Основы теории базирования.
Термины и определения основных понятий базирования и баз регламентируются ГОСТ 21495-76.
Базирование – придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.
База – поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования.
Твердое тело может быть неподвижным, т.е. занимать постоянное неизменное положение в данной системе координат, или может передвигаться, изменять свое положение относительно определенной системы координат. Постоянное положение или движение тела достигается наложением геометрических или кинематических связей.
Условие, ограничивающее перемещение, называется геометрической связью.
Условие, ограничивающее скорость перемещения, называется кинематической связью.
Геометрические связи бывают односторонние и двусторонние.
В качестве примера двусторонней связи рассмотрим шар, находящийся между двумя параллельными плоскостями, расстояние между которыми равно диаметру шара. Плоскости ограничивают перемещение шара вдоль оси, проходящей перпендикулярно к этим плоскостям. Двустороннюю связь можно выразить уравнением:
ZC = r, или ZC – r = 0;
где ZC – координата центра шара;
r – радиус шара.
При односторонней геометрической связи движение шара в направлении координатной оси не ограничивается плоскостью, и его положение не определяется однозначно. Одностороннюю связь можно выразить неравенством:
ZC ≥ r, или ZC – r ≥ 0
Однозначная область положения шара по оси может определяться двумя параллельными плоскостями, удаленными друг от друга на расстояние 2r + а. Тогда геометрические связи наложенные на шар выражаются двумя неравенствами:
|
|
r ≤ ZC ≤ (r + a);
т.е. двумя односторонними геометрическими связями. Если в этом выражении соблюдается знак равенства, то односторонняя связь исключает движение шара по нормали к плоскости.
Положение механической системы с наложенными геометрическими и кинематическими связями в пространстве определяется обобщенными координатами системы.
Обобщенными координатами называются независимые параметры, определяющие положение или движение механической системы в пространстве.
Координата ZC по оси Z является обобщенной координатой шара. Числом обобщенных координат выражается число степеней свободы механической системы.
Свободное твердое тело (не имеющее геометрических и кинематических связей) обладает шестью степенями свободы. Оно может перемещаться вдоль координатных осей и вращаться вокруг этих осей.
С точки зрения теоретической механики базирование заключается в придании телу определенного положения путем конечного перемещения его из произвольного положения в положение заданное двусторонними геометрическими связями, выраженными размерами или координатами.
Для полной определенности положения твердого тела в пространстве необходимо и достаточно наложить на точки тела шесть двусторонних геометрических связей и тем самым лишить его шести степеней свободы.
Опорная точка – точка, символизирующая одну из связей заготовки или изделия с выбранной системой координат.
При базировании заготовки или изделия в выбранной системе координат, чтобы лишить тело степеней свободы на него необходимо наложить двусторонние геометрические связи. Необходимое и достаточное условие для базирования твердого тела наложение на него не более шести двусторонних связей.
|
|
Правило шести точек – создание шести опорных точек при базировании.
Если по служебному назначению изделие имеет определенное число степеней свободы, то соответствующее количество связей не накладывается. Если требуется обеспечить движение, то накладываются соответствующие кинематические связи.
Для формирования системы координат необходим комплект баз.
Комплект баз – совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия.
На базах комплекта обозначаются опорные точки, символизирующие связи с выбранной системой координат, таким образом создается схема базирования.
Схема базирования – схема расположения опорных точек на базах.
Опорные точки на схеме базирования изображают условными значками и пронумеровывают порядковыми номерами, начиная с базы имеющей наибольшее количество опорных точек. Если в какой либо проекции одна опорная точка накладывается на другую, изображается одна точка, и проставляются номера совмещенных точек. Число проекций на схеме базирования должно быть достаточным для четкого представления о размещении опорных точек. Схема базирования для твердого тела рис. 4 представлена на рис. 5.
Кроме баз, заготовки и изделия имеют множество других конструктивных элементов, положения этих элементов могут быть заданы в различных системах координат базируемых тел. Соответственно положение точек, линий и поверхностей, заданных в различных системах координат базируемого тела, определяют расчетом размерных цепей. Если в системе координат базируемого тела заданы координаты его формообразующих точек, линий и поверхностей, то положение этих элементов относительно внешней системы координат необходимо определять суммированием координат, которые образуют размерную цепь конструктивных элементов базируемой заготовки или изделия.
|
|
В процессе базирования необходимо наложить требуемые двусторонние связи. Их можно обеспечить геометрическим замыканием (базирование вала в отверстии), либо закреплением.
Закрепление – приложение сил и пар сил к заготовке или изделию, для обеспечения постоянного их положения, достигнутого при базировании.
В производственной практике часто выполняется закрепление без базирования, без придания требуемого положения.
Понятие установки определяет отличие процесса базирования и закрепления заготовок от закрепления без базирования.
Установка – базирование и закрепление заготовки или изделия.
Базирование и закрепление могут осуществляться отдельно или одновременно, например с использованием самоцентрирующих зажимов (патроны, цанги, разжимные оправки).
В технологической документации на операционных эскизах изображаются схемы установки с использованием соответствующих обозначений опор, зажимов и установочных устройств по ГОСТ 3.1107-81.
8вопрос
9вопрос
. Классификация баз. По назначению и области применения базы подразделяются на сборочные, конструкторские, измерительные и технологические. По месторасположению в выполняемом технологическом процессе их условно разделяют на: черновые, получистовые и чистовые. Классификация баз КОНСТРУКТОРСКАЯ БАЗА - это база используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии (ГОСТ 21495-76). В практике конструкторской базой называется поверхность, линия или точка детали, по отношению к которой определяются на чертеже расчетные положения других деталей или сборочных единиц изделия, а также других поверхностей и геометрических элементов данной детали. КОНСТРУКТОРСКИЕ БАЗЫделают на основные и вспомогательные. ОСНОВНАЯ конструкторская база принадлежит данной детали или сборочной единице и определяет ее положение в изделии. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ называется конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице, используемая для определения положения, присоединяемых к ней деталей или сборочных единиц. ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ БАЗОЙ называется поверхность, линия или точка от которой производится отсчет выполняемых размеров при обработке или взаимного расположения поверхностей деталей или элементов изделия. При использовании в качестве измерительных баз материальных поверхностей изделия проверку производят обычными прямыми методами измерения; при использовании геометрических элементов (биссектрис углов, осевых линий и т. п.). ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БАЗА - это база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта (ГОСТ 21495-76). Технологической базой, используемой при обработке заготовок на станках, называется поверхность, линия или точка заготовки, относительно которой ориентируются ее поверхности, обрабатываемые на данном установе. Обычно именно на эту поверхность деталь опирается при обработке. Различают также искусственные и естественные технологические базы (например, центровые отверстия на валах изготавливают лишь для удобства изготовления валов, так как конфигурация последних не позволяет их устойчиво и надежно сориентировать и закрепить при достижении точности по чертежу). СКРЫТАЯ БАЗА - база в виде воображаемой плоскости, оси или точки. ЯВНАЯ БАЗА - база в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок. В этих случаях на схемах базирования изображается расположение опорных точек на скрытых базах (осях, плоскостях симметрии) символизирующих связи заготовки с выбранной системой координат. УСТАНОВОЧНАЯ БАЗА - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их трех степеней свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей. НАПРАВЛЯЮЩАЯ БАЗА - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы: перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси. ДВОЙНАЯ НАПРАВЛЯЮЩАЯ БАЗА - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их четырех степеней свободы: перемещения вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей (поверхность 1). ОПОРНАЯ БАЗА - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их одной степени свободы: перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси. ДВОЙНАЯ ОПОРНАЯ БАЗА - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы: перемещения вдоль двух координатных осей.
вопрос10
Базирование.
Основные формулы для расчета погрешностей базирования и закрепления заготовки.
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,
ΕБ - погрешность базирования;
ΕЗ - погрешность закрепления;
ΕП.З - погрешность положения заготовки.
где,
ΕУС - погрешность вызванная неточностью изготовления и сборки установочных элементов приспособления;
ΕИ - погрешность вызванная износом установочных элементов приспособления;
ΕС - 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 ΕИ
· 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 ΕИ
Для опор: ΕИ=u
Для призм:
где,
α - угол призмы.
Величину u можно определить по формуле
где,
N - число установленных заготовок;
KУ - коэффициент, учитывающий условия обработки;
L - длина пути скольжения заготовки по опорам при досылке её до упора, мм (из условий эксплуатации приспособления);
tm - машинное время обработки заготовки в приспособлении, мин;
m, m1, m2 - коэффициенты;
Пl - 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, Пl, F, HV можно найти в справочнике под редакцией Б.Н. Вердашкина и др. «Станочные приспособления».
Допустимая величина износа [u] определяется допустимой величиной погрешности [ΕИ]
Для опор: [u]= [ΕИ]
Для призм:
Величина [ΕИ] в предположении что погрешности ΕУС и ΕС 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,
TD - допуск базового отверстия заготовки (или центрирующей втулки);
Smin - минимальный зазор в сопряжении;
Td - допуск на размер установочного элемента (или базовой поверхности заготовки).
Это основные формулы для расчета погрешности базирования и закрепления заготовки.
вопрос11
вопрос13
Влияние геометрической точности станка на обработку.
Погрешности обработки, возникающие вследствие геометрических неточностей станка
Отклонения размеров, формы и расположения обрабатываемых поверхностей от заданных возникают также вследствие геометрических неточностей станка. Так, при точении консольно-закрепленной заготовки в результате отклонения от параллельности оси шпинделя направляющим станины в горизонтальной плоскости получается конусообразность:
Δкон=Cm×lm/l, (14)
где Cm – допустимое отклонение от параллельности оси шпинделя направляющим станины в плоскости выдерживаемого размера на длине l, мм;
lm – длина обработанной поверхности, мм.
При обработке плоских поверхностей на вертикально-фрезерных станках вследствие непараллельности рабочей поверхности стола его продольным направляющим возникает отклонение от параллельности обработанной и установочной поверхностей:
Δh=Cф×lф/L, (15)
где Δh – приращение высоты обработанной поверхности, мм;
Cф – отклонение от параллельности рабочей поверхности стола его продольным направляющим на длине L, мм;
lф – длина обработанной поверхности, мм.
Отклонение от перпендикулярности оси шпинделя вертикально-фрезерного станка к поверхности стола в продольном направлении вызовет при обработке плоской поверхности вогнутость в сечении, перпендикулярном к направлению подачи.
Оба указанных отклонения создают погрешности формы обработанной поверхности и, следовательно, погрешность выдерживаемого размера; указанные погрешности при односторонней обработке создают также отклонения относительно баз и торцевых поверхностей обработанной заготовки. Наиболее точно расчет ожидаемых погрешностей можно выполнить на основе экспериментальных данных. Допустимые отклонения деталей, обрабатываемых на различных станках, приведены в табл. 2.14 см. Приложение В.
Вопрос 14
Влияние размерного износа режущего инструмента на точность обработки
В зависимости от конкретных условий износ режущего инструмента характеризуется
возникновением лунки на передней поверхности лезвия и фаски по главной задней
поверхности лезвия (рис. 1)
Где, L- длина вылета резца до износа, мм;
Lu- длина вылета резца с учетом величины износа, мм;
Hp- радиальный износ, мм.
Также на резце возникают повреждения в виде выкрашивания, округления, округления
главной режущей кромки, сколы и др.
Начальный износ Uн инструмента и длин его пути резания Lн зависит от материала
режущего инструмента и заготовки, качества заточки, а также доводки режущего
инструмента, режима резания, прежде всего от скорости резания V.
Третий период износа соответствует наиболее интенсивному (катастрофическому) износу,
сопровождающемуся значительным выкрашиванием инструмента, недопустимым при
нормальной его эксплуатации.
Второй период износа характеризуется нормальным износом инструмента, величина
которого прямо пропорциональна пути резания.
Износостойкость инструмента характеризуется периодом стойкости T, в течение которого
износ достигает максимального допускаемого значения, определяемого как критерий
затупления.
Образование фаски при абразивном изнашивании ведет к уменьшению вылета резца(Lh).
По этой причине возникают погрешности обработки.
При обтачивании цилиндрических поверхностей небольшой длины, например партия
колец, размерный износ инструмента приводит к увеличению диаметра обработанной
поверхности.
При обтачивании длинных поверхностей износ инструмента приводит к появлению
отклонения формы- конусности. Если изготавливается партия таких деталей, то диаметры
поверхностей будут постоянно и равномерно увеличиваться.
Процессом износа режущего инструмента можно управлять выбором режима обработки,
инструментального материала, регулировкой инструмента на предварительно
настроенных станках с ЧПУ.
Заключение
Износ режущего инструмента приводит к снижению точности размеров, например,
при обработке точением поверхности колец в условиях серийного производства, размеров
и геометрической формы при обработке поверхности на валах за счёт уменьшения длины
вылета режущего инструмента (резца).
Кроме этого увеличивается глубина наклёпанного поверхностного слоя. Причём
релаксация напряжений, полученных при упругопластической деформации,
продолжающаяся в процессе эксплуатации машин, снижает их качество, в частности
надёжность. Рассеяние размеров обработанных поверхностей заготовок снижает качество
сборки деталей в условиях взаимозаменяемости
вопрос17
Влияние тепловых деформаций на точность обработки
Работа электро- и гидроприводов, выделение тепла при резании, трение в механизмах, воздействие внешних источников тепла вызывают изменение температуры технологической системы в процессе обработки. Составляющие ее звенья нагреваются с различной скоростью и их тепловые деформации оказываются неодинаковыми. Это вызывает появление ошибок размеров и формы обрабатываемой детали, которые особенно заметны при выполнении отделочных операций. Например, для валика с диаметром Д-I00 мм из стали (коэффициент линейного расширения) увеличение температуры вызывает изменение диаметра
,
что составляет почти половину допуска по 6-му квалитету точности.
Для уменьшения влияния тепловых деформаций на точность обработки применяют следующие способы:
I. Обработка с обильным охлаждением.
2. Стабилизация температуры в помещении при обработке и контроле деталей.
3. Увеличение скорости резания, так как в этом случае большая доля тепла уносится вместе со стружкой.
4. Компенсация тепловых деформаций за счет упругих деформаций заготовки перед обработкой (рис. 12.1).
Рис. 12.1. Компенсация тепловых деформаций за счет
предварительного деформирования станины перед обработкой
5. Уменьшение активных размеров инструмента и деталей станка, непосредственно влияющих на точность обработки, например вылета резца из резцедержателя (pиc. 12.2,a), расстояния ходового винта от гайки до опоры (рис. 12.2,б).
Рис.12.2. Уменьшение тепловых деформаций за счет уменьшения активных размеров инструмента (а) и станка (б)
6. Применение пружинных, гидравлических, пневматических задних центров и других подобных устройств, обеспечивающих свободное удлинение заготовок и исключающих их коробление при нагреве (рис. 12.3).
7. Обработка точных поверхностей должна выполняться на предварительно прогретом оборудовании. Дело в том, что наиболее значительные деформации станка наблюдаются после начала работы (рис. 12.4). Если в этот период произвести настройку оборудования, то через некоторое время может потребоваться поднастройка.
Рис. 12.3. Установка вала в центрах (задний центр – пружинный)
Рис. 12.4. Зависимость тепловых деформаций технологической системы
от времени ее работы