Основы конструирования приспособлений

ПОГРЕШНОСТИ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВОК В ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ

Погрешность установки е, как одна из составляющих общей погрешности выполняемого размера, суммируется из погрешно­стей базирования еб, закрепления е3 и погрешности положения заготовки, вызываемой неточностью приспособления е!|р. По своему физическому смыслу величина е выражает погрешность положения заготовки.

Погрешностью базирования называют отклонение фактического положения заготовки от требуемого. Оно возникает при несовме­щении измерительной и технологической баз заготовки: положе­ние измерительных баз отдельных заготовок в партии будет различным относительно обрабатываемой поверхности. Погреш­ность базирования представляет собой расстояние между предель­ными положениями проекций измерительной базы на направление выполняемого размера. Величина е не является абстрактной, она относится к выполняемому размеру при данной схеме установки и поэтому должна иметь индекс соответствующего размера.

На рис. 5, а показана схема установки, для которой погреш­ность базирования по отношению к размеру А равна нулю: ебд == = 0 (технологическая и измерительная базы совмещены в пло­скости 1), а по отношению к размеру В равна допуску на размер С Заготовки: ебв = б (технологическая база 1 не совмещена с из­мерительной базой 2).

При установке в охватывающую или на охватываемую поверх­ность к погрешности базирования, определяемой предыдущим способом, добавляется величина проекции смещения измери­тельной базы на направление выполняемого размера; смещение обусловлено зазором между технологической базой и установочным элементом. На рис. 5, б показана установка заготовки 3 базовым отверстием на палец 4 приспособления. При посадке без зазора (разжимной палец) погрешность базирования для размера А рав­на половине допуска на диаметр D заготовки. При наличии за­зора (жесткий палец) погрешность базирования для этого же раз­мера возрастает на величину диаметрального зазора Д:

6 , л

Ча = + Д.

Погрешность базирования влияет на точность выполнения размеров (кроме диаметральных и размеров, связывающих по­верхности, одновременно обрабатываемые одним инструментом или одной инструментальной наладкой), на точность взаимного положения поверхностей и ие влияет на точность формы послед­них. Для уменьшения погрешности базирования следует совме­щать технологические и измерительные базы, выбирать рацио­нальные размеры и расположение установочных элементов, 16

Устранять или уменьшать зазоры при посадке заготовки на ох­ватываемые или охватывающие установочные элементы.

Погрешность закрепления заготовки е3 представляет собой разность наибольшей и наименьшей проекций смещения измери­тельной базы на направление выполняемого размера при прило­жении к заготовке силы закрепления. Для партии заготовок по­грешность закрепления равна нулю, если величина смещения по­стоянна; при этом поле допуска выполняемого размера не изме­няется, его положение корректируют настройкой станка. Со­гласно определению

Е3 = (г/max — f/mln) COS а,

Где а — угол между направлением выполняемого размера и на­правлением смещения измерительной базы.

Выражение в скобках представляет собой расстояние между предельными положениями измерительной базы. Умножая его на cos а, получаем погрешность закрепления для выполняемого размера. Погрешность закрепления е3 для размеров А и В (см. рис: 5, а) не равна нулю (а = 0), а для размера Е е3 = 0, так как боковая (измерительная) база перемещается при зажиме за­готовки в собственной плоскости (а = 90°).

Сила закрепления должна надежно прижимать заготовку к опорам приспособления. При неправильной схеме закрепления, когда это условие не обеспечивается, часто происходит поворот или смещение заготовки на значительную величину от исходного положения. Такое смещение вызывается неправильной схемой установки. Так, при закреплении в тисках (рис. 5, в) заготовка 3 Может повернуться вокруг точки О с нарушением контакта ее ниж­ней базы с опорой тисков.

Смещение измерительной базы заготовки происходит в резуль­тате деформации звеньев цепи, через которую передается сила за­крепления (заготовка—установочные элементы—корпус приспо­собления). Из всего баланса перемещений в этой цепи наибольшую величину имеют перемещения в стыке заготовка—установочные элементы. Контактные деформации в постоянных сопряжениях

Приспособления, деформации сжатия заготовки и деталей при­способления малы.

Зависимость контактных деформаций для стыков заготовка — опоры приспособления выражается нелинейным законом

У = со»,

Где Q — сила, приходящаяся на опору (п < 1); С — коэффициент, характеризующий вид контакта, материал, шероховатость по­верхности и верхний слой заготовки.

Для типовых случаев Сип находят экспериментально. Ана­литическое решение контактной задачи затруднительно, тан как на поверхностях заготовки имеются микро - и макронеровно­сти, при соприкосновении которых с установочными элементами возникают неправильные и случайно расположенные места кон­такта. Наличие на этих поверхностях литейной корки или обез - углероженного слоя (у ^поковок), механические свойства которых отличны от глубинных слоев металла, создает особые условия воз­никновения контактных деформаций. Величина их обычно меньше глубины поверхностного слоя.

При обработке партии заготовок сила Q колеблется от Qmaj, Д° Qmin. а коэффициент С— от С™,* до Ст1п. На рис. 6 показан график с' двумя предельными кривыми у. При Qmax и Qmln.

Ух = Ушах — Утп = CmaxQmax CmlnQmim

Что характеризует поле рассеяния перемещений заготовки в ре­зультате ее деформации при контакте с опорами приспособления. При распределении величин Q и С по нормальному закону (под* тверждается экспериментально) распределение величины уг от< клоняется от этого закона незначительно.

На рис. 6 показано также поле рассеяния положения заго­товки (/2 а результате упругих деформаций элементов приспособле­ния, через которые передается сила зажима:

Qmm — Qmln дг = J ,

Где J — жесткость системы этих элементов.

Поскольку tfi и уг представляют собой поля рассеяния слу­чайных величин, то, принимая распределение в обоих случаях по "Нормальному закону, получим их сумму?

Е3 «и "jf (CmaxQmaK — CmmQmin) "f" COS ОС,

Обычно ух > уг. В этом случае

Е3 « [0,96 (CmaxQLx - CmlaQnmiB) + 0,4 sis] cos ас.

При ух 4Уг (наличие жесткого по конструкции приспособдения)

Е3 » (CmaxQmax — CminQmin) COS а.

Из приведенных зависимостей следует, что е3=0 при постоян­ной силе закрепления заготовок (Q= const) и одинаковом качестве их базовых поверхностей (С = const), а также при смещении за­готовок перпендикулярно выдерживаемому размеру (а = 90°). Величину ба уменьшают, стабилизируя силу закрепления (при­менение пневматических и гидравлических зажимов вместо руч­ных), повышая жесткость стыка опоры приспособления {базовая поверхность заготовки), улучшая качество базовых поверхностей, а также увеличивая жесткость приспособления 6 направлении передачи силы закрепления.

Погрешность закрепления, как и погрешность базирования, не влияет на точность диаметров и размеров, связывающих об­рабатываемые при данном установе поверхности, а также на точ­ность формы обрабатываемых поверхностей.

Погрешность положения заготовки епр, вызываемая неточ­ностью приспособления, определяется погрешностями при изго­товлении и сборке его установочных элементов еус, износом по­следних €„ и ошибками установки приспособления на станке е0.

Составляющая еус характеризует неточность положения уста­новочных элементов приспособления. При использовании. одного приспособления это — систематическая постоянная погрешность, которую частично или полностью устраняют настройкой станка. При использовании нескольких одинаковых приспособлений (при­способлений-дублеров, приспособлений-спутников) эта величина не компенсируется настройкой станка и полностью входит в со­став вПр. Технологические возможности изготовления приспособ­лений обеспечивают еу0 в пределах 0—15 мкм, а для прецизион­ных приспособлений — 0—10 мкм.

Составляющая еи характеризует износ установочных элементов приспособления. Величина износа зависит от программы выпуска изделий (времени работы приспособления), их конструкции и размеров, материала и массы заготовки, состояния ее базовой поверхности, а также условий установки заготовки в приспособ­ление и снятия ее. Больше всего изнашиваются постоянные (ГОСТ 13440—68 и 13441—68) и регулируемые опоры, у которых контакт с заготовкой осуществляется по малым площадкам. Сильно изнашиваются боковые поверхности призм, контактирую­щие с заготовкой по узкой площадке. Менее интенсивно изна­шиваются опорные пластины (ГОСТ 4743—68) и круглые пальцы. При контакте с необработанными поверхностями заготовок со следами окалины и формовочного песка опоры приспособлений изнашиваются сильнее, чем при контакте с обработанными по­верхностями. Скорость изнашивания возрастает с увеличением массы заготовки и сдвига по опорам при ее установке в при­способлении. Изнашивание неравномерно во времени и иосит местный характер. Опорные пластины больше изнашиваются в середине и с одного края, а пальцы — со стороны установки заготовки. Эпюры износа различных опор приведены на рис. 7, а—ж (стрелками показано движение заготовки при ее уста­новке в приспособлении). Изнашивание Опор с малой поверх­ностью контакта с заготовкой протекает сначала быстро, а затем замедляется (кривая / на рис. 7, з). Изнашивание опор с развитой 20

Несущей поверхностью протекает более равномерно (кривая // на рис. 7, з). Величина износа, мкм,

Для кривой / и — $INn

Для кривой II и =

Где N — число контактов заготовки с опорой; рь р2 — постоянные (см. табл. 1); п — 0,4ч-0,6, приближенно п — 0,5. Большие зна­чения Pj и р2 выбирают для тяжелых условий работы опор по нагрузке, пути сдвига, времени неподвижного контакта и абра­зивному воздействию заготовки.

Приведенные данные относятся к опорам из стали 20, 20Х, 45. Износ опор из стали У8А уменьшается на 10—15 %, хромиро­ванных — в 2—3 раза и наплавленных твердым сплавом — в 7— 10 раз.

Износ опор ограничивают расчетной величиной ut (рис. 7, з) и контролируют при плановой периодической проверке приспо­соблений. Если износ достигает предельно допустимой величины, производят смену опор.

Составляющая е0 выражает погрешность установки приспо­собления на станке, обусловленную смещением корпуса приспо­собления на столе станка. В массовом производстве при неизменя­емом закреплении приспособления на станке ес доводится вывер­кой до определенного минимума и постоянна во времени. Она может быть компенсирована настройкой станка. В серийном про­изводстве периодически сменяют приспособления на станках, величина ес становится при этом некомпенсируемой случайной. То же происходит на автоматических линиях при использовании приспособлений-спутников. На величину ес дополнительно влияет износ поверхностей сопряжения при регулярной смене при­способлений. Смещения приспособлений на станке уменьшают применением направляющих элементов (шпонка для пазов стола, центрирующие пояски, фиксаторы), правильным выбором зазоров в сопряжениях, а также равномерной затяжкой крепежных де­талей. Величина е0 составляет 10—20 мкм.

Йеличины еус, еи и ес это расстояния между предельными проекциями измерительной базы обрабатываемых заготовок па Направление выполняемого размера. Они представляют собой поля рассеяния случайных величин. При использовании приспособле­ний в серийном производстве

ЕпР = *]/" Vи - f Яаес + еус,

Где t— коэффициент, определяющий долю возможного брака, %; рекомендуется принимать T = 3; А. х и — коэффициенты, зависящие от кривой распределения; для кривой равной вероят­ности Xj = 1/3, для кривой Гаусса Я2 = 1/9.

Величина еуС рассматривается как постоянная, учитываемая И компенсируемая настройкой станка. Для указанных значений величин

®вр = —J— ес —j— бу0.

При использовании приспособления в массовом производстве (опе­рации закреплены за каждым рабочим местом и еусг ес компенси­руются настройкой станка)

®вр г Вн­если используется многоместное приспособление, то

При использовании приспособлений-спутников на автоматиче­ской линии

®пр —- - j - Зеи -j - Ее-

Погрешность установки как суммарное поле случайных величин

(T = 3, к = 1/9)

Е-j/ee + el + e;

Величина е является временной функцией, отражающей изнов установочных элементов приспособления (рис. 7, и). Регламен­тируя износ и межремонтный период т, можно сократить отно­шение Етах/етщ до 1,03—1,05. При этом условии е можно считать величиной постоянной. Величины еб, е3 и епр сопоставимы по своим значениям. Их анализ позволяет обосновать схему при­способления и технические условия на его изготовление, что важно для точной обработки.

Выбор схем установки производят, сопоставляя полученную погрешность установки е е допустимой е. Последнюю находят
из выражения для технологического допуска на выполняемый размер

6 « + (Д«)2 + 82 + з (Auf + 3 (ДГ)»4- 2 Цф,

Где Ду — погрешность, вызываемая упругими отжатиями техноло­гической системы под влиянием сил резания; Дм — погрешность настройки станка; Ди — погрешность от размерного износа ин­струмента; Дг — погрешность обработки, вызываемая тепловыми деформациями технологической системы; JJ Дф — суммарная по­грешность формы обрабатываемой поверхности в результате ге­ометрических погрешностей станка и деформаций заготовки при ее закреплении. Эта величина входит в выражение fi, так как погрешность формы поверхности являемся частью поля допуска на ее размер. Отсюда

Е = ]/"(« - S ДФ? - (Д^)2 - (Д«)2 - 3 (ДUf - 3 (ДТ)

Для принятой схемы установки должно выполняться условие е' < е. В противном случае следует изменить построение операции обработки или схему установки заготовки.

§ 3. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ УСТАНОВКИ ЗАГОТОВОК В ПРИСПОСОБЛЕНИЯХ

Установка на плоскости. При установке заготовок на необработанные базовые поверхности используют постоян­ные опоры с рифленой и сферической головками (рис. 8, а, в)

D = 6Ф40, D = 25, Н = 10^ 76, п = 6^40, И = 4^40, L = 6X1^.220, В => — 16Ф35, ft, = W&25

(ГОСТ 13442—68), а также регулируемые опоры (ГОСТ 4084—68— ГОСТ 4086—68). Первые запрессовывают в корпусе приспособ­ления и при износе меняют. Вторые ввертывают в корпус на резьбе и стопорят в нужном положении контргайкой (рис. 8, г). Их ре­гулируют для компенсации износа и при переналадке приспо­собления. Установку заготовок обработанными базами осущест­вляют на о'поры с плоской головкой (рис. 8, б) и опорные плас­тины (рис. 8, д) по ГОСТ 4743—68.

При конструировании приспособлений рекомендуются следу­ющие предельные нагрузки Р на опоры со сферической головкой диаметром D:

Данные относятся к заготовкам из стали и чугуна. Для Заго­товок из цветных сплавов нагрузки на опоры следует уменьшать на 30—40 %. Опоры с рифленой головкой имеют нагрузку:

Для опор с гладкой поверхностью и опорных пластин допусти­мая нагрузка 5 МПа.

Пример конструкции самоустанавливающейся опоры показан на рис. 9. Вертикальный штырь 1 под действием слабой пружины 4 Выдвигается вверх до соприкосновения с заготовкой, ие вызывая ее смещения. Затягивая винт 3, опору стопорят. Сухарь 2 ограни­чивает выдвижение штыря при отвертывании винта. При угле скоса а < 10° система обладает свойством самоторможения. Промежу - 24

Точным стержнем 5 изменяют расстояние от маховичка до оси штыря. Для тяжелых заготовок применяют также подводимые вручную клиновые опоры.

Примеры расположения жестких опор при установке загото­вок показаны на рис. 2—4.

Погрешности базирования для типичных схем установки на базовые плоскости приведены в табл. 2. В табл. 3 даны зависимости между нормальной силой и осадкой заготовки на различных опо­рах; они могут быть использованы для расчета погрешностей за­крепления. При внецентренном приложении силы закрепления происходит неравномерная осадка заготовки и базовая плоскость располагается под некоторым углом а к ее исходному положению. Этот угол легко определить при установке заготовки на точечные опоры. Зная смещение е точки приложения силы Q от центра тя­жести О опорного треугольника (рис. 10), можно вычислить опор­ные реакции Rx и /?а и соответствующие им величины осадки заго­товки, используя зависимости, приведенные в табл. З. Угол а най­дем из выражения

Q (Я? —Я?) tg. a = —-i-L U.

При установке жесткой заготовки на опорные пластины вне - центровое приложение силы вызывает неравномерную осадку за­готовки по длине пластин. Осадку найдем, рассматривая заготовку как твердое тело на упругом-основании:

У = Cq

Где Q — давление.

Смещение е точки приложения силы от середины пластины видоизменяет эпюру давлений: центральному приложению силы (е = 0) соответствует прямоугольная эпюра (рис. 11, а), при сме­щении точки приложения силы давление распределяется по за­кону параболы. С увеличением •Е возрастает разность значений Q

Примечание ^ _ радиуо сферической поверхности рпорц, мм, О — диаметр рифленой опоры, мм; F — площадь опоры. См4, ity — параметр шероховатости поверх­ности заготовки, мкм; Q — давление на поверхность опоры

На концах пластины. На рис. 11, б показаны эпюры распределе­ния Q при различных е. Расстояние е от центра тяжести эпюры (т. е. точки приложения силы Q) до середины пластины зависит от показателя п. С увеличением е "точка, где QL = 0, смещается вправо (размер

0,5 0,6 0,7 1 0,25/ 0,23/ 0,21 0,17/;

Здесь I — длина пластины.

Угол наклона базовой плоскости заготовки к ее первоначаль­ному положению до приложения силы

F __ С(42 — ь) Tga— 1000/

Где <72, qt — наибольшее и наименьшее значения давления по длине пластины I, выраженной в мм (см. рис. 11; б).

Расчет <72 и Qi по заданным значениям Q, е и I сложен. На рис. 12 показаны зависимости для приближенного решения. По оси абсцисс вправо от начала координат отложены значения е' Смещения точки приложения силы в долях длины пластины (е' = Ell), по оси ординат — величины К = <7i^2> а по оси абсцисс влево от начала координат — значения силы Q', вычисленные при длине пластины 100 мм и силе давлений на 1 см ее длины <71' = = 10 Н/см. От заданного значения е' проводят вертикальную линию до пересечения с кривой, соответствующей данному пока­зателю п. На вертикальной оси находим значение К• Продолжаем горизонтальную линию до пересечения с кривой, имеющей тот же индекс на левых ветвях, и на оси абсцисс находим величину Q'.

Для пластины шириной b

Вертикальное перемещение точки приложения силы р « С [<# (0,5 + е') + qi (0,5 - <?')]•

С увеличением е' растут значения а и у. При больших значе­ниях е' противоположный конец заготовки может подняться, образуя зазор в виде клиновой щели между базовой плоскостью заготовки и установочной поверхностью пластины. В частности, при е' = 3/8 и п = 0,5 зазор и величина стыковой деформации равны и симметричны относительно средней плоскости заго­товки. Для устранения зазора величина е' не должна превышать 14. Возникновение зазора снижает жесткость установки и ухуд­шает условия закрепления заготовки, если сила закрепления поворачивает ее на базовой плоскости.

Если по условиям обработки для закрепления заготовки не­достаточно силы Q, приложенной по центру, то закрепление про­изводят с одновременным приложением двух сил Qx (см. рис. 11, а), равнодействующая которых должна совпадать с силой Q.

Установка заготовок на внешнюю цилиндрическую поверх­ность и перпендикулярную к ее оси плоскость производится в опор­ные призмы и самоцентрирующие патроны с упором в торец или уступ ступени. Для заготовок диаметром 5—150 мм с обработан­Ной поверхностью применяют широкие опорные призмы (ГОСТ 12195—66—ГОСТ 12197—66) (рис. 13, а), для заготовок с необработанной поверхностью узкие призмы (рис. 13, б); при этом в результате локализации контакта уменьшается влияние макрогеометрических погрешностей баз заготовок на их устой­чивость в призме. Другой способ локализации контакта показан на рис. 13,, в. Заготовку 1 устанавливают на четыре опоры 2, Запрессованные в боковые поверхности призмы 3. В таких призмах заготовки занимают вполне устойчивое положение даже при на*

Личии искривленности, бочкообразности и других погрешностей формы. Если базовые шейки заготовки выполнены по 7—9-му квалитетам точности, применяют установку во втулку. Пример установки корпусной детали 4 во втулку 5 с базированием по цилиндрическому пояску и торцу фланца показан на рис. 13, г.

В приспособлениях находят применение, главным образом, призмы с углом а = 90°. При обработке консольных частей заго­товки используют подводимые и самоустанавливающиеся опоры в виде плоских или призматических элементов. Призмы и втулки изготовляют из стали 20Х, применяя цементацию на глубину 0,8— 1,2 мм и закалку рабочих поверхностей (HRC 55—60). Призмы больших размеров выполняют из серого чугуна с привернутыми стальными калеными 'щеками. Недостаток такой конструкции — пониженная жесткость из-за наличия дополнительных стыков. Призмы крепят к корпусу приспособления винтами и фиксируют контрольными штифтами. Нижнюю и боковые (рабочие) поверх­ности призм шлифуют до Ra = 0,63^-0,32 мкм.

Предельно допустимую нагрузку (Н) на призму из условий контактной прочности можно определить по формуле (заготовки из стали или чугуна, а = 90°)

Q = 1Ы>,

Где Ь — длина линии контакта заготовки с призмой, мм; D — ди­аметр заготовки, мм.

Погрешности базирования при установке в призму являются функцией допуска на диаметр цилиндрической поверхности заго­товки и зависят от погрешностей ее формы. Общий случай по­грешности базирования можно представить из схемы установки, приведенной на рис. 14, а. Сплошной окружностью показана за­готовка, выполненная по наибольшему предельному размеру, штриховой — по наименьшему размеру. При выдерживании раз­мера Hi установочными базами служат образующие К (Ki), а из­мерительной базой — образующая А (Лх). Проектируя предельные положения этой базы на направление выполняемого размера, получим точки А' и А{. Расстояние между ними есть погрешность базирования, отнесенная к размеру Нх.

Л'л; = 4-со1,

Где 8 — допуск на диаметр заготовки;

СО! = ОВхShip =—-—sin р.

2sinf

Для диапазонов изменения р от 0 до а/2 и от а/2 до 90° соответ­ственно

6 / . sin Р

ЕбЯ1 — "у I

При р = а/2 погрешность базирования ебн, = 0, а при р = 0 (рис. 14, в) бен, = 6/2.

Аналогично получим погрешность базирования для размеров #2 и #3 (см. рис. 14, а):

G

Чиг = Be — Вхех = СОг + - y.

Заменив СОх выведенным ранее выражением, получим 6 / sine,

86/f* — ~2~I ~ « h 1 J• [smT J

Для размера Я8 погрешность базирования

6 Sin Р Чнг = -2 А'

При р = а/2 еБц, — 8 и при р = 0 (см. рнс. 14, в) e6Wj = Ш.

При р = 90° (см. рис. 14, б) ебН,

*= 6/2, а при р = 0 (см, рио. 14, в) ебн, = 0.

В табл. 4 приведены типовые схемы установки цилиндрических заготовок в призму и соответствующие погрешности выполняемых размеров в функции допуска на диаметр базовой поверхности.

При износе призм на их боковых поверхностях образуются луики (см. рис. 14, в), которые вызывают смещение оси заготовок

Где А — глубина лунок.

Рассмотрим влияние погрешностей формы базовой поверх­ности заготовки на погрешность ее положения в призме. При по­грешности формы в виде конусности ось заготовки располагается наклонно (рис. 15, а). Обозначим угол призмы а и конусность заготовки г. Искомый угол наклона ее оси Р найдем приближенно (при I <0,01 погрешность менее Г), для чего выделим два по­перечных сечения призмы 1—1 и 2—2 на расстоянии L друг от друга. В сечении /—1 диаметр заготовки Dx (эллиптичностью ее сечения пренебрегаем); в сечении 2—2 диаметр заготовки D2 =» = £)х -f- IL. Следовательно, D3 — Di = IL.

Расстояние между положениями оси заготовки в сечениях 2—2 и 1—1 (отрезок mm) найдем по формуле

Di-Dt

Mm =

Й 4. Погрешности базирования при установке в призму

2 Sin а/2 (sin а/2 О (! sin а/2)

Примечание, в — допуок на диаметр цилиндрической поверхности. Ступенчатую поверхность п® схемам 2 и 3 обрабатывают набо­ром фрез

Рис. 16. Влиинне погрешности формы штампованных заготовок на их положение в призме

Угол р найдем из равенства tg р = MtnlL. Подставляя зна­чение mm из формулы (1), получим

ШТ

При ос = 90° tg р = 0,7i.

Если поперечное сечение заготовки имеет погрешность формы в виде эллиптичности^ то ее ось занимает разное положение по высоте и в горизонтальном направлении для различных угловых положений заготовки. На рис. 15, б жирной линией показана тра­ектория движения оси заготовки, если последнюю вращать в при­зме с углом ос = 90°. Для двух показанных положений ось заго­товки лежит в точке О. Премещение оси в горизонтальном на­правлении у — У 2 (а — Ь), где а и B — большая и малая полу­оси эллипса. Смещение по вертикали в несколько раз меньше ве­личины у.

У заготовок, полученных штамповкой на молотах, могут быть погрешности формы, вызванные сдвигом штампов на величину А (рис. 16, а). Если плоскость разъема штампов у заготовки в при­зме расположена горизонтально, то ее ось О имеет боковое сме­щение на величину А/2 (заготовка показана сплошной линией). При вертикальном положении этой плоскости ось заготовки Ои сохраняя прежнее положение по высоте, смещается в сторону от плоскости симметрии призмы (заготовка показана штриховой ли­нией) на величину-^-tg-^-. Приняв допустимую величину сме­щения штампов 0,4б, Ггде б — допуск на диаметр заготовки, полу­чим при а = 90° вертикальное и боковое смещение оси заго­товки 0,26.

5. Смещение оси заготовки я самоцентрирующих патронах я зависимости от погрешности формы базовой поверхности

НедоШтамповка заготовки, вызывающая увеличение ее раз­мера, перпендикулярного к плоскости разъема штампов, смещает заготовку по оси симметрии призмы (рис. 16, б). Для положения заготовки, показанного штриховой линией, смещение ее оси Ох равно половине величины недоштамповки х, а для положения, по^

Казанного сплошной линией Xj(2 tg-2-^ (ось & относится к круг­лей заготовке с х -- 0). При а = 90° точки Ох и Ог совпадают.

При закреплении цилиндрической заготовки в самоцентрирую­щих патронах возможно смещение ее оси из-за наличия погреш­ностей формы базовой поверхности. В табл. 5 приведены значения

Примечание С QR'/EJ, Дф = 2 (| 6, | + | В, |), где R — радиус нейтраль­ной окружности кольца, Е — модуль упругости материала кольца, J — момент инерции поперечного сечеиия кольца относительно нейтральной оси

Этих смещений для заготовок, закрепляемых в трехкулачковам самоцентрирующем патроне и патроне с двумя самоцентрирующими призмами с углом а = 90°.

При установке заготовки во втулку (см. рис. 13, г) она закреп­ляется приложением осевой или поперечной силы. Радиальный зазор определяет возможность смещения заготовки от ее сред­него положения. Наибольшее радиальное смещение

Где 6, 6Ь 6И — допуски соответственно на диаметр заготовки, на диаметр отверстия установочной втулки и на износ втулки по диаметру; Д — минимальный радиальный зазор. Наименьшее радиальное смещение

Утл = А. й

Выполнение многих операций обработки связано с односто­ронним отжимом заготовки. Погрешности базирования в этом

Случае определяются условиями" (2) и (3). Для размера A (oj. рве. 13, г) погрешность базирования ебА = bJ2. При отжиме заготовки в стороны погрешность базирования для той же схемы ЕбА =6+6!+ 2А.

При закреплении заготовки в призме имеют место контактные деформации, смещающие ось заготовки. Смещение (осадку) за­готовки (мкм) в плоскости симметрии призмы с углом 90° можно определить по эмпирической формуле

У = (0,017 +-А - + O. OOltfz + Н-) Рол

Где D — диаметр заготовки, мм; Р — сила закрепления на 1 см длины образующей, по которой осуществляется контакт заго­товки с призмой, Н; Rz — параметр шероховатости поверхности заготовки, мкм; НВ — твердость по Бринеллю материала «за­готовки.

Условия применения формулы: D — 15-г-ЮО мм, Rz = 5-г - - f-0,32 мкм, НВ 120—250, величина Р не должна превышать ранее указанные предельные значения.

При закреплении кольцевых заготовок в самоцентрирующих патронах возникают погрешности формы цилиндрической поверх­ности заготовки. В табл. 6 приведены значения наибольших про­гибов, выпучиваний и рассчитанных иа их основе погрешностей <формы при закреплении тонкостенных колец в трех,- четырех-

И шестикулачковых самоцентрирующих патронах. При обычных (узких) кулачках наибольшие прогибы кольца возникают в местах приложения сил закрепления, а наибольшие выпучивания — в сечениях симметрии между кулачками. При широких кулачках деформация колец снижается. Для ее уменьшения радиус растачи­вания кулачков i?! должен быть равен радиусу наружной поверх­ности кольца /?2. Допустимо условие R2 ^s R х; условие R2 < Rt Приводит к увеличению деформации, так как в первоначальный момент силы закрепления прилагаются в точках. Трение между кулачками и кольцом уменьшает деформацию последнего,, при узких кулачках роль трения снижается.

В табл. 7 приведены значения перемещений в характерных сечениях и погрешностей формы кольцевых заготовок, закреплен­ных в двух - и трехкулачковых самоцентрирующих патронах (рис. 17, а и б), в зависимости от ширины кулачков при коэффи* циенте трения между кулачками и кольцом/= 0,2. При закрепле­нии тонкостенных колец двумя самоцентрирующими призмами (рис. 17, в) с углом а = 90° и при коэффициенте трения / = 0,17 перемещения в сечениях 2—2, 3—3 и 4—4

Б2 = 0,005 Sg-; 63 = 0,004^-; 64 = - 0,012

Погрешность формы заготовки Аф = 2 [0,005-^- + 0,012-^] = 0,034-^.

В табл. 8 приведены значения наибольших прогибов и выпу­чиваний толстостенных заготовок колец, закрепляемых в трех-, четырех - и шестикулачковых патронах. Перемещения вычислены с учетом изгибающих моментов, поперечных и нормальных сил закрепления для заготовок колец с прямоугольной формой попереч­ного сечения. Деформации тонкостенных гильз, закрепляемых

37

В трехкулачковом патроне (рис. 18), вычисляют по формулам

В рассмотренных схемах установки заготовка не лишается од­ной степени свободы — поворота вокруг ее оси. Если при уста­новке необходимо лишить заго­товку всех степеней свободы, пре­дусматривают дополнительную (шестую) точку (опору). Ее роль могут выполнять различные эле­менты. Для фрезерования базовой площадки на щеке кривошипа Рис. !». €хе*а для расчета дефор- (рис. 19, а) используют призму Мшим тонкостенных гильз в 'которую устанавливают кореи-
ную шейку заготовки. Призма 2 определяет уг­ловое положение шатун­ной шейки. При обтачива­нии последней (рис. 19, б) заготовку устанавливают коренной шейкой в цангу 3 и прижимают фрезеро­ванной площадкой к упору 4. Поскольку на предыду­щей операции размер от оси шатунной шейки до фрезеруемой площадки вы­полнялся без погрешности

Базирования, то при обтачивании этой шейки снимается равно­мерный припуск на обработку. На рис. 19, в показана схема угловой ориентации установленной в призму заготовки с помощью жесткого или выдвижного пальца 5.

Установка на внешние цилиндрические поверхности с пере­секающимися осями характерна для заготовок деталей типа трой­ников и крестовин. В деталях первого типа (тройники-фитинги, краны) обрабатывают обычно отверстия и торцы. Установку за­готовок производят в три узкие призмы (рис. 20, а) при необра­ботанных базовых поверхностях на шесть точек, чем обеспечива­ется ее полная ориентация в пространстве. Закрепляют заготовку вертикально приложенной силой. Обработку заготовки с исполь­зованием необработанных баз стремятся выполнять за одну уста­новку, применяя поворотные приспособления (при последова­тельной обработке) или агрегатные многошпиндельные станки (при параллельной и параллельно-последовательной обработке).

Обработку деталей типа крестовин нередко ведут в приспособлениях с не - тырьмя призмами. Такая схема установки теорети­чески неправильна, так как обеспечить контакт одновременно по восьми точкам (для узких призм) или по длине всех образу­ющих (для широких призм) невозможно. Следует при­менять схему установки на трн призмы; вместо четвер­той призмы используют (ес­ли необходимо) самоуста­навливающуюся опору 1 (рис. 20, б).

Установка заготовок на внутреннюю цилиндрическую поверх­ность и перпендикулярную к ее оси плоскость. Такую установку производят на пальцы и оправки. Торец заготовки координирует ее положение по длине, а различные элементы (шпоночная канав­ка, радиальное отверстие и др.) определяют ее угловое положение.

С повышением точности и быстроходности машин возрастают требования к концентричности поверхностей деталей вращения. Во многих случаях отклонение от соосности поверхности не дол­жно превышать 0,01 мм. Это достигается обработкой поверхностей с одного установа и применением точных центрирующе-зажимных приспособлений (оправок и патронов). Ниже приведены их кон­струкции и значения достигаемой точности центрирования. Под этим термином понимается получаемое смещение оси базовой по­верхности детали относительно оси вращения центрирующе-за - жимного устройства. Погрешность центрирования может быть определена измерением биения эталонной детали, установленной на это устройство.

Типы жестких оправок приведены на рис. 21. На рис. 21, а

I 11

Показана коническая оправка (конусность

На

- 2000 4000

Которую заготовка насаживается цилиндрическим отверстием, •обработанным с точностью Н6—#7. Вследствие расклинивающего действия она прочно удерживается от проворачивания при об­работке. Точность центрирования 0,005—0,010 мм. Недостаток оправки — отсутствие точной фиксации заготовки по длине. Опрарка применяется в единичном и мелкосерийном производстве.

На рис. 21, б показана оправка, на которую заготовка наса­живается с натягом. Используя подкладные кольца при. запрес­совке, заготовку точно ориентируют по длине оправки. Наличие канавки 1 позволяет подрезать торцы заготовки, шейка 2 служит для направления заготовки. Точность центрирования 0,005— 0,010 мм. 40

Оправка, на которую заготовка насаживается с зазором, показана на рис. 21, в. Положение заготовки по длине определя­ется буртом оправки; ее проворачивание предупреждается за­тяжкой гайки 3 или шпонкой 4 (при наличии в заготовке шпоноч­ной канавки). Для этих оправок базовые отверстия заготовок рекомендуется обрабатывать по 7-му квалитету. Точность центри­рования зависит от зазора и обычно составляет 0,02—0,03 мм.

Оправки изготовляют из стали 20Х, цементуют на глубину 1,2—1,5 мм и закаливают до твердости HRC 55—60. Рабочие по­верхности шеек шлифуют, до Ra = 0,63н-0,32 мкм. На центро­вых гнездах делают фаски или поднутрения (рис. 21, г) для за­щиты от повреждений. Для передачи момента на конце оправки предусматривают квадрат, лыски или поводковый палец. Оп­равки диаметром более 80 мм для облегчения „выполняют полыми.

При конструировании оправки с запрессовкой обрабатывае­мой заготовки определяют диаметр ее рабочей шейки. Исходные данные для расчета: номинальный диаметр d длина базы (отвер­стия) 4, наружный диаметр заготовки Du модули упругости Јt И Е2 и коэффициенты Пуассона рх и р2 материалов оправки н заготовки; момент М и осевая сила Р, возникающие при обработке и стремящиеся повернуть или сдвинуть заготовку на оправке; коэффициент трения между заготовкой и оправкой / = 0,08-н ч-0,12.

Задаваясь коэффициентом запаса - к = 1,5-5-2,0, определим момент - Мтр или осевую силу Ртр, удерживающие заготовку на оправке:

Мтр = kM = fp ; (4)

Ртр = kP ~ Ipndl,

Где р — давление на поверхностях сопряжения, МПа; Б - ю~8

Здесь 6 — натяг, мкм. Для сплошной оправки

Ti + t?

С1— 1 — щ; Са == - я—-5 - f

О I — а

Для определения наименьшего диаметра оправки находим иатяг 6 (мкм) из формулы (6), предварительно определив р - из выражений (4) и (5),

JMi+li.

0 Ю-3 л Dir ' ^ Ю-Зя If

Поля допусков на изготовление р и износ у оправки, а также ее наименьший и наибольший диаметры показаны на рис. 21, д. Для оправок диаметром до 80 мм значение р можно брать рав­ным 0,01 мм и y — 0,010-f-0,015 мм. Усилие пресса выбирают по наибольшему натягу 6шах = бА + 6 + Р + у.

Типы разжимных оправок показаны на рис. 22. Консольная оправка с прорезями на рабочей шейке 1 (рис,. 22, а) служит для закрепления заготовки 2 затяжкой внутреннего конуса 3. Оправки этого типа допускают использование баз в виде от­верстий, обработанных с точностью Н8—Н12. Консольная оправ­ка с тремя сухарями (рис. 22, б), разжимаемыми внутренним ко­нусом, используется для закрепления толстостенных заготовок с обработанным или необработанным отверстием. Точность центри­рования оправки 0,05—0,10 мм, а оправки, показанной "на рис. 22, а,—0,02—0,4-мм. Схема оправки с упругой гильзой, разжимаемой изнутри гидропластмассой (ТУ МХП 2742—53), показана на рис. 22, в. Затягивая винт 4, сжимают гидропласт­массу 5, которая, разжимая тонкостенную гильзу 8, закрепляет заготовку (расчет см. в гл. II). Оправки с гидропластмассой обе­спечивают точность центрирования 0,005—0,01 мм. Базовые от­верстия заготовки обрабатывают с точностью Н7—Н 8.

На рис. 22, г показана оправка с гофрированными втулками б; обеспечивающая точность центрирования (0,002—0,003 мм). Прк приложении осевой силы от штока 7 цилиндрическая часть вту­лок выпучивается и прочно закрепляет заготовку 2. Втулки выполняют из стали 38Х, У10А или 65Г с термической обработ - 42

Кой до твердости HRC 45—50. Разностенность втулки допуска­ется до 0,05 мм и биение торца до 0,005 мм. Точность обработки ба­зовых отверстий — в пределах Н6—Н7,

Установку заготовок базовыми отверстиями в стационарные приспособления производят на консольные цилиндрические паль­цы (ГОСТ 12209—66, 12210—66). На рис. 23, а, в приведены паль­цы с буртами; для облегчения надевания заготовок на пальцах снимается фаска. Пальцы диаметром до 16 мм изготовляют из стали У7А, а диаметром более 16 мм — из стали 20Х с цементацией на глубину 0,8—1,2 мм и закалкой до твердости HRC 50—55.

Н7

Рабочую поверхность пальцев обрабатывают по посадкам —тг Н9

Или jg и шлифуют до Ra = 0,63-г-0,32 мкм.

Погрешности установки на пальцы характеризуются смещени­ями заготовки на величину диаметрального зазора между поверх­ностями сопряжения. Если базовый торец заготовки неперпенди­кулярен к оси отверстия, возможно отклонение оси отверстия от оси пальца. В табл. 9 приведены погрешности базирования для типовых случаев установки заготовок на пальцы и оправки.

По/иую ориентацию заготовки получают базированием по торцу и различным элементам (шпоночная канавка, радиальное отверстие, выступы), обеспечивающим ее угловуК) координацию. При закреплении заготовок тонко - и толстостенных колец по вну­тренней поверхности в трех-, четырех - и шестикулачковых па­тронах прогибы, выпучивания и погрешности формы находят по табл. 6 и 8, изменив знаки перемещений.

Установка заготовки иа два цилиндрических отверстия с парал­лельными осями и перпендикулярную к и им плоскость исполь­зуется при обработке деталей типа корпусов, плит и картеров. Ее преимущества: простота конструкции приспособления, воз­можность соблюдения постоянства баз на большинстве операций технологического процесса и относительно простая передача в фиксация заготовок на неточных и автоматических линиях. По сравнению с установкой на шесть точек эта схема обеспечивает

Большую доступность режущего инструмента к обрабатываемой заготовке. Заготовка закрепляется приложением силы, перпенди­кулярной к ее базовой плоскости. Такая установка наиболее при­годна для заготовок, имеющих размеры базовой плоскости, боль­шие или сопоставимые с их высотой. Базовую плоскость заготовки подвергают чистовой обработке, а отверстия развертывают с точ-

Ноетью Н7. Установочными элементами служат опорные пластины (ГОСТ 4743—68) и два жестких или выдвижных пальца (посадка W7 HI

Или Последние применяют при автоматизированной

Обработке.

Схема установки показана на рис. 24, а. Заготовку 1 ставят на пластины 2. Палец 3 выполняют цилиндрической, а палец 4 — Срезанной (ромбической) формы. Ввиду наличия допуска 6 на расстояние L между осями базовых отверстий одно из них (рис. 24, б) может занимать при установке партди заготовок два предельных положения. Очевидно, что область, образованная пересечением двух окружностей а и Ь, относится ко всем заготов­кам данной партии. Если правый палец выполнить цилиндриче­ским, то его диаметр должен быть D — 6; в этом случае возможно покачивание заготовки на левом пальце от среднего положения на величину ±6/2. Более целесообразна ромбическая (срезанная) форма пальца (рис. 24, в); конструктивно ее выполняют с цилин­дрической ленточкой шириной 2е. Величина покачивания заго­товки при этом х — г — ги где Ru Г — радиусы ленточки и от­верстия соответственно.

Из треугольника 1КО

Г1 = У а2+ е2.

Величину а, равную отрезку находим из треугольника OxtiKi

После преобразований и отбрасывания величин второго по­рядка малости получим значение х, значительно меньшее б/2г

Х — г — |/>2 — бе.

Из треугольников Okn и Отп (рис. 25, а) найдем ширину лен­точки

Г2 — (с + е)2 = (г — Д)г — е%,

Где А — зазор между ромбическим пальцем и отверстием. Отсюда 2/-Д — Д2 — с* Е== 23

Подставляя d вместо 2г и принимая по малости Аг = 0, получим

Где Л' = 2А — диаметральный зазор; 2с = б - f - б' — 2АХ; 6, б' — допуски на размер L соответственно заготовки и приспособления; 2Aj — диаметральный зазор при посадке заготовки на цилиндри­ческий палец.

При отрицательной величине 2с ромбический палеи делают цилиндрическим.

Срезанные пальцы выполняются постоянными и сменными. Конструкция и основные размеры их приведены в ГОСТ 12210—66,

Материал и твердость те же, что и для цилиндрических пальцев. При массе заготов­ки до 5 кг диаметр пальца не превышает 6 мм, при 15 кг — 10 мм, при 45 кг — 12 мм, при 120 кг — 16 мм и при большей массе — 20 мм.

Смещения заготовки от ее среднего положения в на­правлениях, перпендикуляр­ных к оси цилиндрического пальца, определяются мини­мальным радиальным зазо­
ром Д1( допуском на диаметр базового отверстия, допуском б? на диаметр пальца и допуском на его износ бц,. Наименьшее

Смещение равно Дь а наибольшее Ах = ~ + - у-

По величинам смещений находят погрешность установки для выполняемых размеров (погрешность закрепления равна - нулю).

Наибольший угол поворота а заготовки (рис. 25, б) от ее среднего положения можно найти по формуле

6;

Л!++ Л+ ++

Sin а? где L

Расстояние между осями базовых отверстий; Д — ми­нимальный радиальный зазор при посадке на срезанный палец (определяется зазором х на рис. 25, в); — допуск на диаметр отверстия под срезанный палец; 82 — допуск на диаметр ленточки срезанного пальца; б2и — допуск на износ срезанного пальца.

Расстояние центра поворота от оси цилиндрического пальца

2 ^

62

Для уменьшения угла а (см. рис. 25, б) расстояние L следует брать наибольшим. При прямоугольной в плане базовой плоскости базовые отверстия располагают на концах ее диагонали.

Такая, схема используется и для базирования по необрабо­танным поверхностям заготовки при изменении конструкции опор. На рис. 26 доказана схема установки отливки блока цилиндров автомобильного двигателя на два крайних отверстия под цилиндры и торцовую плоскость для фрезерования базовых площадок /. Заготовку насаживают на две консольные оправки с выдвижными центрйрующе-зажимными опорами. Правая оправка имеет шесть опор, одновременно раздвигаемых в радиальных направлениях. Опоры расположены в двух парал­лельных плоскостях, перпендикуляр­ных к оси оправки. Левая оправка несет две вертикально раздвигаемые опоры. Базирование по длине обеспечи­вается упором блока в неподвижную опору 2 приспособления. Схема уста­новки полностью ориентирует блок У/////^ в пространстве. Применяя эту схему при выполнении первой технологичес­кой операции, создают постоянные базы для последующей обработки.

Установка заготовки на три парал­лельных отверстия и перпендикулярную к ним плоскость (см. рис. 24, е)
применяется при обработке корпусных деталей на авто­матических линиях. В каче­стве установочных элементов используются три ромбиче­ских пальца. Базовые отвер­стия обрабатывают с точно­стью Н7. Преимущества этой схемы по сравнению с уста­новкой на два пальца — не­сколько меньший угол пово­рота заготовки и более лег­кая посадка заготовки на пальцы, что позволяет умень­шить посадочный зазор и повысить точность установки. Цеитр поворота заготовки прн L'<L/2 находится в точке О. При L' > L/2 центр поворота смещается вниз по вертикали. Угол поворота в этом случае умень­шается. Недостаток схемы — быстрое изнашивание ромбических пальцев и снижение точности установки.

Применяют также установку на два отверстия (из трех) при выполнении черновых операций и на три отверстия при последу­ющей отделочной обработке.

Установка зйготЪвки на внутренние цилиндрические поверх­ности с пересекающимися (перекрещивающимися) осями приме­няется для баз с обработанной и необработанной поверхностями. Если базовые поверхности сплошные, то при установке и снятии заготовки с приспособления необходимо применять выдвижные установочные элементы. При установке заготовки на частичные (неполные) базовые поверхности установочные элементы могут быть выполнены неподвижными.

На рис. 27 показана схема установки заготовки рамы гори­зонтальной поршневой машины на необработанные базы коренных подшипников и поверхность для направляющих ползуна. Всего используются шесть неподвижных точек, поэтому заготовка рамы лишена всех степеней свободы и занимает в пространстве полностью ориентированное положение. При установке в данном приспособ­лении у рамы фрезеруют плоскости установочных лап. При по­следующем растачивании гнезд коренных подшипников и направ­ляющих ползуна с базированием на плоскости лап (и на два базо - зовые отверстия) обеспечивается равномерное снятие припуска.

При сплошных базовых поверхностях опоры под коренные под­шипники выполняют выдвижными в осевом направлении (одна опора может быть жесткой). Заготовку закрепляют прихватом или раздвигаемыми в радиальных направлениях опорными элемен­тами (штифтами), встроенными в выдвижные оправки.

Д) е)

Рис. 28. Центры

Установка заготовки на центровые гнезда и конические фаски

Применяется при обработке деталей класса валов. В качестве установочных элементов используют центры с углом 60°. Их кон­структивные разновидности показаны на рис. 28. Схёма установки на жесткий центр приведена на рис. 28, а на рис. 28, б дана схема установки конической фаской на срезанный центр, харак­терная для деталей типа гильз; на рис. 28, в показан. а схема уста­новки на специальный центр с тремя узкими ленточками 1 на кромки отверстия заготовки. На рис. 28, г приведена конструкция поводкового центра, передающего крутящий момент от вдавлива­ния рифлений в поверхность конической фаски при приложении к центру осевой силы. Этот центр обеспечивает передачу момента, необходимого при чистовой обработке, но ухудшает поверхность базовой фаски.

На рис. 28, д показана конструкция поводкового центра, передающего момент через рифления, вдавливаемые в торцовую плоскость заготовки. Рифления 5 выполнены на трех участках сферической самоустанавливающейся шайбы 2. Центр 3 плаваю­щей конструкции смонтирован в промежуточной втулке 4. Центры выполняют из сталей 45, У6А, У8А и подвергают термической с бработке до твердости HRC 55—60, износостойкость повышают наплавкой твердого сплава. Форму заднего центрового гнезда при токарной обработке сохраняют применением вращающихся центров.

При установке на жесткий центр погрешность базирования для осевых размеров зависит от точности выполнения центровых гнезд. Если глубина гнезда оговорена допуском, то погрешность базирования для размера от левого (от передней бабки) торца до любого уступа, подрезаемого на станке, равна этому допуску.

Для точной установки по длине применяют плавающий перед­ний центр 3 (рис. 28, е) переменная глубина центрового гнезда

Не влияет при этом на осевое положение заготовки. При упоре последней в торец промежуточной втулки 4 совмещаются техно­логическая и измерительная базы, т. е. соблюдается условие еб = = 0. В табл. 10 приведены значения погрешностей базирования для осевых размеров заготовки.

При отклонении от соосности центровых гнезд возникает кромочное касание центров с гнездами (рис 29, а). То же про­исходит при несовпадении углов гнезд и центров. Под действием радиальной силы заготовка смещается в поперечном и продольном направлениях в результате смятия и лзноса кромок. При откло­нении от соосности с центровых гнезд угол перекоса заготовки длиной I

Tg А с/1.

Поперечное смещение заготовки за время от начала смятия кромок до образования контакта по всей поверхности центровых гнезд

__ Sinw

Y~asmW'

Где а — длина образующей конуса центрового гнезда.

£

При малых углах sina ^ tg а; тогда у — 1,15а - у. Смещение заготовки в осевом направлении

Jiii. а 2а *— tg зо° rg30° i

Это смещение заметно при обычных условиях обра­ботки. Так, при отклонении от соосности центровых гнезд 1 мм, длине заготовки 200 мм и длине образующей гнезда 5 мм смещение равно 0,05 мм.

Если осевая сила сдви­гает заготовку к шпинделю станка, то у переднего центра отсутствует смеще­ние в4 поперечном направле­нии; у заднего центра оно равно 2 у. Ось заготовки поворачивается на угол 2У_ _ 2,3Ас I ~ I* '

Tgfb

Погрешность формы центровых гнезд в поперечном сечении вызывает отклонение от круглостн обрабатываемых шеек. Ее можно уменьшить шлифованием, притиркой или обжатием гнезд эталонным центром. При установке на два центра заготовка со­храняет одну степень свободы — возможность вращения вокруг своей оси. В ряде случаев (фрезерование квадратов или шпбноч - ных пазов) необходимо дополнительное базирование заготовки, осуществляемое с помощью упоров или других устройств. На рис. 29, б показана схема установки в центрах корпусной детали с использованием боковых упоров и прижима.

Полную ориентацию заготовки в пространстве можно обеспе­чить установкой ее на три центра (рис. 30, а), из которых два жесткие и один подвижный, выполняющий роль зажимного эле­мента приспособления. Преимущества этой схемы — устойчи­вость установки и возможность соблюдения постоянства баз, так как после подготовки центровых гнезд все технологические опе­рации выполняются при одном базировании. Недостаток схемы — необходимость выдерживать точную глубину центровых гнезд; при большой глубине правого гнезда между ним и центром возни­кает зазор и заготовка может покачиваться относительно оси двух других центров. При малой глубине этого гнезда контакт центров происходит не по всей поверхности конуса, а по образующим. Если допуск на глубину правого гнезда равен б, то угол у качания заготовки относительно оси О—О определяется из соотношения

Если. Ьпубина левого гнезда переменна, возможны перекос заготовки и кромочное касание гнезд с центрами, что снижает жесткость системы установки.

Несколько лучше установка на четыре центра (рис. 30, б), из которых два жесткие и два выдвижные Она менее чувствительна к изменению глубины центровых гнезд, так как зазор во всех случаях выбирается поджимом нижних центров, что обеспечи­вает более жесткое крепление заготовки. Однако, как и в пре­дыдущей схеме, при переменной глубине гнезд возможно их кро­мочное касание с центрами.

Из анализа этой схемы следует, что взаимное положение по­верхностей деталей, обработанных на разных операциях, может бить искажено, если приспособления, используемые на этих операциях, не вполне идентичны. Непостоянство расстояния / между осями центров (см. рис. 30, б) влечет за собой нестабиль­ность положения заготовки по длине при ее закреплении ниж­ними центрами. Непостоянство размера п в приспособлениях вызывает перекос заготовки на различных операциях. Поэтому К точности изготовления приспособлений предъявляются повы­шенные требования.

При установке заготовки в центрах имеют место контактные деформации в местах сопряжения центровых гнезд с центрами. Осадка заготовки в поперечном и осевом направлениях выра­жается параболической зависимостью от величины приложенной радиальной или осевой силы. Поперечное смещение заготовки (мкм) определяется по эмпирической формуле

У — CiPp >

J-де Сх — постоянная, зависящая от наружного диаметра гнезда; Pv — радиальная сила, Н. 52

Где Ра — осевая сила, Н.

Коэффициенты Сх и С2 для заготовок из сталей 40 и 45, широко применяемых для деталей класса валов при давлении на поверх­ности контакта до 800 МПа имеют следующие значения:

Наруж- 1 2 2,5 4 5 6 7,5 10 12,5 15 20 30

Ный диа­метр D Центро­вого гне­зда, мм

Ci 5 3,7 2,7 1,8 1,2 1,0 0,9 0,7 0,5 0,4 0,3 0.2, С2 3,8 2,7 2,1 1,3 0,9 0,8 0,7 0,5 0,4 0,3 0,25 0,17

Установку вала на два центра можно рассматривать как балку, свободно лежащую на двух опорах. Ее прогибы от поперечной силы близки к получаемым по формулам сопротивления материа­лов. Изменение угла центров в пределах 30—90° не оказывает су­щественного влияния на величину прогиба. Если вал устанав­ливается иа центры с приложением осевой силы N (враспор), то прогиб от поперечной силы Р уменьшается на 30—35 %. В этом случае установку можно рассматривать как балку, к концам ко­торой кроме осевых сил N приложены реактивные моменты т (см. рис. 29, в), противодействующие поперечному прогибу. С уве­личением силы N прогибы у уменьшаются (см. рис. 29, г), так как вначале влияние реактивных моментов невелико. При дальнейшем увеличении силы N прогибы постепенно возрастают.

Прогиб F заготовки при нагружении ее поперечной силой и ре­активными моментами, величина которых прямо пропорциональна углу 6 наклона касательной к упругой линии (т — Л0),

Р13 АЫ2 48£7 8EJ '

Здесь

Условия применения формулы: D = 2-f-15 мм, N — 100-4- -4400 Н, материал вала — сталь 40, диаметр вала — до 60 мм.

Уменьшение прогиба заготовки достигается уменьшением осе­вых сил, увеличением диаметра гнезд, уменьшением угла и увели­чением глубины конуса. Последнее повышает эффект распора из-за расклинивающего действия центров.

Установка заготовки по зубчатым поверхностям применяется при шлифовании осевых отверстий цилиндрических и конических зубчатых колес. Принимая за базу рабочие (эвольвентные) по­верхности зубьев, достигают точной соосности отверстия и зубча­того венца. Устанавливают и закрепляют шлифуемые зубчатые колеса в специальные патроны. В качестве установочных элемен­тов применяют ролики для прямозубых цилиндрических колес, шарики или витые упругие ролики для цилиндрических колее со спиральным зубом, шарики для конических колес, а также зуб­чатые эксцентричные секторы в специальных патронах для ци­линдрических колес. Ролики и шарики размещают во впадинах зубчатого венца для контакта их с эвольвертными участками зубьев обрабатываемого колеса. Роликов берут три, а шариков шесть (по два в каждую впадину). При использовании роликов и шари­ков применяют самоцентрирующие патроны мембранного и кли­нового типов. В этих патронах установочные элементы крепятся в обойме, допускающей возможность их самоустановки по впади­нам колеса в пределах оставляемых зазоров.

В - мембранных патронах (рис. 31, а) точное центрирование "ко­леса обеспечивается кулачками 3 упругой мембраны с приверну­тыми сухарями 4. Осевую установку колеса производят по упорам 5. При закладывании колеса шток 6 прогибает мембрану 7, и ку - лаяки. расходятся. При его отводе мембрана выпрямляется и ко­лесо закрепляется. Колесо 2 закладывают в патрон с надетой на него обоймой, несущей ролики 9. Для устранения биения сухарей их шлифуют на месте, закладывая в уступы кулачков распорное кольцо 8. В клиновых патронах (рис. 31,, б) центрирование ко-

ЪА

2,0

Рис. 32. Схемы для расчета основных размеров патрона

Леса 2 с обоймой 1 обеспечивается кулачками 3, перемещаемыми гю наклонным пазам корпуса патрона. Для установки заготовки в осевом направлении служат регулируемые упоры 10. При за­креплении колеса сила от штока 6 передается через гибкие пла­стинки 11 на кулачки. Практика эксплуатации показала, что клиновые патроны менее точны и надежны в работе, чем мембран­ные. В патронах {рис. 31, в) зубчатое колесо 2 закладывают между тремя эксцентричными секторами 12 со шлифованными зубьями. Посредством зубчатого механизма внутри патрона 13 Секторы одновременно повертываются, центрируя и закрепляя обрабатываемое колесо.

При конструировании мембранных и клииовых патронов оп­ределяют диаметр ролика (ил« шарика) D и расстояние L между осями ролика и патрона (рис. 32, а):

D = 2 [AQ tg (у + а2) — г. г sin А2], (8)

Где г0 — радиус основной окружности, мм; г2 — расстояние точки контакта ролика от оси патрона, мм.

Расстояние гг берут меньше радиуса выступов на 0,2—0,5 вы­соты головки зуба, а другие величины — из соотношений

Cos а2 = ~- Y = A_(_Ј_ + ei)+e2,

Где г — число зубьев колеса; s — толщина зуба по дуге делитель­ной окружности; гя — радиус делительной окружности.

Углы и 62 выбирают по таблицам эвольвентных функций! — tg — и 62 = tg а2 — а2, где ах — угол зацепления. Расстояние

Г о

Cos (у + а2)

При округлении величины D до целого числа D' производят повторный расчет значения L' и проверку радиуса расположения точки контакта с зубом г'г (рис. 32, б):

L' — г0/Cos а9. (10)

Угол а3 определяется. из равенства

03 = tg а3 — <*3,

Где

(И)

Диаметр ролика D в зависимости от числа зубьев г для углов зацепления 20 и 15° можно приближенно найти по кривым на рис. 32, в. После округления величины диаметра ролика про­веряют величину г'г и определяют значение L'.

Значения D и L для цилиндрических колес со спиральными зубьями найдем из сечения колеса' по нормали к зубу. Радиус кривизны получаемого в этом сечении эллипса у вершины - малой оси приближенно определим, разделив радиус окружности зуб­чатого колеса на cosap, где р — угол наклона зуба к оси колеса. Используя формулу (8) для этого случая, имеем

D - 2 [s&itg U + - Sin«»] .

Где Го/cos® Р — радиус основной окружности воображаемого ко­леса; ra/cos2p — радиус расположения точки контакта шарика с зубом этого колеса;

„,' 51 /JneosMJ, о . fi.

У 2rn + 0lnj+6,,

Здесь г' = —---------------- число зубьев воображаемого колеса; s„

Cos" p'n

Ln — толщина и шаг зубьев в нормальном сечении по дели­тельной окружности;

6ln = tg а1п — а1п,

Где а1п — угол зацепления в нормальном сечении.

По аналогии с формулой (9) получим расстояние от оси ко­леса до центра шарика

Г г _____ Н____

Cos (?' - f а2) *

Установку конических зуб­чатых колес производят на шаровые опоры, применяя спе­циальные устройства, прижи­мающие деталь по торцу сту­пицы (рис. 33). Исходными дан­ными Для расчета диаметра шарика D и расстояния L' яв­ляются: число зубьев г, половина угла начального конуса ф, радиус начальной окружности г, угол зацепления аь толщина зуба s по дуге начальной окружности,- модуль зуба т. Длина образующей начального конуса

Н = г! sin q>.

Для выбранного сечения, в котором устанавливают шарик,

Г' = (Н — H) tg ф. Принимаем H = (1 4-1,5) от.

Диаметр шарика находим по формуле (8), подставив значение радиуса основной окружности: r0 = (Н — Л) tg ф cos 04;

R% = (Н — h) tg Ф + т —А,

Где а = (0,3 ч-0,5) т.

Для определения угла у величину г заменяют фиктивной г' = = Z!Cos ф, a s = яГЧг для каждого конкретного сечения.

Расстояние L определяем по формуле (9), а расстояние от_цен - тра шарика до оси колеса V = L cos фР

Пример." Определить диаметр роликов для установки прямозубого колеса в самоцентрнрующнй патрон и расстояние между осями роликов и патрона. Дано: г = 40, т — 5 мм, а, ==> 20°, гд *= 100 мм, радиус окружности выступов ге = 105 мм.

Решение. Диаметр ролика D найдем по формуле (8), предварительно рассчитав следующие величины:

Л„ = /д cos = 100 cos 20° = 93,96 мм;

Г2 = ге — 0,3т = 103,5 мм;

Cos оа = — = -^f - - 0,90782; щ = 24° 48';

01 = Tg «! — «! = 0,0149; Og == tg aj — «i = 0,02922;

* = Т - G^ + е0 +02 = т ~ (-^гтаг + °>0149) + °-02922 -

= 0,05357; у =3°4'18";

D = 2 [93,96 tg (3°4'48" + 24°48') — 103,5 sin 24°18' = 12,59 мм.

Полученное значение диаметра ролика округляем до 13 мм. Такой же ре­зультат получим по кривым иа рис. 32, в.

Для округленного размера D' = 13 мм найдем расстояние между осями роликов и патрона, а также радиус Г'2 расположения точки контакта ролика с зубом (проверка иа отсутствие кромочного касания). Расчет ведем по форму­лам (10) и (11), предварительно найдя угол о^:

S, О _L d' " "-100 , П At /1Q ■ 13

+ 0i + or" ~ — = , о, лп + 0,0149 -

2гд ^ 1Т2г„ г г-2-100 т т 2.93,96 3,14

= 0,03925 -f 0,0149 — 0,0692 + 0,0785 = 0,04485.

40

Из равенства 08 = Tg a3 — a3 a3 = 28° 2Г,

L' = =--------- Шгг- == 106,76 мм;

Cosa3 cos 28 2 Г

= J/ 106,76 sift 28°2l' + 93,962 = 103,8 мм.

Полученная величина R'2 меньше радиуса окружности выступов; точка ка­сания роликов с зубом лежит на ее эвольвенте, и кромочного контакта нет.

Дополнительные схемы установки заготовки и их анализ. Рас­смотренные схемы установки заготовок являются типичными.. Кроме них имеется много других, реже применяемых. В качестве технологических баз часто используют различное сочетание эле­ментарных поверхностей заготовки. На рис. 34 показаны примеры установки специальных деталей. Жирными линиями обозначены обрабатываемые поверхности; цифрами — поверхности, исполь­Зуемые в качестве технологических баз; стрелками — места при­ложения силы зажима Q; А+й — выдерживаемые при обработке

56

Размеры с допуском 8. Дополнительные условия установки и вы­полнения операций обработки даны в приводимом анализе. При анализе уточняют технологические и измерительные базы, их размеры и точность выполнения, схему закрепления, место при­ложения, направление, величину и нестабильность силы закрепле­ния. Если технологическая и измерительная базы не совмещены; то на основе геометрических связей проводят расчет погрешностей базирования, предварительно установив размеры, точность и взаимное положение установочных элементов приспособления. После определения погрешности закрепления и погрешности, вызываемой неточностью приспособления, находят погрешность установки. При анализе схемы установки выявляются и другие варианты ее выполнения, целесообразные с точки зрения повы­шения точности обработки и упрощения конструкции приспособ­ления.

Рассмотрим схемы установки кривошипа. Его установку при последовательной обработке противолежащих плоскостей щек а—а и Ь—B (рис. 34, а) производят по цилиндрической поверхности коренной шейки 1, торцовой плоскости 2 и цилиндрической по­верхности мотылевой шейки 3 (плоскость b—b обрабатывают после переустановки кривошипа в аналогичное приспособление). При обработке нужно выдержать параллельность плоскостей щек в пределах допуска б на размер А и симметричность их относи­тельно средней плоскости детали.

При наличии допуска б,, на диаметры коренной и мотылевой шеек их оси не занимают определенного положения по высоте. Пределы изменения положения по высоте осей шеек: коренной

Khx— 6у^2 sin мотылевой Д/г2 = бг/2.

Угол между обработанными плоскостями щек изменяется от О до 2р, причем вершина угла может находиться на разных сторо­нах детали. Значение р возрастает при учете контактных дефор­маций - и износа опор приспособления. Пригодность этой схемы установки определяется выполнением условия 2р < у, где угол у определяют из отношения sin у ^ ЫЬ. При малых размерах кривошипа его'коренную шейку можно закреплять в самоцентри­рующем устройстве, а мотылевую ш£йку поджимать боковой призмой в горизонтальной плоскости. В этом случае независимо от допуска на диаметр шеек р = 0.

Установка тройника (рис. 34, б)-при подрезке торца и раста­чивании отверстия осуществляется по наружным цилиндрическим поверхностям 4 и 5 в призмы. Согласно схеме погрешность бази­рования и погрешность закрепления для размера А равны нулю. Если растачиваемое отверстие должно быть соосно внешней по­верхности заготовки, то эта схема не пригодна. Величина наи­большего отклонения от соосности

Ех = 8/2 sin-f-.

Если допустимое смещение равно е, то услойие пригодности схемы выразится неравенством ег < е.

Установку заготовки подшипника (рис. 34, в) при растачивании отверстия производят по нижней 6 и торцовой 7 плоскостям с цен­тровкой по «аружной цилиндрической поверхности 8 призмати­ческим зажимающим элементом 9. Эта схема позволяет точно вы­держать размер Л, но не обеспечивает равностенность детали в вер­тикальной плоскости, так как оси отверстия и внешнего контура могут не совпадать. Требование равностенности удовлетворяется базированием детали по внешней цилиндрической поверхности при растачивании с последующей обработкой плоскости 6 от от­верстия для выдерживания размера А.

Приведенные примеры показывают, что сочетание элементар­ных поверхностей (плоскостей, наружных и внутренних цилин­дрических, сферических и других поверхностей), используемйх в качестве технологических баз, может быть различным. Коли­чество этих сочетаний, т. е. число возможных частных установоч­ных схем, весьма велико. В каждом случае необходим анализ со­ответствия принятой схемы установки заданным требованиям точ­ности обработки.