Выбор технологических баз при изготовлении деталей

     Двойная направляющая база лишает заготовку или изделие четырех степеней свободы - перемещений вдоль двух координатных осей и вращения вокруг этих же осей. Эта база для обеспечения наименьших перекосов заготовки или изделия должна быть по возможности наиболее протяженной. Двойной направляющей базой является ось цилиндрической поверхности валика (см. рис. 1.5, а).

      Часто двойную направляющую базу образует сочетание двух цилиндрических или  конических поверхностей, а также  сочетание цилиндрической и конической поверхностей. При этом каждая из названных  поверхностей имеет небольшую протяженность. Роль двойной направляющей базы в одном случае могут выполнять шейки вала¹  (рис. 1.8), которыми его устанавливают на опору и ведущий круг при бесцентровом шлифовании, во втором - центровые отверстия, с помощью которых вал устанавливают в центрах на круглошлифовальных или токарных станках (рис. 1.9), в третьем - цилиндрическая поверхность и центровое отверстие вала, которыми его устанавливают соответственно в трехкулачковый самоцентрирующий патрон и задний центр токарного станка (рис. 1.10).

     Двойная опорная база лишает заготовку или изделие двух степеней свободы - перемещения вдоль двух координатных осей. Примером двойной опорной базы является ось цилиндрической поверхности диска (см. рис. 1.5, в).

     Комплекты баз, в первый из которых входят установочная, направляющая и опорная базы, во второй — двойная направляющая и  две опорные базы, в третий - установочная, двойная опорная и опорная  базы, называют типовыми.

     По  характеру проявления базы делят  на явные и скрытые.

     Явной называется база заготовки или изделия в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.

     Скрытой называется база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси или точки.

 

 

     В рассмотренных выше примерах по характеру  проявления базы подразделяются следующим  образом:

• у призматической заготовки (рис.1.3) все три базы (установочная, направляющая и опорная) - явные;
• у валика (рис. 1.5, а) двойная направляющая база (ось его цилиндрической поверхности) - скрытая, опорные базы - явные;
• у диска (рис. 1.5, в) установочная и опорная базы - явные, двойная опорная база (ось цилиндрической поверхности диска) - скрытая;
• у вала (рис. 1.8) двойная направляющая база и одна опорная база (торец) - явные, другая опорная база - скрытая;
• у вала (рис. 1.9) двойная направляющая база (общая ось центровых отверстий) и две опорные базы (одной из которых является вершина конуса переднего центрового отверстия) - скрытые;
• у вала (рис. 1.10) двойная направляющая база (общая ось участка цилиндрической поверхности и центрового отверстия) и одна опорная база - скрытые, другая опорная база (торец) - явная.

   Необходимо  подчеркнуть следующее. Опорная точка 6, расположенная на скрытых опорных базах (рис.1.8... 1.10), - это символ того, что вал в каждый момент времени занимает вполне определенное угловое положение в системе координат станка, т.е. относительно опоры и ведущего круга бесцентрово-шлифовального станка (рис. 1.8), центров круглошлифовального станка (рис. 1.9), трехкулачкового патрона токарного станка (рис. 1.10).

  

 

     На  рис. 1.11 приведена схема классификации  баз. В соответствии с этой схемой полное название базы должно охватывать все три классификационных признака. Например, положение вала (рис. 1.8) определяют базы: технологическая двойная направляющая явная, технологическая опорная  явная, технологическая опорная  скрытая. Допускается и упрощенное название баз, отражающее только те классификационные  признаки, которые представляют интерес  в данный момент времени: двойная  направляющая скрытая база, установочная явная база, направляющая база и  т.п. 

1.3. Погрешность установки 

     Установка заготовки или изделия сопровождается погрешностями их положения. Погрешностью установки называется отклонение положения  заготовки или изделия при  установке от требуемого. Эта погрешность складывается из погрешности базирования, погрешности закрепления и погрешности приспособления.

     1.3.1. Погрешность базирования

     Погрешностью  базирования называется отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого.

     Применительно к установке заготовок эту  погрешность можно рассматривать  как отклонение технологических  баз от установочных элементов приспособления, возникшее при базировании. Причем это отклонение определяется как  максимально возможное для партии заготовок.

      Рассмотрим примеры установки  заготовок, при которой имеют  место погрешности базирования.

     На  рис. 1.12 приведена схема установки  корпуса. Технологическими базами корпуса  являются нижняя плоскость и два  перпендикулярных ей отверстия, обычно обработанных с точностью не ниже IT7. Левым отверстием корпус устанавливается на цилиндрический палец приспособления, а правым - на срезанный. Отметим, что такая схема установки, благодаря своей простоте, широко используется на практике.

Из-за зазоров  между пальцами и отверстиями  I и II возможно отклонение оси левого отверстия от оси цилиндрического пальца на величину

                                                   ,                               (*)

где S_r - гарантированный зазор между пальцем и отверстием; Td_о, Td_n - соответственно допуски диаметров отверстия I и цилиндрического пальца. Удвоенное значение величины е и будет представлять собой погрешность базирования корпуса в направлениях осей X (ε_бх) и Y(ε_бу), т.е.

     Наряду  с погрешностями базирования  ε_бх и ε_бу при рассматриваемой схеме установки возможен перекос корпуса в плоскости XOY (рис. 1.13). Угол перекоса α определяется выражением

,

где S_1max , S_{2 max} - максимально возможные зазоры в сопряжениях соответственно цилиндрического и срезанного пальцев с отверстиями I и II; А₀ - расстояние между этими отверстиями. Погрешность базирования корпуса в направлении оси Z будет равна нулю. 

 

      Очевидно, что при расточке отверстия  III в корпусе на настроенном станке получить размер А (см. рис. 1.12) с погрешностью, меньшей погрешности базирования ε_бх, невозможно. Отклонение от параллельности оси этого отверстия относительно, например, обработанных на предшествующей операции боковых плоскостей IV и V корпуса не может быть меньше его перекоса при базировании. На точность диаметра отверстия III погрешности базирования корпуса непосредственного влияния не оказывают, однако приводят к неравномерности припуска и могут служить причиной образования погрешностей формы этого отверстия.

  Погрешностей базирования корпуса можно избежать или, по крайней мере, сократить эти погрешности, если вместо жестких пальцев использовать в приспособлении подпружиненные конические (рис. 1.14, а) или упругодеформируемые (рис. 1.14, б) пальцы.

На рис.1.15 показана схема установки втулки на жесткую  цилиндрическую оправку (с зазором) для обработки наружной поверхности. Максимально возможный при обработке  партии втулок эксцентриситет осей оправки  и отверстия и представляет собой  погрешность базирования втулки в радиальном направлении ε_бr.

Эта погрешность определяется по зависимости, аналогичной зависимости (*). Погрешность базирования втулки в осевом направлении равна нулю.

   Вполне очевидно, что обеспечить радиальное биение наружной поверхности втулки относительно поверхности отверстия меньше 2ε_бr при данной схеме установки невозможно. На точность диаметра наружной поверхности втулки погрешность базирования ε_бr

непосредственного влияния не оказывает, но может вызвать  погрешности формы этой поверхности.

     Погрешность базирования втулки ε_бr можно исключить следующим образом:

• установкой на коническую центровую оправку с малой конусностью; 
• установкой на разжимную оправку;
• установкой на жесткую цилиндрическую оправку с гарантированным натягом.

   Рассмотренный пример показывает, что при выборе схемы базирования заготовки  нужно, в первую очередь, исходить из условия обеспечения точности расположения ее поверхностей, а затем уже - из условия обеспечения заданных размеров.

   Базирование заготовки (или изделия) невозможно представить без действия сил. К числу последних относятся сила тяжести (вес) заготовки, силы трения на ее контактах с установочными элементами приспособления, силы, ориентирующие заготовку при базировании.

   За  счет силы тяжести и обусловленных  ею сил трения на контактах заготовки  с приспособлением ее положение, достигнутое при базировании, может  сохраняться и после устранения сил, ориентирующих заготовку. Так, например, призматическая заготовка (рис. 1.1, б) после устранения этих сил может контактировать своими базами со всеми установочными элементами приспособления.

   В подавляющем  большинстве случаев (исключение составляют заготовки очень большого веса) силы тяжести и сил трения на контактах  заготовки с приспособлением  оказывается недостаточно для обеспечения  ее неподвижности при воздействии  сил резания. Для этого к заготовке  должны быть приложены силы закрепления.

   1.3.2. Погрешность закрепления

   При закреплении  положение заготовки или изделия, достигнутое при базировании, в  той или иной степени изменяется - возникает погрешность закрепления.

   Применительно к установке заготовок эту  погрешность можно рассматривать  как отклонение технологических  баз от установочных элементов приспособления, возникшее при закреплении. Причем это отклонение берется как наибольшее для партии заготовок.

Причинами образования  погрешности закрепления являются:

• контактные деформации в стыках технологических баз с установочными элементами приспособления;
• погрешности формы технологических баз и поверхностей заготовки, с которыми взаимодействуют зажимные элементы приспособления;
• непостоянство сил закрепления и неодновременность их приложения.

   На  рис. 1.16 показана схема закрепления  заготовки корпуса. При закреплении  происходят контактные деформации стыка  «нижняя плоскость корпуса - опорные штыри» и корпус смещается вниз на величину Δ_z. При обработке (закреплении) партии корпусов из-за колебаний параметров шероховатости и волнистости нижней плоскости, а также сил закрепления величина Δ_z оказывается переменной. Разность между максимальным и минимальным значениями этой величины и представляет собой погрешность закрепления корпуса в вертикальном направлении ε_3Z. Следует отметить, что эта погрешность не может быть компенсирована настройкой станка и оказывает такое же влияние на точность обработки заготовки, как и погрешность базирования.

   На  рис. 1.17 приведены схемы установки  валика в трехкулачковом самоцентрирующем патроне. Из-за конусообразности валика (рис. 1.17, а) при закреплении возникает осевая сила Р₀, которая вызывает смещение валика относительно патрона на величину Δ₀. Это смещение при обработке (закреплении) партии валиков может изменяться от нуля до некоторого максимального значения, которое, и принято считать погрешностью закрепления в осевом направлении ε₃₀ = Δ_0max. 

   Так как  цилиндрическая поверхность валика обычно наделена отклонениями формы как в осевом, так и в поперечном сечениях, то при закреплении может сформироваться такая система сил, которая вызовет как осевое смещение валика, так и его перекос относительно оси патрона. Таким образом возникают погрешности закрепления валика в осевом (ε₃₀) и радиальном (ε_3r) направлениях (рис.1.17, б).

 

     Очевидно, что при подрезке торца валика на настроенном станке выдержать  размер до его левого торца (технологической  базы) с погрешностью, меньшей  ε₃₀, невозможно. Погрешность закрепления ε_3r непосредственного влияния на точность диаметра валика при обточке не оказывает. Однако эта погрешность приводит к неравномерности припуска на обточку и может вызвать появление погрешностей формы обточенной поверхности.