и коэффициент δ_Н определяют по кривой 2 (рис. 28).

Если контроль точности настройки станка производят не по среднему арифметическому значению из t пробных деталей, а по медиане, что упрощает работу наладчика, то допуск настройки

(154)

Таблица 55

Значения коэффициента t₂ в зависимости от t и а

	a
t	0,99	0,95	0,90
	t2
3 4 5 8	0,50 0,43 0,39 0,30	0,35 0,33 0,29 0,23	0,31 0,27 0,24 0,19

Пример. Валики обрабатывают на револьверном станке модели 1336. Размер по чертежу . Определить допуск настройки δ_н, если известно, что _p = 0,063 мм, а = 0,02 мм, _ИЗМ = 0,1δ= 0,1 * 0.16 = 0,016 мм.

Настройку контролируют по четырем пробным деталям. Уровень надежности а = 0,99; t₁ = 5,16; t₂ = 0,43 (см. табл. 54 и 55).

По формуле (153)

θ_н = 1,04 (рис. 28),

а по формуле (151)

σ_н= 0,16-0,063 (1+1/4) - 0,02-0,016 = 0,029 мм.

Таким образом, расчет по формуле (153) позволил увеличить допуск настройки почти в два раза. При этом риск составляет всего 1%.

Рис. 28. График для определения величины θ_н [11].

В процессе функционирования технологического процесса центр рассеяния под влиянием систематических переменных погрешностей (например, размерного износа режущего инструмента) смещается в сторону верхней границы допуска при обработке охватываемых поверхностей и в сторону нижней границы допуска при обработке охватывающих поверхностей, что может привести к выходу размеров деталей за поле допуска. Для обеспечения нормальной работы необходимо станок в определенный момент времени подналадить, т. е. привести технологический процесс в устойчивое состояние. Время подналадки станка в случае смещения центра рассеяния по линейному закону при обработке охватываемых поверхностей

, (155)

и при обработке охватывающих поверхностей

, (156)

где В_T, Н_T —соответственно верхняя и нижняя граница поля допуска; b — интенсивность смещения центра рассеяния; d — размер, соответствующий положению центра рассеяния в начальный момент времени. Чаще всего d равно настроечному размеру.

Формулой (157) устанавливаются пределы, в которые должен попасть настроечный размер. Однако рекомендуется знак «+» применять в случае обработки охватывающих поверхностей и знак «—» при обработке охватываемых поверхностей.

Если величина b задана в мм/деталь, то время в формулах (155) и (156) должно быть заменено количеством деталей N, которые можно изготовить между двумя подналадками станка.

Пример. По данным предыдущего примера определить количество деталей, которое можно изготовить между двумя подналадками станка, если известно, что b = 5 • 10^-4 мм/деталь:

При настройке станка по верхнему пределу поля допуска настройки