Классификация баз по способу их проявления

По характеру проявления базы разделяют на явные и скрытые.

Скрытая база – база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси или точки.

Явная база – база заготовки или изделия в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.

В заключение следует сказать, что согласно ГОСТ 21495-76, полные и краткие наименования баз должны состоять из частей стандартизованных терминов видов баз, располагаемых в следующем порядке: по назначению; по лишаемым степеням свободы; по характеру проявления. Например, полное наименование – «основная установочная явная база», краткое наименование – «измерительная явная база»; «технологическая база».

Материал подготовлен по учебному пособию "Базирование и базы в мащиностроении ", авторы: Колкер Я.Д., Руднев О.Н.

Базирование.
Основные формулы для расчета погрешностей базирования и закрепления заготовки.

Источник: https://tehkd.ru/tehn_articles/7_form_baz.html

 

Отклонения от геометрической формы и размеров, возникающие в процессе обработки заготовки, должны находиться в пределах допусков, определяющих максимально допустимые значения погрешностей размеров и формы детали. При механической обработке обеспечение заданной точности зависит от выбора технологических баз и схемы установки заготовок.

Погрешность установки заготовки можно рассчитать по формуле:

где,

Ε_Б - погрешность базирования;

Ε_З - погрешность закрепления;

Ε_П.З - погрешность положения заготовки.

где,

Ε_УС - погрешность вызванная неточностью изготовления и сборки установочных элементов приспособления;

Ε_И - погрешность вызванная износом установочных элементов приспособления;

Ε_С - погрешность установки приспособления на станке.

Погрешность базирования возникает в результате базирования заготовки в приспособлении по технологическим базам, не связанным с измерительными базами. При базировании по конструкторской основной базе, являющейся и технологической базой, погрешность базирования не возникает. Погрешность закрепления образуется из поверхностей, возникающих до приложения силы зажатия и при зажатии. При работе на предварительно настроенных станках режущий инструмент, а также упоры и копиры устанавливают на размер от установочных поверхностей приспособления до приложения нагрузки, поэтому сдвиг установочных баз приводит к погрешностям закрепления. Погрешности закрепления можно определять расчетным и опытным путем для каждого конкретного способа закрепления заготовки.

Допуск выполнения заданных размеров l может быть определен как.

где,

ω - средняя экономическая точность обработки на металлообрабатывающих станках;

Для принятых методов обработки и схемы установки заготовки расчетное значение допуска T _l должно быть меньше заданного [T _l ]:

Для расчета ожидаемой точности инженер-технолог должен определить:

· погрешности базирования в зависимости от принятой схемы установки заготовки в приспособлении;

· погрешности закрепления в зависимости от непостоянства сил зажима, неоднородности шероховатости и волнистости поверхностей заготовок, износа установочных элементов приспособлений;

· погрешности вызываемые износом установочных элементов Ε_И

· исполнительные размеры установочных элементов, обеспечивающие заданную точность обработки и возможность установки заготовок.

Один из важнейших факторов обеспечивающих точность изготовления деталей является точность приспособления. В процессе работы изнашиваются их установочные и направляющие элементы, и приспособление теряет требуемую точность.

Линейный износ (u) установочных элементов приспособления (опор) определяет погрешность Ε_И

Для опор: Ε_И=u

Для призм:

где,

α - угол призмы.

Величину u можно определить по формуле

где,

N - число установленных заготовок;

K_У - коэффициент, учитывающий условия обработки;

L - длина пути скольжения заготовки по опорам при досылке её до упора, мм (из условий эксплуатации приспособления);

t_m - машинное время обработки заготовки в приспособлении, мин;

m, m₁, m₂ - коэффициенты;

П_l - критерий износостойкости;

Q - нагрузка на опору, Н;

F - площадь касания опоры с базовой поверхностью заготовки, мм²;

HV - твердость материала;

Рекомендации по выбору m, m₁, m₂, П_l, F, HV можно найти в справочнике под редакцией Б.Н. Вердашкина и др. «Станочные приспособления».

Допустимая величина износа [u] определяется допустимой величиной погрешности [Ε_И]

Для опор: [u]= [Ε_И]

Для призм:

Величина [Ε_И] в предположении что погрешности Ε_УС и Ε_С можно компенсировать настройкой станка, определяется как

При установке заготовок на отверстие с гарантированным зазором погрешность базирования является основной составляющей погрешности установки и обуславливается величиной зазора между технологической базой и установочным элементом. Максимально возможное значение зазора определяют по уравнению:

где,

T_D - допуск базового отверстия заготовки (или центрирующей втулки);

S_min - минимальный зазор в сопряжении;

T_d - допуск на размер установочного элемента (или базовой поверхности заготовки).

Это основные формулы для расчета погрешности базирования и закрепления заготовки. В следующей статье перейдем к практике и рассмотрим расчет погрешностей базирования и закрепления на примерах.

 

 

Базирование.
Примеры расчета погрешности базирования и закрепления заготовки.

Основные формулы для расчета погрешности базирования и закрепления заготовки были приведены в предыдущей статье. Теперь рассмотрим несколько примеров.

Пример 1.

Деталь втулка устанавливается на цилиндрический палец с буртом. Необходимо обработать ступенчатую поверхность на вертикально-фрезерном станке. Диаметр базового отверстия D=30^+0,039 мм, диаметр установочного пальца d=30(^-0,007_-0,016) мм. Требуется определить ожидаемую точность размеров А₁ и А₂ (смотри эскиз ниже), если известно, что составляющие погрешности установки (погрешности закрепления и положения заготовки) равны нулю, т. е. E_З= E_П.З=0. Точность метода обработки принимается равной ω=0,120 мм (Косилова А.Г., Мещеряков Р.К, Калинин М.А. «Точность обработки заготовки и припуски в машиностроении»).

Решение:

Как видно из эскиза, заготовка устанавливается на отверстие. При такой схеме установки погрешность базирования размера А₁ определяется по уравнению:

0,039+0,007+0,09=0,055 мм

Погрешность базирования при выполнении размера А₂ равна нулю поскольку измерительная и технологическая базы совмещены.

Зная, что E_З= E_П.З=0, определим ожидаемую точность выполнения размеров А₁ и А₂ по уравнению:

0,055+0,120=0,175 мм

0+0,120=0,120

Далее, нам останется сравнить расчетное значение допуска с заданным. Должны выполняться условия:

Пример 2.

Материал заготовки чугун, шероховатость R_max=200…300 мкм, твердость НВ 170…190. Заготовка устанавливается на рифленые опоры 7034-0379 ГОСТ 13442-68 (D= 20 мм, t=2 мм, b=0,5 мм). Сила действующая на одну опору по нормали Q=2000±300 Н. Допустимый износ опоры [u]=300 мкм. Необходимо определить погрешность закрепления E_З при наибольшем износе опор приспособления.

Формулы для расчета погрешности закрепления возьмем из справочника под редакцией Б.Н. Вердашкина «Станочные приспособления» (стр. 530, таблица 11).

Определяем погрешность закрепления вследствие непостоянства силы закрепления (ΔQ=600 Н) по формуле:

Определяем погрешность закрепления вследствие неоднородности шероховатости базы заготовки (ΔR_max=100 мкм) по формуле:

Определяем погрешность закрепления вследствие износа опорной поверхности установочных элементов приспособления по формуле:

Суммарная погрешность закрепления будет равна:

Пример 3

Необходимо определить исполнительный размер центрирующей втулки при установке заготовки плоской поверхностью и наружной цилиндрической поверхностью при обработке паза и выполнении размеров А₁=50±0,095 мм и А₂=75_-0,190 мм. Технологической базой является наружная цилиндрическая поверхность, обработанная в размер d=100h8_(-0,054) мм. Погрешность положения заготовки E_ПР, вызываемая износом центрирующей втулки E_И и погрешностью установки приспособления на станке E_C, принимаем равной E_ПЗ=0,040 мм (Корсаков В.С. «Основы конструирования приспособлений»). Точность чернового фрезерования ω=0,060 мм.

Как показывает анализ схемы установки, точность выполнения размера А₁, заданного от оси заготовки до обрабатываемой поверхности, будет зависеть от точности диаметра отверстия центрирующей втулки D. Погрешность закрепления E_З для размера А₁ равна нулю – это видно из схемы установки. Исходя из этого принимаем, что точность выполнения размера А₁:

где погрешность базирования размера А₁ равна:

В данной зависимости составляющие S_min и T_D неизвестны. Решая равенство относительно их, получим:

По ГОСТ 25347-82 выбираем поле допуска отверстия так, чтобы соблюдалось условие S_min+T_D≥ES

Из таблицы ГОСТ 25347-82 для размеров отверстий в интервале (80…120) мм находим:

При сравнении расчетной величины (S_min+T_D)=0,036 с табличным значением верхнего отклонения отверстия (ES), видим, что условию (S_min+T_D)≥ES удовлетворяют поля допусков отверстий G5(^+0,017_+0,012) и G6(^+0,034_+0,012) мм, которые могут быть приняты в качестве исполнительных размеров центрирующей втулки:

D=100G5 или D=100G6

Если базовая наружная цилиндрическая поверхность заготовки (d) выполнена с отклонениями поля допуска размера не основного вала, то предельные размеры центрирующей втулки (кольца) определяются (после выбора поля допуска отверстия) зависимостями:

D_max=D _ном +(es+ES),

D_min=D _ном +(es+EI)

На рисунке ниже приведена схема расположения полей допусков.

 

Базирование.
Назначение технологических баз.

При разработке технологического процесса огромное значение имеет назначение технологических баз. От правильности выбора технологических баз зависят производительность обработки, точность выполнения размеров, конструкция приспособлений, конструкция режущих и измерительных инструментов.

Исходными данными для назначения технологических баз являются:

· сборочный чертеж изделия;

· чертеж детали;

· объем выпуска продукции;

· наличие и состояние технологического оборудования;

· оснащенность приспособлениями;

· оснащенность режущим инструментом;

· оснащенность измерительным инструментом;

· квалификация рабочих.

При разработке технологической документации, технолог должен соблюдать принципы совмещения и постоянства баз.

Принцип совмещения баз.

Суть принципа совмещения состоит в том, что в качестве технологических баз следует назначать поверхности, которые одновременно являются конструкторскими и измерительными базами.

Основное преимущество данного принципа в том, что точность не зависит от размеров, получаемых при выполнении предыдущих операций. Однако часто расположение конструктивных элементов не позволяет выдержать принцип совмещения полностью, либо возникает необходимость применения сложной технологической оснастки на отдельных операциях.

Нарушение принципа совмещения баз приводит к удорожанию процесса обработки и снижению производительности. Если технологическая база не совпадает с конструкторской или измерительной, возникает необходимость замены размеров, заданных конструкторской документацией, более удобными технологическими размерами, проставленными от технологических баз. Это приводит к образованию технологических размерных цепей, и соответственно требуется ужесточение некоторых конструкторских размеров, отсюда удорожание процесса. Поэтому и нужно придерживаться принципа совмещения везде, где позволяет расположение конструктивных элементов.

Принцип постоянства баз.

При разработке и реализации технологического процесса необходимо стремиться к использованию одного и того же комплекта технологических баз на всех операциях изготовления изделия (детали).

Смена технологических баз по ходу технологического процесса приводит к увеличению длины технологических размерных цепей, увеличивая тем самым погрешности обработки.

При обработке сложных, многочисленных поверхностей, полностью обеспечить принципы совмещения и постоянства баз, практически невозможно. В любом случае при выборе установочных и направляющих баз предпочтение отдают конструктивным элементам с наибольшими габаритными размерами и точностью наложенных размерных связей.

На точность и экономичность установки, кроме размерной характеристики, оказывает влияние доступность конструктивных элементов, которые выполняют функцию баз. Само собой разумеется, что поверхность, открытая для контакта и сопряжения по всем координатным направлениям, будет наиболее удобна в качестве базы.

Также точность и удобство базирования зависят от формы базовых элементов. Приоритет конструктивных элементов при выборе баз следующий:

1. призматические (с плоскими поверхностями);

2. конические (с центрирующими и направляющими поверхностями);

3. цилиндрические (с направляющими и опорными поверхностями);

4. фасонные (со сложной конфигурацией).

Когда конструктивные элементы не могут служить базами, обеспечивающими требуемую точность установки, можно применять элементы, искусственно созданные исключительно для базирования. Самый яркий пример искусственных баз – центровые отверстия валов, создаваемые для их базирования при изготовлении.

Технологические базы бывают черновые и чистовые. Черновые базы являются необработанными и используются на первой операции технологического процесса. Отсюда следуют особые требования к этим базам:

· черновые базы в связи со своей низкой точностью, должны использоваться только один раз на первой установке;

· для обеспечения правильного взаимного положения обработанных и необработанных поверхностей в готовом изделии, черновыми базаминеобходимо назначать поверхности, которые в готовом изделии остаются черновыми.

Методика выбора технологических баз представлена на рисунке ниже.

На этом прервемся, в следующей статье рассмотрим несколько практических задач по назначению технологических баз.

Базирование.
Примеры задач по назначению технологических баз.

В данной статье рассмотрим несколько практических примеров по назначению технологических баз.

Пример №1.

Необходимо произвести выбор технологических баз заготовки, которые позволят обеспечить размеры А=60(^+0,2_-0,1) и а=10(^+0,1_-0,05) смотри рисунок ниже. Тип производства - мелкосерийное.

Чтобы обеспечить точность размера (а) настройкой режущего инструмента на этот размер, нужно использовать принцип совмещения баз. Однако использование данного принципа приводит к усложнению конструкции приспособления и значительному ухудшению условий обработки. Для мелкосерийного производства это нежелательно.

Давайте рассмотрим базирование заготовки по другой схеме. В качестве технологической базы будем использовать плоскость 1, которая не совпадает с измерительной базой 2.

При данной схеме базирования, на настроенном станке размеры n и b будут постоянны. Следовательно размер глубины паза (а) не может быть выдержан точно, так как на его колебания будет влиять погрешность размера А, выдерживаемого на предыдущей операции. Нам нужно, на операции фрезерование паза, для обеспечения размера (а) рассчитать размер (b) и допуск на него. Технологический размер (b) рассчитывается, исходя из размерной цепи. В указанной цепи размер (а) является замыкающим, так как именно для него необходимо выдержать точность.

Из уравнения размерной цепи получаем, для номинальных размеров:

а=А-b; b=А-а=60-10=50 мм

Для допусков:

T_a=T _А +T_b; T_b=T_a-T _А =0,15-0,3=-0,15 мм

По результатам расчета мы получили отрицательный допуск. Такого быть не может, поскольку, допуск всегда является положительной величиной. В связи с этим можно сделать вывод о том, что размер (a) невозможно обеспечить в заданных условиях. Говоря другими словами, принятая схема базирования на этой операции не позволяет решить поставленную задачу.

Чтобы решить задачу для данной схемы базирования, необходимо ужесточить допуск размера А. Он устанавливается равным половине допуска на размер замыкающего звена (в нашем примере 015/2≈0,08). Устанавливаем допуск на размер:

А=60^+0,04_-0,04, т.е. T_а=0,08 мм

Тогда допуск размера b равен:

T_b=T_a-T_А=0,15-0,08=0,07 мм

Теперь определим расположение поля допуска T_b относительно номинального размера b расчетом размерной цепи на максимум и минимум:

а_max=А_max-b_min;

а_min=А_min-b_max;

откуда:

b_min=А_max-a_max=60,04-10,1=49,94 мм;

b_max=А_min-a_min=59,96-9,95=50,01 мм;

Мы получили искомый технологический размер (b=50^+0,1_-0,06), его и будем указывать на эскизе обработки к данной операции.

Пример №2.

На токарном станке необходимо полностью обработать деталь шкив, обеспечивая параллельность торцов 1,2 и перпендикулярность их к оси А – А. Кроме того необходимо обеспечить концентричность поверхностей 3 и 4. Заготовка – отливка из серого чугуна. Нам нужно определить технологические базы и содержание токарной операции. Эскиз заготовки представлен на рисунке ниже.

Проанализируем два варианта обработки.

Вариант 1.

Выберем наружную цилиндрическую поверхность 4 и торец 1 в качестве черновых технологических баз. От выбранных баз на токарном станке в трехкулачковом самоцентрирующем патроне производятся следующие переходы: подрезка торца 2 и расточка отверстия в ступице, тем самым обеспечивается перпендикулярность торца 2 к оси А – А.

Во втором установе, комплектом чистовых технологических баз будет обработанный торец 2 и отверстие 3. На специальной оправке подрезается торец 1 и обтачивается поверхность 4. В результате этой операции обеспечивается параллельность торцов 1 и 2 и перпендикулярность их к оси А – А, кроме того обеспечивается концентричность поверхностей 3 и 4. Казалось бы поставленная задача решена, но это не так. Мы обеспечили точное расположение всех обработанных поверхностей, а положение необработанных поверхностей относительно обработанных осталось неучтенным. Визуально обработанный таким образом шкив можно определить по разностенности обода шкива и по эксцентрическому положению отверстия 3 в ступице.

Вариант 2.

Для этого варианта в качестве черновых технологических баз выбирается внутренняя поверхность 5 обода и внутренний торец 6. Такая схема базирования (смотри рисунок ниже), обеспечит минимальный эксцентриситет наружной поверхности относительно внутренней, а также достаточно точно толщину обода.

В данном случае обработка шкива осуществляется за один установ. В связи с этим все технические требования выполняются, и комплект необработанных поверхностей занимает определенное положение относительно обработанных.

Тему базирования можно продолжать бесконечно, и думаю, мы еще не один раз к ней вернемся.