Основы ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗМЕРНЫЕ СВЯЗИ

При обработке заготовки или сборке изделия соответственно заго­товка, деталь, сборочная единица должны занять определенное положе­ние в технологической системе и быть лишены относительно ее бази­рующих элементов всех степеней свободы; для этого они должны иметь полный комплект технологических баз. Однако в ряде случаев, когда технологические базы совпадают с конструкторскими, они не имеют полного комплекта баз. Как правило, это бывает тогда, когда деталь или сборочная единица в зависимости от своего назначения имеет в изделии одну или несколько степеней свободы.

Если, например, вал в изделии должен вращаться вокруг своей оси, то для лишения его остальных пяти степеней свободы достаточно пяти опорных точек (рис. 1.5.8). В этом случае оставшиеся пять опорных точек образуют две базы: двойную направляющую (точки У, 2, 3, 4) и опорную базу (точка 5). Отсутствие одной базы оставляет валу возможность вра­щаться вокруг своей оси.

Если вал должен вращаться и поступательно перемещаться, то он должен опираться на четыре опорные точки для лишения четырех степе­ней свободы, образующих двойную направляющую базу, оставляя валу две степени свободы.

В случаях, когда у детали отсутствует полный комплект основных баз, возникает противоречие между необходимостью наличия у детали соответствующего числа степеней свободы и необходимостью лишения ее всех степеней свободы при изготовлении. Чтобы устранить указанное противоречие и удовлетворить требования технологии, т. е. довести числи опорных точек и баз до полных комплектов, применяют скрытые базы.

Однако на практике применять скрытые базы неудобно. Чтобы со­кратить затраты времени на базирование и повысить его точность, вооб­ражаемые базы и опорные точки материализуют с помощью явных баз

Их материализация осуществляется посредством создания реальных по­верхностей или разметочных линий и точек, представляющих собой сле­ды пересечения координатных плос­костей.

В процессе обработки заготовки или сборки изделия имеет место такое явление, как смена технологических баї

Смена баз - это замена одних баз другими с сохранением их при­надлежности к конструкторским, технологическим или измерительным базам. Смена баз может быть организованной (преднамеренной), при ко­торой соблюдаются определенные условия, или неорганизованной - про­исходит случайно, без соблюдения необходимых условий. Причинами неорганизованной смены баз являются; неправильный выбор в качестве баз поверхностей заготовки (детали изделия), погрешности геометриче­ских форм поверхностей и их расположения; неправильное создание си­лового замыкания и др.

На рис. 1.5.9 показано, как происходит смена баз при базировании в тисках детали, у которой поверхность/* не параллельна поверхности Б.

До действия силы Р деталь занимает положение, как показано на рис. 1.5.9, а.

Под действием момента от силы Р деталь поворачивается в тисках вокруг точки О, и в результате направляющая база превращается в уста­новочную, а установочная база - в направляющую (рис. 1.5.9, б).

Вследствие наличия погрешностей геометрических форм поверхно­стей баз возникает неопределенность и в расположении опорных точек на базах. В реальных условиях, если не предусмотреть необходимых мер, расположение опорных точек на установочной и направляющей базах может существенно отличаться от желаемого.

Смена баз всегда связана с заменой в размерной цепи одного звена двумя новыми. Так, например, если за технологическую базу корпусной детали, у которой положение оси отверстия в вертикальном направлении іадано относительно основания (рис. 1.5.10), принять то же основание детали, то сразу получается размер Ад, а если за технологическую базу принять противоположную поверхность, то вместо размера Ал получаем Вл

И размерную цепь с размерами fi, и В2{рис. 1.5.10, б), откуда Аа = В\ = = В2 - йд и ш^д = . Таким образом, при смене технологической

Базы происходит увеличение погрешности обработки. Если в первом случае (рис. 1.5.10, а) технологическая установочная база совпадает с конструкторской, то погрешность, получаемая при обработке отверстия в партии деталей (йА = штс(штс- погрешность, вносимая технологической

Системой), а во втором случае (рис. 1.5.10, б) погрешность увеличи­вается на погрешность размера В2, полученного при обработке верхней поверхности.

Поэтому для достижения заданной точности размера Ал во втором случае следует допуски на размеры В: и В2 ужесточить таким образом, чтобы их сумма была равна допуску на размер Ал.

При разработке технологических процессов нередко приходится ме­нять технологические базы, обусловленные, например, невозможностью обработки всех поверхностей детали за одну установку или облегчения измерения ее точности и др. В этом случае смена баз является органи­зованной. При организованной смене баз необходимо выполнить сле­дующее:

1) построить размерные цепи линейных и угловых размеров, замы­кающими звеньями которых будут линейный и угловой размеры межд> вновь получаемой поверхностью при выполнении перехода и поверхно­стью предыдущей технологической базы;

2) рассчитать номинальные размеры, допуски и координаты сере­дины полей допусков составляющих звеньев;

3) выполнить первые два условия в тех координатных плоскостях, в которых происходит смена баз.

Итак, в процессе обработки заготовок или сборки изделия действу­ют технологические размерные цепи, с помощью которых решаются за­дачи достижения точности изделий в процессе их сборки и точности де­талей в процессе их изготовления.

Технологические размерные цепи бывают двух видов: 1) размерная цепь технологического перехода; 2) размерная цепь технологического процесса.

В технологической размерной цепи первого вида замыкающим зве­ном является расстояние между рабочими кромками инструмента и технологическими базами заготовки, а составляющими звеньями - разме­ры деталей технологической системы, на которой обрабатывается заготовка. На рис. 1.5.11 показана технологическая размерная цепь первого вида, когда заготовка обрабатывается на токарном станке.

Из рис. 1.5.11 следует, что замыкающим звеном Ай технологической размерной цепи является расстояние между вершиной резца и осью за­готовки, т. е. ее технологической базой, а уравнение размерной цепи име­ет вид:

Ай=Аі + А2 - А3 + А4 + As - Аь - А7.

В тех случаях, когда заготовка обрабатывается на нескольких опе­рациях, т. е. проходит через несколько технологических систем, действует технологическая размерная цепь второго вида. Замыкающим звеном этой размерной цепи является получаемый размер детали, а составляющими звеньями являются размеры, получае­мые в результате осуществления техно­логических переходов. Пример техноло­гической размерной цепи второго типа показан на рис. 1.5.12, где замыкающим звеном является ширина Гд буртика ва­ла. Утолщенными линиями показаны поверхности, получаемые на соответст­вующих технологических переходах. На первом переходе подрезают правый то­рец и получают размер Ай - расстояние между полученным торцем и технологи­ческой базой; на втором переходе обра­батывают длинную ступень вала и полу­чают размер Бл - расстояние между по­лученным торцем и технологической базой; на третьем переходе после пере­ворота заготовки обрабатывают корот­кую ступень и получают размер Вй - расстояние между полученным торцом большой ступени и технологической базой. В итоге получилась технологиче­ская размерная цепь второго вида

Гл =Г,-Гг + Г3,

Где П = ВА, Г2=Аа, Г3 = Ба.

Как следует из уравнения размер­ной цепи, погрешность ширины бур­тика

= СО/' +ЮГ, +03

Технологические размерные цепи второго вида зависят от того, как

6)

Рис. 1.5.12. Технологическая размерная цепь Г второго вида:

А - деталь; б - размерная цепь

Выбраны технологические базы. При выборе технологических баз ис­пользуют один из двух принципов: принцип совмещения баз или прин­цип единства баз.

Принцип совмещения баз состоит в том, что в качестве технологиче­ской базы выбирают конструкторскую базу, от которой задан получае­мый размер.

Несовпадение технологической базы с конструкторской приводит к накопленной погрешности на получаемом размере.

Для иллюстрации изложенного рассмотрим два варианта получения ширины уступа Ай. На рис. 1.5.13, а показана готовая деталь с указанием ширины уступа, заданной от правого торца (конструкторская база). При базировании заготовки по левому торцу (технологическая база не совпа­дает с конструкторской базой) получены размеры А{ и Аг (рис. 1.5.13, б). Н этом случае ширина уступа получается как замыкающее Ад звено раз­мерной цепи, представленной на рис. 1.5.13, в, где Ал = А\- Аг. Тогда по­грешность обработки ширины уступа в партии деталей

«ч =

В свою очередь погрешности звеньев А\ и Аг являются результатом погрешностей, возникающих на составляющих звеньях размерных цепей технологической системы (фрезерование плитки в размер А\ и фрезеро­вание уступа с получением размера А2). Если же на второй операции базировать по правому торцу (рис. 1.5.13, г), то накопления погрешно­стей не будет, так как в данном случае технологическая база совпадает с конструкторской и вместо размера А2 будет получен Ал. В качестве другого примера, на рассматриваемом выше рис. 1.5.12, приведена технологическая

Размерная цепь получения у вала шири­ны буртика. Если воспользоваться прин­ципом совмещения баз, то надо, чтобы при подрезке торца буртика на послед­нем переходе технологическая опорная база совпала с конструкторской базой. Тогда погрешность ширины буртика получается равной погрешности на по­следнем переходе и не зависит от по­грешностей размеров, получаемых на предыдущих переходах (рис. 1.5.14).

Принцип единства баз заключается в том, что в качестве технологических или измерительных баз на различных операциях технологического процесса используют одни и те же поверхности детали. Применение принципа единства баз позволяет исключить появление погрешностей обработки и сборки, связанных со сменой баз.

Особое значение приобретает использование принципа единства баз при обработке заготовки для получения заданной точности угловых раз­меров поверхностей детали, так как в станках, как правило, отсутствуют механизмы получения точности угловых размеров методом регулировки.

При соблюдении принципа единства баз рекомендуется за техноло­гические или измерительные базы принимать не только одни и те же по­верхности, но и одни и те же участки поверхностей, что позволяет свести к минимуму влияние отклонений геометрической формы поверхностей технологических баз на погрешность установки. С этой целью все уста­новочные элементы приспособлений, применяемые на различных опера­циях, должны располагаться в одних и тех же точках координатной сис­темы, построенной на технологических базах, а при измерении - на из­мерительных базах.

Различие между принципами совмещения и единства баз можно проиллюстрировать на примере детали (рис. 1.5.15) с несколькими отвер­стиями, оси которых заданы последовательно одна относительно другой, как показано на рис. 1.5.15, а. Если соблюдать принцип совмещения баз (рис. 1.5.15, а), то при обработке отверстия I технологической базой, от­носительно которой получают координату оси отверстия /, будет основа­ние детали. Для обработки отверстия II за технологическую базу следует

Ж

Рис. 1.5.15. Схемы простановки координатных размеров отверстий корпусной детали в вертикальной плоскости при использовании принципа:

А - совмещения баз; б - единства баз

Выбрать ось отверстия /, и для обработки отверстия III технологической базой должна быть ось отверстия II. Если соблюдать принцип единства баз, то координаты осей всех отверстий по вертикали будут обеспечи­ваться от одной технологической базы, в качестве которой, например, принято основание детали (рис. 1.5.15, б).

Принятие того или иного принципа зависит от конкретных условий. Например, если требования к точности очень высоки и не возникает трудностей при использовании конструкторской базы в качестве техно­логической, то целесообразно применять принцип совмещения баз. Если заданная точность может быть достигнута и экономически оправдана от одной технологической базы, то целесообразно воспользоваться принци­пом единства баз.

Цепной и координатный методы получения и измерения линейных и угловых размеров поверхностей деталей. В основе этих методов ле­жит применение принципов совмещения и единства баз. Сущность цеп­ного метода сводится к тому, что каждый последующий линейный или угловой размеры поверхностей детали, получают или измеряют от ра­нее полученного или измеренного размера (рис. 1.5.16, а). При получе­нии каждого последующего размера происходит переход к новой техно - ногической или измерительной базе. Следовательно, погрешность, обра - іуюіцаяся на каждом цепном звене, не зависит от погрешностей преды - нущих цепных звеньев. Это является основным преимуществом цепного метода.

К

К -

Сущность координатного метода заключается в том, что все разме­ры и повороты поверхностей детали получают или измеряют от одной и той же базы независимо один от другого (рис. 1.5.16, б), т. е. используется принцип единства баз. Из рис. 1.5.16, б видно, что погрешность на коор­динатном звене представляет собой сумму погрешностей цепных звеньев, которые оно включает, а именно:

Юд, = ; = + ац;

Шь-j = ац + <оЛ2 + аА}; а>д4 = <aAl + аА2 + aAj + О)Аа.

Координатный метод имеет следующие особенности:

- погрешность каждого из коор­динатных звеньев не зависит от по­грешностей других координатных звеньев;

- погрешность любого цепного звена равна сумме погрешностей двух координатных звеньев, его образую­щих:

«Ч =®б з +<% 4-

Итак, сопоставляя оба метода, можно отметить, что возможная по - ірешность на координатном звене будет наибольшей при цепном методе, а при координатном методе измерения погрешность на цепном звене не превысит суммы погрешностей двух координатных звеньев. На практи­ке часто применяют комбинированный метод. Если на отдельных шеньях требуется обеспечить высокую точность, то используют цепной метод, а если требуется уменьшить накопленную погрешность, то - ко­ординатный.

Измерительные размерные цепи, как и технологические, бывают двух типов. К первому типу относится измерительная размерная цепь, шмыкающим звеном которой является расстояние между измерительной базой и поверхностью (рис. 1.3.19). Ко второму типу относится измери - іельная размерная цепь, составляющими звеньями которой являются размеры детали (рис. 1.5.17), когда контролируемый размер не представ - ияется возможным измерить непосредственно.