Выбор технологических баз при изготовлении деталей

     При закреплении наряду со смещениями и  перекосами заготовки относительно приспособления происходят и ее собственные  деформации, которые также относятся  к погрешностям закрепления. Эти  деформации тесно связаны с погрешностями  формы технологических баз заготовки.

     На  рис. 1.18 дана схема закрепления призматической заготовки, осуществляемого с помощью  прихватов.

     Обработке (торцевому фрезерованию) подвергается верхняя плоскость заготовки. Ее нижняя плоскость, являющаяся установочной базой, и плоскость полок, с которой  взаимодействуют прихваты, имеют  погрешности формы. Положение заготовки  после базирования показано на рис. 1.18, а (точка А принадлежит заготовке). Предположим, что прихваты срабатывают неодновременно. Первым в работу вступает правый прихват. Под действием силы Р_з^’ заготовка повернется относительно точки А. Одновременно она под действием этой силы (ее составляющей Р_х ) сместится вправо на величину ε_зх и займет положение, показанное на рис.1.18, б. При срабатывании левого прихвата заготовка при определенных условиях будет упруго деформирована силой Р_з ' на величину ε_зх. Заготовка после закрепления и фрезерования верхней плоскости показана на рис. 1.18, в. При раскреплении под действием сил упругости материала готовка (ее нижняя плоскость) примет первоначальную форму. При этом обработанная верхняя плоскость приобретет соответствующую погрешность формы Δ_ф (рис. 1.18, г).

     Очевидно, что в рассмотренном примере (рис.1.18) деформации заготовки могут быть резко уменьшены, если силы закрепления  приложить не параллельно, а перпендикулярно  плоскости XOZ.

Основываясь на выше изложенном, можно указать, что для сокращения погрешности закрепления необходимо:

• обеспечивать высокую точность и качество поверхностного слоя технологических баз;
• обеспечивать рациональное направление и точки приложения сил закрепления;
• стабилизировать значения сил закрепления путем использования механизированных приводов в приспособлениях.

1.3.3. Погрешность приспособления

     Эта погрешность ε_пр является результатом неточностей изготовления приспособления и его установки на станке, а также неравномерного износа установочных элементов от многократного взаимодействия с заготовками.

     Например, широко используемые трехкулачковые самоцентрирующие патроны при каждой установке на шпинделе станка занимают различные положения, которые колеблются в пределах зазора между посадочной шейкой шпинделя и посадочным отверстием в патроне. Вследствие этого заготовка, установленная в патроне, оказывается несоосной со шпинделем станка. Кулачки патрона из-за зазоров между ними и направляющими при закреплении заготовки перекашиваются. Это ведет к перекосу заготовки относительно шпинделя станка. При эксплуатации патрона установочные поверхности кулачков изнашиваются. Износ у разных кулачков может быть неодинаковым. Он также может сопровождаться образованием погрешностей формы указанных поверхностей. Все это увеличивает погрешность установки заготовок.

     Для уменьшения рассматриваемой составляющей погрешности установки заготовок  необходимо:

- повышать точность приспособлений и точность их установки на станке;

- использовать приспособления с минимальным числом подвижных сопряжений;

- выполнять обработку установочных поверхностей приспособлений непосредственно на том станке, для оснащения которого они предназначены.

     Например, погрешность установки втулки на внутришлифовальном станке можно резко  сократить, если вместо трехкулачкового самоцентрирующего патрона использовать мембранный патрон.

   Простейший мембранный патрон (рис. 1.19) состоит из планшайбы 1, мембраны 2 с большим количеством кулачков 3 и штока 4. При воздействии штока на мембрану последняя прогибается, а кулачки разводятся и обработанная втулка 5 извлекается из патрона (рис. 1.19, а). Затем устанавливается следующая втулка, шток отводится влево и под действием сил упругости материала мембрана принимает первоначальную форму, а кулачки сводятся и зажимают втулку (рис. 1.19, б).

     После установки мембранного патрона  на станок установочные поверхности  его кулачков шлифуют на этом же станке. Это позволяет практически  устранить влияние погрешности  установки патрона на станке и  износа его кулачков на точность установки  заготовки.

     Аналогичным образом поступают и в ряде других случаев. Так, трехкулачковые самоцентрирующие патроны оснащают «сырыми» кулачками, которые растачивают непосредственно на токарном станке. После установки электромагнитной плиты на плоскошлифовальный станок ее установочную плоскость в обязательном порядке шлифуют на этом же станке. Так же поступают при износе установочной плоскости этой плиты.

     1.3.4. Определение погрешности  установки

     Знание  погрешности установки необходимо для оценки точности обработки заготовок, а также расчета припусков  на их обработку.

     Погрешность установки заготовки ε_у (в заданном направлении) находится суммированием ее составляющих. Рассматривая ε_б, ε₃ и ε_пр как поля рассеивания случайных величин, имеющих нормальное распределение, получаем

     Погрешность базирования (ε_б) определяется расчетом на основе геометрических соотношений. Погрешность закрепления (ε₃) И погрешность приспособления (ε_пр) находятся по справочникам. Так как разделить эти составляющие погрешности установки при их экспериментальном определении затруднительно, то обычно в справочниках указывается только значение погрешности закрепления, в которую входит и погрешность соответствующего приспособления. С учетом сказанного получаем

     При установке заготовок в центрах, самоцентрирующих патронах, на разжимных оправках и т.п. базирование и закрепление заготовок осуществляется одновременно, поэтому отделить их друг от друга трудно. Принято считать, что в указанных случаях погрешность базирования заготовок в радиальном направлении равна нулю. Таким образом ε_у =ε₃ .  
 

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  ВЫБОРА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАЗ 

     2.1. Принципы выбора  технологических  баз

     При выборе технологических баз следует  руководствоваться двумя принципами: постоянства баз и совмещения баз.

     Принцип постоянства баз. В соответствии с принципом постоянства баз нужно стремиться к тому, чтобы на протяжении всего технологического процесса изготовления детали использовать одни и те же технологические базы, исключая, как правило, первые операции, которые служат для обработки самих технологических баз.

  Такое стремление продиктовано тем, что на погрешности размеров между поверхностями и на погрешности расположения поверхностей, обработанных от разных баз, переносятся погрешности размеров между самими базами и погрешности их расположения. 

      Влияние погрешностей расположения технологических  баз на погрешности расположения поверхностей, обработанных от этих баз, наглядно показано на рис.2.1. При сверлении  отверстия А (рис.2.1, а) в качестве установочной базы используется плоскость I, а направляющей - плоскость II. При сверлении отверстия Б (рис.2.1, б), наоборот, установочной базой является плоскость II, а направляющей - плоскость I. Как видно из рис.2.1, погрешность расположения технологических баз (отклонение от перпендикулярности плоскостей I и II) полностью переносится на погрешность расположения отверстий А и Б.

     Рассмотрим  еще один пример. У пластины, показанной на рис.2.2,а, необходимо выдержать конструкторские размеры К₂ и К₃ (размер К₁ = A₁ = 100 ±0,1 мм был получен ранее). Расточка отверстия диаметром 40 мм (первая операция) производится на токарном станке, а сверление двух отверстий диаметром 6 мм (вторая операция) — по кондуктору на вертикально-сверлильном.

   Проанализируем два варианта обработки. В первом варианте обе операции (рис.2.2, б и 2.2, в) выполняются при использовании одних и тех же технологических баз. Во втором варианте при выполнении первой операции (рис.2.2, б) в качестве направляющей базы используется плоскость I, а при выполнении второй операции - плоскость II (рис.2.2, г).

     В обоих вариантах обработки конструкторский  размер К₂ = А₂ (рис.2.2, б) выдерживается непосредственно. 

     Конструкторский размер К₃ в первом варианте обработки оказывается замыкающим звеном в технологической размерной цепи, показанной на рис. 2.2, д. Допуск этого размера

ТК₃ = ТА ₂ + ТА ₄ =0,2+0,2=0,4 мм

соответствует требованиям чертежа пластины.

     Во  втором варианте обработки размер К₃ получается в виде замыкающего звена в более длинной размерной цепи (рис.2.2, е). Одним из составляющих звеньев этой цепи является размер между направляющими базами A₁ = 100 ±0,1 мм, использованными при выполнении первой и второй операций. Допуск размера K₃ в этом варианте обработки

ТК₃ =ТА₁ +ТА₂ + ТА₃=0,2+0,2+0,2=0,6 мм

не соответствует  требованиям чертежа.

     Таким образом, смена баз увеличивает  погрешность (допуск) выдерживаемого размера (К₃) на величину погрешности (допуска) размера (А₁) между базами.

     Необходимость в смене технологических баз  возникает, когда заготовку приходится обрабатывать на различных технологических  системах. Прибегать к смене технологических  баз приходится при обработке заготовок, имеющих значительные остаточные напряжения. В этом случае сначала производится черновая обработка большинства поверхностей, которая из-за перераспределения остаточных напряжений сопровождается деформациями заготовки. Затем обычно следует отжиг или естественное старение, обеспечивающие снятие остаточных напряжений и стабилизацию размеров и формы заготовки. После этого выполняется окончательная обработка тех ее поверхностей, которые в дальнейшем служат технологическими базами.

   Необходимо подчеркнуть, что наряду с преднамеренной сменой баз на протяжении технологического процесса изготовления детали может иметь место случайная смена баз. Например, это может быть при установке призматической заготовки в тисках (рис.2.3). У заготовки обработке подвергается верхняя плоскость, которая должна быть параллельна нижней плоскости Б. Из-за неперпендикулярности направляющей базы (плоскости А) установочной базе (плоскости Б), неперпендикулярности рабочей плоскости подвижной губки тисков ее направляющим и зазора между губкой и направляющими (рис.2.3, а) при закреплении (приложении силы Р₃) заготовка повернется в тисках и займет положение, показанное на рис.2.3, б. Произойдет случайная смена баз: установочной базой станет плоскость А, а направляющей - плоскость Б. После обработки плоскость В окажется непараллельной плоскости Б (рис.2.3, б).

     Полностью принцип постоянства баз реализуется  при обработке заготовок с  одной установки, когда в качестве баз используются их необрабатываемые поверхности. При этом погрешности  размеров между обработанными поверхностями  и погрешности их расположения оказываются практически независимыми от погрешности установки. Это позволяет достичь наиболее высокой точности обработки.

     Отметим, что одним из побудительных мотивов  создания станков типа «обрабатывающий  центр» было стремление обеспечить обработку  сложных заготовок при минимальном  числе установок. Такие станки, на которых можно обрабатывать заготовки с разных сторон и разными методами, не только уменьшают влияние погрешностей установки на точность обработки заготовок, но и сокращают затраты времени на выполнение технологического процесса за счет уменьшения числа установок.

     Выдержать принцип постоянства баз позволяет  применение искусственно создаваемых  технологических баз (центровые  отверстия на заготовках валов, специально обрабатываемые с высокой точностью  отверстия на заготовках корпусов, различного рода приливы, бобышки и  т.п.).

     Принцип совмещения баз. В соответствии с принципом совмещения баз в качестве технологических баз необходимо стремиться брать те поверхности детали, от которых заданы конструкторские размеры. Такими поверхностями могут быть конструкторские (основные и вспомогательные) базы детали, а также ее свободные поверхности, которые не контактируют ни с какими другими деталями в изделии.

     Преимущества, обеспечиваемые реализацией принципа совмещения баз, покажем на следующих  примерах.