Выбор технологических баз при изготовлении деталей

     2.3. Выбор технологических баз на большинстве операций

     При выборе технологических баз на большинстве операций технологического процесса изготовления детали необходимо руководствоваться рассмотренными выше принципами постоянства и совмещения баз. Однако, как уже отмечалось, одновременное соблюдение этих принципов часто оказывается невозможным.

     Наиболее  полно принципы постоянства и  совмещения баз могут быть реализованы, когда все конструкторские размеры  детали заданы от одних и тех же ее поверхностей. Чаще всего в качестве таких поверхностей выступают основные базы детали. Именно эти поверхности  следует обработать на первой операции (нескольких первых операциях) и затем  использовать в качестве технологических  баз на большинстве операций технологического процесса.

     Необходимо  не только стремиться соблюдать принципы постоянства и совмещения баз, но и стремиться сократить число  установок заготовки на протяжении технологического процесса, помня, что  каждая установка даже при неизменных технологических базах сопровождается ее погрешностями и снижением  точности обработки заготовки.

     При смене баз в качестве новых  следует выбирать наиболее качественно  обработанные поверхности, имеющие  наибольшую точность положения по отношению  к ранее использованным базам. При  этом, как уже отмечалось, в первую очередь внимание следует уделять  обеспечению точности расположения поверхностей, а затем уже точности размеров детали.

     Отметим, что основные положения по выбору технологических баз при изготовлении деталей содержатся в книгах [2...4, 8].

3. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  БАЗ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ  ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ  МАШИН 

3.1. Ступенчатые валы 

     В качестве технологических баз при  выполнении большинства операций обработан  заготовок ступенчатых валов, имеющих  наибольшее распространение в машиностроении, используют центровые отверстия  или центровые отверстия и  один из торцов.

   Форма и размеры центровых отверстий стандартизированы. Существует несколько типов центровых отверстий, из которых для валов чаще применяют при (рис.3.1). Конические центровые отверстия без предохранительного конуса (рис.3.1, а) являются наиболее простыми и широко используются на практике. Основной недостаток таких отверстий - возможность образования забоин на рабочем конусе при транспортировке валов. Конические центровые отверстия с предохранительным конусом с углом 120° (рис.3.1,б) и центровые отверстия с дугообразными образующими (рис.3.1, в) не имеют этого недостатка. Последние обеспечивают наиболее высокую точность установки и их применяют при изготовлении валов повышенной точности.

  В серийном и массовом производстве крайние торцы валов и центровые отверстия обрабатывают на фрезерно-центровальных станках за один установ (рис.3.2). На первой позиции (рис.3.2, а) торцы фрезеруют торцевыми фрезами, на второй (рис.3.2, б) - сверлят центровые отверстия комбинированными центровочными сверлами. При этом заготовку устанавливают в самоцентрирующне тисы с призматическими губками, т.е. в качестве двойной направляющей базы принимают общую ось соответствующих ступеней вала. Для повышения равномерности припусков ив фрезерование торнов за опорную базу берут торец, расположенный в средней части заготовки.

      В единичном и мелкосерийном производстве обработку крайних торцов валов  и сверление центровых отверстий  чаще всего выполняют на токарных станках за два установа.

     Точность  осевых размеров ступенчатых валов  обеспечивается обычно на токарных операциях. При обработке на настроенных  станках она зависит от варианта базирования заготовки в осевом направлении.

     На  рис. 3.3, а приведена схема точения заготовки вала, установленного на центра. Причем передний центр является жестким. Необходимо получить конструкторские размеры К₁ и K₂. Опорной базой, определяющей положение заготовки в осевом направлении, является вершина конуса центрового отверстия, совпадающая с вершиной конуса центра (углы этих конусов считаем равными). При обработке выдерживаются технологические размеры А₁ (до опорной базы) и А₂ (между резцами); технологический размер A₀ (глубина центрового отверстия) получен на предшествующей операции. Как видно из рис.3.3, а, конструкторский размер К₁ оказывается замыкающим звеном в технологической размерной цепи, составляющими звеньями в которой являются технологические размеры A₀ и А₁ . Условие обеспечения заданной точности размера К₁ имеет вид

ТК₁ ≥ ТА ₀ +ТА₁.

       Обычно глубина центровых отверстий  выдерживается с допуском 0,2...0,4 мм. Поэтому получить размер К₁ с высокой точностью при этом варианте базирования заготовки невозможно. Конструкторский размер К₂ совпадает с технологическим размером А ₂, т.е. выдерживается непосредственно.

     Для получения размера К₁с наибольшей точностью необходимо в качестве опорной базы использовать левый торец вала, т.е. реализовать принцип совмещения баз. Для этого заготовку нужно установить на подпружиненный (утапливающийся) передний центр (см. рис.3.3, б), в результате чего оба конструкторских размера К₁ и К₂ будут выдерживаться непосредственно, совпадая соответственно с технологическими размерами А₁’и А₂.

     Теперь  остановимся на случае (см. рис.3.3, в), когда один из конструкторских размеров (K₁’) задан от правого торца вала. В этом случае при обработке выдерживаются технологические размеры А₁'' (до опорной базы) и А₂ (между резцами); технологический размер А₀' (размер между крайними торцами вала) был получен ранее. Конструкторский размер К'( является замыкающим звеном в технологической размерной цепи K₁', А₀', А₁''. Для обеспечения его точности необходимо выполнение неравенства

ТК₁' ≥ТA₀' + ТА₁''.

     Допуски размера A₀' обычно соответствуют IT12. .. IT 13. Поэтому на настроенном станке получение с высокой точностью конструкторского размера (K₁’), заданного от правого торца вала, является затруднительным. Конструкторский размер К₂, как и в рассмотренных выше случаях (рис.3.3, а и 3.3, б), выдерживается непосредственно.

     Необходимо  отметить, что с высокой точностью  конструкторские размеры, заданные от правого торца вала, могут быть получены при работе на универсальных  токарных станках методом пробных  ходов. Это легко можно сделать на токарных станках с ЧПУ, оснащенных измерительными головками. С помощью головок фиксируется положение правого торца каждого подлежащего обработке вала. В дальнейшем отсчет перемещений инструмента производится от этого положения.

     Точность  диаметральных размеров посадочных ступеней вала и точность их расположения достигается шлифованием. В большинстве  случаев шлифование ступеней выполняют  на круглошлифовальных станках с установкой заготовки на жесткие невращающиеся центра. При этом погрешность формы центровых отверстий почти полностью переносится на погрешность формы шлифуемых поверхностей. Поэтому перед окончательным шлифованием ступеней вала производят правку центровых отверстий путем их шлифования или притирки. Шлифование центровых отверстий выполняют на центрошлифовальных или внутришлифовальных станках.

     В серийном и массовом производствах посадочные ступени валов достаточно часто шлифуют на бесцентрошлифовальных станках методом врезания (см. рис. 1.8). Фрезерование и шлифование шлицев, фрезерование шпоночных пазов, нарезание резьб на ступенях валов производят при их установке на центра. Обработку радиальных отверстий, а также крепежных резьбовых отверстий на торцах валов выполняют при их установке в призмы.

     Детально  технологические процессы изготовления валов различных типов, в том  числе вопросы выбора технологических  баз, рассмотрены в работах [3,5... 9]. 

3.2. Втулки 

     Основные  технические требования, предъявляемые  к деталям типа втулок (стаканов, гильз, колец): высокая точность отверстий  и наружных поверхностей, их соосность, перпендикулярность торцов отверстию. Обеспечение этих требований достигается:

- обработкой наружной поверхности, отверстия и торцов за одну установку;

- обработкой всех поверхностей за две установки, когда при окончательной обработке отверстия заготовку устанавливают в различные самоцентрирующие патроны, т.е. используют в качестве одной из баз ось ее окончательно обработанной наружной поверхности;

- обработкой всех поверхностей за две установки, когда при окончательной обработке наружной поверхности заготовку устанавливают на различные самоцентрирующие оправки, т.е. используют в качестве одной из баз ось окончательно обработанного отверстия.

     Обработка за одну установку возможна при изготовлении втулок из прутков или труб. Такая  обработка позволяет добиться наибольшей точности расположения поверхностей втулок.

     Если  заготовка обрабатывается за две  установки, то предпочтительной является такая технология, когда окончательная  обработка наружной поверхности  ведется при установке заготовки  на оправку, т.е. при использовании  в качестве одной из баз оси  окончательно обработанного отверстия. Это позволяет снизить погрешность  установки заготовки (по сравнению  с установкой в патроне), а также  дает возможность обработать за одну установку ее наружную поверхность  и торцы. В итоге достигается  более высокая точность расположения поверхностей заготовок, чем в том  случае, когда при окончательной  обработке отверстия в качестве одной из баз используют ось окончательно обработанной наружной поверхности.

     При изготовлении закаливаемых втулок для  окончательной обработки наружных поверхностей, отверстий и торцов используют шлифование.

     В ряде случаев к соосности отверстий и наружных поверхностей втулок (гильз, стаканов) предъявляются очень высокие требования (допуски соосности составляют 0,005 мм и менее). Для обеспечения этих требований применяют бесцентровое шлифование на так называемых жестких опорах.

     На  рис.3.4 приведена схема шлифования на жестких опорах наружной поверхности  гильзы. В процессе шлифования заготовка  7 (гильзы) опирается на два ряда жестких опор 8 и 9; два ряда опор 10 служат для ориентации заготовки перед шлифованием. Жесткие опоры 8,9 и 10 закреплены на оправке 11. Вращение заготовке сообщается с помощью ведущих роликов 12, которые одновременно прижимают ее к опорам 9. Шлифовальный круг 13 в свою очередь прижимает заготовку к опорам 8. При такой схеме шлифования достигается несоосность наружной поверхности и отверстия, не превышающая 0,005...0,010 мм. Вместе с тем необходимо иметь ввиду, что при шлифовании происходит копирование погрешностей формы отверстия (двойной направляющей базы). Поэтому для достижения высокой точности наружной поверхности гильзы предварительно необходимо добиться высокой точности формы отверстия.

  На рис.3.5 дана схема шлифования на жестких опорах отверстия в кольце подшипника. Вращение заготовке 7 сообщается с помощью торцевого магнитного патрона 8, ось I которого смещена относительно оси II заготовки на величину е. Благодаря этому смещению при вращении патрона заготовка проскальзывает относительно его торца. При этом возникает сила трения, обеспечивающая непрерывный поджим наружной поверхности заготовки к жестким опорам 9 и 10. Для уменьшения износа рабочие поверхности магнитного патрона и жестких опор армируют твердосплавными пластинами. Шлифование отверстий на жестких опорах позволяет обеспечить их несоосность с наружной поверхностью колец в пределах долей микрометра, что практически невозможно при любых других схемах их установки. 

3.3. Корпусные детали 

     За  технологические базы на основных операциях  обработки заготовок корпусных  деталей чаще всего принимают  три взаимно перпендикулярные плоскости  или плоскость и два перпендикулярных ей отверстия.

     Базирование заготовок по плоскости и двум отверстиям является более предпочтительным по сравнению с базированием по трем плоскостям, так как при этом конструкция  приспособления оказывается более  простой. При базировании по трем плоскостям нередко приходится предусматривать  специальные механизмы для поджима  заготовок к установочным элементам  приспособления, расположенным в  трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

     Базирование по плоскости и двум отверстиям чаще применяют при обработке заготовок  средних размеров. Использование  этой схемы базирования при обработке  крупных тяжелых заготовок, устанавливаемых  с помощью крана, затруднительно из-за возможных перекосов отверстий  относительно пальцев. Поэтому крупные  заготовки чаще базируют по трем плоскостям.

     На  автоматических линиях для базирования  заготовок корпусных деталей, у  которых трудно создать надежные технологические базы, широко используют приспособления-спутники, которые обычно базируют в различных позициях автоматической линии по плоскости и двум перпендикулярным ей отверстиям. При этом в приспособлениях-спутниках  заготовку устанавливают обычно путем выверки по предварительно нанесенным разметочным рискам.

     При использовании станков типа «обрабатывающий  центр» заготовки корпусных деталей  необходимо стремиться устанавливать  таким образом, чтобы обеспечить доступ инструментов ко всем обрабатываемым поверхностям. Если возможна обработка  заготовки за одну установку, то в  качестве технологических баз, как  уже отмечалось, нужно брать необрабатываемые поверхности.