Теоретические основы технологии машиностроения

Так при вихревом способе нарезания резьбы сама кинематическая схема операции предполагает появление на поверхности резьбы огранки.

При изготовлении зубьев зубчатых колёс модульными фрезами погрешность профиля зуба появляется из-за несоответствия количества нарезаемых зубьев расчетному числу, для которого спроектирована данная фреза.

При заточке долбяков по передней поверхности нарушается профиль зуба, что ведет к возникновению погрешности эвольвенты нарезаемых зубьев колеса. Таких примеров можно привести множество.

6. СЛУЧАЙНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Если настроить станок и в автоматическом режиме обработать на нём партию деталей, то окажется, что их размеры колеблются в определенном интервале, и все детали отличаются друг от друга. Это происходит от того, что в процессе обработки появились случайные погрешности, которые привели к рассеянию размеров заготовок.

Случайная погрешность - это такая погрешность, которая для разных заготовок рассматриваемой партии имеет различные значения, причём ее появление не подчиняется никакой видимой закономерности.

На появление случайных погрешностей оказывают влияние большое число независимых друг от друга факторов: колебания температуры, колебания твердости обрабатываемого материала, колебания припуска, снимаемого при обработке, неточности при установке суппортов по упорам и конечным выключателям, изменения положения заготовки в приспособлении, упругие отжатия элементов технологической системы под действием нестабильных сил резания и т.п. Поэтому при обработке партии деталей на настроенном станке истинный размер каждой детали является случайной величиной и может принимать разное значение в границах определённого интервала.

Случайные погрешности обработки принято исследовать при помощи законов математической статистики, которая позволяет обрабатывать и анализировать экспериментальные данные, полученные в результате наблюдений над массовыми случайными явлениями.

Пусть измерены 100 заготовок, обработанных на настроенном станке. Совокупность значений истинных размеров заготовок, расположенных в возрастающем порядке с указанием частоты повторения этих размеров или частостей называется статистическим рядом и оформляется в виде таблицы (рис.18 ). Частостью называется отношение числа заготовок одного размера к общему числу заготовок партии. Диапазон наблюдаемых размеров разбивают на интервалы одинаковой длины, причем число интервалов должно быть не меньше семи, а его длина (разность между наибольшим и наименьшим размерами в пределах одного интервала) должна быть больше цены деления шкалы измерительного инструмента. Это делается с целью компенсации погрешностей измерений. Затем на графике (рис. 18) по оси абсцисс откладывают интервалы размеров, а по оси ординат - количество размеров, попавших в каждый интервал (частота). В результате получается график в виде прямоугольников, который называется гистограммой распределения. Если соединить середины прямоугольников ломаной линией, то получится эмпирическая кривая, называемая полигоном распределения.

В зависимости от вида обработки в теории вероятности и математической статистики разработаны различные методы, с помощью которых можно объективно оценить точностные характеристики реальных технологических процессов.



В машиностроении наибольшее практическое применение нашли следующие законы: нормального распределения (закон Гаусса), равнобедренного треугольника (закон Симпсона), эксцентриситета (закон Релея), законы равной вероятности, которые представляют собой комбинацию этих законов.

Все эти законы используют для оценки точности технологических процессов, определения уровня настройки станков, оценки стабильности технологических процессов, определения ожидаемой доли брака, установления зависимости между точностными параметрами смежных операций и для решения других задач.

Закон нормального распределения (закон Гаусса).

Многочисленные экспериментальные исследования показали, что при обработке на настроенных станках распределение действительных размеров заготовок подчиняется закону нормального распределения, который выполняется тогда, когда на процесс одновременно действует большое число взаимно независимых случайных факторов при ничтожно малом и примерно одинаковом влиянии каждого из них без наличия доминирующих факторов.

В реальных условиях обработки на точность детали одновременно оказывает влияние большое число независимых факторов, связанных со станком, приспособлением, заготовкой, инструментом, а также внешних факторов, степень влияния которых на результат обработки примерно одинакова.

Уравнение кривой нормального распределения имеет вид:

где - среднее квадратическое отклонение, которое определяется по формуле:

где: Li - текущий действительный размер;

Lсp - среднее взвешенное арифметическое значение действительных размеров заготовок данной партии.

где: mi - частота (количество заготовок данного интервала размеров);

n - количество заготовок в партии.

На рис. 19 представлена кривая нормального распределения. Центр группирования размеров (ось ординат) определяется средним арифметическим Lср действительных размеров заготовок данной партии. Кривая нормального распределения симметрична относительно оси ординат. При Li=LCP кривая имеет максимум:

На расстоянии от вершины кривая имеет две точки перегиба:

Кривая нормального распределения асимптотически приближается к оси абсцисс и на расстоянии 3 от положения вершины её ветви так близко подходят к оси абсцисс, что в этих пределах оказывается 99,73% площади, заключенной между всей кривой и осью абсцисс.

При увеличении значение ординаты ymax уменьшается, а поле рассеяния w возрастает. Кривая становится более пологой и низкой, что свидетельствует о меньшей точности и большем рассеянии размеров (рис.20). Таким образом среднее квадратическое отклонение является мерой рассеяния или мерой точности.

В реальных условиях обработки под влиянием различных факторов вершина кривой распределения может смещаться по отношению к середине поля рассеяния в ту или другую сторону, а форма кривой может изменяться, в результате чего она может стать несимметричной. Смещение центра группирования размеров характеризуется величиной коэффициента относительной асимметрии, который рассчитывается математически.

Зная номинальный размер обработки и допуск на него по площади кривой нормального распределения можно определить процент возможного брака.

Площадь, ограниченная кривой распределения выражает в установленном масштабе полное количество обработанных заготовок данной партии. Часть площади, ограниченная вертикальными прямыми а-а' и в-в' и кривой нормального распределения (поле допуска) определяет количество годных заготовок.



Рис.21. Вероятный брак деталей.

Вероятность получения заготовок в границах допуска определяется отношением заштрихованной площади ко всей площади, ограниченной кривой нормального распределения, а площади, имеющие двойную штриховку определяют количество вероятного брака заготовок.

Таким образом, отнеся эти площади к общей площади кривой нормального распределения и умножив на 100, можно получить значение процента брака для данного технологического процесса.

Зная среднее квадратическое отклонение и допуск на размер определяют коэффициенты точности

По значениям коэффициентов Z1 и Z2 по таблицам находят соответствующие им значения площадей Ф(Z1) и ф(Z2), характеризующих вероятность получения годных деталей в пределах допуска. Вероятность получения годных деталей определяется по формуле:

Далее определяют процент исправимого и неисправимого брака.

Закон нормального распределения справедлив при обработке заготовок с точностью 8, 9 и 10 квалитетов.

При обработке заготовок с точностью 7 и 8 квалитетов пользуются законом равнобедренного треугольника (закон Симпсона).

Графически кривая, характеризующая закон распределения имеет вид равнобедренного треугольника с полем рассеяния:

Среднее квадратическое отклонение в этом случае рассчитывается по той же формуле, что и по закону Гаусса.

Если на точность обработки оказывают влияние только переменные систематические погрешности (например, износ режущего инструмента), то распределение действительных размеров партии обработанных заготовок подчиняется закону равной вероятности, что графически изображается в виде прямоугольника с основанием 2L и высотой 0,5L.

Площадь прямоугольника равна единице, что означает 100% вероятность появления размера обработанной заготовки в интервале от а до в.

Среднее арифметическое значение размера рассчитывается по формуле:

Среднее квадратическое рассчитывается следующим образом:



Фактическое поле рассеяния:

Закон равной вероятности справедлив при обработке заготовок с точностью по 5 и 6 квалитетам при их обработке по методу пробных ходов.

Распределение таких погрешностей как эксцентриситет, биение, непараллельность, овальность, неперпендикулярность, разностенность, конусообразность по абсолютному значению подчиняется закону эксцентриситета, основные параметры которого определяются из следующих формул:

Среднее арифметическое RCP= 1,92;

Среднее квадратическое отклонение R и среднее квадратическое отклонение 0 значений координат x и y конца радиус-вектора R:

Фактическое поле рассеяния величины радиус-вектора R:

Уравнение кривой распределения по закону Релея имеет следующий вид:

7. БАЗИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Общие положения, термины и определения.

При проектировании любой машины конструктор задаёт необходимое взаимное расположение отдельных её узлов для обеспечения работоспособности. При обработке на станках заготовки также должны иметь определенную ориентацию относительно инструмента и приспособлений для обеспечения заданной по чертежу точности. Задачи ориентации деталей и сборочных единиц в машинах и заготовок в процессе их обработки на станках решаются при помощи теории базирования.

В соответствии с ГОСТ 21495-76 в общем случае базированием называется придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.

При механической обработке на станках базированием называется придание заготовке требуемого положения относительно элементов станка, определяющих траектории движения подачи обрабатывающего инструмента.

При установке заготовок в приспособлениях решаются сразу две задачи: ориентация, осуществляемая базированием, и фиксация, достигаемая закреплением заготовок. Следует отметить, что это две различные задачи, которые не следует путать друг с другом. Если деталь зажата в приспособлении это ешё не значит, что она правильно забазирована.

Из теоретической механики известно, что для задания в пространстве определенного положения твердого тела необходимо лишить его трёх степеней свободы: трёх поступательных перемещений вдоль осей координат и вращении вокруг этих осей. Это достигается путем наложения связей. В машиностроении при базировании заготовок используют позиционные связи, которые не зависят от времени.

Для того, чтобы осуществить ориентацию твёрдого тела в виде параллелепипеда в пространстве (рис. 24, а) необходимо соединить три его точки, принадлежащие плоскости А двусторонними позиционными связями с плоскостью ХОУ, принадлежащей прямоугольной системе координат. В результате этого параллелепипед лишается трёх степеней свободы: теряет возможность поступательного перемещения вдоль оси 02 и вращательного движения вокруг осей ОХ и OY. При соединении боковой плоскости В двумя двусторонними связями с координатной плоскостью YOZ тело лишается ещё двух степеней свободы: возможности перемещения вдоль оси ОХ и поворота вокруг оси OY. Для лишения шестой (последней) степени свободы - возможности перемещения вдоль оси OY необходимо соединить плоскость С одной двусторонней связью с плоскостью XOZ системы координат. Наложенные позиционные связи являются идеальными и не обладают трением. В реальных же условиях обработки на станках двусторонние связи заменяются непосредственным контактом элементов приспособлений с соответствующими поверхностями заготовки. Причём число точек контакта должно быть равно числу заменяемых двусторонних связей. Каждая точка контакта реализует только одну одностороннюю связь и в приспособлении должна быть дополнена силой зажима или силой тяжести.

В соответствии с ГОСТ 21495-76 под "опорной точкой" понимается идеальная точка контакта поверхности заготовки и приспособления, лишающая заготовку одной степени свободы, делая невозможным её перемещение в направлении, перпендикулярном опорной поверхности.

Если заменить двусторонние связи опорными точками, то положение параллелепипеда относительно системы координат остаётся полностью определенным (рис.24, б). Для того, чтобы это положение оставалось стабильным в приспособлении на реальную заготовку необходимо наложить фрикционные связи, которые создаются при помощи зажимов, прихватов и т.д.

Фрикционные связи лишают заготовку одной или нескольких степеней свободы, однако они не участвуют в базировании. Так, например, если установить заготовку на магнитную плиту плоскошлифовального станка и включить электрический ток, то заготовка будет жёстко зафиксирована, но при этом её базирование заключается только в лишении трёх степеней свободы. Три оставшиеся степени свободы ничем не ограничены.

При базировании следует руководствоваться правилом шести точек: для полного базирования заготовки в приспособлении необходимо и достаточно создать в нём шесть опорных точек, расположенных в определенном порядке относительно базовых поверхностей заготовки.

Понятие о базах. Классификация баз.

Базами называются поверхности, линии или точки заготовок, используемые при их ориентации в приспособлениях относительно режущего инструмента.

В общем случае у заготовки в виде параллелепипеда различают установочную базу А, находящуюся в контакте с тремя опорными точками, направляющую базу В, находящуюся в контакте с двумя опорными точками и упорную базу С, имеющую контакт с одной опорной точкой (рис.24).

В качестве установочной базы принимается поверхность с наибольшими размерами, на которой располагают три опорные точки, лежащие как можно дальше друг от друга не на одной прямой. В качестве направляющей базы выбирают самую длинную поверхность, на которой располагают две опорные точки. В качестве упорной базы может быть использована любая поверхность, имеющая достаточно хорошее состояние без заусенцев, литейных швов, раковин и т.д., на которой располагают одну опорную точку.

В соответствии с правилом шести точек для полной ориентации заготовки в приспособлении необходимо использовать комплект из всех трёх баз.

Базирование заготовок, имеющих форму цилиндра или диска несколько отличается от базирования заготовок в виде параллелепипеда.

При базировании цилиндрической заготовки в пространстве (рис.24, в) необходимо его цилиндрическую поверхность А соединить двумя двусторонними связями с плоскостью XOY системы координат. При этом заготовка лишается четырёх степеней свободы (возможности перемещения вдоль осей ОХ и OZ, и поворотов вокруг осей ОХ и OZ.

При соединении торца С двусторонней связью с плоскостью Х02 исключается возможность перемещения заготовки вдоль оси ОУ. Для лишения заготовки шестой степени свободы - возможности поворотов вокруг оси ОУ необходимо поверхность канавки В соединить двусторонней связью с плоскостью ХОУ.

В реальных условиях базирования цилиндрической заготовки четыре двусторонние связи заменяются четырьмя опорными точками, находящимися в контакте с цилиндрической поверхностью А, которая называется двойной направляющей базой. Торцевая поверхность С, на которой располагается пятая опорная точка, называется опорной базой, а боковая поверхность шпоночной канавки В, являющаяся шестой опорной точкой, называется второй опорной базой.

В качестве приспособления для реализации такой схемы базирования может быть использована призма с упором по торцу, двух или трёхкулачковый самоцентрирующий патрон с длинными кулачками и т.д.

Другая схема базирования используется при ориентации деталей типа диска, которые имеют длину значительно меньшую, чем площадь торца, что позволяет использовать его в качестве установочной базы.

При ориентации диска в пространстве необходимо соединить его торец А (рис.24, г) тремя двусторонними связями с плоскостью ХOZ, лишив его трёх степеней свободы: возможности перемещения вдоль оси OY и поворотов вокруг осей ОХ и OZ . Если соединить цилиндрическую поверхность В двумя двусторонними связями с плоскостями XOY и YOZ диск лишится возможности перемещения вдоль осей OX OZ. Соединив поверхность шпоночной канавки С плоскостью XOY диск лишается шестой степени свободы -возможности поворота вокруг оси ОУ.

При базировании в приспособлении двусторонние связи заменяются опорными точками. При этом торцовая поверхность А, контактирующая с тремя опорными точками называется установочной базой. Цилиндрическая поверхность В, контактирующая с двумя опорными точками называется двойной опорной базой. Поверхность шпоночной канавки С - опорной базой.

При базировании конических заготовок имеются свои особенности.

При установке заготовки в приспособлении по длинной конической поверхности она лишается пяти степеней свободы. Остаётся возможность поворота заготовки вокруг своей оси (рис. 25).

Рис. 25. Базирование заготовки по длинной конической поверхности с небольшой конусностью.

Такое базирование имеет место при установке хвостовиков инструмента в отверстия шпинделей станков, при установке заготовок на конические оправки и т.д.

В этих случаях коническая поверхность является двойной направляющей и опорной поверхностью и называется опорно-направляющей базой.

Если необходима полная ориентация заготовки по длинной конической поверхности, то на ней необходимо разместить шестую опорную точку, которая будет называться опорной базой. Для этого могут быть использованы поверхности пазов, лысок отверстий и т.д.

При базировании заготовки по короткой конической поверхности с большим углом конуса невозможно обеспечить направление оси заготовки. Для этого используют комплект, состоящий из двух центров: неподвижный в осевом направлении центр передней бабки и подвижный в осевом направлении центр задней бабки.

Центр передней бабки осуществляет центрирование заготовки и определяет её положение в осевом направлении. Он лишает заготовку трёх степеней свободы (рис.26): перемещения вдоль трёх осей координат и имеет три опорные точки. Поверхность центрового отверстия, контактирующая с передним центром называется опорно-центрирующей базой.

Задний центр выполняет только функцию центрирования и несёт на себе только две опорные точки. Он лишает заготовку возможности поворота вокруг осей Y и Z системы координат. Коническая поверхность заднего центрового отверстия называется центрирующей базой.

Таким образом, заготовка, установленная в два центра лишена пяти степеней свободы. Для лишения заготовки шестой степени свободы (вращения вокруг собственной оси) необходимо использовать дополнительную поверхность заготовки (поверхность паза, канавки, отверстия, лыски и т.д.) в качестве опорной базы. Это бывает необходимо при сверлении отверстий, нарезании многозаходных резьб, фрезеровании канавок и т.д. Схема расположения опорных точек на базах называется схемой базирования. Все опорные точки на схеме изображаются условными знаками и нумеруются порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее число опорных точек. При наложении проекции одной опорной точки на другую около неё проставляют номера совмещенных точек.

Согласно ГОСТ 21495-76 опорная точка обозначается знаками: - для вида сбоку и для вида сверху. Число проекций заготовки на схеме базирования должно быть достаточным для правильного понимания размещения опорных точек.

Классификация баз по ГОСТ 21495-76 представлена в таблице 1.

Таблица 1.

Классификация баз	Название базы, её положение	Определения
По назначению.	Конструкторская а) основная I, II, III - комплект основных баз зубчатого колеса б) вспомогательная I, II - комплект вспомогательных баз корпуса	База, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.
		Конструкторская база данной детали, используемая для определения её положения в изделии.
		Конструкторская база данной детали, используемая для определения положения присоединяемого к ним изделия.
	Технологическая I, II, III - комплект технологических баз	База, используемая для определения положения заготовки или изделия при изготовлении или ремонте.
	3. Измерительная А - измерительная база детали	База, используемая для определения относительного положения заготовки и средств измерений.
По лишаемым степеням свободы. Три степени.	4. Установочная I - установочная база заготовки	База, используемая для наложения на заготовку связей, лишающих её трех степеней свободы.
Две степени.	5. Направляющая II - направляющая база заготовки	Направляющая база лишает заготовку двух степеней свободы.
Одна степень.	6. Опорная III - опорная база заготовки	Опорная база лишает заготовку одной степени свободы.
	7. Двойная направляющая I - двойная направляющая база детали	База, используемая для наложения на заготовку связей, лишающих её четырех степеней свободы-- перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей.
	8. Двойная опорная I - двойная опорная база детали	База, используемая для наложения на заготовку связей, лишающих её двух степеней свободы-- перемещений вдоль двух координатных осей.
По характеру проявления.	9. Скрытая 10. Явная I - установочная явная база заготовки II - направляющая скрытая база заготовки III - опорная скрытая база заготовки	База в виде воображаемой плоскости, оси или точки.

Количество баз, необходимых для правильной ориентации заготовок при обработке.

Для полной ориентации заготовки в пространстве используются все три базы, лишающие заготовку шести степеней свободы.

В реальных условиях эксплуатации изделия всех шести степеней свободы должны лишаться только неподвижные детали. Подвижные же детали сохраняют одну или несколько степеней свободы. Так, например, салазки суппорта имеют одну степень свободы - возможность перемещения вдоль направляющих; инструмент в сверлильном станке - две степени свободы - возможность вращения и поступательного перемещения вдоль одной оси; шарик подшипника имеет пять степеней свободы - возможность вращения вокруг трёх осей и поступательного перемещения вдоль двух осей и т.д.

Обычно число степеней свободы которое имеет деталь в изделии равняется числу степеней свободы детали при обработке. Поэтому при базировании заготовки в приспособлении может быть использована одна база, две или комплект из трёх баз.

Так при обработке параллелепипеда по одной плоскости на размер a (рис. 27, а) используется только одна установочная база А , поскольку ориентирование параллелепипеда относительно горизонтальных осей координат при получении размера А не имеет смысла. В этом случае боковые поверхности заготовки могут быть вообще не использованы для её закрепления (например, при установке заготовки на магнитную плиту станка).

Если у заготовки типа параллелепипеда требуется обеспечить выполнение двух размеров (рис. 27, б), то для правильной ориентации заготовки потребуется использование двух баз: установочной А и направляющей В. Заготовка должна быть лишена пяти степеней свободы.

При обработке заготовок в виде цилиндра, они также часто лишаются пяти степеней свободы: точение и растачивание на токарном станке, сверление отверстия на сверлильном станке и т.д.

Если у заготовки требуется обеспечить выполнение трёх размеров а, б и с, то необходимо использовать комплект из всех трёх баз, лишающий заготовку всех шести степеней свободы (рис. 27, в).

В зависимости от требований, которые в соответствии с чертежом предъявляются к обработке заготовки, при её базировании в приспособлении могут быть использованы одна, две или три базы.

Явные и скрытые (условные) базы.

При операциях сборки и механической обработки большей частью используются материальные поверхности заготовок, которые выполняют роль баз. Это могут быть плоские поверхности, наружные и внутренние поверхности цилиндрических заготовок, конические и фасонные поверхности и т.д. Такие поверхности называются явными базами.

В ряде случаев ориентация деталей, а также их взаимное расположение и расположение отдельных поверхностей задаются не от материальных поверхностей, а от воображаемых точек, линий и плоскостей. Это могут быть осевые линии, линии симметрии, центровые точки, биссектрисы углов, касательные к окружностям и т.д. В этом случае в соответствии с ГОСТ 21496-76 такие базы называются скрытыми или условными.

Так например, расстояние между двумя зубчатыми колёсами задаётся между их осями, что позволяет повысить точность базирования, исключив погрешности реальных поверхностей. Таким же образом задаётся расстояние между отверстиями, что исключает погрешности, связанные с разбивкой отверстий при сверлении, неточностью диаметра свёрл и т.д.

При проектировании технологических операций и приспособлений, заданная по чертежу схема базирования является обязательной для выполнения. От схемы базирования полностью зависит конструкция приспособления, оснастки, а также схема наладки станка.

Например, схема базирования втулки, изображенная на рис. 28, а) показывает, что в качестве базы используется материальная внутренняя поверхность втулки. В качестве приспособления в этом случае может быть выбрана жёсткая оправка, которая устанавливается в отверстие втулки с зазором и закрепляется гайкой. В этом случае будет иметь место погрешность базирования втулки, которая зависит от величины зазора между оправкой и внутренней цилиндрической поверхностью втулки.

Схема базирования, изображенная на рис. 28, б) показывает, что втулка должна быть ориентирована относительно своей продольной оси, т.е. ось оправки должна строго совпадать с осью втулки при обработке. В этом случае р качестве оправки должна быть выбрана беззазорная оправка, например разжимная, цанговая, цилиндрическая с натягом, конусная и т.д. Точность базирования, а следовательно и точность обработки при этом увеличиваются.

Во втором примере в качестве материальной поверхности для базирования втулки также используется её внутренняя цилиндрическая поверхность, но конструкция и принцип действия оправки здесь совершенно иной.

При базировании заготовок на станке их ориентация может быть осуществлена и по самим условным базам, которые в этом случае материализуются с помощью различных специальных устройств, например: отвесов, коллиматоров, центрирующих приспособлений и т.д.

Установка заготовок в приспособлениях.

При установке заготовок в приспособлениях одновременно решаются две задачи: базирование заготовок и их фиксация в этом положении.

Первая задача решается технологом, который в зависимости от конструкции изделия и требований, представленных в чертеже создаёт теоретическую схему базирования, назначает базовые поверхности и число, а также положение опорных точек.

Далее конструктор приспособления должен в соответствии со схемой базирования разработать приспособление с необходимым числом опор.

Вторая задача решается конструктором приспособления, который должен предусмотреть в нём необходимое число зажимных устройств, прихватов, планок, кулачков и т.д.

В отличие от базирования, когда в соответствии с технологическими требованиями заготовка лишается одной, двух, трех или более степеней свободы, при закреплении заготовка лишается обязательно всех шести степеней свободы, что осуществляется путём наложения фрикционных связей.

Даже если приспособление выполнено в полном соответствии со схемой базирования, при установке в него заготовки её фактическое положение будет отличаться от требуемого на величину погрешности установки, которая зависит от погрешностей закрепления, базирования и погрешности приспособления.

Погрешности базирования для этого случая можно рассчитать по формулам:

Коэффициенты K1 и K2 определяются из формул:

При установке заготовки в приспособление под действием силы зажима заготовка может дать осадку или деформироваться (рис.30). Особенно "большое значение деформация имеет в тех случаях, когда происходит закрепление тонкостенных заготовок или заготовок, имеющих большие размеры или консольно выступающие части.

Деформация 3 - может быть определена по эмпирической зависимости: , C - коэффициент, зависящий от качества обработанных поверхностей и марки материала; Q - сила, приходящаяся на опору приспособления; m=0,3...0,5.

С изменением силы зажима заготовки будет изменяться величина её осадки, что приведёт к появлению погрешности закрепления. Для того, чтобы эту погрешность уменьшить, необходимо обеспечить стабильность сил зажима, повысить качество контактирующих поверхностей, а также стремиться к тому, чтобы форма рабочих поверхностей зажимов соответствовала форме заготовки.

На рис.31 показана схема образования погрешности базирования при обработке уступа. Погрешности базирования могут возникнуть при несовпадении измерительной и технологической баз.

При фрезеровании уступа инструмент настраивается на размеры С1 и C2. Погрешности базирования будут отсутствовать при обработке поверхностей I и II в размеры А и B. В этом случае имеет место измерительная база, совпадающая с технологической.

Если возникает необходимость обработки поверхности I в размер Б, то в этом случае возникает погрешность базирования, которая равна допуску на размер Г. Погрешность базирования определяется разностью расстояний от измерительной базы до установленного на размер инструмента.

Погрешность приспособления зависит от точности изготовления его отдельных деталей, их износа, а также точности установки приспособления на станке.

Общая погрешность установки заготовки определяется по формуле:

где: 3 - погрешность закрепления;

Б - погрешность базирования;

ПР - погрешность приспособления.

Погрешности базирования при установке деталей в приспособлениях для наиболее характерных случаев представлены в таблице 2.

Таблица 2 Погрешность базирования при установке деталей в приспособлениях.

Схема базирования	Схема установки	Погрешность базирования
По центровым отверстиям на жёсткий передний центр

Схема базирования	Схема установки	Погрешность базирования
На плавующий передний центр с упором детали торцом
По внешней поверхности в зажимной цанге по упору
В призме		е' - смещение оси шпоночного паза с диаметральной плоскости

Условные обозначения на схемах:

- погрешность базирования; Q - эксцентриситет наружной поверхности относительно отверстия; 1 и 2 - допуски на диаметры отверстия и пальца; L - допуск на длину заготовки; D - допуск на диаметр внешней поверхности; Smin - минимальный гарантированный зазор; A - допуск на размер базового отверстия; B - допуск на размер оправки; - допуск на диаметр центрового гнезда; - половина гнезда (половина угла); Ц - погрешность глубины центрового гнезда (просадка центра).

Конструкторские, измерительные и технологические базы.

Все базы, которые используются в машиностроении при механической обработке или сборке подразделяются на конструкторские, технологические и измерительные.

Конструкторская база - это поверхность, линия или точка, принадлежащая детали, по отношению к которой определяются на чертеже расчетные положения других деталей или сборочных единиц изделия, а также других поверхностей и геометрических элементов данной детали.

Конструкторские базы бывают основными и вспомогательными.

Основная конструкторская база принадлежит данной детали или сборочной единице и используется для определения её положения в изделии.

Вспомогательная конструкторская база принадлежит данной детали или сборочной единице и используется для определения положения присоединяемого к ней изделия.

Измерительной базой называется поверхность, линия или точка, от которой производится отсчет выполняемых размеров при обработке или измерении заготовок, а также при проверке взаимного расположения поверхностей детали.

В тех случаях, когда в качестве измерительной базы используются осевые линии, биссектрисы углов, плоскости симметрии и т.д., необходимо осуществить их "материализацию" с помощью штырей, пальцев, оптических приспособлений и т.д.

Технологической базой, которая используется при механической обработке заготовок на станках называется поверхность, линия или точка заготовки, относительно которых ориентируются её поверхности, обрабатываемые на данном установе.

Технологической базой, которая используется при сборке, называется поверхность, линия или точка детали или сборочной единицы, относительно которых ориентируются другие детали или сборочные единицы изделия.

Технологические базы подразделяются на контактные, настроечные и проверочные.

Контактными базами называются технологические базы, непосредственно соприкасающиеся с соответствующими установочными поверхностями приспособления или станка.

Рис. 32.Контактные технологические базы.

При работе станков в автоматическом режиме по принципу автоматического получения размеров его инструменты настраиваются относительно контактных технологических баз заготовок. Причём контактным базам соответствуют рабочие поверхности столов станков или приспособлений.

Рис. 33. Использование настроечных баз при обработке заготовок на станках.

При обработке партии заготовок их точность будет стабильной, поскольку все они будут занимать одно и то же положение относительно режущего инструмента.

Контактные технологические базы имеют широкое применение в условиях серийного и крупносерийного производства.

Настроечные базы.

Конструкции многих деталей требуют точного расположения одних поверхностей относительно других. При обработке на станках одна из этих поверхностей должна быть выбрана в качестве технологической базы, относительно которой должна быть обработана вторая поверхность. Такой же эффект достигается и в том случае, когда эти поверхности обрабатываются вместе за один и тот же установ.

Например, при обработке заготовки на токарно-револьверном станке (рис. 33, а) она поверхностью М в осевом направлении опирается на патрон (приспособление) станка. Поверхность М в этом случае является опорной технологической базой для обработки торца А на заданный размер.

После того, как поверхность А будет обработана, она будет являться настроечной технологической базой для обработки других поверхностей, связанных с ней размерами.

При обработке вала на токарном станке первоначально подрезается торец, который впоследствии становится настроечной технологической базой для обработки ступеней (рис.33, б).

По ГОСТ 21495-76 настроечной базой называется поверхность заготовки, по отношению к которой ориентируются обрабатываемые поверхности, связанная с ними непосредственными размерами и образуемая при одном установе с рассматриваемыми поверхностями заготовки.

Использование настроечных баз необходимо при расточке нескольких отверстий, имеющих общую ось, при обработке ступенчатых валов, при обработке отверстий с параллельными осями и т.д. В этих случаях широко используются многорезцовые станки, автоматы, координатно-расточные станки, станки с ЧПУ и обрабатывающие центры.

При использовании настроечных баз погрешность установки заготовки в приспособлении равна нулю, поскольку она не влияет на рассеяние размеров заготовок после обработки, т.к. сама настроечная база и связанные с ней размерами другие поверхности обрабатываются за один у станов.

У заготовок сложной формы количество настроечных баз может быть несколько. В этом случае от каждой базы осуществляется обработка других поверхностей в определенных направлениях.

Настроечные технологические базы нашли широкое применение в серийном и крупносерийном производствах.

Проверочные технологические базы.

При механической обработке крупногабаритных и тяжёлых заготовок, а также при сборке высокоточных соединений часто используются проверочные базы.

Проверочной базой называется поверхность, линия или точка заготовки, по отношению к которым производится выверка положения заготовки на станке или установка режущего инструмента, а также выверка положения других деталей или сборочных единиц при сборке изделия.

Пример использования проверочной технологической базы представлен на рис.34. При изготовлении рамы двигателя необходимо обеспечить определённое положение оси гнёзд подшипников по отношению к плоскости соединения рамы с блоком цилиндров (поверхность А). При установке на станок рама ориентируется так, чтобы её плоскость А была бы строго параллельна направлению движения инструмента. Для этого между опорными поверхностями В и подставками ставят прокладки или клинья, каждый раз выверяя положение рамы. После того, как рама займёт нужное положение, её жёстко фиксируют и начинают осуществлять механическую обработку.

В этом случае качество опорной поверхности В не оказывает существенного влияния на точность обработки, поскольку базой при обработке является поверхность А.

При использовании проверочных технологических баз нет необходимости в наличии специальных приспособлений, что снижает себестоимость обработки. Кроме того, опорные поверхности могут быть необработанными или иметь грубую, предварительно обработанную поверхность.

Проверочные базы используют и в том случае, когда нужно выполнить одну цилиндрическую поверхность концентрично относительно другой или добиться равномерного распределения припуска при обработке эксцентрично изготовленной заготовки. В этом случае заготовка устанавливается в четырёхкулачковый патрон и добиваются такого её положения, когда одна из окружностей становится концентрична с осью вращения патрона (контроль положения заготовки может быть осуществлён, например при помощи индикаторных часов). После этого производят обработку при равномерном распределении припуска, а также с обеспечением точного положения одной окружности относительно другой.

При сборке проверочные базы используют в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую точность сборки при низкой точности деталей. В этих случаях используют операции пригонки.

Проверочные базы используют в тяжёлом машиностроении при единичном производстве сложных, дорогих и точных изделий, в условиях ремонтного и опытного производства, а в некоторых случаях и в условиях серийного производства. деталь деформация станок заготовка

Искусственные технологические базы.

Существует ряд деталей, в конструкции которых нет поверхностей или размеры этих поверхностей недостаточны для надёжного базирования и закрепления этих деталей в приспособлениях. В этих случаях заготовку выполняют со специальными поверхностями, которые служат только для базирования заготовки в процессе обработки. В дальнейшем эти поверхности ликвидируют.

Специально создаваемые поверхности, служащие только для ориентации заготовок при обработке называются искусственными технологическими базами.

Так, например, для обработки валов выполняются центровые отверстия, которые не имеют другого назначения, кроме как для базирования валов в приспособлениях.

На рис. 35 показан пример использования искусственной базы для обработки лопатки турбины. После окончания механической обработки прилив срезают.

К искусственным технологическим базам также относятся такие технологические базы, которые с целью повышения точности базирования заготовки в приспособлении предварительно обрабатываются с более высокой точностью, чем та, которая задана по чертежу.

Искусственную технологическую базу не следует путать с дополнительной опорной поверхностью.

Дополнительные опорные поверхности используются в тех случаях, когда заготовка имеет большие размеры и обладает малой жёсткостью. А также в тех случаях, когда она имеет консольно выступающие элементы, которые подлежат механической обработке.

При этом осуществляется полное базирование заготовки, а под консольно выступающий элемент или к месту малой жёсткости подводится дополнительная опора, которая не выполняет задачу базирования, а только поддерживает часть заготовки.

Так, при обработке на токарных станках длинных валов малого диаметра их базирование осуществляется в центрах, которые имеют пять опорных точек и лишают вал пяти степеней свободы. Одна степень свободы - вращение вокруг своей собственной оси - остаётся. Обрабатываемые поверхности заготовки полностью ориентированы относительно траектории движения инструмента. Но для исключения прогиба вала при обработке или для уменьшения провисания под действием сил тяжести применяют люнеты, которые выполняют роль опор. Если люнет установлен со смещением, то он искривляет вал, его положение становится неопределенным, и обработка получается неточной.

Таким образом, использование дополнительных опорных поверхностей может внести погрешность в базирование заготовки и снизить точность расположения обрабатываемых поверхностей относительно траектории инструмента.

Использование дополнительных опорных поверхностей и искусственных технологических баз вызвано конструктивными особенностями деталей. Обычно эти мероприятия приводят к повышению трудоёмкости обработки и повышению расходов металла.

8. ПРИНЦИПЫ, КОТОРЫМИ РУКОВОДСТВУЮТСЯ ПРИ НАЗНАЧЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ

Выбор технологических баз для обработки является весьма сложной задачей. От того, какие поверхности будут выбраны зависят точность обработки, сложность конструкции приспособлений, вид режущего и мерительного инструментов и производительность обработки.

Наиболее важно правильно выбрать базы в условиях автоматизированного производства, где обработка осуществляется по принципу автоматического получения размеров. Выбор баз производится одновременно с составлением маршрута обработки и содержания операций.

Поверхность, которая используется в качестве базы на первой операции называется черновой базой. Относительно неё обрабатываются поверхности, которые при последующих операциях будут использованы в качестве технологических баз, т.е. черновая база используется для обработки чистовых баз.

Поскольку необработанная поверхность имеет низкую точность, то черновая база используется только один раз на первой операции. Вся последующая обработка должна производиться от обработанных базовых поверхностей. Исключением может быть обработка точных заготовок, которые получают литьём под давлением, точным прессованием, литьём по выплавляемым моделям и т.д.

На представлена заготовка в виде корпуса подшипника скольжения. При её обработке на первой операции в качестве черновой базы используется поверхность А, которая так и останется необработанной. Относительно черновой базы А обрабатывается поверхность В, которая затем становится базой для обработки других поверхностей (например плоскости С, цилиндрической поверхности М и т.д.).

Если необходимо с одной из обрабатываемых поверхностей снять минимальный припуск, то эта поверхность должна быть выбрана в качестве черновой базы на первой операции. Так, при обработке станин станков желательно с поверхности направляющих снимать минимальный припуск, чтобы сохранить износостойкий поверхностный слой металла. Для этого на ..первой операции в качестве черновой базы используют поверхность направляющих. Если необходимо обеспечить равномерность припусков внутренних поверхностей, например отверстий, то эти поверхности должны быть выбраны в качестве черновых баз. В единичном и мелкосерийном производствах равномерное распределение припуска обычно достигается путём разметки и выверки положения заготовки и инструмента. В крупносерийном производстве для правильной установки заготовок используют автоматизированные устройства, снабженные датчиками положения. Первоначальная настройка таких устройств производится по специальному эталону.

При выборе поверхностей, которые будут являться технологическими базами при механической обработке следует соблюдать два существенных принципа: принцип совмещения (единства) баз и принцип постоянства баз.

Принцип совмещения баз.

При выборе технологических баз для обработки заготовок следует принимать поверхности, которые одновременно являются конструкторскими и измерительными базами детали, а также используются в качестве баз при сборке.

В этом случае обработка заготовок осуществляется с использованием всего поля допуска на размер, который проставлен на рабочем чертеже детали.

Если принцип совмещения баз не соблюдается, то необходимо производить замену размеров, проставленных в рабочих чертежах от конструкторских и измерительных баз на размеры, проставленные от технологических баз. При этом размерные цепи становятся более длинными, а поля допуска распределяются между вновь введёнными промежуточными размерами. В результате чего допуски на выполняемые размеры ужесточаются, процесс обработки усложняется, а производительность снижается.

Так, например, при обработке паза заготовка устанавливается в приспособление на нижнюю поверхность В, которая является технологической базой. Поверхность С является конструкторской и измерительной базами, и не связана размерами с базой В. Поскольку положение инструмента задано от поверхности В и остаётся постоянным при обработке всей партии заготовок, то заданный по чертежу размер паза а = 10H14 не может быть выдержан, т.к. на его колебания влияет погрешность размера в = 50H14.

В таком случае необходимо ввести новый размер с, точность которого не зависит от погрешностей предыдущей операции, а размер а с чертежа убрать. При пересчёте размеров допуски ужесточаются и вместо допусков по 14 квалитету должны быть выдержаны допуски по 11 квалитету.

Если такой пересчет приведёт к значительному снижению производительности, то может быть будет целесообразным использование специального приспособления (рис.37, б) или набора фрез. В этих случаях фрезерование паза будет осуществляться от технологической базы А, которая совпадает с конструкторской.

Из приведенных примеров видно, что при обработке одной и той же детали в качестве баз могут использоваться разные поверхности, что имеет положительные и отрицательные моменты.

Так, в первом случае необходимо вводить новые размеры, допуски ужесточаются, но отсутствует необходимость использования специального приспособления. Во втором случае нет необходимости производить перерасчет размеров, но нужно приспособление, которое может иметь сложную конструкцию и быть дорогостоящим. В третьем случае необходимо иметь набор фрез.

Для того, чтобы из трёх вариантов выбрать наиболее оптимальный необходимо произвести экономические расчёты.

Принцип постоянства баз.

Принцип постоянства баз заключается в том, что при разработке технологического процесса следует стремиться к использованию одной и той же технологической базы.

Это вызвано тем, что при смене технологических баз увеличивается погрешность расположения обрабатываемых поверхностей. Если всю обработку производить от одной технологической базы, то точность значительно повышается, хотя в реальных условиях это может привести к необходимости использования сложного приспособления. Если использование сложного приспособления экономически нецелесообразно, то тогда приходится менять технологические базы, производя расчеты погрешности взаимного расположения поверхностей.

При обработке заготовок могут быть использованы различные виды технологических баз.

На станках с ЧПУ, на копировальных станках с применением сложных настроек и комбинированного инструмента, когда обработка осуществляется за малое число сложных по содержанию операций, используют настроечные технологические базы.

В тех случаях, когда приходится обрабатывать крупногабаритные точные заготовки без использования приспособлений в качестве базы назначают проверочные технологические базы. В массовом и крупносерийном производствах проверочные технологические базы могут быть использованы в тех случаях, когда применяются автоматизированные приспособления, оснащенные датчиками положения заготовки.

Если изготовление деталей осуществляется с использованием большого числа простых операций, которые выполняются одиночным инструментом, то целесообразно в качестве баз применять контактные технологические базы.

Во всех случаях число технологических баз должно быть достаточным для того, чтобы обеспечить выполнение всех требований, которые имеют место на рабочем чертеже детали. Увеличение числа баз приводит к усложнению конструкции приспособлений и снижению эффективности их использования.

9. ПРИПУСКИ НА МЕХАНИЧЕСКУЮ ОБРАБОТКУ ЗАГОТОВОК

Понятие о припусках, классификация припусков.

Если сравнить чертеж детали и чертеж заготовки, из которой она получена, то можно увидеть, что не по размерам и ни по форме они не похожи. Заготовка имеет форму и размеры большие на величину припуска.

Припуск - это слой материала, снимаемый с заготовки при механической обработке с целью получения готовой детали.

От того, как правильно выбрана величина припуска, зависят многие технико-экономические показатели производства. Если припуск принят необоснованно большим, то большая часть материала превращается в стружку, увеличивается износ инструмента, возрастают затраты энергии, снижается точность обработки в связи с увеличением отжатий в технологической системе.

...