Сплавы цветных металлов 7 страница

Рисунок 12 – Варианты достижения точности конструкторского размера К
при различных схемах базирования корпуса на операции растачивания отверстия

В первом варианте (при совмещении ТБ с КРБ) конструкторский размер К′ получается равным технологическому размеру расточной операции Т_р. Под технологическим размером понимают размер, опре­деляющий во время обработки детали положение обрабатываемой поверхности относительно используемой технологической базы. Ве­личина и погрешность такого размера определяются только исполь­зуемой для обработки ТС и условиями ее работы. Технологический размер, получаемый на данной операции (переходе), и его погреш­ность не зависят от предшествующей или последующей обработок, можно считать, что он формируется как замыкающее звено некото­рой размерной цепи технологической системы, составляющими зве­ньями которой являются ее внутренние размеры. Эта цепь условно показана некоторой дугой, а размер Т является хордой этой дуги. Та­ким образом, при совмещении ТБ с КРБ:

и . (6)

В рассматриваемом на рис. 11, в примере

(7)

где Т_р – технологический размер на операции растачивания отверстия;
Т_р = – погрешность технологического размера, равная погрешности ТС расточного станка.

Для обеспечения заданной точности размера К на операции растачивания необходимо обеспечить выполнение условия (1):

(8)

Во втором варианте (при несовмещении ТБ с КРБ, как на рис. 11, г) после растачивания отверстия детали также образуется размер К, однако его величина формируется уже как замыкающее звено П₀ некоторой внешней по отношению к ТС расточного станка размерной цепи П. Технологический размер Т_р = П₁ в этом случае от­личается от К и, оставаясь замыкающим для внутренней размерной цепи ТС расточного станка, теперь уже входит первым составляющим звеном в размерную цепь П. Вторым составляющим звеном цепи П, как это видно из рис. 11, г, является размер П₂ между вы­бранной ТБ (верхней плоскостью корпуса) и КРБ (плоскостью осно­вания лапок). В соответствии с теорией размерных цепей погреш­ность конструкторского размера К в этом случае равна:

(9)

Размер П₂ получен на детали ранее, при выполнении фрезерной операции (см. рис. 11, б) и являлся технологическим размером для этой операции, т.е.:

. (10)

С учетом (9) достигаемая во втором варианте точность конструк­торского размера определяется погрешностью

(11)

равной сумме погрешностей ТС, используемых на двух операциях: фрезерной и расточной .

Сопоставление результатов двух вариантов (см. (7) и (9)) показы­вает, что достижимая точность размера во втором варианте при прочих равных условиях выполнения операций фрезерования и рас­тачивания (за исключением различия в схеме базирования на рас­точной операции) во втором варианте значительно, по крайней мере, на порядок, ниже, чем в первом. Это означает, что для дости­жения заданной конструктором точности размера во втором вари­анте необходимо будет назначить особые, более жесткие допуски на технологические размеры обеих операций, отвечающие уравнению (9), записанному в полях допусков, т. е.

Т = ТТ_р + ТТ_ф (12)

и при выполнении операций фрезерования и растачивания обеспе­чить выполнение условий

(13)

Конечно же, выполнение условий (12) и (13) во втором варианте с тех­нической и экономической точек зрения представляет технологу го­раздо больше трудностей, чем условия (8) в первом варианте.

Принцип единства баз представляет собой правило выбора техно­логи-ческих баз, которое рекомендует использовать в качестве ТБ при обработке всех или возможно большего количества поверхностей де­тали в разных или одной технологической системе одну и ту же – единую технологическую базу. Целесообразность такого подхода рассмотрим на примере организации обработки корпусной детали с тре­мя отверстиями, представленной на рисунке 13.

Рисунок 13 – Варианты технологического обеспечения конструкторских

размеров расположения поверхностей

Размерное описа­ние положений отверстий конструктором может быть задано цепным способом (рис. 13, а, б) или координатным (рис. 13, в, г). Рассмотрим варианты технологического обеспечения конструкторских размеров располо­жения отверстий:

В варианте I каждый конструкторский размер оказывается техно­логи-ческим за счет перехода для обработки каждого следующего отверстия на новую технологическую базу. Погрешность каждого конструкторского размера последующих операций, т.е:

С технической точки зрения достижимая точность определяется лишь возможностями используемых при расточке отверстий техно­логической системы. Однако организация такого ТП требует переу­становок заготовки на новые ТБ, а это несет необходимость иметь специальные приспособления для установки детали на ТБ1, ТБ2 и ТБ3.При этом усложняется и удорожается технологическое осна­щение ТП, увеличиваются затраты на установку заготовок, удорожа­ется вся обработка детали.

В варианте II конструкторский размер К₁ получается по-прежнему, следуя принципу совмещения баз, однако размеры К₂ и К₃ уже не являются технологическими, так как при расточке и второго, и тре­тьего отверстий не совмещаются ТБ с КРБ2 и КРБЗ. Эти размеры образуются как замыкающие звенья размерных цепей, в которые со­ставляющими звеньями входят технологические размеры Т₁, Т₂ и Т₂, Т₃. Тогда:

Таким образом, погрешности конструкторских размеров К₂, К₃,..., К_n (если нужно обработать N отверстий) представляют собой суммы погрешностей двух технологических размеров. Это означает, что при назначении допусков технологических размеров придется их ужесто­чить (уменьшить) в среднем вдвое по отношению к допускам конст­рукторских размеров, что, конечно же, потребует дополнительных затрат на их достижение при обработке детали. Однако за счет исполь­зования одной и той же ТБ при обработке всех отверстий, которую называют в этом случае единой (постоянной) технологической базой, уменьшается число переустановок детали, сокращается номенклату­ра приспособлений и затраты на их проектирование, изготовление и обслуживание. Получаемая при этом экономия времени и матери­альных средств обеспечивает чаще всего существенную выгоду по сравнению с вариантом I при одной и той же точности заданных конструкторских размеров.

Вместе с тем, в использовании варианта II имеются ограничения как технического, так и экономического характера. Технические ог­раничения возникают тогда, когда конструктором задана такая высокая точность размеров К₂, К₃,..., К_n, которая при ужесточении ее вдвое на размерах Т₁, Т₂,... К_n уже не может быть получена существую­щими методами обработки и (или) в соответствующих технологичес­ких системах. Экономическое ограничение наступает тогда, когда дополнительные затраты на достижение более высокой точности технологических размеров превысят экономию от сокращения но­менклатуры приспособлений, объема и сложности работ по установ­кам заготовки в используемых ТС.

Вариант III объединяет в себе технические и экономические дос­тоинства первых двух рассмотренных выше вариантов, т.е. за счет использования принципа совмещения баз , но вся обработка, в отличие от варианта I, ведется в од­ном и том же приспособлении за счет использования единой ТБ.

Вариант IV объединяет в себе и усиливает технические и эконо­мические недостатки первых двух рассмотренных выше вариантов. За счет использования при обработке очередного отверстия новой ТБ, во-первых, нарушается принцип совмещения баз и размеры К₂, К₃,... К_n получаются как замыкающие звенья соответствующих раз­мерных цепей, содержащих цепные технологические размеры Т₁, Т₂,..., Т_n причем, чем больше номер размера К_i тем большее количе­ство составляющих звеньев имеет размерная цепь, описывающая его образование:

;

;

;

…………………………..........

.

и, во-вторых, всякий переход на новую ТБ несет дополнительные расходы, связанные с переустановкой заготовки.

Сравнивая между собой все четыре варианта, можно сформули­ровать следующие рекомендации по выбору технологической базы на операциях технологического процесса:

1. Никогда не следует строить ТП обработки детали по варианту IV.

2. Наиболее предпочтительным с технической и экономической точ­ки зрения является вариант III.

3. Если конструкторские размеры образуют цепь, то предпочти­тельнее использовать вариант II с единой ТВ как дающий значи­тельные организационные и экономические выгоды.

4. Вариант I следует использовать только в тех случаях, когда требуемую точность цепных конструкторских размеров невоз­можно устойчиво обеспечивать по варианту II.

Принцип единства баз позволяет выработать стратегический под­ход к проектированию нового технологического процесса с высокими техническими и организационно-экономическими показателями.

Порядок разработки плана изготовления детали с использованием принципа единства баз заключается в следующем:

1) вначале необходимо выработать и сформировать на детали со­вокуп-ность поверхностей, которые могли бы служить единой ТБ, и рассмотреть возможность их окончательной обработки на первой (или первых) операции;

2) наметить поверхности на заготовке, которые могли бы быть приняты в качестве технологических баз на первой (или пер­вых) операции;

3) исходя из конструкции детали и технологических соображе­ний, наметить для обработки поверхности, которые могут быть обработаны на первой операции совместно с обработкой по­верхностей единой ТБ;

4) определить поверхности, которые могут быть выполнены при установке детали на единую ТБ;

5) определить порядок обработки отдельных поверхностей, точ­ность положения которых невозможно обеспечить при уста­новке на единую ТБ;

6) при ответе на вопросы 1...5 сформировать план изготовления детали, схематично увязав в нем последовательность обработки групп поверхностей с выбранными для ее обработки техноло­гическими базами.

Рассмотрим более подробно методологические подходы в реше­нии задач 1...5, стоящих перед технологом при выборе плана изго­товления детали.

Приступая к формированию единой ТБ детали, следует отметить, что строгих правил выбора ТБ, обеспечивающих однозначное реше­ние задачи для каждой конкретной детали нет. Однако в работе [5] предложен ряд рекомендаций, которые позволяют технологу найти для каждой детали возможно лучшее решение этой задачи.

Первая рекомендация заключается в том, чтобы включить в еди­ную ТБ в каждом координатном направлении такие поверхности, их оси или точки, от которых конструктором задано положение воз­можно большего количества поверхностей.

Вторая рекомендация заключается в том, что каждая поверхность, включаемая в единую ТБ, должна отвечать признакам той базы, фун­кцию которой ей предстоит выполнять с точки зрения числа отнима­емых у заготовки степеней свободы. Так, установочная база должна иметь наибольшую протяженность в двух координатных направле­ниях и лишать заготовку трех степеней свободы; направляющая база должна иметь наибольшую возможную протяженность в одном ко­ординатном направлении, лишая заготовку двух степеней свободы, и так далее.

Третья рекомендация заключается в том, что в единую ТБ следует включать наиболее точные поверхности детали.

К сожалению, технолог достаточно часто встречается с ситуация­ми, когда имеющиеся на детали поверхности не вполне отвечают признакам той или иной базы либо не обладают необходимой точно­стью, и тогда для использования принципа единства баз технолог вынужден вносить в конструкцию детали некоторые изменения, не ухудшающие выполнение ею своего служебного назначения. Так, на­пример, у корпуса на рис. 13 отверстия в лапках являются крепеж­ными, и с точки зрения служебного назначения высокой точности их диаметров и межосевого расстояния не требуется (главное, чтобы че­рез них прошли крепежные болты при установке редуктора в прибор). Но при установке заготовки корпуса во время обработки таким отверстием на палец в схеме базирования возникает неопределен­ность, т.е. возможность смещения заготовки корпуса в пределах за­зора между базовым отверстием и пальцем. Это смешение порождает дополнительную составляющую погрешности установки, что резко снижает точность получаемых при такой установке размеров распо­ложения поверхностей в партии обработанных деталей.

Рисунок 14 – Корпус редуктора и возможная единая технологическая база
для технологического процесса его обработки

Поэтому технолог вынужден в этих случаях повышать точность отверстий, включаемых в единую ТБ, как правило, до H7 или H8. Широкие до­пуски на межосевые расстояния крепежных отверстий требуют су­щественного уменьшения диаметра одного из пальцев для обеспече­ния возможности установки любой заготовки из партии на два пальца, а это увеличивает зазор между отверстием и вторым пальцем и, следовательно, возможный угол поворота всей детали вокруг оси первого базового отверстия во время установки. Для уменьшения этой составляющей погрешности установки технолог существенно повышает точность межосевого расстояния отверстий; включенных в единую ТБ. Внесенные в размерное описание корпуса изменения, конечно же, не ухудшают выполнение им своего служебного назна­чения, но позволяют технологу построить ТП с использованием принципа единства баз.

Иногда технолог вынужден вносить свои изменения не только в размерное описание, но и в конструкцию детали для придания по­верхности возможности служить той или иной ТБ. Так, например, при обработке консольных направляющих каретки (рис. 15, а) необходимо в качестве ус­тановочной базы использовать нижнюю плоскость детали, но она не имеет достаточной протяженности и не обеспечивает ни точности установки, ни жесткости детали во время обработки. Для придания верхней плоскости необходимых признаков установочной базы тех­нолог вводит в заготовку дополнительные конструктивные элемен­ты – приливы «в», которые искусственно удлиняют эту плоскость на время обработки детали (см. рис. 15, б) и удаляются в конце после обработки всех поверхностей за ненадобностью для служебного на­значения каретки в устройстве.

Рисунок 15 – Каретка револьверного суппорта и схема ее базирования
для обработки направляющих

Иногда ни одна поверхность детали не может выполнять функции той или иной технологической базы и тогда технологу приходится создавать специальные поверхности для выполнения этой функции. Типичным примером такой ситуации может служить обработка лю­бого ступенчатого вала, все ступени которого должны быть соосны с общей осью подшипниковых шеек. Использовать эти шейки или любые другие для установки заготовки вала на токарных, шлифо­вальных и других станках невозможно, и поэтому на валах создаются специальные поверхности – конические центровые отверстия, об­щая ось которых и выполняет функцию единой ТБ на большинстве операций ТП. Схема базирования вала на центровых отверстиях приведена на рис. 16, а. При такой установке технологическими размерами при обработке любой ступени является несоосность Н₁, H₂, ..., H_i этой ступени с общей осью конических отверстий центро­вых гнезд, что с точки зрения служебного назначения вала не имеет никакого значения. Требуемая же соосность двух любых ступеней С (см. рис. 16, б), заданная конструктором, формируется при таком базировании по варианту II, т. е. как замыкающее звено размерной цепи, составляющими звеньями которой являются технологические размеры – несоосности H₁, и Н₂ каждой из этих двух ступеней с еди­ной ТБ – осью А центровых отверстий.

Рисунок 16 – Схема базирования ступенчатого вала на единой

технологической базе: центровые отверстия (а) и размерная цепь

обеспечения соосности C_o ступеней 1 и 2 (б)

Таким образом, формируя единую технологическую базу, техно­лог может включать в этот комплект либо имеющиеся на детали ре­альные поверхности, могущие служить базовыми, либо внести в кон­струкцию детали технологические изменения, не ухудшающие ее служебного назначения, целью которых может быть либо улучшение базирующих свойств имеющихся поверхностей, либо создание спе­циальных поверхностей для использования их только во время обра­ботки в качестве ТБ.

При разработке технологического процесса выбирают теорети­ческую схему базирования и в общем случае в качестве ТБ выбирают поверхности, отвечающие следующим основным условиям:

1) эти поверхности должны быть достаточно протяженными, что­бы обеспечить минимальную погрешность базирования;

2) поверхность, выбранная в качестве ТБ, должна обеспечить дос­туп к возможно большему числу поверхностей, обрабатывае­мых от этой базы;

3) поверхности, используемые в качестве базовых, должны при­надлежать элементам детали, имеющим достаточную жест­кость;

4) поверхности, используемые в качестве базовых, должны иметь по возможности высокую точность и чистоту обработки.

По стадиям обработки ТБ разделяются на чистые (чистовые) и черные (черновые).

Чистые базы – это предварительно обработанные поверхности, на которые базируется деталь на всех этапах обработки.

Черные базы – это комплект необработанных поверхностей в со­стоянии поставки заготовки, используемых в качестве базовых толь­ко на первой операции.

Распределение чистых и черных баз между поверхностями детали следует вести от конечного результата.

Правила выбора чистых баз:

Эти правила противоречат одно другому. В качестве чистых баз выбирают поверхности, отвечающие следующим требованиям:

1) они должны соответствовать всем требованиям к базам (см. выше);

2) чистые ТБ должны обеспечить обработку наиболее точных, чи­стых и точно расположенных поверхностей детали;

3) при наличии у деталей технологических комплексов поверхно­стей чистая база должна либо входить в один из этих комплек­сов, либо обеспечивать обработку всех поверхностей, входящих в эти комплексы;

4) из прочих равных поверхностей в качестве чистой ТБ выбира­ют ту, которая может служить единой технологической базой для обработки всех прочих поверхностей детали.

Требования к черным базам:

1. Все общие требования к базам.

2. В качестве основной черной базы (установочной или двойной направляющей) выбирается поверхность, лишенная заготовочных напусков (уклонов), поэтому у тел вращения большой протяженности вдоль оси в качестве главной выбирается цилиндрическая поверхность – двой­ная направляющая база; детали же, имеющие короткие цилиндрические поверхности (типа дисков), в качестве основной базы должны иметь торец – уста­новочная база.

3. (противоречит требованию 1) В качестве черных баз должны выбираться поверхности, которые в обработанной детали являются наиболее ответственными, например, в кор­пусах редукторов в качестве черной базы желательно выби­рать ось основного литого отверстия (обеcпечивает равномерное распределение припуска при последующей обработке литого отверстия).

Отступление от этого требования вызывает повышенную погреш­ность на последующих этапах обработки и требует лишних операций и переходов для достижения соответствующего уточнения.

4. Поверхность в качестве черной базы может использоваться только один раз на первой операции.

5. На первой операции, где используется черная база, обязательно должна быть обработана чистая, желательно единая ТБ.

6. При наличии многофункционального технологического обору­дования (обрабатывающие центры, автоматические линии, исполь­зуемое приспособление – спутник) в качестве черной базы, являю­щейся одновременно единой, может быть выбрана поверхность, остающаяся необработанной, при условии, что вся обработка осуще­ствляется за одну операцию.

Методически выбор и обоснование единой технологической базы осуществляется по алгоритму, который предусматривает следующую последовательность работы технолога.

1. Оценить роль основной базы в координации других поверхнос­тей и комплектов поверхностей, для этого необходимо подсчитать количество (выписать) всех поверхностей и комплектов поверхнос­тей, координированных (связанных размерами) от основной базы.

2. Оценить роль каждого комплекта вспомогательных баз в коор­динации других поверхностей, для этого необходимо подсчитать ко­личество поверхностей (размеров), координированных от каждой вспомогательной базы детали.

3. Оценка возможности использования свободной поверхности в качестве единой технологической базы при обработке без переуста­новки детали. На данном этапе необходимо проанализировать кон­струкцию детали с точки зрения возможности обработки всех ее по­верхностей с необходимой точностью и шероховатостью с одной установки. Такая возможность появляется при обработке простых по конфигурации деталей типа «рычаг», «кронштейн» с небольшим ко­личеством обрабатываемых поверхностей, либо при обработке более сложных деталей на агрегатных станках, станках с ЧПУ или типа «обрабатывающий центр». Если такая возможность имеется, то в качестве единой технологической базы необходимо использовать сво­бодные поверхности детали, отвечающие трем основным признакам баз: установочная – должна быть наибольших габаритных размеров, направляющая – наибольшей протяженности, опорная – наимень­ших габаритных размеров (и далее приступить к выполнению этапа 8).

4. Если нет возможности обрабатывать данную деталь с одной ус­тановки, то на основании результатов, полученных на первом, вто­ром этапах, выбрать комплект поверхностей, от которых координи­ровано наибольшее количество других поверхностей (комплектов). Причем безразлично, является ли этот комплект основной или вспо­могательной базой.

5. Оценить возможность использования в качестве единой техно­логи-ческой базы комплекта поверхностей, от которых координиро­вано наибольшее количество других поверхностей, с точки зрения трех основных признаков баз. Если данный комплект баз отвечает этим признакам, то их выбирают в качестве единой технологической базы;

6. Если данный комплект баз не отвечает трем основным призна­кам баз, то оценивается возможность и целесообразность (с эконо­мической и физической точек зрения) внесения изменения в конст­рукцию детали с целью придания рассматриваемому комплекту отсутствующих признаков (после внесения изменений комплект должен отвечать трем признакам баз). Если изменения конструкции возможны и целесообразны, то этот комплект баз с конструктивны­ми изменениями выбирают в качестве единой технологической базы. И далее выполняется этап 8.

Примечание. После окончания обработки искусственно созданные элементы обычно удаляют.

Если внесение изменений в конструкцию деталей невозможно или нецелесообразно, то рассматриваемый комплект поверхностей не может служить единой технологической базой. В этом случае сле­дует вернуться к этапу 5 и приступить к рассмотрению следующего комплекта поверхностей из числа оставшихся, по отношению к ко­торому задано положение большего числа поверхностей. Такой воз­врат повторяется до тех пор, пока для какого-либо очередного комп­лекта появится возможность перехода к этапу 8.

7. Если при переборе всех компонентов в пункте 5 не оказалось компонентов баз, пригодных для использования в качестве единой технологической базы, то в конструкцию детали необходимо внести изменения с целью создания искусственного комплекта единой технологической базы. На практике такими деталями, в большинстве случаев, являются детали типа «вал» или «труба». Для подобных дета­лей целесообразно в качестве единой технологической базы исполь­зовать специальные искусственно созданные в конструкции базы в виде конических центровых отверстий или фасок.

8. Составить список поверхностей, принятых в качестве единой технологической базы.

9. Рассортировать все поверхности детали на две группы по признаку соответствия условий их обработки принципу совмещения баз при установке на выбранную единую технологическую базу.

10. Составить список каждой классификационной группы поверх­ностей согласно результату выполнения предшествующего шага.

Следующий немаловажный вопрос, требующий разрешения тех­нологом при формировании плана изготовления детали – как уста­навливать заготовку при обработке поверхностей, включенных в единую ТБ, т.е. на первой (первых) операции. Для ответа на этот вопрос, результатом которого должен быть выбор конкретных не­обработанных (черных) поверхностей заготовки в качестве техноло­гических баз на первой операции, требуется провести размерный анализ вариантов базирования по каждому конструктивному пара­метру, зависящему от взаимного расположения обработанных и нео­бработанных поверхностей. На основе анализа следует выбрать по каждому параметру тот, который обеспечивает одновременное дос­тижение требуемой точности всех параметров, а если таких вариан­тов несколько, то предпочтение следует отдать тому, при котором обеспечивается наибольшая точность наиболее важного параметра служебного назначения детали.

Выбор технологической базы на первой операции осуществляется в следующем порядке.

1. Изучение размерных связей между поверхностями.

2. Выбор критерия оценки технологической базы на первой операции.

Необходимо определить, какой из двух критериев оценки вы­брать:

• требуемая точность расположения необработанной поверхнос­ти относительно поверхностей, подлежащих обработке;

• равномерность припуска, снимаемого при обработке с поверх­ности (поверхностей).

3. Определение технологического перехода, на котором формируется выбранный критерий. Требуемое положение необработанной поверхности относительно подлежащей обработке обеспечивается на том технологическом переходе, где обрабатывается поверхность. Неравномерность припуска также проявляется только при обработке интересующей нас поверхности на одном из технологических переходов. Таким образом, в любом случае необходимо отыскать в марш­рутном технологическом процессе тот технологический переход, где формируется выбранный критерий.

4. Описание условий формирования выбранного критерия раз­мерной цепью и ее уравнения. После того как определен технологи­ческий переход, на котором формируется выбранный критерий не­обходимо представить графически этот критерий и принять его за замыкающее звено. Составляющими звеньями размерной цепи будут являться размер заготовки, который получается после обработки ее на первой операции, и настроенный размер инструмента; из анализа размерной цепи определяется размер, с которым заготовка приходит с первой операции на операцию, где формируется выбранный нами критерий.

5. Разработка схемы базирования на первой операции в соответ­ствии с принципом единства баз. Найденный на этапе 4 размер, ко­торый должен получиться в результате обработки на первой опера­ции, необходимо нанести на эскиз первой операции маршрутного технологического процесса. И на основании этого выбрать техноло­гическую базу на первой операции.