При посадке заготовок на охватываемые оправки или охватывающие установочные элементы (втулки) следует устранять или уменьшать зазоры.

Погрешность закрепления ∆Ез – это расстояние между возможными предельными (крайними) положениями измерительной базы, вызванными процессом закрепления заготовки.

Погрешность закрепления определяется в основном контактными деформациями в местах стыка поверхности заготовки с опорами приспособления. В общем виде смещение из-за контактных деформаций определяется по формуле

 

у = CQⁿ cos α,

 

где С — коэффициент, характеризующий условия контакта (опора сферическая, плоская, с рифлениями), материал и твердость базовой поверхности; Q— сила, действующая на опору; α — угол между направлением наибольшего смещения и направлением выдерживаемого размера.

 

Р и с. 3.18. Базирование по отверстию

с помощью оправки.

При обработке партии заготовок коэффициент С изменятся от Сmax до Сmin, твердости заготовок, с колебаниями шероховатости поверхности в пределах данной партии и с колебаниями других факторов. Зажимная сила Q может изменяться от Qmax до Qmin, что в значительной мере зависит от конструкции зажимного устройства.

Графическая зависимость у = f (Q) представлена на рис.3.19. Принимая возможные предельные значения коэффициента С и силы Q, получаем деформации Ymin и Ymax, причем Ymax= Сmax Qⁿ max и Ymin = Сmin Qⁿ min..

Разность Ymax - Ymin и является погрешностью закрепления.

Р и с. 3.19. К вопросу погрешности закрепления

Составляющие y1 и y2 погрешности закрепления относятся к категории случайных величин, поэтому их суммирование правильнее выполнять не алгебраически, как показано на рис. 3.19., а по правилу квадратного корня, т. е.

∆Ез = √y₁² +y₂ ²,

причем

y ₁= Cmin (Qⁿ max — Qⁿ min) и y ₂= (Cmax — Cmin) Qⁿ max.

Снижение погрешности закрепления может быть достигнуто путем стабилизации зажимной силы и ее рационального направления, а также путем повышения однородности материала заготовки и ее поверхностного слоя.

Третьей составляющей погрешности установки является погрешность, обусловленная приспособлением (∆Епр). Эта погрешность определяется неточностью изготовления приспособления, состоянием приспособления (его изношенностью) и неточностью установки приспособления на станке.

Неточность приспособления при его изготовлении регламентируется техническими условиями и в общем случае составляет 0,25 - 0,1 допуска на соответствующий обрабатываемый размер детали. В процессе эксплуатации приспособления наблюдается износ его установочных элементов, а также элементов, предназначенных для направления и установки режущего инструмента. В зависимости от степени точности обрабатываемой детали устанавливают предельно допустимые износы установочных элементов. Например, при обработке заготовок средних размеров по 6 - 9-му квалитетам точности допустимый износ установочных элементов приспособления не должен превышать 0,015 мм. Неточность установки приспособления на станке при неизменном его закреплении является постоянной величиной и при тщательной выверке приспособления может быть незначительной. В условиях серийного производства при периодической смене приспособлений неточность установки является случайной величиной, изменяющейся в пределах 0,01- 0,02мм.

Все три составляющие погрешности, обусловленной приспособлением, можно считать случайными величинами, которые следует суммировать по правилу квадратного корня, т. е.

∆Е_пр=√∆Е²_пр1+ ∆Е²_пр2+ ∆Е²_пр3,

где ∆Е_пр1 — погрешность от неточности изготовления приспособления; ∆Е_пр2 — погрешность от износа приспособления; ∆Е_пр3 — погрешность от неточности установки приспособления на станке при его наладке.

Таким образом, при расчете погрешности установки ∆Е все три слагаемые погрешности суммируются как случайные величины, т. е. по формуле

Е_пр=√∆Е²_б+ ∆Е²_з+ ∆Е²_пр,

где ∆Е_б — погрешность базирования; ∆Ез — погрешность закрепления; ∆Е_пр — погрешность обусловленная приспособлением.

 

3.1.2.4. Выбор баз. Пересчет размеров и допусков при смене баз

Выбор баз имеет важное значение при проектировании технологических процессов. Как указывалось выше, при выборе баз желательно в качестве технологической базы принимать поверхность, которая одновременно является измерительной базой, т. е. соблюдать принцип совмещения технологической и измерительной баз. Наилучшие результаты достигаются при совмещении технологической, измерительной и конструкторской баз. Возможность совмещения технологической, измерительной и конструкторской баз при обработке детали должна учитываться конструктором в процессе проектирования и технологом при разработке технологии.

При выборе технологических баз следует придерживаться принципа постоянства базы на основных операциях механической обработки, т. е., по возможности, использовать в качестве технологической базы одни и те же поверхности детали. Целесообразность соблюдения этого принципа особенно необходима, если измерительные базы при выполнении различных операций переменны и в связи с этим трудно осуществить принцип совмещения баз. Для соблюдения принципа постоянства баз в ряде случаев на деталях создают вспомогательные технологические базы, не имеющие конструктивного назначения: центровые гнезда валов, специально обработанные отверстия в корпусных деталях и др.

Если по условиям обработки не удается выдержать принцип постоянства базы, то в качестве новой базы принимают обработанную поверхность, по возможности, наиболее точную и обеспечивающую жесткость установки заготовки. Если вновь принятая база не является измерительной, то производят расчет допуска на получаемый размер с учетом появляющейся погрешности базирования и, если необходимо, ужесточают допуск на размер, определяющий положение новой технологической базы относительно измерительной.

Рассмотрим на примере обработки поверхностей 1 и 2 (рис.3.20, а)влияние постоянства технологической базы на погрешность при получении размеров а и Ь. Нижняя плоскость заготовки и поверхности т и п обработаны на предшествующей операции, причем при получении размеров А и В выдержаны допуски δА и δв.

При расчете погрешностей базирования используем основное уравнение размерной цепи: допуск на замыкающее звено размерной цепи равен сумме допусков на размеры всех остальных звеньев. Фрезерование плоскостей 1 и 2 рассмотрим в двух вариантах.

Согласно первому варианту примем следующую схему базирования: при обработке плоскости 1 заготовка базируется по поверхности т (см. рис. 3.20,б), а при обработке плоскости 2 — поверхности п (рис.3.20, в), т. е. происходит смена базирующих поверхностей.

Р и с. 3.20. Принцип совмещения и постоянства баз

 

При обработке плоскости 1 выдерживается размер b; погрешность базирования ∆Е’ бb = δв + δс. Погрешность базирования при получении размера С будет равна нулю, так как фреза настроена на постоянный размер С, а измерительная база при настройке совпадает с технологической. Следовательно, ∆Е’ бb = δв, т. е. погрешность равна допуску на размер В, который связывает измерительную и технологическую базы.

Для условного изображения связей, существующих между составляющими звеньями размерной цепи, в нижней части рис.3.20, б показана схема размерной цепи.

При обработке плоскости 2 (см.рис.3.20,в) в размер а базирование осуществляется по поверхности n; погрешность базирования ∆Е’ бa = δB + δА +δb.

Рассмотрим теперь второй вариант обработки с использованием постоянной базы т. При обработке плоскости 1 в размер b со схемой базирования, представленной на рис. 3.20, б погрешность базирования ∆Е’’ бb == δв, т. е. ∆Е’’ бb= ∆Е’ бb. При обработке плоскости 2 в размер а со схемой базирования, представленной на рис.3.20 ,г, погрешность базирования ∆Е’’ бa = δB + δb, т.е. ∆Е’’ бa < ∆Е’ бa на размер δА.

Таким образом, путем использования принципа постоянства базы погрешность базирования при получении размера а уменьшена на значение допуска по размеру А, т. е. обработка стала точнее.

При выборе технологических баз следует обеспечить устойчивость и жесткость установки заготовки, необходимую ориентацию ее в приспособлении и вполне определенное положение относительно принятой системы координат, чтобы лишить заготовку всех шести степеней свободы. Это достигается при числе установочных элементов, равном шести (правило шести точек). На рис.3.21, а показана схема установки заготовки А на шесть точек при фрезеровании паза В. Принятая схема базирования с зажимом заготовки силой Q обеспечивает необходимую точность обработки паза относительно других поверхностей заготовки.

Р и с. 3.21. Полное и неполное базирование заготовок

При выполнении некоторых технологических операций допускается неполная ориентация заготовки. Например, на рис.3.21, б показана схема центрования торца с установкой заготовки А в призме В. При данной схеме базирования заготовка лишена пяти степеней свободы; угловое положение заготовки не фиксировано, поскольку не играет роли в выполнении данной операции. На рис.3.21,в показана схема установки дисковой заготовки А на три точки на магнитном столе В плоскошлифовального станка при шлифовании торцовой поверхности. В данном случае при получении размера h точная установка заготовки в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси не требуется.

3.1.2.5. Факторы, влияющие на точность механической обработки

При изготовлении деталей неточность механической обработки является следствием ряда так называемых первичных производственных погрешностей: погрешности установки заготовки перед обработкой; погрешности настройки станка на размер; упругих деформаций элементов технологической системы «станок— приспособление — заготовка — инструмент» под влиянием силы резания; размерного износа режущего инструмента; геометрических погрешностей станка и режущего инструмента; тепловых деформаций технологической системы; остаточных напряжений в материале заготовок.

1. Погрешность настройки станка. При наладке станка для достижения заданного размера обработки режущий инструмент должен занимать определенное положение относительно обрабатываемой поверхности, называемое настроечным размером (размер h рис.3.21,в).

Определенное значение настроечного размера обычно достигается двумя способами: настройкой по результатом обработки пробных заготовок и настройкой по эталону. Первый способ заключается в том, что после обработки пробной заготовки измеряют получаемый размер и по результатам измерения корректируют положение режущего инструмента до тех пор, пока получаемый размер не будет находиться в пределах поля допуска. Второй способ основан на достижении определенного настроечного размера путем контакта режущей части инструмента с эталоном, размеры которого заранее рассчитаны с учетом выполнения конкретной операции.