Размещено на http://www.allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

Технический прогресс в машиностроении характеризуется непрерывным совершенствованием конструкций и технологии изготовления машин. «В настоящее время важно качественно, дешево и в заданные сроки, с минимальными затратами живого и овеществленного труда изготовить машину, применив современное высокопроизводительное оборудование, инструмент, технологическую оснастку, средства механизации и автоматизации производства [7]».

Точность обработки каждой детали зависит от точности технологической системы (ТС), в которую входят: станок, приспособление, инструмент, деталь.

Процесс обеспечения точности обрабатываемой детали можно разделить на три этапа: установка, статическая и динамическая настройка ТС.

На каждом из перечисленных этапов возникают производственные погрешности, обусловливаемые целым рядом факторов:

- неправильный выбор технологических и измерительных баз,

- погрешности технологических баз, неорганизованная смена баз,

- неправильное силовое замыкание,

- неправильный выбор метода и средств настройки станка на размер,

- неправильная установка режущего инструмента, приспособлений,

- недостаточная точность оборудования, приспособлений, инструмента.

- вибрации, недостаточная и переменная жесткость ТС.

- изменение направления и величины сил, действующих в процессе обработки.

- неправильный выбор смазочно-охлаждающих технологических средств и способа их применения.

- неоднородность материала обрабатываемых заготовок.

- колебания припусков на обработку и др.

В общем виде погрешность механической обработки детали определяется структурной зависимостью

,

где щ_у - погрешность установки, состоящая из погрешностей, возникающих при базировании (щ_д) и закреплении (щ_з) детали (заготовки) в приспособлении или на станке, а также при изготовлении и установке самого приспособления на станке (щ_п):

;

в свою очередь:

,

базирование деталь точность погрешность обработка

де щ_з1 - погрешность закрепления, являющаяся следствием собственных деформаций детали;

щ_з2 - погрешность закрепления, являющаяся следствием контактных деформаций в стыках;

щ_с - погрешность, возникающая при установке режущего инструмента и детали в необходимое относительное положение (до обработки);

щ_g - погрешность, возникающая в процессе обработки детали, складывается из погрешностей, обусловленных конечной жесткостью ТС (щ_j), износом режущего инструмента (щ_и), температурными деформациями ТС (щ_т);

Ущ_ц - погрешность формы обрабатываемой детали, являющаяся следствием геометрических погрешностей станка.

Учтя все изложенное, получим:

.

Обозначим погрешности, зависящие от ТС, через щ_ТС.

Погрешность базирования (щ_д) не зависит от точности ТС. Величиной погрешности закрепления щ_з1, являющейся следствием собственных деформаций детали, как весьма малой по сравнению с другими погрешностями, в расчёте обычно пренебрегают.

Таким образом, погрешность механической обработки (производственная) складывается из погрешности базирования (щ_д) и погрешностей, зависящих от ТС (щ_ТС):

Рассчитанная по этой формуле погрешность щ получается завышенной против действительной, т.к. она получается суммированием предельных значений всех погрешностей, хотя вероятность такого сочетания ничтожно мала. Поэтому при практических расчётах обычно пользуются методом квадратического сложения погрешностей, при котором расчётные данные ближе к фактическим

.

Погрешность базирования определяется расчётным путём.

Исходные величины для расчёта погрешностей, зависящих от ТС, принимают по статистическим табличным данным в зависимости от вида обработки и типа оборудования [3,12].

В ряде случаев погрешность базирования (щ_д) соизмерима с допуском на выдерживаемый параметр точности (размер, параллельность поверхностей или их осей и др.).

Учитывая это обстоятельство, а также то, что вопросы базирования деталей при механической обработке освещены в литературе недостаточно полно, в настоящем пособии предпринимается попытка обобщить и систематизировать имеющиеся материалы по основам базирования и анализу точности обработки деталей, привлекая для этого многочисленные примеры.

Учебное пособие состоит из двух частей: первая часть содержит основные положения о базировании деталей и методику расчёта погрешностей базирования. Вторая часть посвящена анализу и расчёту точности технологических процессов механической обработки деталей.

Учебное пособие предназначается для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения», а также может быть использовано студентами ряда других технологических специальностей.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ПРИНЦИПЫ РАСЧЁТА ПОГРЕШНОСТИ БАЗИРОВАНИЯ

1.1 Показатели точности детали

Точность является наиболее важным показателем качества обрабатываемых деталей.

Фактические параметры точности детали, полученные механической обработкой, отличаются от заданных в результате появления производственных погрешностей.

Фактические параметры (размеры, относительные повороты, геометрическая форма, шероховатость поверхности), полученные в результате обработки детали, принято называть действительными, а параметры, указанные на чертеже и в технологических условиях - номинальными.

За меру точности детали принимается допуск (T), т.е. величина допустимых отклонений действительных параметров от номинальных.

Допуск указывает наибольшее допустимое значение погрешности, при котором деталь удовлетворяет всем требованиям служебного назначения.

Величина отклонения действительных параметров от номинальных представляет собой погрешность обработки (щ).

Деталь считают обработанной достаточно точно, если погрешность её изготовления на превышает величины допуска:

Соотношения между допусками формы и расположения поверхностей и допуском размера приведены в табл. 1 [11,13].

Для расчёта погрешностей базирования необходимо рассматривать только отклонения формы и расположения, непосредственно не ограничиваемые полем допуска размера, т.к. эти отклонения не являются составной частью допуска.

Предельные величины этих отклонений должны назначаться, как правило, во всех случаях и соответствовать величинам, указанным в табл. 2, 3, 4, 5, 6 [11,13].

Меньшие и большие предельные отклонения формы и расположения поверхностей могут быть приняты только в особых случаях, исходя из требований технологического порядка и обеспечения служебного назначения изделия.

Соотношения между допусками формы и расположения поверхностей и допуском размера

Таблица 1

Отклонения формы и расположения, ограничиваемые полем допуска размера	Отклонения формы и расположения непосредственно на ограничиваемые полем допуска размера
Нецилиндричность сопрягаемых поверхностей. Неплоскостность. Непрямолинейность. Непараллельность. Перекос осей для деталей, в которых положение общей плоскости осей задано координирующими размерами.	Изогнутость и нечётная огранка несопрягаемых поверхностей. Изогнутость сопрягаемых поверхностей на длине, превышающей длину соединения. Неперпендикулярность Торцовое биение
Несоосность Несимметричность Непересечение осей	для деталей, в которых положение осей или плоскостей симметрии рассматриваемых поверхностей задано общими координирующими размерами	Несоосность Непересечение осей Перекос осей Несимметричность	для симметричных деталей

1.2 Поверхности детали и базы

Несмотря на то, что детали имеют самую разнообразную и часто сложную конфигурацию, их форму можно представить как сочетание простых поверхностей: плоских, конических, цилиндрических и других.

Наибольшие величины изогнутости цилиндрических поверхностей и призматических элементов (несопрягаемых или сопрягаемых на длине, превышающей длину соединения)

Таблица 2

Интервалы номинальных длин поверхностей L, мм
	до 13	14-17
	Предельная изогнутость T, мкм
До 10 Свыше 10 до 25 Свыше 25 до 60 Свыше 60 до 160 Свыше 160 до 400 Свыше 400 до 1000 Свыше 1000 до 2500 Свыше 2500 до 6300 Свыше 6300 до 10000	25 40 60 100 160 250 400 600 1000	60 100 160 250 400 600 1000 1600 2500
Степени точности	XII	XIII

Наибольшие отклонения от перпендикулярности

Таблица 3

Интервалы номинальных длин L, мм	Степени точности по ГОСТ 8908-68, принятые для «больших» допусков угловых размеров
	16	17	свыше 17
	Предельные отклонения от перпендикулярности T, мкм
До 10 Свыше 10 до 25 Свыше 25 до 60 Свыше 60 до 160 Свыше 160 до 400 Свыше 400 до 1000 Свыше 1000 до 2500 Свыше 2500 до 6300 Свыше 6300 до 10000	60 100 160 250 400 600 1000 1600 2500	160 250 400 600 1000 1600 2500 4000 6000	400 600 1000 1600 2500 4000 6000 10000 16000
Степени точности по ГОСТ 10356-63	XII	XIV	XVI

Примечание: выбор предельных отклонений от перпендикулярности должен производиться по меньшей из длин рассматриваемых поверхностей.

Наибольшие величины торцового биения

Таблица 4

Интервалы номинальных диаметров торцовых поверхностей d, мм	Квалитеты точности размера L, координирующего торец
	12-13 и точнее	14-15	16-17
	Предельные величины торцового биения T, мкм
До 10 Свыше 10 до 25 Свыше 25 до 60 Свыше 60 до 160 Свыше 160 до 400 Свыше 400 до 1000 Свыше 1000 до 2500 Свыше 2500 до 6300 Свыше 6300 до 10000	25 40 60 100 160 250 400 600 1000	40 60 100 160 250 400 600 1000 1600	100 160 250 400 600 1000 1600 2500 4000
Степени точности по ГОСТ 10356-63	X	XI	XIII

Примечание: если данный торец связывают несколько размеров разных квалитетов точности, то выбор предельных значений торцового биения производится по более точному квалитету.

Наибольшие отклонения от соосности и пересечения осей наружных и внутренних поверхностей симметричных деталей

Таблица 5

Интервалы номинальных диаметров dд, мм	Квалитеты точности диаметров
	12 и точнее	14-15	16-17
	Предельные отклонения от соосности или пересечения Т, мкм
До 6 Свыше 6 до 18 Свыше 18 до 50 Свыше 50 до 120 Свыше 120 до 260 Свыше 260 до 500 Свыше 500 до 800 Свыше 800 до 1250 Свыше 1250 до 2000	40 50 60 80 100 120 160 200 250	100 120 160 200 250 300 400 500 600	250 300 400 500 600 800 1000 1200 1600
Степени точности по ГОСТ 10356-63	X	XII	XIV

Примечание: выбор предельных отклонений от соосности или пересечения осей должен производиться по более грубому квалитету точности и по большему из размеров рассматриваемых элементов.

Наибольшие отклонения от симметричности поверхностей в симметричных деталях

Таблица 6

Интервалы номинальных размеров Вд, мм	Квалитеты точности размеров рассматриваемых поверхностей
	16	17	18	19
	Предельные отклонения от симметричности Т, мкм
До 6 Свыше 6 до 18 Свыше 18 до 50 Свыше 50 до 120 Свыше 120 до 260 Свыше 260 до 500 Свыше 500 до 800 Свыше 800 до 1250 Свыше 1250 до 2000	160 200 250 300 400 500 600 800 1000	250 300 400 500 600 800 1000 1200 1600	400 500 600 800 1000 1200 1600 2000 2500	600 800 1000 1200 1600 2000 2500 3000 4000
Степени точности	XIII	XIV	XV	XVI

Примечание: выбор предельных отклонений от симметричности должен производиться по более грубому квалитету точности и по большему из размеров рассматриваемых элементов.

Различают следующие поверхности детали:

1) исполнительные - поверхности, с помощью которых деталь выполняет своё служебное назначение;

2) основные поверхности - поверхности, с помощью которых деталь присоединяется к другой детали и занимает по отношению к ней вполне определённое положение;

3) вспомогательные поверхности - поверхности, при помощи которых деталь определяет положение всех присоединительных к ней деталей;

4) свободные поверхности - поверхности, определяющие в сочетании с другими поверхностями детали её конструктивные формы и не сопрягающиеся с другими поверхностями. Обычно эти поверхности остаются необработанными.

База в общем виде представляет собой поверхность, её ось или плоскость симметрии детали, используемую для определения положения самой детали или детали, присоединяемой к ней. База может быть образована сочетанием или пересечением поверхностей.

Любая база или базирующая поверхность, прежде всего, характеризуется числом степеней свободы, которых она лишает деталь.

В зависимости от функций, выполняемых поверхностями детали, различают конструкторские, технологические и измерительные базы (рис. 1).



Конструкторские базы (КБ) - базы, определяющие положение самой детали в машине или положение другой детали, присоединяемой к ней.

Конструкторскими базами считают базы, определяющие положение самой детали в машине относительно других деталей; иначе - такие поверхности, которыми деталь устанавливается в сборочной единице.

За конструкторские вспомогательные базы принимают базы, определяющие положение присоединяемой детали относительно данной; иначе - вспомогательными конструкторскими базами являются поверхности детали, на которые устанавливается другая деталь.

Таким образом, при соединении деталей основные и вспомогательные конструкторские базы соприкасаются. В связи с этим в практике иногда эти базы называют монтажными.

Допустим, что вал 1 требуется установить в корпусе редуктора (рис. 2). Цилиндрические поверхности шеек вала 2, 3 и торец вала 4 будут его основными конструкторскими базами, т.к. эти поверхности определяют положение вала относительно корпуса и этими поверхностями вал устанавливается в корпусе.

Для шкива 5 и червячной шестерни 12, устанавливаемых на вал, основными конструкторскими базами будут внутренние цилиндрические поверхности 6, 10 и торцы 15, 16.

Вспомогательными конструкторскими базами корпуса являются цилиндрические поверхности расточек в корпусе 8, 7, т.к. на эти поверхности устанавливаются втулки 13 и 14, служащие опорами вала.

Вспомогательными конструкторскими базами вала являются цилиндрические поверхности шеек вала 11 и 9, которые находятся в контакте с шестерней и шкивом, торец фланца 17 и буртик вала 18.



В литературе по сборке деталей машин встречается термин «сборочная база». Это понятие идентично понятию конструкторской базы, различие состоит только в том, что в первом случае базы определяют положение детали в машине (узле, подузле, комплекте), во втором - по чертежу.

Сборочные базы могут быть также основными и вспомогательными. Сборочными базами являются реальные поверхности деталей, соприкасающиеся при сборке между

собой, а в качестве конструкторских баз используют геометрические параметры деталей, такие, как осевые линии отверстий и валов, оси симметрии и др.

Технологическими базами (ТБ) называют базы, при помощи которых определяется положение детали относительно оборудования, приспособления или рабочего места.

Технологические базы устанавливают связь между расположением лезвия инструмента и обрабатываемой детали [5]. Технологическими базами могут быть плоские поверхности, наружные и внутренние цилиндрические и конические поверхности, поверхности центровых гнёзд, поверхности зубьев зубчатых колёс, резьбы, разные криволинейные поверхности и др.

Измерительными базами (ИБ) называют базы, определяющие положение деталей относительно средств измерения, или иначе, измерительными базами называют такие поверхности детали, от которых при механической обработке производится измерение размеров, расстояний или относительных поворотов.

Измерительные базы связывают инструмент с деталью непосредственно. Они могут совпадать и не совпадать с технологическими базами.

1.3 Основные положения о базировании деталей

Под базированием понимается процесс придания детали определённого положения относительно режущего инструмента.

Базирование основывается на правиле шести точек, суть которого заключается в том, что для придания детали вполне определённого положения в пространстве необходимо лишить её шести степеней свободы (трёх поступательных и трёх вращательных движений относительно трёх взаимноперпендикулярных осей).

Применительно к механической обработке это означает, что деталь должна иметь шесть опорных точек при установке в приспособлении или непосредственно на столе станка.

Несмотря на большое разнообразие конструктивных форм деталей, все задачи базирования сводятся к трём принципиальным схемам (табл. 7).

Принципиальные схемы базирования

Таблица 7

Геометрический прототип поверхности
Прямоугольный параллелепипед	Прямой круговой цилиндр, l > d	Прямой круговой цилиндр l < d
Базирующие поверхности и отнимаемые степени свободы
Установочная - 3, два поворота и одно перемещение (точки №1,2,3) Направляющая - 2, перемещение и поворот (точки №4,5) Опорная - 1, поворот или перемещение (точка №6)	Двойная направляющая - 4, два поворота и два перемещения (точки №2,3,4) Опорная - 1, перемещение (точка №5) Опорная - 1, поворот (точка №6)	Установочная - 3, два поворота и одно перемещение (точки №1,2,3,4) Двойная опорная - 2, два перемещения (точки №4,5) Опорная - 1, поворот (точка №6)

В качестве установочной поверхности (базы) для создания большей точности положения и устойчивости детали обычно используют плоскость (или сочетание плоскостей), имеющую наибольшие габаритные размеры, а опорные точки размещают как можно дальше одна от другой. В качестве направляющей поверхности принимают плоскость, имеющую наибольшую длину при наименьшей ширине. В качестве опорной поверхности может быть использована любая поверхность безотносительно к её размерам.

При проектировании технологических процессов и приспособлений следует принятые опорные базирующие точки наносить на чертёж (см. табл. 8 [9]), причём каждая опорная точка обозначается условным знаком с цифрой, указывающей номер опоры. Острие условного знака базирующей точки должно быть направлено на деталь или на ось детали, если при установке детали на базирующие элементы её ось всегда будет занимать одно и то же положение. На рис. 3 указаны рекомендуемые размеры условного знака опорной точки.

Условные обозначения опорных точек базирующих поверхностей

Таблица 8

Наименование	Условные обозначения
	Вид сбоку	Вид сверху
Опорная точка

Приступая к базированию детали, нужно прежде всего выяснить, какие технические требования предъявляются к её изготовлению, какие параметры и от каких поверхностей должны быть выдержаны, чтобы обеспечить требуемую точность обработки.

Затем следует выбрать технологические базы, учитывая при этом следующие основные положения:

1) принимать в качестве технологических баз поверхности детали, связанные точными параметрами (размерами, относительными поворотами) с поверхностью, подлежащей обработке на данной операции;

2) использовать принцип совмещения баз, по возможности совмещать технологические базы с измерительной и конструкторской (сборочной) базами;

3) соблюдать принцип постоянства (единства) баз, используя они и те же базы на возможно большем числе технологических операций;

4) обеспечить достаточную устойчивость и постоянство положения детали за счёт соответствующих размеров базовых поверхностей и их взаимного расположения.

Примеры технологических баз при установке деталей различных типов показаны в табл. 10.

При расстановке базирующих точек необходимо знать, скольких степеней свободы лишается деталь при установке её на те или иные установочные элементы.

Во многих случаях при базировании деталей невозможно показать на эскизах или чертеже реальные базирующие точки. В связи с этим допускается некоторая условность. Например, при установке детали по отверстию на палец или оправку опорные точки показывают под углом 90⁰ (в некоторых литературных источниках точки располагают под углом 180⁰); при установке конических шестерен на шарики, или цилиндрических шестерен на ролики или в четырёхкулачковом патроне вообще невозможно установить действительные места расположения опорных точек.

Условные обозначения опор, зажимов и установочных устройств, и число лишаемых ими степеней свободы

Таблица 9

¹ Подвижная опора с призматической рабочей поверхностью лишает заготовку одной степени свободы. Однако при установке длинной заготовки типа шатуна в двух подвижных призмах, перемещающихся на встречу, друг другу, заготовка лишается трех степеней свободы (обеспечивается «направление» шатуна, так как устраняется возможность бокового перемещения каждой из его головок и определяется его положение в направление его оси).

² При неподвижном положении центра в осевом направлении, когда он не только центрирует заготовку, но и служит для нее упором (обычная работа переднего центра станка), заготовка лишается трех степеней свободы. Когда центр «плавает» вдоль оси или перемещается вместе с пинолью закрепления заготовки (работа заднего центра), заготовка лишается двух степеней свободы (центр только центрирует заготовку).

³ При закреплении в патронах и на разжимных оправках по длинной цилиндрической поверхности (двойная направляющая база), независимо от числа кулачков и вида зажимного устройства, заготовка лишается четырех степеней свободы. При закреплении по короткой цилиндрической поверхности патроны и оправки только центрируют заготовку в плоскости приложения кулачков и лишают ее двух степеней свободы. Направление оси заготовки при этом не определяется Если при закреплении в патронах и оправках предусматривается упор заготовки по торцу, определяющий ее положение в осевом направлении (упорная база), то заготовка лишается еще одной, т.е. пятой степени свободы, однако в этом случае на операционном эскизе кроме обозначения патрона и оправки следует дополнительно показать опору по торцу заготовки.

⁴ При базировании по длинному цилиндрическому гладкому, резьбовому или шлицевому отверстию на соответствующей оправке с упором по торцу заготовка лишается пяти степеней свободы (четыре - по двойной направляющей базе - цилиндрической поверхности отверстия и одна по упорной базе - торцу базируемой заготовки). При базировании коротких дисков цилиндрическая оправка также лишает заготовку пяти степеней свободы, однако по цилиндрической поверхности в этом случае осуществляется только центрирование с лишением ее двух степеней свободы.

⁵ При установке заготовки цилиндрическим отверстием на конической беззапорной оправке трения или конической роликовой оправке заготовка лишается пяти степеней свободы (длинный конус - упорно-направляющая база). Однако следует учитывать, что положение заготовки в осевом направлении в этом случае изменяется в широких пределах, потому что погрешность базирования в этом направлении очень сильно зависит от колебаний диаметра базового отверстия в пределах его допуска, так как конусность оправки трения весьма мала.

Опорные точки при установке детали по цилиндрической или конической поверхностям следует показывать по-разному, в зависимости от того, как будет установлена деталь - с зазором или натягом. При установке с зазором опорные точки обычно показывают в местах соприкосновения поверхностей детали с установочными элементами приспособления. В тех же случаях, когда деталь должна быть установлена с натягом, опорные точки следует показывать на оси детали.

Подобная расстановка опорных точек сразу будет указывать конструктору на необходимость выбора соответствующих базирующих устройств, с помощью которых ось детали занимала бы неизменное положение, независимо от погрешностей заготовок. В качестве центрирующих базирующих устройств могут быть использованы разжимные оправки, конусные оправки и пальцы, центра, самоцентрирующие патроны и т.д. табл.9 [10].

Технологические базы при установке различных типов деталей

Таблица 10

№№ пп	Детали	Способ установки	Технологические базы
1.	Корпусные	По трём взаимно перпендикулярным плоскостям	1. Установочная - три опорные точки. 2. Направляющая - две опорные точки. 3. Опорная - одна опорная точка.
2.	Корпусные	По плоскости и двум отверстиям	1. Установочная - три опорные точки. 2. Двойная опорная - цилиндрическая поверхность отверстия при установке на короткий палец - две опорные точки. 3. Опорная - цилиндрическая поверхность отверстия при установке на короткий срезанный палец - одна опорная точка.
3.	Цилиндрические типа «вал»	По цилиндрической поверхности на длинную призму	1. Двойная направляющая - цилиндрическая поверхность - четыре опорные точки. 2. Опорная - торец или буртик детали - одна опорная точка. 3. Опорная - от поворота вокруг своей оси - одна опорная точка.
4.	Цилиндрические типа «вал»	В центрах	1. Центрирующая и опорная - переднее центровое гнездо - три опорные точки. 2. Центрирующая - заднее гнездо - две опорные точки. 3. Опорная - от поворота вокруг своей оси - одна опорная точка.
5.	Цилиндрические типа «диск»	По торцу детали и цилиндрической поверхности	1. Установочная - торец детали - три опорные точки. 2. Двойная опорная или центрирующая - цилиндрическая поверхность - две опорные точки. 3. Опорная - от поворота вокруг своей оси - одна опорная точка.

Таким образом, во всех случаях нужно так расставлять опорные точки, чтобы при конструировании приспособлений или установке детали на столе станка можно было бы чётко представлять, на какие поверхности должна быть установлена деталь и какие базирующие устройства могут быть применены.

Рассмотрим понятие о базах и правила выбора базирующих точек на конкретных примерах.

В детали (рис. 4) требуется фрезеровать паз и выдержать размеры “а” и “в”. Плоскости А, В, С соприкасаются с установочными элементами приспособления и являются технологическими базами, т.к. они определяют положение детали при обработке. При этом плоскость А будет установочной технологической базой, плоскость С - направляющей технологической базой, плоскость В - опорной технологической базой. Измерительная база по размеру “а” - плоскость “А”, т.к. именно от неё должен быть выдержан размер “а”; по размеру “в” измерительной базой будет плоскость “В”. По размеру “г” измерительной базой будет плоскость “Б”, которая не совпадает с опорной технологической базой - плоскостью “В”.

При установке корпусной детали по плоским поверхностям (рис. 5) установочная технологическая база отнимает три степени свободы, направляющая технологическая база отнимает две степени свободы и опорная технологическая база лишает деталь последней (шестой) степени свободы.



Детали, установленные по отверстию с зазором на длинный цилиндрический палец (рис. 6) или оправку (рис. 7) при условии, что длина отверстия и пальца больше диаметра, имеют двойную направляющую (точки №1,2,3,4) и две опорные базы (точки №5,6)

Поверхность детали, которой она непосредственно устанавливается на короткий цилиндрический палец (рис. 9), лишает деталь двух степеней свободы, и на ней разместятся две опорные точки (№4,5).

Если деталь устанавливается на короткий срезанный палец (рис. 10), то поверхность отверстия выполняет функции опорный базы (точка №6).

Однако, следует помнить, что во всех случаях деталь при её базировании должна быть лишена всех степеней свободы и на трёх её поверхностях должны разместиться шесть опорных точек.



При установке корпусной детали по плоскости и двум отверстиям (рис. 11) опорные точки размещаются следующим образом: три опорные точки (№1,2,3) на основании детали (установочная технологическая база), две точки (№4,5) на отверстии (центрирующая технологическая база) и одна точка (№6) на втором отверстии, в которое входит срезанный (ромбический палец).

При установке детали на длинную призму расстановка опорных точек имеет некоторое отличие.

Цилиндрическая поверхность детали при соприкосновении с длинной призмой (рис. 12) будет отнимать четыре степени свободы и явится двойной направляющей базой, однако опорные точки принято размещать не в месте контакта детали с призмой, а в точке пересечения оси детали (а-а) с линией (в-в), проходящей через точки контакта детали с призмой.



При этом, две точки (№3,4) выносят на ось детали (а-а), чтобы подчеркнуть, что она будет занимать одно и то же положение, независимо от рассеивания диаметров заготовок в партии; расположение двух других точек (№1,2) указывает, что положение горизонтальной оси детали зависит от диаметра заготовок. Всё это следует принимать во внимание при расчёте погрешностей базирования. Пятая опорная точка (№5) разместится на торце детали, шестая (№6) лишит деталь возможности вращения вокруг собственной оси.

Цилиндрическая поверхность детали при установке на короткую призму (рис.13) является центрирующей базой, и на ней размещаются две опорные точки, одна из которых расположена в месте контакта с призмой 9 (№4), а вторая - на оси детали (а-а) (№5).

Торцовая поверхность детали в этом случае может быть установочной базой (точки №1,2,3).

При установке детали в центрах (рис. 14) ось детали всегда будет совпадать с осью центров, поэтому опорные точки №1,2,3,4 показывают на ось детали, причём каждое из центровых гнёзд явится центрирующей базой.

1.4 Скрытые базы

При установке детали в приспособлении или на столе станка для её обработки в ряде случаев нет необходимости лишать деталь всех шести степеней свободы с помощью конструктивно оформленных элементов приспособлений.

Например, при обработке у призматической детали плоскости А (рис.15) требуется выдержать размер “a”. Для этого достаточно принять в качестве установочной базы плоскость Б (точки №1,2,3); размер “a” будет выдержан независимо от расположения детали в направлении горизонтальных осей координат и поворота вокруг вертикальной оси.

Если у этой же детали на следующей операции требуется профрезеровать паз, выдержав размеры “в” и “с” (рис.16), то в качестве установочной технологической базы следует использовать поверхность Б (точки №1,2,3), а в качестве направляющей базы поверхность Е (точки №4,5).

Таким образом, в зависимости от предъявляемых к детали требований для её ориентировки при обработке могут быть использованы в качестве базирующих не три, а только одна или две поверхности. Соответственно число опорных точек, создаваемых за счёт конструктивно оформленных элементов приспособления, будет менее 6 (три или пять), конструкция приспособления упростится. Всё это возможно, т.к. некоторые перемещения обрабатываемой детали не оказывают влияния на точностные показатели механической обработки. Расстановка опорных точек на плоскостях, используемых в качестве базирующих, производится в соответствии с общепринятыми положениями с учётом наибольшей устойчивости детали и наименьшей погрешности. Тем не менее, чтобы обработать деталь, её, как правило, необходимо лишить всех шести степеней свободы, хотя только часть из них деталь лишается с помощью конструктивно оформленных элементов приспособления (с помощью реальных баз). В этом случае вводится понятие о скрытых базах.

Скрытыми базами называют координатные плоскости, мысленно проводимые перпендикулярно имеющимся у детали конструктивно оформленным и обработанным базам, для доведения их общего числа до трёх [1]. Например, при установке детали на плоскошлифовальном станке (рис.17) для шлифования плоскости А необходима только одна базирующая поверхность (плоскость Б), на которой расположатся три опорные точки (№1,2,3). Этой плоскостью деталь устанавливается на стол станка, верхнюю плоскость которого можно представить как координатную плоскость F. Однако, при установке детали на магнитную плиту под действием магнитного потока она полностью лишается всех шести степеней свободы. Условно, в таких или им подобным случаях, опорные точки показывают вне контуров детали, указывая, каких перемещений или поворотов лишается деталь.



В данном примере нужно использовать две скрытые базы, представляющие две координатные плоскости К и М, проведённые перпендикулярно конструктивно оформленной базе - плоскости стола станка F. Скрытая база (плоскость М) лишает деталь двух степеней свободы; можно условно считать, что на ней расположены две опорные точки 4 и 5, лишающие деталь возможности перемещения в направлении оси Z и вращения вокруг оси, параллельной оси У. На скрытой базе (плоскость К) расположена одна опорная точка №6, отнимающая шестую степень свободы - возможность перемещения в направлении оси X.

Аналогично при фрезеровании плоскости А (рис. 15) понадобятся две скрытые базы, на которых расположатся опорные точки №4 и 5 и опорная точка №6, лишающая деталь двух перемещений и одного поворота.

При обработке паза (рис. 16) используют две базирующие плоскости Б и Е и одну скрытую базу (точка №6), лишающая деталь после её закрепления возможности перемещения вдоль горизонтально оси X-X.

При установке деталей в патронах (рис. 18, а), призмах (рис. 18, б) или цангах (рис. 18,в), когда не требуется точной ориентировки детали в направлении поворота относительно своей оси, также используют скрытые базы (точки №5 и 6); показать реальные опорные точки не представляется возможным, т.к. в данных случаях деталь лишается возможности поворота и перемещения за счёт сил трения, возникающих в контакте её цилиндрической поверхности и кулачков патрона, призмы или цанги после приложения усилия зажима.

Скрытые базы, как правило, мысленно проводятся по осям симметрии детали, но их можно проводить и параллельно им.

В практике, чтобы сократить время на установку детали, скрытые базы часто материализуют, то есть предусматривается в приспособлениях или на столе станка устройство таких установочных элементов, которые бы придавали детали при её базировании вполне определённое положение. В отдельных случаях подобная материализация может быть выполнена путём проведения рисок и нанесения точек, ориентируясь на которые можно было бы быстро придать детали требуемое положение.

Материализация скрытых баз преследует иногда цель воспринять силы резания и зажима.

Наглядно это можно видеть на примере обработки поверхности А (рис. 15). Для получения размера “а” достаточно иметь одну установочную базу (точки №1,2,3). Прежде чем приступить к обработке, деталь должна быть закреплена, для этого нужно приложить усилие к одной из боковых поверхностей детали так, чтобы другая противоположная поверхность прилегла к каким-то опорным точкам (установочным элементам). В данном случае, учитывая направление движения инструмента, целесообразно, чтобы поверхность С опиралась на опорную точку №6а, тогда усилие зажима Q и сила резания Р будут восприниматься этой опорной точкой №6а.

Для полного базирования детали необходимо, чтобы вторая скрытая база (на которой расположены точки №4 и 5) была бы также материализована. Это достигается созданием двух опорных точек 4а и 5а, на которые будет опираться деталь поверхностью Е.

Материализация скрытых баз приводит, по существу, к появлению всех трёх базирующих поверхностей.

1.5 Определённость и неопределённость базирования

Допустим, что при обработке каждой из трёх деталей, показанных на рис. 19, требуется выдержать параллельность плоскости В относительно плоскости А (параметр б). Если плоскость А принять за установочную технологическую базу (три опорные точки), поставленные требования будут выполнены, т.к. погрешность базирования по параметру б будет равна нулю. Если в то же время принять в качестве базирующей ещё цилиндрическую поверхность Б [установка на широкую призму (рис. 19, а), длинный палец (рис. 19, б), широкие кулачки (l>d) (рис. 19, в)], то цилиндрическая поверхность могла бы отнять четыре степени свободы (четыре опорные точки). Число опорных точек вместе с опорными точками, расположенными на плоскости А, составит семь, что создаёт так называемую неопределённость базирования. В целях повышения точности обработки деталь должна занимать только одно вполне определённое и неизменное положение, как в период её установки, так и при закреплении и обработке, т.е. при всех условиях должна соблюдаться определённость базирования. Определённость базирования обеспечивается правильным выбором базирующих поверхностей, расположением базирующих элементов, направлением усилий зажима, сил резания и ряда других факторов.



1 пример (рис. 19, а)

Установить деталь по плоскости А, принимая её за установочную технологическую базу, и одновременно по цилиндрической поверхности на широкую призму (двойная направляющая база) невозможно, фактически деталь будет опираться лишь на пять точек: три точки на плоскости и две на цилиндрической поверхности (центрирующая база) или одна точка на плоскости и четыре точки на цилиндрической поверхности (двойная направляющая база). Какое именно положение займёт данная заготовка, будет зависеть от погрешностей её изготовления и сил зажима. Таким образом, исходное положение заготовок в партии будет различным, что, понятно, приведёт к появлению дополнительных погрешностей и соответствующему снижению точности обработки. Если, например, усилие зажима Q направленно перпендикулярно плоскости А и прижимает деталь к установочным элементам приспособления, то эта плоскость будет установочной технологической базой, а цилиндрическая поверхность при соприкосновении с призмой может быть только центрирующей базой (две опорные точки). Если же усилие зажима Q (показано пунктиром) направить так, чтобы оно прижимало деталь цилиндрической поверхностью к широкой призме, то эта цилиндрическая поверхность детали будет двойной направляющей базой, а плоскость А станет опорной базой (одна опорная точка).

2 пример (рис. 19, б)

При использовании в качестве установочного элемента длинного пальца плоскость А явится опорной базой (одна опорная точка). Следовательно, по параметру б возникает погрешность базирования, равная погрешности по параметру .

3 пример (рис. 19, в)

При использовании патрона с широкими кулачками (l>d) точность параметра б также может быть не выдержана, т.к. в этом случае на торце детали расположится только одна опорная точка; погрешность базирования в этом случае равна погрешности по параметру .

Для того, чтобы создать определённость базирования и обеспечить требования, предъявляемые к детали, необходимо:

1) установить деталь, изображённую на рис. 20, а, по плоскости А, а цилиндрическую поверхность использовать в качестве центрирующей базы (установка на короткую призму); усилие зажима Q следует направить перпендикулярно плоскости А. Одновременно выполняется условие совпадения оси паза с осью детали (параметр в);

2) использовать в качестве установочной базы плоскость А, цилиндрическую поверхность отверстия - в качестве центрирующей базы; усилие зажима должно быть направленно перпендикулярно плоскости А (рис. 20, б);

3) торец детали (плоскость А) должен послужить установочной технологической базой, цилиндрическая поверхность - центрирующей базой (короткие кулачки) (рис.20, в).

Неопределённость базирования может возникнуть при закреплении детали, если момент сил зажима будет отрывать деталь от плоскости, на которую она установлена; в результате может произойти замена одной базы другой. Так, например, если при закреплении детали (рис. 21, а) (при условии, что угол б<90⁰), момент силы массы G будет больше момента силы зажима Q (Q l₁>Q l₂), то деталь всегда будет прижиматься плоскостью А к плоскости В, установочная база совпадёт с технологической, погрешность базирования по параметру б будет равна нулю, точность же обработки будет зависеть только от метода обработки и точности выбранного станка. Следовательно, требуемое условие при обработке (параллельность плоскости Г плоскости А) может быть обеспечено. Если же момент от силы массы будет меньше момента от силы зажима G l₁<G l₂ (рис. 21, б), то произойдёт смена баз и установочной базой станет плоскость Б, точность обработки по заданному параметру б может быть не выполнена.

Условия для неопределённости базирования создаются при неправильном расположении опорных точек. Например, располагать опорные точки №4,5 на плоскости В, перпендикулярной установочной базе А (точки №1,2,3), как показано на рис. 22, а нельзя, т.к. деталь будет в контакте лишь с одной из этих точек: с точкой 5, если угол б<90⁰; с точкой 4, если б>90⁰. В том случае, когда плоскость В будет соприкасаться с опорной точкой 5, момент от силы Q может оторвать деталь от установочной плоскости, и, следовательно, может произойти смена баз, точность обработки может быть не выдержана. Опорные точки №4,5 нужно располагать на плоскости В так, как показано на рис. 22, б.



Неопределённость базирования может возникнуть не только в период установки детали, но и в период её обработки.

Таким образом, положение детали, принятое при базировании может быть нарушено, если сумма моментов сил, стремящихся оторвать деталь от установочной поверхности, будет превосходить сумму моментов сил, прижимающих деталь к установочной поверхности. При расчёте следует учитывать все силы, действующие на деталь в период установки и обработки (силы веса, зажима, резания и т.п.).

Для соблюдения определённости базирования необходимо:

1) правильно выбрать базирующие поверхности; размещать опорные точки, строго соблюдая правило шести точек;

2) с целью сохранения полученного при базировании правильного положения детали необходимо обеспечить непрерывный контакт детали с установочными элементами

приспособления (станка) в период её закрепления и обработки. Для этого нужно так выбирать и располагать усилия закрепления, чтобы суммарный момент всех сил, действующих на деталь, не отрывал её от той поверхности, на которую она должна быть установлена;

3) силы зажима должны быть достаточными, чтобы обеспечить непрерывность контакта детали с установочной плоскостью, но в то же время не должны вызывать таких контактных деформаций детали, которые вносили бы недопустимые погрешности обработки.

1.6 Погрешность базирования

Погрешностью базирования называется разность предельных расстояний измерительной базы относительно установленного на размер режущего инструмента [4]. Погрешность базирования зависит от выбранной схемы базирования, от размеров и расположения поверхностей, связывающих технологическую базу с измерительной, относительно которой отсчитываются размеры или другие параметры, которые необходимо выдержать при обработке. Следовательно, погрешность базирования возникает в том случае, когда технологическая база не совпадает с измерительной. Погрешность базирования является следствием погрешностей обработки на операциях, предшествуемых рассматриваемой, её можно представить как расстояние между предельными положениями проекций измерительной базы на направление выполняемого размера.

Погрешность базирования определяется при помощи геометрических расчётов или путём анализа технологических размерных цепей.

Необходимо, конечно, стремиться базировать деталь с таким расчётом, чтобы погрешность базирования была равна нулю. Однако это не является обязательным условием. В отдельных случаях, когда при установке детали свести погрешность базирования к нулю невозможно или нецелесообразно (например, в связи с необходимостью применения излишне сложных приспособлений), схему установки детали можно принять, если погрешность базирования вместе с другими погрешностями не превышает допусков по выдерживаемым параметрам.

Размер детали, от значения которого зависит положение измерительной базы при данной схеме установки, принято называть базисным параметром. Введение понятия базисный параметр приводит к большей ясности в методике расчёта погрешностей базирования. Определение погрешности базирования сводится к нахождению базисного параметра, т.к. погрешность базисного параметра представляет собой погрешность базирования. Базисный параметр фактически связывает технологическую базу с измерительной.

Погрешность базирования обозначается той же буквой, которой обозначается погрешность обработки, отличие состоит в том, что при обозначении погрешности базирования внизу ставится индекс “д”, а наверху буквенное обозначение размера или другого параметра, для которого определяется погрешность базирования. Например, символ - означает - “погрешность базирования по размеру “а”. Рассмотрим на примере методику определения базисного параметра и расчёта погрешностей базирования.

а) Определение погрешностей базирования и базисных параметров размеров деталей.

В корпусной детали при фрезеровании выступа требуется выдержать размеры “а” и “н” (рис. 23).

Чтобы погрешность базирования была равна нулю, нужно совместить технологические и измерительные базы, а это будет возможно, если принять поверхность “А” за установочную технологическую базу, а поверхность “Г” - за направляющую технологическую базу. Эти же поверхности являются измерительными базами, т.к. именно от них производится измерение заданных размеров “а” и ”н”; следовательно, ; .

Если же принять поверхность “В” за направляющую технологическую базу, то технологические и измерительные базы не совпадут, возникает погрешность базирования.

Для расчёта погрешностей базирования нужно определить базисный параметр. Базисным параметром будет размер “l”, связывающий технологическую и измерительную базы; погрешность базирования будет равна погрешности базисного размера “l”, т.е. допуску на размер “l”: .

При принятой схеме установки деталей будут возникать погрешности базирования по размерам “в”, и “к”, т.к. технологические базы (плоскости А и Г) не совпадают с измерительными базами ИБ_в и ИБ_к (плоскостями Б и В).



Погрешность базирования по размеру “в” равна допуску на базисный размер “с” , а по размеру “к” погрешность базирования равна допуску на базисный размер “l” .

При установке цилиндрической детали на призму (рис. 24) базисный параметр выражается расстоянием от измерительной базы (ИБ_а) до точки пересечения плоскостей призм (А), являющихся технологической базой.

Из рассмотренных примеров видно, что погрешность базирования зависит от допусков на размеры, связывающие технологическую и измерительные базы между собой: следовательно, погрешность базирования возникает в результате неточности обработки на операциях, предшествующих рассматриваемым.

б) Определение погрешностей базирования и базисных параметров относительных поворотов поверхностей усложняется , т.к., в этом случае, приходится решать пространственные задачи.

При установке деталей типа корпусных (рис. 25):

а) погрешность базирования будет равна нулю только по тем параметрам, которые связывают обрабатываемую поверхность с установочной технологической базой

;

б) Погрешность базирования по параметрам, связывающим обрабатываемую поверхность с направляющей или опорной базами, или вообще с любой другой поверхностью детали, будет зависеть от погрешностей расположения этих баз или поверхностей относительно установочной базы. Эти погрешности возникают на предшествующих операциях.



Например, по параметру е будет возникать погрешность базирования, зависящая от погрешности положения плоскости А относительно установочной базы, т.е. от параметра ж, который будет базисным параметром по параметру е и его погрешность явится погрешностью базирования по параметру е:

По параметру г возникнет погрешность базирования, зависящая от погрешности положения плоскости В относительно установочной базы. Плоскость В будет измерительной базой. Следовательно, параметр л явится базисным параметром по параметру г, а его погрешность - погрешностью базирования по параметру г:

Аналогично ;

По параметру з погрешность базирования зависит от погрешности положения плоскости Б относительно установочной базы:

При фрезеровании паза в детали (рис. 26) погрешности базирования по параметрам г, с, ф будут слагаться из двух погрешностей - погрешностей расположения плоскостей (соответственно Б, В, Г) относительно направляющей технологической базы (плоскость А) и погрешности расположения направляющей базы относительно установочной щ_б:

Погрешность базирования по параметру в будет зависеть от погрешности положения плоскости А относительно установочной базы .

При установке детали по цилиндрическим или коническим поверхностям:

а) погрешность базирования будет равна нулю по параметрам, связывающим обрабатываемую поверхность с осью детали, если эта ось будет всегда занимать одно и то же определённое положение. Это возможно при установке детали без зазора на различные оправки, призмы, центра, в патроны и т.д. В этом случае цилиндрические или конические поверхности детали должны являться двойной направляющей базой и отнимать четыре степени свободы.

Например: по параметрам б, г (рис. 27) и параметру б (рис. 28) погрешности базирования будут равны нулю;

б) Если цилиндрические или конические поверхности используются как центрирующие технологические базы (при установке на короткие цилиндрические или конические пальцы, узкие призмы, патроны), а одна из плоских поверхностей как установочная технологическая база, то погрешность базирования по расположению поверхностей будет равна нулю только по тем параметрам, которые связывают обрабатываемую поверхность с установочной технологической базой. Например,

...