Выбор технологических баз при изготовлении деталей

     При фрезеровании уступа у призматической заготовки на настроенном станке (рис.2.4) должно быть обеспечено получение  конструкторского размера К, заданного от верхней плоскости I заготовки. Рассмотрим два варианта базирования заготовки.

   В первом варианте (рис.2.4, а) технологической установочной базой, определяющей положение заготовки в вертикальном направлении, является нижняя плоскость II. При фрезеровании уступа выдерживается технологический размер А₂; технологический размер А₁ был получен на предыдущей операции. Таким образом конструкторский размер К оказывается замыкающим звеном в технологической размерной цепи А₁|, А₂, К. Для обеспечения его точности необходимо, чтобы ТК ≥ ТА₁ +ТА₂, т.е. допуски технологических размеров должны быть значительно меньше допуска конструкторского размера. Если размер К ограничен жестким допуском, то выполнение размеров А₁ и А₂ (с еще более жесткими допусками) может оказаться затруднительным из-за необходимости частой подналадки станка, смены инструмента и т.п. или даже технически неосуществимым.

     Во  втором варианте (рис.2.4, б) за технологическую установочную базу взята плоскость I. При фрезеровании уступа выдерживается технологический размер A₃, совпадающий с конструкторским размером К. Другими словами, конструкторский размер К выдерживается непосредственно. Условие обеспечения его точности ТК ≥ ТА₃.

   На рис.2.5 приведена схема установки вала в призму для фрезерования лыски, которая выполняется на настроенном станке. При фрезеровании должно быть обеспечено получение конструкторского размера К. Двойной направляющей базой, определяющей положение вала в вертикальном направлении, является ребро двугранного угла, полуплоскости которого касательны к цилиндрической поверхности вала, а величина равна углу призмы 2α. Эта база совпадает с ребром призмы, т.е. погрешность базирования вала в вертикальном направлении равна нулю. 

     Вследствие  того, что ось вала, от которой  задан размер К, не совпадает с технологической базой этот размер получается в вице замыкающего звена в технологической размерной цепи К, A₁, А₂. Номинальное значение технологического размера А₁ определяется из прямоугольного треугольника ОАО₁. Оно равно гипотенузе этого треугольника и составляет

,

где d - номинальное значение диаметра вала, α - половина угла призмы.

Допуск размера A₁ находится из выражения

,

т.е. допуск размера  А₁ определяется допуском диаметра вала, полученным на предшествующей операции. Технологический размер А₂ (до технологической базы) выдерживается при фрезеровании лыски. Условие обеспечения заданной точности конструкторского размера будет иметь вид

ТК ≥ТА,+ТА₂.

     Если  в качестве двойной направляющей базы использовать ось вала, установив  его, например, в трехкулачковый самоцентрирующий патрон, то конструкторский размер К будет выдерживаться непосредственно, совпадая с соответствующим технологическим размером.

     Таким образом, совмещение технологических  баз с поверхностями (осями) детали, от которых заданы конструкторские  размеры, позволяет достичь их точности кратчайшим путем, обеспечив минимальные затраты на обработку.

     Отметим, что допуск размера, связывающего поверхность, от которой задан конструкторский  размер, с технологической базой (ТА₁ для рассмотренных выше примеров), принято называть погрешностью от несовмещения баз. Ясно, что на настроенном станке выдержать конструкторский размер с погрешностью, меньшей погрешности от несовмещения баз, невозможно.

     Следует иметь ввиду, что на пути реализации принципа совмещения баз возникают некоторые затруднения. Поверхности, от которых заданы конструкторские размеры, могут иметь недостаточные габариты, что при использовании их в качестве технологических баз может привести к большим погрешностям установки заготовок. В ряде случаев возникает необходимость применения для установки заготовок сложных приспособлений. Например, для реализации схемы базирования заготовок, показанной на рис.2.4, б, потребуется приспособление, в котором силы закрепления направлены снизу вверх.

     Необходимо  отметить, что если обработка заготовок (рис.2.4, а и 2.5) ведется методом пробных ходов, то размер К будет выдержан непосредственно.

     В соответствии с принципом совмещения баз следует по возможности совмещать также технологические и измерительные базы, так как использование в качестве них разных поверхностей неизбежно увеличивает погрешности измерений параметров заготовки (детали).

2.2. Выбор технологических  баз на первой  операции

     На  первой операции (или нескольких первых операциях) технологического процесса изготовления детали, как уже отмечалось, производится обработка тех поверхностей, которые служат в дальнейшем технологическими базами. При выполнении первой операции в качестве технологических баз  приходится использовать необработанные поверхности заготовки. Для обеспечения  наиболее высокой точности установки  эти поверхности должны иметь  достаточные габариты, возможно более  высокую точность формы и расположения относительно других поверхностей заготовки, а также наименьшую шероховатость. В качестве баз на первой операции не следует брать поверхности, на которых расположены прибыли и литники (в отливках), швы (на поковках), возникшие в местах разъема штампов и т.п.

     Необходимо  особо подчеркнуть, что из-за низкой точности и большой шероховатости  необработанных поверхностей использовать их как технологические базы нужно, как правило, только один раз - на первой операции.

     От  выбора баз на первой операции зависит:

• точность положения необрабатываемых поверхностей заготовки относительно обработанных;
• распределение припусков на обработку между отдельными поверхностями заготовки.

   Требования  в отношении точности положения  необрабатываемых поверхностей относительно обработанных, т.е. точности размеров между  этими поверхностями и точности их расположения, диктуются служебным  назначением детали (условиями ее прочности, жесткости, динамической уравновешенности и др.).

   Для достижения наиболее высокой точности положения необрабатываемых поверхностей заготовки  относительно обработанных в качестве технологических  баз на первой операции необходимо брать  именно необрабатываемые поверхности.

 

    Например (рис.2.6), дня обеспечения  наибольшей точности положения полок / корпуса, которые не подвергаются обработке резанием, относительно плоскости  его основания II именно поверхность  полок следует взять за технологическую  базу на первой (фрезерной) операции.

   Выбор баз на первой операции определяет, насколько равномерными будут припуски на обработку поверхностей заготовки. Особенно важно получить равномерные  припуски на обработку охватывающих поверхностей (отверстий, пазов и  т.п.), которые обрабатываются инструментами  пониженной жесткости. Действительно, чем больше, например, неравномерность  припуска на обработку отверстия, тем  большее количество рабочих ходов, переходов или даже операций потребуется  для его обработки и тем  ниже будет ее производительность и выше себестоимость. В некоторых случаях равномерность припуска на обработку нужна для того, чтобы добиться высокого качества поверхностного слоя детали.

   Для обеспечения  наиболее равномерного припуска на обработку  отдельной поверхности заготовки  именно эту поверхность необходимо использовать в качестве технологической  базы на первой операции.

    Для иллюстрации данного положения  рассмотрим пример обработки станины  токарного станка (рис.2.7). Станины  обычно отливают направляющими вниз, чтобы получить на них плотный  и однородный слой металла. Для сохранения этого слоя и обеспечения высокой  износостойкости направляющих с  них нужно снять небольшой  и равномерный припуск. С этой целью в качестве технологических баз на первой операции используют поверхности направляющих (рис.2.7, а) и наибольший, неравномерный припуск удаляют с поверхности ножек. На следующей операции (рис.2.7, б) технологическими базами являются поверхности ножек, что дает возможность снять с направляющих равномерный припуск. Ясно, что если за базы на первой операции взять поверхности ножек, то с направляющих будет снят неравномерный припуск. Это приведет при эксплуатации станка к неравномерному износу направляющих по длине.

   Как следует  из вышеизложенного, от выбора баз на первой операции зависят важнейшие  технико-экономические показатели технологического процесса изготовления детали. В связи с этим вопросу  выбора баз на первой операции всегда необходимо уделять должное внимание.

   Следует подчеркнуть, что варианта базирования  заготовки на первой операции, который бы обеспечивал наибольшую точность положения необрабатываемых поверхностей заготовки относительно обработанных и равномерное распределение припусков на обработку каждой поверхности, не существует. Один вариант базирования дает возможность получить более высокую точность размера между необрабатываемыми и обработанными поверхностями заготовки и точность их расположения, другой - обеспечивает более равномерное распределение припусков на обработку. Поэтому возникает необходимость рассмотреть несколько вариантов базирования заготовки на первой операции и выбрать из них наиболее приемлемый. Проще всего это можно сделать, используя аппарат размерного анализа технологических процессов изготовления деталей.

   Методику  выбора варианта базирования заготовки  на первой операции рассмотрим на примере. Предположим, что при изготовлении корпусной детали, эскиз которой  дан на рис.2.8, а, необходимо выдержать конструкторские размеры К₁, К₂, К₃ и К₄, обеспечив при этом наименьшее колебание припуска на расточку отверстия в вертикальном направлении. Исходная заготовка получается литьем в песчаные формы; ее эскиз с интересующими нас размерами приведен на рис.2.8, б. Поверхности I к II корпуса (рис2.8, а) являются необрабатываемыми.

   Рассмотрим  два варианта обработки заготовки. В обоих вариантах на первой операции (рис.2.8, в и 2.8, г) производится фрезерование плоскости основания. На второй операции - расточке отверстия (рис.2.8, д) эта плоскость используется в качестве установочной базы. Отличие вариантов обработки состоит только в выборе баз при выполнении первой операции. В первом варианте положение заготовки в вертикальном направлении определяет установочная база (необрабатываемая плоскость I полок), во втором - двойная направляющая база (ось отверстия, которым заготовку устанавливают на кулачковую оправку).

   Проанализируем, как будет влиять выбор баз  на первой операции на точность конструкторских  размеров и колебание припуска на расточку отверстия. С этой целью для первого и второго вариантов обработки заготовки построим размерные схемы и графы технологических размерных цепей, как это показано на рис.2.9 и 2.10.

 

     По  размерным схемам или графам (что  значительно проще) найдем технологические  размерные цепи, замыкающими звеньями которых являются интересующие нас  конструкторские размеры и припуск.

В первом варианте обработки заготовки (см. рис.2.9, а и 2.9, б) конструкторские размеры K₂, К₃ и К₄ совпадают соответственно с технологическими размерами А₁, A₃ и А₂, т.е. выдерживаются непосредственно. Конструкторский размер К₁ и припуск на расточку отверстия I оказываются замыкающими звеньями в технологических размерных цепях, показанных соответственно на рис.2.9, в и 2.9, г. Три составляющих звена в этих цепях являются размерами исходной заготовки и, следовательно, имеют относительно большие допуски. Допуск размера K₁ составит

ТК₁=TA₀₁+ TA₀₂+ TA₀₄++TA₁+TA₂,

 а допуск (колебание) припуска Z -

TZ = TA₀₂ +0,5ТА₀₃ +ТА₀₄ +ТА₁ +ТА₂ + 0,5ТА₃.

 

     Во  втором варианте обработки заготовки (см. рис.2.10, а и 2.10,6) конструкторские размеры К₃ и К₄ выдерживаются непосредственно, совпадая соответственно с технологическими размерами A₃ и А₂. Конструкторский размер К₁ и припуск Z оказываются замыкающими звеньями в значительно более коротких технологических размерных цепях, приведенных соответственно на рис.2.10, в и 2.10, г. Лишь одно из составляющих звеньев этих цепей является размером исходной заготовки. Допуски размера К₁ и припуска Z составляют

ТК₁ =ТА₀₁+ТА₁’+ТА₂;

TZ = ТА₁’+ТА₂ + ,5• А₀₃+ 0,5•ТА₃.

 Конструкторский  размер К₂ - замыкающее звено в технологической размерной цепи, изображенной на рис.2.10, д; допуск его

TK₂ = ТА₀₂ + ТА ₀₄ + ТА₁’; .

 

     Если, например, принять, что допуски всех размеров исходной заготовки (отливки) составляют 1,0 мм, допуски всех размеров, выдерживаемых при обработке  резанием, равны 0,2 мм, то для первого  варианта будем иметь ТК₁=3,4 мм, TZ =3,0 мм, ТК₂=0,2 мм, а для второго – ТК₁=1,4 мм, TZ=1,0 мм, ТК₂=2,2 мм.

     Таким образом, второй вариант обработки  по сравнению с первым позволяет  обеспечить значительно большую точность размера К₁, гораздо меньшее колебание припуска Z на расточку отверстия, но меньшую точность размера К₂. Если учесть, что с позиции служебного назначения детали к точности размера К₂ обычно высокие требования не предъявляются, то второй вариант обработки (вариант базирования заготовки на первой операции) следует считать более предпочтительным, чем первый.