Основы конструирования приспособлений

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ, ВИБРОУСТОЙЧИВОСТИ И ТОЧНОСТИ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

Для получения заданной точности обработки деталей (загото­вок) конструируемое приспособление должно быть достаточно жестким. Жесткость в первую очередь обеспечивается в направле­нии действия сил закрепления и резания. Для повышения жестко­сти следует применять конструкции с малым количеством стыков, уменьшать зазоры в соединениях и устранять внецентренное приложение нагрузки. Предпочтительны цельные или сварные конструкции деталей, менее желательны сборные конструкции.

Контактную жесткость стыков, работающих на сжатие, повы­шает, уменьшая шероховатость и волнистость сопряженных поверхностей, применяя шлифование или шабрение. Возможность контактных деформаций в неподвижных стыках снижают сильной предварительной затяжкой соединяющих их крепежных деталей. Плоские стыки менее жестки на изгиб, чем на кручение. Равно­мерное расположение болтов благоприятно при работе круглого стыка на кручение. В стыках, работающих на изгиб, рекоменду­ется располагать болты неравномерно, смещая их по возможности дальше от нейтральной оси. В этом случае полезно уменьшать поверхность стыка сопрягаемых деталей в зоне нейтральной оси.

Жесткость стыков с шабреными и притертыми плоскостями мало отличается от жесткости стыков с шлифованными плоско­стями. Контактная жесткость закаленных деталей выше, чем у сы­рых. Достаточно высокую жесткость имеют стыки со строгаными плоскостями при совпадении рисок обработки. Контактная жест­кость и демпфирующие свойства стыков повышаются при наличии тонкого клеевого слоя между сопряженными плоскостями.

Детали приспособлений должны быть жесткими при изгибе и кручении. Корпус приспособления не должен деформироваться при закреплении заготовок и деформировать стол станка, на кото­ром он закреплен.

Непостоянство. силы резания и неоднородность жесткости ста­ночных приспособлений и других элементов упругой технологи­ческой системы предопределяют возникновение вибраций, которые часто являются самовозбуждающимися (автоколебаниями). При вибрации повышается шероховатость обрабатываемой поверх­ности, ухудшаются условия работы режущего инструмента и усиливается динамический характер силы резания. Если частота собственных колебаний приспособления совпадает с частотой колебаний при резании, то возникает резонанс, при котором амплитуда колебаний сильно возрастает. С повышением жесткости приспособлений увеличивается частота и уменьшается амплитуда их собственных колебаний. Смещение зоны резонанса выгодно производить в область высоких скоростей резания, одновременно повышая жесткость приспособлений и частоту их собственных колебаний. Это помимо отмеченных выше мероприятий обеспечива­ется уменьшением высоты приспособлений и длины выступающих консольных элементов, использованием дополнительных опор и увеличением размеров опорных поверхностей. Для уменьшения вибраций полезно применение демпфирующих элементов. Расчет приспособлений на виброустойчивость сложен и еще не разработан.

При вычерчивании общего вида и деталей приспособления назначают допуски на его размеры. По точности исполнения эти размеры можно разбить на три группы. К первой группе относятся размеры тех сопряжений, От которых зависит точность выполняет мой обработки (например, расстояние между осями кондукторных втулок сверлильного приспособления; неточность этого размера непосредственно влияет на расстояние между осями просверлен­ных в заготовке отверстий). К первой группе относятся также размеры установочных элементов, от точности которых зависит положение заготовки в приспособлении. Ко второй группе отно­сятся размеры тех сопряжений, от которых точность обработки не зависит (например, размеры сопряжений зажимных устройств, выталкивателей и других вспомогательных механизмов). К третьей группе относятся свободные размеры обработанных и необработан­ных поверхностей.

Допуски на размеры первой группы обычно берут в 2—3 раза меньше допусков на размеры, выдерживаемые при обработке. В особых случаях при изготовлении изделий высокой точности допуск регламентируется специальными техническими требова­ниями. Ужесточением допуска в указанных пределах, как показы­вает опыт эксплуатации приспособлений, обеспечивается выдержи­вание заданной точности обработки.

При предварительной обработке (11-й квалитет и ниже) отно­сительная точность может быть повышена ^ щ - допуска^. Это

Обусловлено высокой точностью обработки в инструментальных цехах. При допусках на деталь по 12—14-му квалитетам точности 1 1

Соотношение -G---------- приводит к допускам на соответствующую

Деталь приспособления примерно по 7—9-му квалитетам, не вызы­вая особых затруднений в изготовлении. Так, в кондукторах для сверления отверстий под болты допуск на расстояние между осями направляющих втулок берут ±0,05 мм.

Допуски на размеры второй группы определяют в зависимости от назначения механизма, а также характера и условий работы рассматриваемого сопряжения. Обычно здесь допуски берут по 7—9-му квалитетам точности. Свободные размеры выполняют по 14-му квалитету точности для обработанных и по 16-му квалн - тету для необработанных поверхностей.

Наибольший интерес представляет определение допусков на размеры первой группы. Оно не должно базироваться только ца изложенном выше практическом правиле. Более целесообразно и правильно с методической точки зрения определять эти допуски расчетио-аиалитически.

Рассмотрим виды погрешностей обработки, вызываемые неточ­ностью изготовления приспособлений. Погрешности изготовления приспособления вызывают прежде всего неправильное положение обрабатываемой заготовки на станке. В результате этого возникает погрешность взаимного положения обработанной и базовой поверхностей заготовки. Погрешность изготовления поворотных и делительных устройств, а также накладных кондукторов и кон­дукторных плит приводит к погрешностям взаимного расположе­ния обрабатываемых поверхностей заготовки.

Погрешность изготовления приспособлений не влияет на точ­ность выполняемых размеров, а также на погрешность формй обрабатываемых поверхностей. При одноместном приспособлении {см; рис. 103, а) заданный размер Аг обеспечивается соответствую­щей установкой инструмента по высоте. При многоместном пр«- Способлении (см. рис. 35, а) это правило изменяется: из-за погреш­ности положения установочных элементов по высоте точность раз­мера Аг будет меньше, чем размера Av

Рассмотрим примеры типичных погрешностей обработки из-за неточности изготовления одноместных приспособлений различного назначения.

Погрешности изготовления сверлильных и расточных кондукто­ров влияют на точность расстояния между осями обрабатываемых отверстий, на точность расстояния от установочной базы до оси отверстий, а также на неперпендикулярность осей отверстий к опорному торцу заготовки. При наличии поворотных устройств могут возникнуть погрешности углового расположения обрабаты­ваемых отверстий и в частном случае их несоосность. Точность диаметральных размеров обрабатываемых отверстий от погреш­ности приспособления не зависит (исключая погрешность кондук­торных втулок).

Погрешности изготовления фрезерных, строгальных, протяж­ных и долбежных приспособлений вызывают неточность взаимного расположения обрабатываемых и базовых поверхностей заготовки, ио не влияют на точность выдерживаемого размера (компенсиру­ется настройкой) и искажение формы поверхностей. Неточность имеющихся делительных и поворотных устройств может вызвать погрешности взаимного расположения обрабатываемых поверх­ностей заготовки.

Погрешности изготовления приспособлений для плоского шли­фования влияют на точность взаимного положения обрабатываемой и базовой поверхностей заготовки, но не вызывают искажения раз­мера и формы шлифуемой поверхности (в отдельных случаях иска­жение формы поверхностей может возникнуть при закреплении тонкой листовой детали на магнитной плите с неровной опорной поверхностью).

Погрешности токарных приспособлений не влияют на точность диаметров и искажение формы обрабатываемых поверхностей, но могут вызвать погрешности взаимного расположения поверхностей детали.

Таким образом, погрешности изготовления одноместных одно - позиционных приспособлений в общем случае не влияют на точ­ность выполняемых размеров и погрешности формы обрабатывае­мых поверхностей, но вызывают погрешности взаимного положе­ния поверхностей заготовки.

При назначении допусков б на изготовление приспособлений исходной является допустимая погрешность обработки 6V Оче­видно, что б < 6V В общем случае

Б < 6J бст буСТ бупр>

Где 6j — допустимая погрешность расположения обрабатываемых Поверхностей заготовки по чертежу; 6tT — геометрические по­грешности станков, влияющие на величину (неперпендикуляр­ность поверхности стола сверлильного станка к оси шпинделя, непараллельное^ стола горизонтально-расточного станка оси шпинделя, то же горизонтально-фрезерного станка; 6Уст — по­грешность установки приспособления на станок, обусловленная наличием зазора между направляющими шпонками и Т-образным пазом стола, наличия зазоров между центрирующим пояском шпин­деля и сопряженной поверхностью патрона и т. п.; 6упр.— погреш­ность положения заготовки в результате упругой деформации приспособления под влиянием сил закрепления и резания.

В этой формуле б означает допустимую погрешность располо­жения установочных элементов приспособления относительно его базы, которой оно сопрягается со столом (шпинделем) станка. При наличии делительных или поворотных устройств это допустимая погрешность делительного устройства; для кондукторов это дОпуск на расстояние между осями кондукторных втулок.

Расчет по приведенной формуле следует производить с учетом частичного или полного перекрытия ее составляющих и их взаим­ной компенсации. Так, величина 8СТ (отклонение от перпендику­лярности поверхности стола оси шпинделя) при обработке на вер­тикально-сверлильном станке может частично перекрываться величиной 6упр. Рассмотрим в качестве примера фрезерование паза заготовки в приспособлении (рис. 118, а) на вертикально-фрезер­ном станке. Прн обработке требуется выдержать параллельность обрабатываемой плоскости а установочной плоскости b заготовки с допустимым отклонением 6г = 0,1 мм на длине 100 мм. Требуется найти допустимое отклонение от параллельности установочной плоскости b приспособления опорной плоскости с его корпуса. Приняв отклонение от параллельности поверхности стола гори­зонтальной плоскости бст = 0,01 мм на 100 мм и буПр = 0,03 на длине 100 мм,- получим 6 = 0,1 — 0,01 — 0,03 = 0,06 мм на 100 мм.

При сверлении отверстий по кондуктору половину допуска на расстояние между осями кондукторных втулок 6 можно определить по формуле, считая, что середины полей допусков в деталях и кондукторной плите совпадают (рис. 118, б):

6«l6 i-(E*+ Ee)J

Где — допуск на расстояние между осями отверстий в деталях; Ss==sI + s2 + s8 + s4;

Здесь St, s2 •— максимальные радиальные зазоры соответственно между сменными и постоянными втулками; s3, s4 — максимальные радиальные зазоры соответственно между втулками и инстру­ментом;

Где еъ ег — допустимые эксцентриситеты сменных втулок; е3, £4 — допустимые эксцентриситеты постоянных втулок. 188

Рис. 118. Схемы к расчету допусков на изготовление приспо­соблений

При определении допуска на расстояние между базовой пло­скостью и осью кондукторной втулки в приведенной формуле величины s2, s4, е2 и et принимают равными нулю.