Понятие о базировании. Классификация баз.

В общем случае базированием называется придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат (ГОСТ 21495—76). Применительно к проектированию или сборке под базированием понимают придание детали или сбороч­ной единице требуемого положения относительно других деталей изделия. При механической обработке заготовок на станках бази­рованием принято считать придание заготовке требуемого положе­ния относительно элементов станка, определяющих траектории движения подачи обрабатывающего инструмента.

Для выполнения технологической операции требуется не только осуществить базирование обрабатываемой заготовки, но также не­обходимо обеспечить ее неподвижность относительно приспособления на весь период обработки, гарантирующую сохранение неизменной ориентировки заготовки и нормальное протекание процесса обра­ботки. В связи с этим при установке заготовок в приспособлениях решаются две различные задачи: ориентировка, осуществляемая базированием, и создание неподвижности, достигаемое закреплением заготовок. Несмотря на различие этих задач, они решаются теорети­чески одинаковыми методами, т. е. посредством наложения опреде­ленных ограничений (связей) на возможные перемещения заготовки (механической системы) в пространстве.

Все база классифицируются по следующим признакам:

1) по назначению различают: конструкторские, основные и вспомогательные, технологические и измерительные

2) По количеству лишающих свойств: Центровочные, направляющие, опорные, двойные направляющие, двойные опорные.

3) По характеру проявления: явные и скрытые

В общем случае базой называется поверхность, линия или точка детали, по отношению к которой ориентируются другие детали изделия или другие поверхности данной заготовки при их констру­ировании, сборке, механической обработке или измерении. По своему назначению и области применения в машиностроении базы подраз­деляются на конструкторские, измерительные и технологические, используемые при сборке или при механической обработке.

Конструкторская база — это база, используемая для определе­ния положения детали или сборочной единицы в изделии (ГОСТ 21495—76). В обычной практике конструкторской работы конструкторской базой называется поверхность, линия или точка детали, по отношению к которым определяются на чертеже расчет­ные положения других деталей или сборочных единиц изделия, а также других поверхностей и геометрических элементов данной детали.

Конструкторские базы подразделяются на основные и вспомога­тельные. Основной называется конструкторская база, принадлежа­щая данной детали или сборочной единице, используемая для определения ее положения в изделии. Конструкторская базапринадлежащая данной детали или сборочной единице, использу­емая для определения положения присоединяемого к ней изделия называется вспомогательной базой (ГОСТ 21495—76).

Измерительной базой называется поверхность, линия или точка, от которых производится отсчет выполняемых размеров при обработке или измерении заготовок, а также при проверке взаимного расположения поверхностей деталей или элементов изделия (параллельности, перпендикулярности, соосности и др.).

При использовании в качестве измерительных баз материальных поверхностей изделий проверку производят обычными прямыми методами измерения; при использовании геометрических элементов (биссектрис углов, осевых линий, плоскостей симметрии и других условных или «скрытых» баз) измерительные базы материализуются с помощью вспомогательных деталей (штырей, пальцев, натянутых струн, отвесов), оптических установок (коллиматоров) и других устройств.

Технологическая база — это база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта (ГОСТ 21495—76).

Технологической базой, используемой при сборке, называется поверхность, линия или точка детали или сборочной единицы, относительно которых ориентируются другие детали или сборочные единицы изделия.

Технологической базой, используемой при обработке заготовок на станках, называется поверхность, линия или точка заготовки, относительно которых ориентируются ее поверхности, обрабаты­ваемые на данном установе.

В качестве технологических баз используют также разметочные линии и точки, нанесенные на материальные поверхности заготовок для выверки положения последних относительно устройств станка, определяющих траекторию движения режущих инструментов.

По особенностям применения технологические базы, использу­емые при механической обработке, подразделяются на контактные, настроечные ипроверочные.

Контактными базами называются технологические базы, непо­средственно соприкасающиеся с соответствующими установочными поверхностями приспособления или станка.

При обработке заготовок по принципу автоматического получе­ния размеров требуемую точность можно обеспечить сравнительно легко посредством настройки станка относительно контактных техно­логических баз заготовки или соприкасающихся с ними опорных поверхностей приспособлений.

Настроечные базы. Для осуществления настройки станка относительно определен­ных поверхностей заготовки необходимо, чтобы эти поверхности занимали на станке при смене заготовок неизменное положение относительно упоров станка, определяющих конечное положение обрабатывающего инструмента. К таким поверхностям отно­сятся опорные поверхности заготовки, что и предопределяет широкое их использование в крупносерийном производстве в каче­стве опорных технологических баз. Такими же поверхностями являются поверхности, образуемые на заготовке при данном установе и связанные с другими обрабатываемыми поверхностями не­посредственными размерами.

Проверочные технологические базы. При обработке заготовок в условиях серийного и единичного производства, а также при сборке точных соединений и машин широко используются проверочные базы.

Проверочной базой называется поверхность, линия или точка заготовки или детали, по отношению к которым производится выверка положения заготовки на станке или установка режущего инструмента при обработке заготовки, а также выверка положения других деталей или сборочных еди­ниц при сборке изделия.

ИСКУССТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ БАЗЫ

Если конфигурация заготовок не дает возможности выбрать техно­логическую базу, позволяющую удобно, устойчиво и надежно ориенти­ровать и закрепить заготовку в приспособлении или на станке, то прибегают к созданию искусственных технологических баз. К кате­гории искусственных технологических баз относятся также такие технологические базы, которые в целях повышения точности базиро­вания обрабатываемой заготовки в приспособлении предварительно обрабатываются с более высокой точностью, чем это требуется для готового изделия по чертежу.

- правило шести точек;

При установке заготовок на опорные точки приспособлении каждая из опорных точек реализует одну одностороннюю связь в пограничной конфигурации, т. е. обязательно дополняется силой (сила тяжести или прижима).

При этом под «опорной точкой» подразумевается идеальная точка контакта поверхностей заготовки и приспособления, лишающая за­готовку одной степени свободы, делая невозможным ее перемещение в направлении, перпендикулярном опорной поверхности.

Шесть наложенных двусторон­них позиционных связей обеспечивают заданную ориентировку тела относительно системы координат 0ХУ2 и фиксирование тела в дан­ном положении.

Правило шести точек. Для полного базирования заготовки в при­способлении необходимо и достаточно создать в нем шесть опорных точек, расположенных определенным образом относительно базовых поверхностей заготовки.
- полное и неполное базирование;

Обеспечение точности на этапе установки. Обеспечение точности на этапе наладки станка. Сущность процесса настройки. Способы настройки. Погрешность настройки. Суммарная погрешность обработки.

СОСТАВЛЯЮЩИЕ ОБЩЕГО РАССЕЯНИЯ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВОК

Рассеяние размеров обрабатываемых заготовок вызывается много­численными случайными факторами различного характера, оказы­вающими свое воздействие па отдельные элементы технологической системы одновременно и независимо друг от друга. По своему проис­хождению эти факторы могут быть объединены в определенные груп­пы, вызывающие свою долю общего рассеяния размеров.

Рассеяние размеров, связанное с видом обработки (мгновенное рассеяние). Каждому виду обработки, осуществляемому на опреде­ленном оборудовании, свойственна своя величина рассеяния разме­ров, характеризуемая полем о)_м рассеяния.

Однако и внутри данного вида обработки значение <»_м изменяется в зависимости от конструкции, типоразмера и состояния станка (т. е. от его точности и жесткости). Развитие конструкции станков и появление их новых типоразмеров могут вызвать переоценку устано­вившихся представлений о рассеянии размеров при данном виде обработки.

Рассеяние размеров, связанное с видом обработки, не остается постоянным и в продолжении обработки партии заготовок, а изме­няется в зависимости от состояния режущего инструмента. В начале (начальный износ инструмента) и в конце (интенсивный катастрофический износ и разрушение инструмента) обработки пар­тии заготовок поле рассеяния и " больше, чем в се­редине обработки партии (рис. 2.17, б).

Рассеяние размеров в каждый данный момент времени (мгно­венное рассеяние) определяется факторами, не зависящими от на­грузки (зазором в подшипнике шпинделя, неравномерностью процесса резания) и оказывающими влияние на нагрузку (коле­баниями припусков на обра­ботку, колебаниями твер­дости обрабатываемого ма­териала).

Каждый ыз факторов, влияющих на мгновенное рассеяние размеров, прояв­ляет свое действие незави­симо друг от друга и изме­няется как случайная вели­чина, формируя поле мгно­венного рассеяния .

Рассеяние размеров, свя­занное с погрешностью установки. При установке заготовки на станке для об­работки методом автоматиче­ского получения размеров достигаемая точность разме­ров зависит от положения из­мерительной базы заготовки относительно режущего ин­струмента.

Колебание положения измерительной базы заготовки является причиной возникновения погрешности установки , вызывающей рассеяние размеров. Значение складывается из погрешностей базиро­вания , закрепле­ния и приспо­собления

Погрешность базиро­вания. При установке за­готовки в приспособлении в ряде случаев возникает погрешность базирования , связанная с не­совпадением измерительной (плоскость А) и технологической (плоскость В) баз (рис. 2.18, а) или вызванная особенностями формы опорных поверхностей заго­товки и установочных элементов приспособления

(рис. 2.18, б). Погрешность базирования (поле рассеяния размеров вследствие по грешности базирования) можно определить как разность предельных расстояний измерительной базы заготовки относительно установ­ленного на размер инструмента.

Погрешность закрепле­ния.При закреплении за­готовки в приспособлении во многих случаях проис­ходит ее перемещение (вы­жимание из приспособления), приводящее к появлению зазора S между базирующей поверхностью заготовки и соответствующей установоч­ной поверхностью приспособления, по отношению к которой произ­водится настройка станка (рис. 2.19). Изменение перемещения за­готовки при ее закреплении в приспособлении вызывает рассеяние размера а с полем рассеяния , определяемым в большинстве слу­чаев экспериментальным путем.

Погрешность закрепления зависит от конструкции и состояния зажимного устройства приспособления и от направления усилия зажима. Наименьшая погрешность закрепления, связанная с выжиманием заготовки из приспособления, достигается при на­правлении зажимного усилия перпендикулярном технологической установочной базе. Однако и в этом случае погрешность закрепления не равна нулю в связи с неточностью базирующих опорных поверх­ностей заготовок и наличием контактных деформаций поверхностей стыка.

Погрешность приспособления.При установке и закреплении заготовки в приспособлении ее положение относительно инструмента может оказаться неточным из-за погрешности изготовления и сборки самого приспособления (например, погрешности установоч­ных элементов приспособления, его делительных устройств), его износа и неточности установки приспособления на станке. Для раз­личных приспособлении значения перечисленных погрешностей из­меняются в пределах 0,005—0,02 мм, и, суммируясь как случайные величины, образуют общую погрешность приспособления.

При однократном применении одноместного приспособления (обработка партии заготовок при одной настройке станка или небольшом числе настроек) погрешность приспособления вызывает систематическую погрешность обработанной заготовки и во многих случаях может быть скомпенсирована при настройке станка. В этом случае при расчете общей погрешности установки погрешность при­способления можно не учитывать.

При применении многоместных приспособлений, приспособле­ний-спутников на автоматических линиях, большом числе приспо­соблений-дублеров погрешности приспособлений в процессе настрой­ки станков скомпенсированы быть не могут и оказывают свое влияние на общее рассеяние размеров обрабатываемых заготовок как случай­ные величины с полем рассеяния .

Общая погрешность установки слагается из всех перечислен­ных составляющих и определяется в соответствии с правилами сум­мирования случайных величин по формуле:

Рассеяние размеров, связанное с погрешностью настройки.

Погрешность настройки станка изменяется как случайная величина в результате воздействия погрешности регулирования ш_РеГ положения режущего инструмента и отдельных узлов станка относительно установленного инструмента и под влиянием погреш­ности измерения пробных заготовок, по которым производится настройка станка.

Погрешность положения режущего инструмента на станке опре­деляется точностью используемых при настройке регулировочных средств (лимбов, индикаторов, миниметров, упоров и др.). При упро­щенных расчетах точности обработки можно принимать равной цене деления регулировочного устройства или предельной погреш­ности мерительного инструмента, с помощью которого регулируют положение режущего инструмента. Точность установки требуемого положения отдельных узлов станка (например, стола фрезерного станка по высоте относительно положения шпинделя) относительно установленного режущего инструмента зависит от конструкции к состояния станка и определяется по его характеристикам.

Общее (суммарное) рассеяние размеров заготовок и общая погреш­ность обработки. Суммарное поле общего рассеяния размеров пар­тии заготовок. обработанных на настроенном станкепо методу авто­матического получения размеров, выражается формулой ;

Численные значения величин, входящих в формулу (2.42), опре­деляются для конкретных условий выполнения операции по факти­ческим значениям полей рассеяния или приближенно по справочным, литературным и статистическим данным. По статистическим данным величина поля рассеяния вида обработки со_м составляет: для сред­них револьверных станков — 0,016—0,039 мм; токарных — 0,013— 0,036 мм, круглошлифовальных — 0,004—0,017 мм.

Технолог должен обеспечить: требуемую конструктором точность изготовления деталей и сборки машины при одновременном достижении высокой производительности и экономичности их изготовления; необходимые средства измерения и контроля фактической точности обработки и сборки; установку допусков технологических межоперационных размеров и размеров исходных заготовок и их выполнение в ходе технологического процесса. Кроме того, технолог должен исследо­вать фактическую точность установленных технологических процес­сов и проанализировать причины возникновения погрешностей обработки и сборки.

Под точностью детали понимается ее соответствие требованиям чертежа: по размерам, геометрической форме, правильности взаим­ного расположения обрабатываемых поверхностей и по степени их шероховатости.

Заданную точность обработки заготовки можно достигнуть одним из двух принципиально отличных методов: пробных ходов и про­меров, а также методом автоматического получения размеров на настроенных станках.

Метод пробных ходов и промеров. Сущность метода заключается в том, что к обрабатываемой поверхности заготовки, установленной на станке, подводят режущий инструмент и с короткого участка заготовки снимают пробную стружку. После этого станок оста­навливают, делают пробный замер полученного размера, определяют величину его отклонения от чертежного и вносят поправку в поло­жение инструмента, которую отсчитывают по делениям лимба станка. Затем вновь производят пробную обработку («ход») участка заго­товки, новый пробный замер полученного размера и при необходи­мости вносят новую поправку в положение инструмента. Таким образом, путем пробных ходов" и промеров устанавливают правиль­ное положение инструмента относительно заготовки, при котором обеспечивается требуемый размер. После этого выполняют обработку заготовки по всей ее длине. При обработке следующей заготовки всю процедуру установки инструмента пробными ходами и про­мерами повторяют.

В методе пробных ходов и промеров часто применяют разметку, В этом случае на поверхность исходной заготовки специальными инструментами (чертилками, штангенрейсмусом и др.) наносят то кие линии, показывающие контур будущей детали, положение центров будущих отверстий или контуры выемок и окон. При по­следующей обработке рабочий стремится совместить траекторию перемещения режущего лезвия инструмента с линией разметки заготовки и обеспечить тем самым требуемую форму обрабатыва­емой поверхности.

Метод пробных ходов и промеров имеет следующие достоинства-

на неточном оборудовании позволяет получить высокую точность

обработки; рабочий высокой квалификации путем пробных промеров

и ходов может определить и устранить погрешность заготовки, возникшую при ее обработке на неточном станке;

при обработке партии мелких заготовок исключает влияние износа режущего инструмента на точность выдерживаемых при обработке размеров; при пробных промерах и ходах определяют и вносят необходимую поправку в положение инструмента, требу­емую в связи с износом последнего;

при неточной заготовке позволяет правильно распределить при­пуск и предотвратить появление брака; из маломерной заготовки при разметке часто удается выкроить контур обрабатываемой за­готовки и получить годное изделие;

освобождает рабочего от необходимости изготовления сложных и дорогостоящих приспособлений типа кондукторов, поворотных и делительных приспособлений и др; положение центров отверстий и взаимное расположение обрабатываемых поверхностей предопре­деляется разметкой.

Вместе с тем метод пробных ходов и промеров имеет ряд серьезных недостатков:

-зависимость достигаемой точности обработки от минимальной толщины снимаемой стружки; при токарной обработке доведенными резцами эта толщина не меньше 0,005 мм, а при точении обычно заточенными резцами она составляет 0,02 мм (при некотором затуплении резца даже 0,05 мм); очевидно, что при работе пробными ходами рабочий не может внести в размер заготовки поправку менее толщины снимаемой стружки, а следовательно, и гарантировать получение размера с погрешностью, меньшей этой толщины;

появление брака по вине рабочего, от внимания которого в зна­чительной степени зависит достигаемая точность обработки;

низкую производительность обработки из-за больших затрат времени на пробные ходы, промеры и разметку;

высокую себестоимость обработки детали вследствие низкой производительности обработки в сочетании с высокой квалификацией рабочего, требующей повышенной оплаты труда.

В связи с перечисленными недостатками метод пробных промеров и ходов используется, как правило, при единичном или мелкосерий­ном производстве изделий, в опытном производстве, а также в ре­монтных и инструментальных цехах. Особенно часто этот метод применяется в тяжелом машиностроении. При серийном производ­стве этот метод находит применение для получения годных деталей из неполноценных исходных заготовок («спасение» брака по литью и штамповке).

Метод автоматического получения размеров на настроенных станках. Этот метод в значительной мере свободен от недостатков, свойственных методу пробных ходов и промеров.

При обработке заготовок по методу автоматического получения размеров станок предварительно настраивается таким образом, чтобы требуемая от заготовок точность достигалась автоматически, т. е. почти независимо от квалификации и внимания рабочего.

При фрезеровании заготовки 2 на размеры а и Ь (рис. 2.1, а) стол фрезерного станка предварительно устанавливают по высоте таким образом, чтобы опорная поверхность неподвижной губки 1 тисков отстояла от оси вращения фрезы иа расстоянии К = О_ф1/2 + + а. При этом боковую поверхность фрезы 3 удаляют (поперечным перемещением стола) от вертикальной поверхности неподвижной губки на расстояние Ь. Эту предварительную настройку станка производят по методу пробных ходов и промеров. После такой на­стройки выполняют обработку всей партии заготовок без их про­межуточных промеров (исключая выборочные контрольные промеры) и без дополнительных перемещений стола станка в поперечна и вертикальном направлениях. Так как в процессе обработки раз­меры К и b остаются неизменными, то и точность размеров a и b обрабатываемой заготовки сохраняется одинаковой для всех заготовок, обработанных с данной настройкой станка.

К преимуществам метода автоматического получения размеров относятся:

повышение точности обработки и снижение брака; точность обработки не зависит от минимально возможной толщины снимаемой стружки (так как припуск на обработку на настроенном станке устанавливают заведомо больше этой величины) и от квалификации и внимательности рабочего;

рост производительности обработки за счет устранения потерь времени на предварительную разметку заготовки и осуществление пробных ходов и промеров; кроме того, специалист, работающий на настроенном станке по упорам, а не по пробным промерам, про­водит работу более уверенно и спокойно; в процессе обработки воз­никает определенный ритм целесообразных и продуманных движе­ний, дающих наименьшую утомляемость и высокую производитель­ность;

рациональное использование рабочих высокой квалификации; работу па настроенных станках могут производить ученики и мало­квалифицированные рабочие-операторы, а в дальнейшем с ростом автоматизации производственных процессов она будет полностью возложена на станки-автоматы и промышленные роботы; высоко­квалифицированные рабочие выполняют настройку станков и об­служивают одновременно по 8—12 станков;

повышение экономичности производства; высокая производитель­ность труда, снижение брака, уменьшение потребности в высоко­квалифицированной рабочей силе способствуют снижению произ­водственных затрат и общему повышению экономичности произ­водства.

Преимущества метода автоматического получения размеров на настроенных станках предопределяют его широкое распространение в условиях современного серийного, и массового производства.

Использование этого метода в условиях мелкосерийного произ­водства ограничивается некоторыми экономическими соображени­ями: потери времени на предварительную настройку станков могут превзойти выигрыш времени от автоматического получения размеров; затраты на изготовление однородных и точных исходных заготовок, требуемых для работы на настроенных станках, могут не окупиться при малых количествах выпускаемой продукции; тщательная тех­нологическая подготовка производства с подробной разработкой технологических процессов и схем настройки станков неосуществима в условиях мелкосерийного и многономенклатурного производства.