Погрешности установки заготовок

При механической обработке на заготовку действуют силы резания. Поэтому ее необходимо закрепить.

Закреплением называется приложение сил и пар сил к заготовке или изделию для обеспечения постоянства их положения, достигнутого при базировании. Установка представляет собой базирование и закрепление заготовки или изделия (ГОСТ 21405-76 ).

Отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при установке от требуемого называется погрешностью установки (ГОСТ 21405-76).

Анализ погрешностей установки проводится при обработке заготовок на настроенных металлорежущих станках (при автоматическом получении размеров или других характеристик качества).

Погрешность установки заготовки в приспособлении D_уст формируется в результате действия погрешностей базирования , закрепления и погрешности приспособления . В общем виде она может быть определена как векторная сумма:

. (2.1)

Погрешности базирования возникают всякий раз, когда технологическая база не совпадает с измерительной. Эта погрешность определяется величиной колебания (т.е. разностью) предельных расстояний измерительной базы до установленного на размер инструмента. Например, при фрезеровании уступа (рис.2.16) у партии заготовок инструмент настраивается на размер С₁ и С₂.

Погрешность базирования будет отсутствовать при обработке поверхности 2 в размер А, так как измерительная и технологическая ба-

зы совпадают. При обработке поверхности 1 в размер Б возникает погрешность базирования, равная допуску на размер В (ТВ).

На рис. 2.17 приведена схема базирования цилиндрической заготовки на призму при фрезеровании лыски, когда по конструкторской документации необходимо выдержать размеры h₁, h₂ или h₃.

Во всех случаях технологическая база (двойная направляющая скрытая база, проходящая через т. А) не совпадает с измерительными базами, и погрешности базирования можно определить по следующим формулам:

, (2.2)

где

. (2.3)

На основании изложенного следуют выводы:

1. Погрешность базирования при несовмещении технологической и измерительной базы равна допуску на размер, связывающий эти базы.

2. При совмещении технологической и измерительной базы погрешность базирования не имеет места, т.е. D_б=0.

3. Во всех случаях, когда это возможно, необходимо стремиться к совмещению технологической и измерительной базы, т.е. выбирать в качестве технологической базы поверхность заготовки, от которой задан размер.

Погрешность закрепления возникает вследствие смещения заготовки под действием зажимной силы, прилагаемой с целью фиксации положения заготовки. Смещение заготовки из положения, определяемого установочными элементами, а значит, и смещение её технологической базы в направлении выполняемого размера происходит вследствие деформаций заготовки, установочных элементов и корпуса приспособления, через которые передаётся сила зажатия. Здесь могут быть упругие перемещения деталей и элементов приспособления, деформация поверхностных слоёв материала и поверхностных неровностей. Величину деформации Y определяют по эмпирической зависимости, предложенной проф. А.П.Соколовским:

, (2.4)

где С - коэффициент, зависящий от материала и качества

поверхности заготовки;

q - удельное давление в кг/см²;

m - показатель степени, определяемый экспериментально,

m=0,3 0,5.

Таким образом, при изменении силы зажима будет изменяться величина Y, что приведёт к соответствующим погрешностям закрепления (рис. 2.19).

На основании изложенного можно сделать выводы:

– осадка заготовок вследствие деформации поверхностных слоёв имеет место при направлении зажимной силы Р перпендикулярно к опорной базовой поверхности;

– уменьшения погрешности закрепления можно добиться стабилизацией сил зажима (применением пневматических, гидравлических и других зажимных устройств), повышением качества контактирующих поверхностей и выбором направления сил зажима.

Погрешности приспособления определяются геометрическими погрешностями приспособления, изнашиванием рабочих опор, неправильной установкой его на станке. В большинстве случаев погрешностью, связанной с износом элементов приспособления, пренебрегают, полагая, что она не выходит за пределы допуска на их изготовление.

Погрешности установки при конкретных условиях обработки приведены в справочной литературе по технологии машиностроения.

По особенностям применения технологические базы подразделяют на:

– контактные,

– настроечные,

– искусственные,

– проверочные,

– дополнительные.

Контактные базы. При обработке заготовок по принципу автоматического получения размеров настройку станка осуществляют относительно основных или вспомогательных поверхностей заготовки, которые являются технологическими явными базами, или относительно соприкасающихся с ними опорных поверхностей приспособлений.

В примере (см. рис. 2.16) при работе на настроенном станке точность размера А определяется правильностью поперечной установки стола, обеспечивающей расстояние режущих кромок дисковой фрезы от направляющей контактной технологической базы. Смена заготовок, обрабатываемых при неизменной настройке станка, не влияет на получаемые размеры, и их получают одинаковыми для всей партии обрабатываемых размеров.

Точность размера Б определяется правильностью установки высоты стола, обеспечивающей расстояние оси фрезы от установочной контактной технологической базы. Это расстояние равно величине К и зависит от погрешности базирования при несовмещении технологической и измерительной базы.

Контактные технологические базы, обеспечивающие необходимую точность обработки партии заготовок на настроенных станках и не требующие трудоёмкой настройки станка, широко применяются в крупносерийном производстве.

Следовательно, контактными базами называются явные технологические базы, непосредственно соприкасающиеся с соответствующими поверхностями приспособления или станка.

Настроечные базы. Настроечной технологической базой называется поверхность заготовки, по отношению к которой ориентируются обрабатываемые поверхности и которая связана с ними непосредственными размерами и образуется при одном установе с рассматриваемыми поверхностями заготовки.

Для осуществления настройки станка относительно определенных поверхностей заготовки необходимо, чтобы эти поверхности занимали на станке при смене заготовок неизменное положение относительно упоров станка, определяющих конечное положение обрабатывающего инструмента.

При построении операции обработки с использованием технологических настроечных баз опорная поверхность заготовки является технологической контактной базой для получения линейных размеров только при обработке самой настроечной базы. Технологической базой для обработки всех остальных поверхностей заготовок и получения линейных размеров служит не контактная технологическая, а настроечная база заготовки.

Например, при обработке на револьверном станке (рис.2.20) опорная контактная технологическая база М выполняет свою функцию лишь для образования настроечной базирующей поверхности А, связанной с ней размером h. Обработка торцевых поверхностей Е, Д, С в размер а, d, с после этого будет вестись относительно настроечной базы А, обработка торцевой поверхности В в размер в - от настроечной базы Е.

Рис.2.20. Использование настроечных баз А и Е при обработке

заготовки на револьверном станке

Рис.2.21. Использование проверочной базы при расточке

отверстия в эксцентриковом кулачке

Все эти размеры обеспечиваются автоматически, так как упоры рабочих органов станка выставлены относительно настроечных базирующих поверхностей.

Каждая настроечная база при этом образует новую систему координат, относительно которой определяется положение других элементов заготовки.

Настроечные базы способствуют упрощению конструкции приспособления, концентрации операций технологического процесса и сокращению общего числа операций, дают возможность производить промеры заготовок непосредственно на станке. Особенно ярко выявляются преимущества настроечных баз при использовании автоматов, многорезцовых станков, станков с копировальными устройствами, станков с ЧПУ и обрабатывающих центров, а также при многопозиционной обработке.

Контактная и настроечная технологические базы получили широкое распространение в крупносерийном производстве при настройке станков.

Известно, что при установке заготовки в приспособлениях на контактной базе всегда возникает погрешность закрепления, являющаяся одной из причин рассеяния размеров обрабатываемых деталей, проставленных от контактных баз.

При использовании настроечных баз погрешность закрепления заготовок на точность размеров, расставленных от этих баз, не влияет.

Проверочные технологические базы. В единичном и мелкосерийном производствах выверку положения деталей для сборки и заготовок для обработки очень часто производят по проверочным технологическим базам.

Проверочной технологической базой называется поверхность, линия или точка заготовки или детали, по отношению к которым производится выверка положения заготовки на станке или установка режущего инструмента при обработке заготовки, а также выверка положения других деталей или сборочных единиц при сборке изделия. Эта поверхность может быть реальной или воображаемой. Последняя может быть реализована с помощью разметочных рисок или осей, так что при выверке заготовок по разметке по существу пользуются проверочными базами.

Например, при расточке отверстия в отливке эксцентрикового кулачка с целью обеспечения равномерного припуска при обработке наружной и внутренней поверхностей заготовку выверяют в четырёхкулачковом патроне по необработанной поверхности отверстия, а затем на базе обработанного отверстия на фрезерно-копировальном станке обрабатывают контурную поверхность кулачка (рис.2.21).

При работе по проверочным технологическим базам точность и качество опорных поверхностей (контактных баз) не оказывают особого влияния на точность обработки заготовки.

Этот метод не требует применения сложных приспособлений для ориентировки заготовки на станке.

Искусственные технологические базы. В тех случаях, когда заготовку в приспособлении или на станке не удаётся установить удобно, устойчиво и надёжно, когда конфигурация заготовок не имеет возможности выбрать явную технологическую базу, то прибегают к созданию искусственных технологических баз. Создание искусственных баз обычно связано с материализацией скрытых баз.

Примером может служить рассмотренная выше крышка (рис.2.11), у которой две координатные скрытые базы материализованы с помощью двух опорных точек на двух приливах “a” и “в” и с помощью опорной точки на приливе “c”.

При обработке таких деталей, как валы, примером искусственных технологических баз могут служить центровые отверстия на торцах вала (для работы вала в изделии они обычно не нужны). Когда сохранение центровых отверстий по условиям эксплуатации вала недопустимо, после обработки их срезают. Если центровые отверстия используются при эксплуатации детали и являются конструктивно необходимыми, то они не могут рассматриваться как искусственные технологические базы.

К категории искусственных баз относятся также такие явные технологические базы, которые в целях повышения точности базирования обрабатываемой заготовки в приспособлении предварительно обрабатываются с более высокой точностью, чем это требуется для готового изделия по чертежу (рис.2.17).

В некоторых случаях, когда обрабатываются легко деформируемые, нежесткие детали, происходит деформация под действием силы тяжести и усилий резания, исключающая возможность достижения требуемой точности обработки при использовании полного комплекта баз (6 опорных точек). В подобных случаях используют дополнительные технологические базы, несущие на себе дополнительные опорные точки (сверх шести, необходимых теоретически). При этом положение заготовки относительно выбранной системы координат становится статически неопределённым и точность теряется. Чтобы не внести дополнительными технологическими базами дополнительную погрешность обработки, рекомендуется опоры под них делать самоподводящими и регулируемыми (рис. 2.22).

Рис.2.22. Пример использования дополнительной технологической

базы (подводимой), исключающей деформацию

поверхности от силы резания