Этапы проектирования схемы базирования

Лекция7 осень 2017

МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ СХЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ

(завершение темы «Базирование заготовок»)

Этапы проектирования схемы базирования

Исходными документами для разработки схемы базированияявляются: чертёж детали, технологическая карта заданной операции с технологическим эскизом.

Этапы проектирования:

1. анализ требований точности на заданной технологической операции;

2. выявление измерительной базы (баз) для заданных требований точности;

3. назначение технологической базы;

4. выбор опор, воспроизводящих схему базирования;

5. расчёт погрешности базирования;

6. перерасчёт допусков на размеры, определяющие погрешность базирования.

Рекомендации по выполнению этапов разработки схемы базирования

Этап 1. Анализ требований точности на технологической операции

При анализе выявляют:

- поверхности, требующие обработки на данной технологической операции,

- размеры, определяющие величину и расположение этих поверхностей на заготовке,

- допуски на заданные размеры,

- соотношения, определяющие точность расположения получаемых поверхностей (параллельность, перпендикулярность, соосность, симметричность и т.п.).

При грубой точности изготовления допуски на расположение поверхностей обычно не указывают на чертежах. Однако это не освобождает изготовителей (в том числе конструкторов СП) от обязанности обеспечить выполнение заданной “по умолчанию” точности определённого расположения поверхностей на заготовке. В таких случаях принимают, что допуск на расположение поверхности равен половине допуска на её размер или половине допуска на её расстояние от другой ответственной поверхности.

На одной технологической операции можно обрабатывать одну или несколько поверхностей. В последнем случае анализ требований точности должен быть проведен для каждой из этих поверхностей.

Этап 2. Выявление измерительных баз.

Измерительные базы- это поверхности, линии, точки на заготовке, с которыми выполняемая поверхность связана размерами или требованиями пространственного расположения. Измерительные базыиспользуют для измерения выполнения заданных на операции требований точности.

Используя определение, выявляют измерительные базы для поверхности, выполняемой на заданной технологической операции. При обработке на одной технологической операции нескольких поверхностей, выполняемые поверхности могут иметьодни и те же, либо разные измерительные базы. Вовтором случае, на данном этапе проектирования нужно выявить все измерительные базы.

При последующем назначении технологической базы ориентируются на измерительные базы для выполняемой поверхности с более высокими требованиями точности.

Этап 3. Назначение технологической базы

При назначении технологической базы нужно выполнить следующие условия:

лишить заготовку шести степеней свободы;

совместить технологические базы (ТБ) с измерительными базами (ИБ);

из элементов, образующих технологическую базу, выбрать установочную, направляющую и упорную базовые поверхности.

При выборе технологической базы нужно выполнить следующие рекомендации:

- обеспечить устойчивость заготовки до закрепления и во время обработки (рис.7.1, а);

- обеспечить по возможности большую жёсткость заготовки во время обработки (см. рис.7.1, б);

- опоры СП не должны препятствовать прохождению инструмента при выполнении операции;

- опоры СП не должны препятствовать установке-удалению заготовки;

- на первой черновой операции в состав технологической базы должны быть включены поверхности, остающиеся необработанными на готовой детали;

- на точной чистовой операции технологическая база должна включать в свой состав наиболее точные поверхности;

- не повредить при контакте заготовки с опорами окончательно обработанные точные поверхности.

-

Комментарии к рекомендациям по назначению технологической базы.

Обязательность лишения заготовки шести степеней свободы особенно важна при работе на автоматизированных станках, на которых длины перемещений заготовки и инструмента точно регламентированы управляющей программой. В этих условиях лишение числа степеней свободы меньше шестиповлечёт либо недоработку части обрабатываемой поверхности, либо удар инструмента о заготовку при быстром его автоматическом подводе.

В практике проектирования СП не всегда удаётся совместить измерительную и технологическую базы. Причинами этому могут быть:

- малая жёсткость заготовки,

- неудобство установки-снятия заготовки,

- затрудненный подвод инструмента к обрабатываемой поверхности,

- невозможность контакта элементов измерительной базы с опорами СП,

- неустойчивость заготовки на опорах до закрепления,

- обработка за один установ нескольких поверхностей, имеющих разные измерительные базы.

Невыполнение условия совмещения технологической и измерительной баз приводит к появлению погрешности базирования. Максимальное значение погрешности базирования равно допуску на размер между не совмещёнными технологической и измерительной базами.

Несовмещение технологической базы с измерительной может быть явным и скрытым.

На рис.7.2 показан пример скрытого несовмещения поверхностей измерительной и технологической баз. Высота h обрабатываемой лыски задана от верхней образующей наружной цилиндрической поверхности. Цилиндрическая поверхность выбрана в качестве технологической базы. Формально технологическая и измерительная базы совмещены. В действительности измерительной и технологической базами являются разные образующие одной и той же цилиндрической поверхности. В результате этого появляется погрешность базирования e_б, максимум которой равен допуску на диаметр базовой цилиндрической поверхности

e_б= T_D. (7.1)

При установке втулки на цилиндрическую оправку с зазором измерительной базой является ось отверстия, а технологической базой – одна из образующих линий цилиндрического отверстия. В результате ось втулки оказывается несовмещённой с осью оправки.

Примеры скрытого несовмещения технологической и измерительной баз будут неоднократно встречаться в нашем курсе и далее.

При назначении установочной, направляющей и упорной базовых поверхностей обычно руководствуются следующими соображениями.

При наличии на заготовке уже обработанных поверхностей именно из их числа выбирают технологическую базу.

Установочная база должна лишать заготовку трёх степеней свободы. В качестве установочной базы выбирают наиболее развитую в пространстве поверхность заготовки.

Направляющая база лишает заготовку двух степеней свободы. В качестве этой базы принимают протяжённую плоскость.

Двойная направляющая база лишает заготовку 4-х степеней свободы. В качестве этой базы принимают протяжённую цилиндрическую поверхность.

Будет ли цилиндрическая поверхность двойной направляющей базой, определяют отношением длины контакта поверхности с опорой; должно быть: l/d≥ 1. При l/d< 1 базовая поверхность считается короткой.

Упорная база лишает заготовку одной степени свободы. В качестве упорной базы может быть выбрана любая по размерам поверхность, линия или точка на заготовке. Гарантия лишения только одной степени свободы определяется размерами и формой опоры, с которой будет контактировать этот элемент технологической базы.

При назначении технологической базы необходимо также учитывать направление усилий закрепления заготовки. В том случае, когда силазакрепления Wнаправлена на опорыустановочной базы, последняя будет лишать заготовку 3-х степеней свободы (рис.7.4, а). Направление силы Wпо рис.7.4, б), что функцию установочной базы будет выполнять левая стенка заготовки, к которой прижата заготовка, но левая стенка не является измерительной базой для размера h. Выполнение размера h не будет гарантировано.

Этап 4. Выбор опор.

Рекомендуемые конструкции опор рассмотрены в предшествующих лекциях. Предпочтение должно быть отдано стандартным конструкциям опор [1]. Применение стандартных опор удешевляет конструирование и изготовление опор. Допускается внесение изменений в конструкции стандартных опор или Применение нестандартных конструкций возможно по необходимости, когда стандартные опоры не позволяют выполнить базирование в конкретной ситуации.

Оценка смещающих сил

Численные значения смещающих сил и моментов сил вычисляют по формулам, известным из дисциплин «Физика», «Теоретическая механика» «Резание металлов» «Электрофизические и электрофизические технологические процессы». При этом в расчёт закладывают наиболее тяжёлые вероятные условия обработки на данной технологической операции.

Сила инерции

F_ин = m∙a (7.3)

Центробежная сила

(7.4)

Сила тяжести

(7.5)

Определение направлений и точек приложения смещающих сил требует более подробного рассмотрения.

Точка приложения силы тяжести и инерционных сил находится в центре тяжести заготовки. Формулы для вычисления центра тяжести заготовок простой геометрической формы (куб, параллелепипед, призма, конус, цилиндр) известны из курса начальной физики, изучаемого в школе. Если заготовка представляет собой тело сложной формы, его условно разбивают на простые геометрические фигуры, и, задавшись декартовой системой координат, вычисляют координаты центров тяжести составляющих фигур. Затем координаты общего центра тяжести вычисляют по формулам:

(7.6∙)

где - суммарный объём заготовки; v_i, - объём i -той составляющей фигуры; x_i, y_i, z_i – координаты центра тяжести i -той фигуры.

Вектор силы тяжести направлен вертикально вниз. Векторы инерционных силнаправлены противоположно векторам ускорений, послуживших причиной возникновения инерционных сил. Направления сил резания определяются направлениями рабочих движений при выполнении данной технологической операции.

В процессе выполнения технологической операции смещающие силы могу изменять своё положение и точки приложения.

При анализе опасности смещающих сил нужно спрогнозироватьрезультатих

действия (сдвиг, поворот, опрокидывание заготовки, отрыв от опор), и каким образом можно предотвратить эти последствия.

Например, при точении цилиндра силы P_x и P_z стремятся провернуть заготовку в кулачках патрона и протащить её между ними вдоль оси вращения (рис. 7.7, а). Противодействовать этому могут силы трения в контактах заготовки с кулачками. Сила P_y создаёт опрокидывающий момент относительно точки О с плечом l и стремится вырвать заготовку, раздвигая кулачки. Это действие можно предотвратить силами прижима кулачков к заготовке.

Режущий инструмент изменяет своё расположение относительно заготовки в процессе резания. Нужно оценить опасность действия силы резания или её составляющих при разных положениях инструмента. Расчёт силы закрепления должен производиться для наиболее опасного положения инструмента. Например, в положении I сила P_y создаёт наибольший опрокидывающий момент М= P_y ∙ l. При точении с постоянной глубиной резания силы P_x и P_z постоянны, и их действие не зависит от положения резца вдоль оси заготовки.

При точении с неравномерным припуском наиболее опасным является положение резца II (рис.7.7, б), поскольку здесь силы P_x и P_z принимают наибольшие значения из-за большой глубины резания.

При фрезеровании положение зубьев вращающейся фрезы относительно заготовки непрерывно меняется (рис. 7.7, в). Поэтому при расчёте сил закрепления условились считать, что сила резания (и её составляющие) действуют в точке А, в середине дуги mn контакта фрезы с заготовкой.

На показанном примере заготовка имеет неравномерный припуск и изменяющуюся ширину В_фр. Визуальным анализом невозможно определить, какое из положений I или II (или ещё третье) наиболее опасно. В этих и подобных случаях рекомендуется произвести расчёт сил резания для обоих сравниваемых положений и по результатам расчётов выбрать наиболее опасное положение.

Лекция7 осень 2017

МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ СХЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ

(завершение темы «Базирование заготовок»)

Этапы проектирования схемы базирования

Исходными документами для разработки схемы базированияявляются: чертёж детали, технологическая карта заданной операции с технологическим эскизом.

Этапы проектирования:

1. анализ требований точности на заданной технологической операции;

2. выявление измерительной базы (баз) для заданных требований точности;

3. назначение технологической базы;

4. выбор опор, воспроизводящих схему базирования;

5. расчёт погрешности базирования;

6. перерасчёт допусков на размеры, определяющие погрешность базирования.

Рекомендации по выполнению этапов разработки схемы базирования

Этап 1. Анализ требований точности на технологической операции

При анализе выявляют:

- поверхности, требующие обработки на данной технологической операции,

- размеры, определяющие величину и расположение этих поверхностей на заготовке,

- допуски на заданные размеры,

- соотношения, определяющие точность расположения получаемых поверхностей (параллельность, перпендикулярность, соосность, симметричность и т.п.).

При грубой точности изготовления допуски на расположение поверхностей обычно не указывают на чертежах. Однако это не освобождает изготовителей (в том числе конструкторов СП) от обязанности обеспечить выполнение заданной “по умолчанию” точности определённого расположения поверхностей на заготовке. В таких случаях принимают, что допуск на расположение поверхности равен половине допуска на её размер или половине допуска на её расстояние от другой ответственной поверхности.

На одной технологической операции можно обрабатывать одну или несколько поверхностей. В последнем случае анализ требований точности должен быть проведен для каждой из этих поверхностей.

Этап 2. Выявление измерительных баз.

Измерительные базы- это поверхности, линии, точки на заготовке, с которыми выполняемая поверхность связана размерами или требованиями пространственного расположения. Измерительные базыиспользуют для измерения выполнения заданных на операции требований точности.

Используя определение, выявляют измерительные базы для поверхности, выполняемой на заданной технологической операции. При обработке на одной технологической операции нескольких поверхностей, выполняемые поверхности могут иметьодни и те же, либо разные измерительные базы. Вовтором случае, на данном этапе проектирования нужно выявить все измерительные базы.

При последующем назначении технологической базы ориентируются на измерительные базы для выполняемой поверхности с более высокими требованиями точности.

Этап 3. Назначение технологической базы

При назначении технологической базы нужно выполнить следующие условия:

лишить заготовку шести степеней свободы;

совместить технологические базы (ТБ) с измерительными базами (ИБ);

из элементов, образующих технологическую базу, выбрать установочную, направляющую и упорную базовые поверхности.

При выборе технологической базы нужно выполнить следующие рекомендации:

- обеспечить устойчивость заготовки до закрепления и во время обработки (рис.7.1, а);

- обеспечить по возможности большую жёсткость заготовки во время обработки (см. рис.7.1, б);

- опоры СП не должны препятствовать прохождению инструмента при выполнении операции;

- опоры СП не должны препятствовать установке-удалению заготовки;

- на первой черновой операции в состав технологической базы должны быть включены поверхности, остающиеся необработанными на готовой детали;

- на точной чистовой операции технологическая база должна включать в свой состав наиболее точные поверхности;

- не повредить при контакте заготовки с опорами окончательно обработанные точные поверхности.

-

Комментарии к рекомендациям по назначению технологической базы.

Обязательность лишения заготовки шести степеней свободы особенно важна при работе на автоматизированных станках, на которых длины перемещений заготовки и инструмента точно регламентированы управляющей программой. В этих условиях лишение числа степеней свободы меньше шестиповлечёт либо недоработку части обрабатываемой поверхности, либо удар инструмента о заготовку при быстром его автоматическом подводе.

В практике проектирования СП не всегда удаётся совместить измерительную и технологическую базы. Причинами этому могут быть:

- малая жёсткость заготовки,

- неудобство установки-снятия заготовки,

- затрудненный подвод инструмента к обрабатываемой поверхности,

- невозможность контакта элементов измерительной базы с опорами СП,

- неустойчивость заготовки на опорах до закрепления,

- обработка за один установ нескольких поверхностей, имеющих разные измерительные базы.

Невыполнение условия совмещения технологической и измерительной баз приводит к появлению погрешности базирования. Максимальное значение погрешности базирования равно допуску на размер между не совмещёнными технологической и измерительной базами.

Несовмещение технологической базы с измерительной может быть явным и скрытым.

На рис.7.2 показан пример скрытого несовмещения поверхностей измерительной и технологической баз. Высота h обрабатываемой лыски задана от верхней образующей наружной цилиндрической поверхности. Цилиндрическая поверхность выбрана в качестве технологической базы. Формально технологическая и измерительная базы совмещены. В действительности измерительной и технологической базами являются разные образующие одной и той же цилиндрической поверхности. В результате этого появляется погрешность базирования e_б, максимум которой равен допуску на диаметр базовой цилиндрической поверхности

e_б= T_D. (7.1)

При установке втулки на цилиндрическую оправку с зазором измерительной базой является ось отверстия, а технологической базой – одна из образующих линий цилиндрического отверстия. В результате ось втулки оказывается несовмещённой с осью оправки.

Примеры скрытого несовмещения технологической и измерительной баз будут неоднократно встречаться в нашем курсе и далее.

При назначении установочной, направляющей и упорной базовых поверхностей обычно руководствуются следующими соображениями.

При наличии на заготовке уже обработанных поверхностей именно из их числа выбирают технологическую базу.

Установочная база должна лишать заготовку трёх степеней свободы. В качестве установочной базы выбирают наиболее развитую в пространстве поверхность заготовки.

Направляющая база лишает заготовку двух степеней свободы. В качестве этой базы принимают протяжённую плоскость.

Двойная направляющая база лишает заготовку 4-х степеней свободы. В качестве этой базы принимают протяжённую цилиндрическую поверхность.

Будет ли цилиндрическая поверхность двойной направляющей базой, определяют отношением длины контакта поверхности с опорой; должно быть: l/d≥ 1. При l/d< 1 базовая поверхность считается короткой.

Упорная база лишает заготовку одной степени свободы. В качестве упорной базы может быть выбрана любая по размерам поверхность, линия или точка на заготовке. Гарантия лишения только одной степени свободы определяется размерами и формой опоры, с которой будет контактировать этот элемент технологической базы.

При назначении технологической базы необходимо также учитывать направление усилий закрепления заготовки. В том случае, когда силазакрепления Wнаправлена на опорыустановочной базы, последняя будет лишать заготовку 3-х степеней свободы (рис.7.4, а). Направление силы Wпо рис.7.4, б), что функцию установочной базы будет выполнять левая стенка заготовки, к которой прижата заготовка, но левая стенка не является измерительной базой для размера h. Выполнение размера h не будет гарантировано.

Этап 4. Выбор опор.

Рекомендуемые конструкции опор рассмотрены в предшествующих лекциях. Предпочтение должно быть отдано стандартным конструкциям опор [1]. Применение стандартных опор удешевляет конструирование и изготовление опор. Допускается внесение изменений в конструкции стандартных опор или Применение нестандартных конструкций возможно по необходимости, когда стандартные опоры не позволяют выполнить базирование в конкретной ситуации.