Погрешность установки приспособления

Расчетно-аналитический метод определения погрешностей

Исходный размер

Операционный размер, координирующий обрабатываемую часть детали относительно необрабатываемой части, называется для краткости исходным размером [7, 8 ].

а) б) в)

Рис. 3.15. К вопросу об исходном размере(пояснения в тексте)

На рис. 3.15 представлено несколько операционных эскизов обработки. Как видно, обрабатываемая часть детали может быть одной поверхностью или комплексом взаимосвязанных поверхностей, получаемых одним или несколькими инструментами.

Размеры d – это размеры обрабатываемых поверхностей.

Размеры В – связываемые обрабатываемые поверхности между собой – это внутрикомплексные размеры–координаты.

А вот размеры L – это и есть исходные размеры – координируют положение обрабатываемой поверхности относительно необрабатываемых поверхностей (на данной операции).

Отличительной особенностью исходного размера L является то, что он отсчитывается от необрабатываемой части детали, вследствие чего его величина зависит, прежде всего, от положения детали в рабочей зоне станка. По отношению к такому размеру факторы, связанные с методом обработки, теряют свое доминирующее значение. Их место занимают погрешности самой детали и устанавливающего ее приспособления. Значения же тех и других всегда точно известны. Поэтому при оценке их влияния на точность исходного размера на первый план выдвигается метод расчетно-аналитический.

Взаимное расположение двух любых обработанных участков не зависит от положения, которое займет деталь в рабочей зоне станка, так как последнее (это положение) остается одним и тем же при образовании всех участков (например, рис. 3.15, в: при инструментальной наладке размеры d и В всегда будут одними и теми же у всех деталей, а вот размер L будет зависеть от точности расположения левого торца). Это означает, что расстояние между такими участками, принадлежат ли они одной поверхности (размер d) или разным поверхностям (внутрикомплексная координата В), не зависит ни от неточностей необрабатываемой части детали, ни от неточностей приспособления, устанавливающего деталь в рабочей зоне станка. Погрешности зависят от факторов, связанных с методом обработки, поэтому для оценки погрешностей (точность размеров d и В) более уместно применить статистический метод.

Взаимное расположение частей детали (связанных с исходным размером) у различных деталей будет не одинаковым, а различным – в пределах допуска, который соблюдался в предшествующей операции. Естественно, что вследствие этих допусков и неточностей приспособления (опорных поверхностей, которые будут базировать деталь) поверхности Б разных деталей не будут занимать одно и то же положение в рабочей зоне станка. Поскольку при этом положение инструмента не регулируется (при автоматическом получении исходного размера), рассеяние положения поверхностей Б в рабочей зоне станка означает изменение расстояний от инструмента. Поэтому на точность исходного размера оказывают основное влияние два обстоятельства:

- от какой необрабатываемой (обработанной в предшествующей операции) поверхности детали (от какой базы) координируется обрабатываемая поверхность;

- какой участок детали (какая база) используется для ее установки в приспособлении.

В связи с этим возникают понятия об исходной и установочной базах детали.

В дальнейшем, в связи с задачами о целесообразности построения технологического процесса, нам понадобится еще два важных определения, относящихся к понятию «база». Для удобства дадим определение в одном месте.

Определения баз

Для успешной работы любого механизма (машины) необходимо обеспечить определенное взаимное расположение его деталей и узлов. Определенное положение должна занимать и заготовка на станке при ее обработке. Определенность положения детали или узла в изделии (например, в двигателе) и заготовки на станке достигается базированием (ориентировкой).

Рис. 3.16. Базирование призматической детали(условно прозрачной)

В общем случае базированием называется придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.

При обработке деталей на станках под базированием понимают придание заготовке или детали требуемого положения относительно элементов станка, определяющих движение подач инструмента. Теория базирования основывается на фундаментальных представлениях о несвободной системе, изучаемых в теоретической механике. Рассмотрим некоторые из них.

Свободное твердое тело имеет шесть степеней свободы: три перемещения вдоль координатных осей Ох, Оy и Оz и три поворота вокруг этих осей.

Если на движение твердого тела или механической системы наложены ограничения геометрическими или кинематическими связями, то такое тело или система называется несвободным телом (системой). Таким образом, требуемое положение или движение твердого тела относительно выбранной системы координат достигается наложением геометрических или кинематических связей. При наложении геометрических связей на твердое тело, лишающих его трех перемещений вдоль координатных осей и трех поворотов вокруг этих осей, тело становится неподвижным в данной системе координат. Шесть связей, лишающих тело движения в шести направлениях, могут быть созданы контактом соединяемых тел в шести точках. В качестве примера рассмотрим базирование призматической заготовки в приспособлении по трем координатным плоскостям: хОу (А), хОz (В) и уОz (С) (рис. 3.15).

Для заданного ориентирования (базирования) заготовке необходимо иметь: три контактных точки А₁, А₂ и А₃ в плоскости хОу, не лежащие на одной прямой; две точки В₁ и В₂ в плоскости хОz и одну точку С в плоскости уОz.

Для фиксирования (закрепления) заготовки в приспособлении необходимо приложить силу. Таким образом, процесс установки заготовки в приспособлении или на станок состоит из базирования (ориентировки) и закрепления, обеспечивающего неизменность положения заготовки при ее обработке.

Базирование детали нельзя заменить ее закреплением. Если из шести опорных точек отсутствуют одна или несколько, то у заготовки остается соответственно одна или несколько степеней свободы. Это значит, что в направлении отсутствующих опорных точек положение заготовки не определено и заменить отсутствующие опорные точки закреплением с целью базирования нельзя.

Поверхность (сочетание поверхностей), линия или точка, используемые для базирования, называются базой. Базирование призматической заготовки (см. рис. 3.16) предполагает использование в качестве баз трех ее поверхностей, на которых соответственно располагаются три, две и одна точки контакта. В реальных условиях точки контакта представляются соответствующими опорными точками, имеющими теоретический характер. Опорная точка символизирует одну из связей заготовки (детали) с выбранной системой координат.

Для полной ориентации заготовки в приспособлении необходимо и достаточно иметь шесть опорных точек, расположенных определенным образом относительно базовых поверхностей заготовки (правило шести точек). Технолог и конструктор по проектированию приспособлений при необходимости полной ориентировки заготовки относительно всех трех плоскостей прямоугольной системы координат всегда руководствуются правилом шести точек. Если в зависимости от служебного назначения деталь (узел) должна иметь определенное число степеней свободы, то соответствующее число степеней связей снимается.

Расположение опорных точек на базах заготовки (детали) и есть схема базирования.

Для условного изображения опорных точек приняты следующие знаки: Ù – опорные точки на виде спереди и сбоку детали; -à- – опорные точки на виде сверху детали (в плане).

Базирование необходимо для всех стадий создания изделия: конструирования, изготовления и измерения. Отсюда вытекает необходимость разделения баз по назначению на три вида: конструкторские, технологические и измерительные.

Конструкторская база – поверхность, линия или точка, используемые конструктором для определения положения детали или узла в изделии. Конструкторские базы бывают основными и вспомогательными.

Основная база – это конструкторская база, принадлежащая данной детали или узлу и используемая для определения ее положения в изделии.

Вспомогательная конструкторская база – это база, принадлежащая данной детали или узлу и используемая для определения присоединяемой к ним детали или узла.

Технологическая база – поверхность или образующая поверхности, используемые для определения положения заготовки или узла в процессе изготовления или ремонта. Технологическая база выбирается при проектировании технологического процесса.

К технологической базе можно отнести и измерительную базу – поверхность, образующую или точку поверхности, относительно которых проверяется положение обработанной поверхности, т.е. проверяют операционный размер.

В свою очередь технологическую базу можно подразделить на две: исходную и установочную.

Исходная база – это поверхность, линия или точка, относительно которой в технологическом документе координировано положение обрабатываемой поверхности детали. Размер, с помощью которого это сделано, выше назван исходным размером (L_и).

На рис. 3.17 показаны два операционных эскиза с различно выбранными исходными базами (ИБ); исходные размеры указаны L_и.

Рис. 3.17. К понятию исходной базы(пояснения в тексте)

Установочная база – это поверхность детали (только поверхность, не линия и не точка), которая при установке детали в приспособлении (или непосредственно на станок) создает определенность положения детали в направлении исходного размера. На рис. 3.18 показана схема установки детали в приспособлении типа тиски. Если деталь просто установить в приспособлении и не указать исходных размеров, то найти установочную базу нельзя. Ясно лишь, что ею не является поверхность, примыкающая к подвижной губке тисков, так как последняя, будучи подвижной, сама не занимает определенного положения в тисках.

Рис. 3.18. К понятию установочной базы (УБ)(пояснения в тексте)

Установочная база выполняет свою функцию посредством контакта с соответствующей (установочной) поверхностью приспособления. Естественно, что для такой роли пригодна лишь реально существующая поверхность детали.

Измерительная база – это поверхность, образующая поверхности, или точка поверхности, относительно которой измерением контролируют положение обработанной поверхности, т.е. проверяют исходный размер.

Погрешность установки приспособления

Величина этой составляющей в общей погрешности операционного (исходного) размера зависит от точности поверхностей, которыми корпус приспособления устанавливается на станок, и от точности положения этих поверхностей относительно поверхности установочного элемента, базирующего обрабатываемую деталь.

Форма установочного места корпуса приспособления отвечает форме сопряженной с ним части станка. Величина погрешности установки приспособления D_уп предопределяется при разработке чертежей приспособления, так как именно тогда назначают допуски на неточность изготовления его элементов.

Приспособления токарного типа. В эту группу входят приспособления для различных токарных, круглошлифовальных и других подобных станков. Связываемые со шпинделем и вращающиеся вместе с ним, эти приспособления предназначаются прежде всего для обеспечения исходных размеров, направления которых перпендикулярны оси вращения шпинделя станка. При этом исходные размеры, параллельные оси вращения, обычно обеспечивают путем ограничения подачи инструмента (с помощью упоров) или просто установкой инструмента на размер.

Итак, размеры, параллельные оси вращения, не имеют погрешностей, связанных с установкой приспособления.

В радиальном же направлении задаваемые допустимые неточности установочного места корпуса, как и неточности его положения относительно установочных элементов, даже не приходится пересчитывать на величину D_уп; они сами непосредственно представляют эту величину.

Приспособления типа фрезерных. В эту группу входят приспособления для различных фрезерных, расточных и плоскошлифовальных станков. Они характерны тем, что связываются со столом станка и, соответственно, корпус их имеет плоское установочное место. Для исходных размеров, лежащих в плоскостях, параллельных плоскости стола, величина D_уп будет зависеть от точности ориентировки корпуса приспособления на столе станка и от длины обработки. Обычно приспособления ориентируют на столе при помощи шпонок, связанных с корпусом приспособления и пригоняемых к пазу стола станка. Зная точность положения шпонок относительно установочных элементов и длины обработки, рассчитывают величину D_уп.

Для исходных размеров, направленных перпендикулярно к плоскости стола станка, ориентировка приспособления на плоскости стола безразлична. Определяя ожидаемую погрешность для таких размеров, считают D_уп = 0.

Кондукторы. Это приспособления для обработки отверстий; характерны наличием элементов для определения положения инструмента относительно детали (кондукторных втулок). Для обработки необходимо, чтобы инструмент вошел в кондукторную втулку (рис. 3.19). При этом координаты обработанного отверстия не зависят от положения корпуса кондуктора на столе станка. Поэтому, определяя D_уп для этих координат, считают, что D_уп = 0.

Рис. 3.19. К вопросу о погрешности в исходном размере при обработке в кондукторе(пояснения в тексте)

Приемы для уменьшения погрешности D_уп. При проектировании учитывают, что единичный характер производства приспособлений допускает возможность широко применять в процессе изготовления и наладки приспособлений особые приемы для уменьшения погрешности d_п, связанной с установкой приспособления на станке. Такими приемами являются: обработка рабочих поверхностей установочных элементов после сборки этих элементов с корпусом; выверка положения приспособления на станке; обработка рабочих поверхностей установочных элементов после установки приспособления на станке.