Установка валов на призму

Лекция 4. Погрешности базирования

Основные понятия и определения

 

Согласно ГОСТ 21495-76 погрешность базирования - отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого.

Например, вследствие зазора между отверстием зубчатого колеса и валом ось колеса может сместиться относительно оси вращения, что нарушит нор­мальную работу зубчатой передачи.

Аналогично при установке втулки 1 на оправку 2 (рис. 2.23, а) ось втулки может сместиться в любом направлении и на любое расстояние в пределах за­зора между отверстием и шейкой оправки. Это приводит при обработке (рис. 2.23, б) к погрешности взаимного расположения осей внутренней и на­ружной поверхностей. При установке партии втулок координаты, определяю­щие положение отдельной заготовки, являются случайными величинами, ко­торые изменяются в определенных пределах. Условимся называть подобные установки установками с неопределенным базированием.

Рис. 2.23. Схема базирования втулки на оправке с зазором: а - смещение

втулки I по отверстию относительно оправки 2;

б - схема обработки поверхности 3

 

Погрешности базирования могут вызываться ошибками рабочего при ус­тановке заготовок или конструктора при проектировании приспособления. На­пример, из-за невнимательности рабочего между базой заготовки 1 (рис. 2.24, а)и опорой 2 может оказаться посторонняя частица 3, например,

стружка, что приведет к повороту заготовки. Толщина частицы Δ определяет линейную ошибку положения заготовки, измеренную в плоскости А, а угол по­ворота (φ = А/а, т.е. зависит также от расстояния а до центра вращения.

Рис. 2.24. Влияние формы опоры на погрешность базирования:

а — погрешность базирования заготовки 1 из-за нарушения контакта

с опорой 2; б—улучшенный вариант формы опор

 

Исключив контакт вне опор 4 и 5 (рис. 2.24, 6)и максимально увеличив расстояние между ними, можно уменьшить погрешности угловой ориентации заготовок. Поэтому в качестве направляющей базы обычно выбирают поверх­ности наибольшей длины, а в качестве установочной базы, определяющей уг­ловую ориентацию относительно двух осей, – поверхность с наибольшими дли­ной и шириной. Напротив, увеличение площади контакта между опорной базой и заготовкой может привести к наложению на заготовку одной или двух избы­точных связей и неопределенности положения заготовки. Для того чтобы уменьшить площадь контакта, в качестве опорной базы по возможности выби­рают поверхность с наименьшими габаритными размерами.

В схеме на рис. 2.25, а рабочий для обеспечения контакта с левой опорой приложил к заготовке силу Q. Линия действия этой силы смещена относитель­но опоры на величину z. При определенных условиях момент силы, равный произведению Qz, может преодолеть момент сил трения между заготовкой и опорами и повернуть заготовку, т.е. вызвать появление погрешности базирова­ния. Не обратив внимания на поворот заготовки, рабочий может закрепить ее, например, с помощью винтового зажима, ось которого перпендикулярна плос­кости рисунка.

Рис. 2.25. Влияние выбора линии действия усилия закрепления и избыточной связи на положение заготовки

 

Поворот заготовки можно исключить, устранив избыточную связь, на­кладываемую зажимом, например, если сделать губку зажима качающейся (рис. 2.25, д). В этом случае число степеней свободы зажима будет равно двум

Погрешности базирования могут вызывать появление погрешностей об­работки. Например, при обтачивании поверхности 3 (см. рис. 2.23, 6) смещение втулки 1 относительно оправки 2 приведет к отклонению от соосности обрабо­танной поверхности и отверстия втулки.

Во многих случаях погрешность базирования возникает при несовпаде­нии -технологических и конструкторских баз и определяется проекцией смещения конструкторской базы на направление выдерживаемого размера. В простейших схемах погрешность базирования равна погрешности размера, связывающего техноло­гическую и конструкторскую базы.

Например, пусть необходимо обработать уступ (рис. 2.26, а), выдержав размеры 10*^0,1 и 40_{– 0,2 мм. К}онструкторскими базами, относительно которых задано по­ложение уступа, являются плоскости А и В.

При наладке станка режущий инструмент устанавливается определенным образом относительно баз приспособления. В соответствии со схемой базиро­вания совместим поверхности А, В и Е (рис. 2.26, 6) заготовки с базами приспо­собления и определим положение заготовки относительно станка и режущего инструмента. В этом случае поверхности А, В и Е являются технологическими базами заготовки.

Если же установка заготовки производится по схеме на рис. 2.26, в, то технологическими базами являются поверхности В, Г и Е, т.е. технологическая база - плоскость Г - несовпадает с соответствующей конструкторской базой А.

 

Рис. 2.26.Операционный эскиз (а) и схема установки (б) с совмещением

конструкторской и установочной технологической баз при обработке уступа;

схема к расчету погрешности базирования при несовпадении

конструкторской и технологической баз (в)

 

 

При использовании схемы на рис. 2.26 ,б обрабо­танные поверхности у всех заготовок партии займут одинаковое положение от­носительно плоскостей А и В, являющихся конструкторскими базами. Никаких колеба­ний в относительном расположении обработанных поверхностей и эскизных баз из-за погрешностей размеров заготовки не будет, т.е. погрешности базиро­вания по размерам 40 и 10 мм равны нулю.

При использовании схемы на рис. 2.26, в погрешность базирования по размеру 40 мм ε_б40= 0. Горизонтальная сторона уступа у всех заготовок пар­тии занимает одинаковое положение относительно плоскости Г. Однако поло­жение эскизной базы у различных заготовок будет различным, так как размер заготовки 22 мм, связывающий технологическую и эскизную базы, колеблется от максимального значения 22_max до минимального значения 22_min. Колебания в положении эскизной базы относительно приспособления и, следовательно, относительно обработанной поверхности приводят к погрешности размера 10мм, который будет колебаться от минимального значения 10 _min до максимального значения 10 _max.

Установка валов на призму

 

 

Рис 2.27. Базирование вала при обработке паза

 

 

 

 

Погрешности закрепления

 

При закреплении заготовок могут происходить деформации заготовок и опор, которые сопровождаются смещениями заготовок и эскизных баз относи­тельно положения, достигнутого при базировании. Эти смещения могут оказать влияние на точность обработки. Условимся называть погрешности обработки, которые возникают вследствие изменения положения эскизной базы и дефор­маций заготовки при её закреплении, погрешностями закрепления. Обычно погрешность закрепления равна проекции возникающего при за­креплении заготовки смещения эскизной базы на направление выдерживаемого размера. Погрешности закрепления определяются путем эксперимента или же по таблицам и формулам, приводимым в технической литературе.

Рассмотрим пример смещения конструкторской базы при деформациях поверх­ностных слов в зоне контакта заготовки с опорами. Пусть необходимо обрабо­тать отверстие 1 (рис. 2.53, а), выдерживая размеры а и b. Конструкторской базой раз­мера а является плоскость В, которая под действием сил Q_min (рис. 2.53, б) может опуститься на величину _ y_min. Если обрабатывается партия заготовок и силы зажима колеблются в пределах интервала Q_min, Q_таx, то смещения заго­товки будут изменяться в интервале y_min,, y_max.

При обработке отверстий в партии заготовок наблюдается рассеяние раз­меров а, вызванное смещением эскизной базы при закреплении, т.е. погреш­ность закрепления

ε_{з а} = a_таx – a_{min =} y_max – y_min (2.36)

Если заготовка должна обрабатываться в кондукторе, то при его изготов­лении можно заранее изменить расстояние а_п от опоры до оси кондукторной втулки, а следовательно, и оси обработанного отверстия. В результате изменит­ся положение поля рассеяния координат а. Если же отверстие обрабатывается без кондуктора, то аналогичный эффект достигается за счет настройки станка. Однако такие изменения не влияют на величину рассеяния.

Как показали исследования, выполненные в МГТУ им. Н.Э. Баумана и других организациях, деформации у связаны с силами 2 зависимостями типа

 

y = CQⁿ ,

(2.37)

где С и п - величины, зависящие от материала и твердости заготовки, конст­рукции опоры, шероховатости поверхности и т.д.

Обычно п < 1, и рост деформаций при увеличении нагрузки замедляется, как показано на рис. 2.53, в. Особенно велики погрешности закрепления при ус­тановке заготовок с необработанными базами на рифленые поверхности опор.

В общем случае погрешность закрепления для размера а:

 

ε_{з а} = (y_max – y_min) cos α,

 

где α - угол между направлениями смещения эскизной базы и выдерживаемого

размера.

Например, для размера b, ориентированного перпендикулярно силам зажима и смещению эскизной базы, α = 90⁰и ε_b = 0.

Уменьшению погрешности закрепления и повышению точности обработ­ки могут способствовать следующие мероприятия:

- стабилизация величины усилия закрепления, использование гидравли­ческих, пневматических и т.п. приводов взамен ручных зажимов;

- повышение точности формы и уменьшение шероховатости баз заготовок, уменьшение колебаний твердости заготовок;

Рис. 2.53. Операционный эскиз (а); схема к расчету погрешности

закрепления (б); зависимость деформаций у в зоне контакта базы

заготовки и опор приспособления от сил зажима ^ (в)

 

- увеличение вплоть до 90° угла между направлениями смещения эскиз­ной базы и выдерживаемого размера. Например, если в рассмотренной задаче (рис. 2.53) направить усилие зажима перпендикулярно плоскости рисунка, то погрешность закрепления будет исключена как для размера b, так и для коор­динаты а .

В предыдущих примерах рассматривалось закрепление жестких загото­вок с использованием жестких приспособлений. При недостаточной жесткости заготовок и приспособлений закрепление может вызывать деформации элемен­тов технологической системы, снижающие точность обработки

 

Рис. 2.54. Влияние деформаций кольца при закреплении (а) на форму обработанного отверстия (б)

 

Например, на рис. 2.54, а штриховыми линиями показано положение кольцевой заготовки 1 при базировании в кулачках 2 самоцентрирующего па­трона. Закрепление при недостаточной жесткости кольца вызывает уменьшение радиусов наружной и внутренней поверхностей в зоне контакта с кулачками. Если при растачивании удалить заштрихованный слой материала и, несмотря на колебания глубины резания, обработать отверстие правильной формы, то после раскрепления заготовки упругие деформации приведут к восстановлению круглости наружной поверхности (рис. 2.54, б) и появлению погрешностей формы отверстия.

2.7. Погрешности установки

В соответствии с определением установки погрешностями установки сле­довало бы называть сумму погрешностей базирования и закрепления. Эти по­грешности, как показывают приведенные примеры, зависят от номинальных значений геометрических параметров приспособления, например,- от угла на­клона граней призмы, расстояния между опорами и т.д. На них влияют форма и материал опор, шероховатость их баз, отклонения значений геометрических па­раметров. Например, при установке по отверстиям расчет погрешности базиро­вания производится с учетом отклонений диаметров пальцев и расстояния меж­ду их осями.

При использовании многоместных или нескольких одинаковых приспо­соблений базы опор могут располагаться со смещением относительно номи­нального положения в соответствии с допусками на изготовление приспособле­ний. При определенных условиях это может привести к колебаниям в относительном расположении эскизных баз заготовок, установленных на различные опоры, и появлению дополнительных погрешностей обработки.

Например, при фрезеровании одним инструментом верхних плоскостей заготовок 1 (рис. 2.55) базы А опор 2 должны располагаться в одной плоскости. В противном случае появится дополнительная составляющая погрешности вы­держиваемого размера а, для которого плоскость А заготовки является эскиз­ной базой. Аналогичное воздействие может оказывать различный износ опор, на которые по организационным причинам устанавливалось различное число заготовок.

Учитывая характер влияния конструкции, точности изготовления и изно­са приспособлений на точность обработки, в справочной литературе под по­грешностями установки понимаются погрешности обработки, вызываемые совместным действием погрешностей базирования и закрепления, а также по­грешностями изготовления, установки и износом приспособления. Поэтому по­грешность установки, соответствующая параметру а,

 

 

Рис. 2.55. Схема расположения заготовок 1 в многоместном приспособлении

 

ε_{у а} = ε_{б а +} ε_{з а +} ε_{п а}

где ε_{п а} — составляющая погрешности обработки, вызываемая погрешностями

изготовления, установки и износом приспособления.

 

В задачах с одним выдерживаемым размером или другим параметром ин­декс а может быть опущен. Тогда погрешность установки

 

ε_{у а} = ε_{б +} ε_{з +} ε_п (2.38)

 

Разделение факторов, влияющих на погрешность установки, является ус­ловным. Например, допуск на изготовление пальцев обычно учитывают при расчете погрешности базирования. Если же под минимальным диаметром паль­ца понимать допустимое значение диаметра после износа пальца, то, увеличив

 

допуск диаметра на величину допустимого износа, можно учесть влияние этого износа в первом слагаемом формулы (2.38).

Погрешность установки для типовых схем определяется по таблицам справочников или расчетом. В тех случаях, когда распределение каждой из случайных составляющих погрешности установки подчиняется нормальному закону, при расчетах суммарной погрешности обработки используют значение погрешности установки