Размерный анализ

4 . О СН ОВ Н Ы Е П ОН Я Т ИЯ И ОПР ЕД Е ЛЕН И Я …

Из шести степеней свободными остались только две (свобода вращения вокруг координатной оси OX и свобода перемещения вдоль этой же оси), а базовая (2) только одна. В рассмотренных определениях по ГОСТу нет подобного сочетания свобод для одной поверхности. И действительно, поверхность (2) может лишить заготовку при соприкосновении с кулачками токарного патрона (см. рис. 4.3, с. 135) только одного перемещения. Это и есть опорная технологическая база, лишающая заготовку одной степени свободы.

Одна степень свободы символизируется одной опорной точкой. Практика такой схемы базирования подтверждает касание торцовой поверхности заготовки одного кулачка (из трех) самоцентрирующего патрона. Комплект баз состоит из опорной и двойной направляющей технологических баз. Необходимо отметить, что полное ориентирование изделия, предусматривающее лишение всех степеней свободы, бывает необходимо только в неподвижных соединениях сборочных единиц машин.

Чаще всего подвижные соединения деталей или сборочных единиц имеют определенные степени свободы (например, шпиндели станков, салазки суппорта, шарики шарикоподшипников). При установке заготовок в приспособлениях и их обработке на станках в ряде случаев также нет необходимости в полном ориентировании с использованием всего комплекса из трех баз, несущих шесть опорных точек.

По характеру проявления базы могут быть скрытыми и явными.

4.4.3.12.Явная база – база заготовки или изделия в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.

Все рассмотренные примеры по базированию имели явные конструкторские и технологические базы.

4.4.3.13.Скрытая база – база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси или точки.

Для понимания характера ее проявления необходимо вернуться к с. 139. На рис. 4.9 базирование осуществляется на конические поверхности фасок (2) и

(4)с касанием переднего и заднего центров. Это явно видимые технологические двойные опорные базы. В то же время принято считать, что при базировании на центровые фаски технологической базой становится общая воображаемая осевая линия, проведенная между осями базовых фасок.

Если ось – технологическая скрытая база заготовки, то при базировании ее в центрах осевая линия лишится: перемещения вдоль координатной оси OY и вращения вокруг оси OZ в горизонтальной плоскости YOX, а также перемещения по OZ и вращения вокруг OY в вертикальной плоскости ZOX. Такие ограничения, наложенные на одну технологическую базу, подходят под определения двойной направляющей.

Теоретическая схема базирования скрытой базы (см. рис. 4.11, с. 142) отличается от схемы с явными базами (см. рис. 4.10, с. 142) порядком простановки опорных точек. Наибольшее количество их находится на скрытой базе: две в одной плоскости (<>1, <>2) и две в другой (/\3, /\4).

Кначалу главы

Коглавлению

141

4 . О СН ОВ Н Ы Е П ОН Я Т ИЯ И ОПР ЕД Е ЛЕН И Я …

На явной опорной технологической базе – конической поверхности (2), только одна опорная точка (>5). Подобные опорные точки можно нанести на осевые линии при базировании заготовок в самоцентрирующих патронах и оправках, при установке заготовок на оправки с прессовой посадкой и всевозможные конические подвижные упоры.

В начальной стадии разработки технологического процесса на каждую операцию составляется теоретическая схема базирования с указанием комплекта баз, необходимых для достижения определенного положения обрабатываемой заготовки относительно станка и приспособления. При проработке технологического процесса и выборе конструктивной схемы приспособления выявляются типы опор и зажимных устройств, которые на операционных эскизах показываю условными символами согласно требованиям ГОСТ «Опоры, зажимы и установочные устройства. Графические изображения».

4.4.4. Определенность базирования при обработке

Для стабильного получения выполняемых размеров в процессе механической обработки необходимо обеспечить определенность базирования заготовки и сохранить это положение, занятое при базировании. Под определенностью базирования понимается одинаковость положения всех заготовок обрабатываемой партии при закреплении их в приспособлении. Определенность базирования обеспечивается правильным выбором количества и взаимного расположения поверхностей и опорных точек. Количество базовых поверхностей должно быть не более трех, а опорных точек – не более шести, расположенных в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Использование более шести опорных точек не только не увеличивает точность базирования, а наоборот, приводит к неопределенности базирования.

Кначалу главы

Коглавлению

142

4 . О СН ОВ Н Ы Е П ОН Я Т ИЯ И ОПР ЕД Е ЛЕН И Я …

На рис. 4.7 (с. 137) показана теоретическая схема базирования из двух технологических баз: установочной (поверхности (1)) и двойной опорной (поверхности (2)). Если кулачки патрона в точках касания с цилиндрической поверхностью не будут иметь точечного контакта, их рабочие поверхности сориентируют в момент закрепления заготовку относительно оси вращения патрона (шпинделя), оторвав установочную базу (поверхность (1)) от трех опорных точек. Цилиндрическая поверхность детали превратится из двойной опорной базы в двойную направляющую, а установочная база – в опорную.

Если в первоначальном варианте техническими требованиями предусматривалось получение определенной параллельности базовой (1) и обработанных торцовых поверхностей, то второй вариант направлен на получение допуска соосности базовой и обработанной цилиндрических поверхностей. При необходимости обработки нежестких заготовок, когда требуются наличие дополнительные базовые устройства, последние должны быть регулируемыми, подвижными, плавающими.

Для сохранения неизменного положения заготовки относительно выбранной системы координат на весь период обработки, т. е. для обеспечения положения достигнутого при базировании, ее необходимо закрепить или создать силовое замыкание.

Закрепление должно обеспечить полную неподвижность обрабатываемой заготовки в приспособлении, т. е. в отличие от базирования, когда на нее накладывается различное число связей (3, 4, 5 или 6), закрепленная заготовка должна быть лишена шести степеней свободы.

Силы, создающие силовое замыкание и обеспечивающие непрерывный контакт заготовки и приспособления, должны быть больше сил и их моментов, стремящихся нарушить этот контакт в процессе обработки (силы резания, силы тепловой деформации).

Если заготовка при обработке сдвигается под действием этих сил (в результате деформации или проскальзывания), точность обработки снижается.

Чтобы избежать указанных недостатков, при проектировании приспособлений рассчитываются силы закрепления, которые должны превышать составляющие силы резания. Для закрепления применяют зажимные устройства (механические, гидравлические, пневматические, магнитные, электрические, вакуумные и т. д.), которые основаны на использовании сил трения. Однако силы закрепления не должны быть чрезмерными, чтобы не произошло пластических деформаций опорных поверхностей приспособлений и обрабатываемых заготовок. Во избежание деформации производятся проверочные расчеты на контактные напряжения в стыках, которые не должны превышать предела упругости материала опор приспособления. Рассчитывают деформацию заготовки (прогиб, искривление оси и т. д.), которая не должны превышать 1/3…1/4 допуска на обработку.

Кначалу главы

Коглавлению

143

4 . О СН ОВ Н Ы Е П ОН Я Т ИЯ И ОПР ЕД Е ЛЕН И Я …

4.4.5.Погрешности установки, базирования и закрепления

4.4.5.1.Погрешность установки – отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при установке от требуемого положения.

4.4.5.2.Погрешность базирования – отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого положения.

Под требуемым положением заготовки (изделия) понимается такое положение установочных элементов, при котором система координат заготовки совпадает

ссистемой координат станка или приспособления.

При обработке партии заготовок на настроенном станке рассматривается не фактическая погрешность базирования каждой из заготовок, а погрешность базирования – поле рассеяния размера всех заготовок, имеющее наименьшее и наибольшее предельные значения.

Величины максимально возможных погрешностей базирования можно определить для каждой схемы базирования расчетным путем. Погрешности базирования можно уменьшить и даже исключить путем выбора рациональной схемы базирования либо путем более точного изготовления базовых элементов приспособления и самой заготовки. Например, для исключения зазора в соединении применяют оправки с малой конусностью, разжимные оправки цангового и кулачкового типов или гидропластные.

Погрешность закрепления возникает в результате смещения заготовки или ее упругих деформаций под действием зажимных сил. Из-за колебания давления сжатого воздуха в сети, давления масла в гидросистемах, колебания сил магнитного, электромагнитного или ручного зажима силы зажима непостоянны. Упругие силы также различны из-за колебания физико-механических свойств и размеров

всечениях заготовки.

Впрактике прогнозирования погрешности закрепления приводятся данные среднестатистических полей рассеяния погрешностей для типовых приспособлений. Эта погрешность, как и погрешность базирования, является только частью общей погрешности установки. Поле рассеяния погрешности установки равно сумме полей рассеяния всех погрешностей: базирования, закрепления и приспособления.

4.4.6.Смена баз, принцип единства и совмещения баз

4.4.6.1.Смена баз – преднамеренная или случайная замена одних баз другими

ссохранением их принадлежности к конструкторским, технологическим или измерительным базам.

Технолог, в отличие от конструктора, который видит лишь размеры изделия, рассматривает изменение размеров от исходной заготовки до размеров готового изделия, т. е. по всем операциям и переходам технологического процесса.

Кначалу главы

Коглавлению

144

4 . О СН ОВ Н Ы Е П ОН Я Т ИЯ И ОПР ЕД Е ЛЕН И Я …

Размеры в процессе обработки, изменяясь от операции к операции, имеют определенную направленность, которую необходимо учитывать при определении расположения поверхностей по мере их обработки.

С точки зрения конструктора, безразлично, от какой поверхности задано начало отсчета размера: от поверхности (1) к поверхности (2) или наоборот. В процессе обработки технолог отсчитывает размеры от той поверхности, которая обработана на предшествующей операции. На выполняемой операции эта поверхность является базовой. Значит, технологический размер всегда имеет направление отсчета.

Технологические базы могут совпадать или не совпадать с конструкторскими базами. Следовательно, схема простановки технологических размеров может совпадать либо не совпадать с конструкторской схемой простановки размеров. Вопросы выбора баз и простановки операционных размеров на эскизах являются важнейшими при проектировании технологических процессов.

Сущность принципа совмещения баз заключается в том, что в качестве технологической, измерительной и конструкторской баз используется одна и та же поверхность. Учитывая это, технолог при выборе баз должен анализировать не только рабочие чертежи отдельных деталей, но и чертежи сборочных соединений. Конструктор также должен заботиться о технологичности изделия, предусматривая возможность совмещения баз. Несоблюдение указанного принципа приводит к возникновению дополнительных погрешностей в процессе обработки, что может вызвать необходимость применения дополнительных операций и увеличить трудоемкость изготовления.

В тех случаях, когда совмещение конструкторских и технологических баз невозможно, обработку на всех операциях желательно вести от одних и тех же базовых поверхностей. Эти поверхности обработаны в окончательные размеры и имеют жесткие допуски положения между конструкторской базой и технологической. Это положение в технологии машиностроения получило название принципа единства баз на разных операциях. Каждая смена баз приводит к возникновению погрешностей и при их смене необходимо производить расчет возможных погрешностей установки.

Кначалу главы

Коглавлению

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗМЕРНЫЕ ЦЕПИ

5.1. Задачи размерного анализа

Каждое изделие от замысла конструктора до изготовления проходит два этапа:

первый – работа конструкторского бюро, создающего размерноточностную характеристику готового изделия;

второй – работа технологического бюро, устанавливающего номинальные размеры, допуски и отклонения для изделия на всех стадиях его изготовления.

Коглавлению

145

5 . Т ЕХНО Л ОГ ИЧ ЕС К И Е Р АЗМЕР Н ЫЕ ЦЕП И

В основе размерной отработки лежит анализ размерных связей, который называют обычно размерным анализом. Размерным анализом технологического процесса называют выявление и фиксирование размерных связей между переходами

иоперациями данного процесса. Размерные связи выражаются и фиксируются в форме размерных цепей.

Размерный анализ технологического процесса и его составляющих, применяемый в практике технологической подготовки производства, технологические размерные цепи и их расчет решают различные и многообразные технологические задачи. Из всего многообразия областей применения наибольшее распространение технологические размерные цепи получили при проектировании: технологических процессов механической обработки; технологических процессов сборки; станочных и контрольных приспособлений; станков и технологических систем.

Размерный анализ технологических процессов предусматривает установление взаимосвязей всех параметров точности деталей (погрешностей размеров, формы

ивзаимного расположения поверхностей, величин слоев покрытий и насыщения) от исходной заготовки до финишных операций путем построения размерных схем, выявления операционных размерных цепей и применения метода их решения.

Комплексный подход к проектированию операций получения исходных заготовок, механической и термической обработки, нанесения покрытий, к расчету припусков и параметров точности позволяет сократить сроки проектирования и внедрения технологических процессов, снизить расход металла, суммарную трудоемкость продукции и повысить ее качество.

Различают три разновидности размерного анализа технологических процессов:

вновь проектируемого процесса, когда в качестве исходного документа дается только чертеж детали. Цель – определение размеров и технических требований на всех операциях, включая заготовительные операции;

аналогичного технологического процесса, когда исходным документом служит не только чертеж детали, но и эскиз исходной заготовки. Кроме того, могут быть заданы и некоторые промежуточные операционные размеры, если производство исходных заготовок начинается раньше разработки технологического процесса механической обработки или же применяются стандартизованные мерные инструменты с заранее известными размерами. Целью такого анализа является определение неизвестных операционных размеров по технологическим переходам и операциям;

действующего технологического процесса, когда процесс не обеспечивает необходимых показателей по качеству, расходу материала или иным элементам,

атакже при проверке ранее спроектированного технологического процесса. Цель анализа: установление фактических значений припусков на обработку;

проверка возможности получения размеров детали, непосредственно не выполняемых на операциях; определение погрешностей расположения поверхностей деталей в ходе выполнения процесса обработки и определение путей его совершенствования.

Кначалу главы

Коглавлению

146

5 . Т ЕХНО Л ОГ ИЧ ЕС К И Е Р АЗМЕР Н ЫЕ ЦЕП И

Методики построения и расчета технологической системы, контрольных и станочных приспособлений рассматриваются в специальной литературе. Все расчеты, связанные с размерным анализом, преследуют единую цель: более точное прогнозирование погрешностей обработки в проектных вариантах и анализ причин размерного брака в уже действующих технологических процессах. Применение методики построения и расчета технологических размерных цепей различного назначения позволяет определить виды наладок, число операций и технологических переходов, виды оборудования, режущего инструмента и приспособлений, контрольно-измерительных средств, нормы времени, число рабочих и т. д.

5.2. Звенья операционных размерных цепей

Звеном операционной размерной цепи может быть любой элемент, измеряемый в линейных величинах и выступающий в качестве размерной связи между отдельными поверхностями.

Наиболее часто используются звенья операционных размерных цепей: размеры всех видов; погрешности формы и расположения поверхностей; припуски, удаляемые с обрабатываемых поверхностей на операциях; глубины слоев насыщения или толщины покрытия, величины пластических деформаций и т. д. Перечисленные виды звеньев весьма разнородны по своей физической сущности и могут входить в одну и ту же операционную размерную цепь.

Размеры (или иные размерные параметры) обрабатываемой заготовки, которые необходимо выполнять в пределах заданных допусков, являются составляющими звеньями операционной размерной цепи.

Размер (или иной размерный параметр), полученный в результате выполнения составляющих звеньев, будет замыкающим звеном размерной цепи. В операционных эскизах технологического процесса следует указывать (с регламентацией отклонений) только составляющие звенья.

Замыкающие звенья и технические требования регламентируются чертежом и картами контроля.

5.2.1.Обозначение звеньев операционных цепей

5.2.1.1.Размеры между поверхностями, координатами осей отверстий, рисками и точками разметки, линиями и др. обозначаются заглавными буквами русского алфавита (кроме Т, Ф) с индексами, указывающими номер операции, на которой размер получается, или в цифровых кодах. Например:

А5 – размер А на операции 005; (18_28) – размер между поверхностями с кодами (18) и (28).

На рис. 5.1 (с. 148) изображен эскиз на токарную операцию с окончательным чертежным размером А5 и размером В5, которые формируются отрезным резцом при отделении детали от исходной заготовки.

Кначалу главы

Коглавлению

147

5 . Т ЕХНО Л ОГ ИЧ ЕС К И Е Р АЗМЕР Н ЫЕ ЦЕП И

5.2.1.2.Радиусы цилиндрических поверхностей обозначаются буквами русского алфавита (кроме Т и Ф) с индексом, указывающим номер операции, на которой данная поверхность образована, либо в цифровых кодах. Например: Б5 – радиус цилиндрической поверхности, полученной на операции 005; (38_308) – радиус цилиндрической поверхности с кодом (38); (308) – ось цилиндрической поверхности (см. рис. 5.1).

5.2.1.3.Диаметры цилиндрических поверхностей обозначаются теми же буквами русского алфавита с удвоенным значением радиуса. Например: Ф2Б5 – диаметр цилиндрической поверхности, полученный на операции 005 (символ диаметра допускается опускать); 2(38_308) – диаметр цилиндра с кодом (38).

5.2.1.4.Отклонения расположения указываются цифрами, обозначающими поверхность с индексом, соответствующим номеру операции, или в цифровых кодах. Например: (38)5–(37)0 – отклонение расположения поверхности (38), полученное на операции 005, относительно поверхности (37), выполненной на операции 000 (заготовительной); (38_37) – отклонение расположения поверхности с кодом (38) относительно поверхности с кодом (37). При необходимости перед цифровым обозначением указывается вид отклонения расположения: N (перпендикулярность);

Р (параллельность); Е (соосность). На-

5.2.1.5.Припуски, измеренные по нормали к обработанной поверхности, – Z

сцифровыми индексами или в цифровых кодах. Например: Z5=Z(27)5 – припуск, удаляемый с поверхности (27) на операции 005; (28_27) – припуск, где (27) – код поверхности до обработки, (28) – после обработки (см. рис. 5.2, с. 150).

5.2.1.6.Глубины слоев насыщения и толщина покрытий обозначаются буквами латинского алфавита F, G, S и другими, имеющими написание, отличающееся от русского алфавита, с цифровыми индексами или в цифровых кодах.

Например: F(3)50 – толщина слоя хрома на поверхности (3) в операции 050; (128_127) – толщина слоя хрома, (128) – код поверхности, возникающей после хромирования, (127) – код поверхности до покрытия.

Кначалу главы

Коглавлению

148

5 . Т ЕХНО Л ОГ ИЧ ЕС К И Е Р АЗМЕР Н ЫЕ ЦЕП И

5.3.Численное представление звеньев размерной цепи

5.3.1.Звенья-радиусы цилиндрических поверхностей

Для нахождения радиуса по известному диаметру необходимо взять половину номинального размера диаметра и половины отклонений с теми же знаками. Если известно, что диаметр соответствует

2Б5=20 0,52 , то радиус Б5=10 0,26 мм

5.3.2. Звенья-отклонения расположения

Звенья-отклонения от перпендикулярности, от параллельности и от соосности принимаются с номинальным размером, равным 0, и симметричным расположением отклонений. Если допустимое отклонение от соосности 0,05 мм, то в расчетах оно принимается равным 0 0,025 , радиальное биение – 0 0,05 мм.

Часто при суммировании отклонений от перпендикулярности и параллельности следует учитывать их удельные значения, отнесенные к единице длины (на 100 мм), т. к. эти отклонения зависят от протяженности базовых и измерительных поверхностей. После выполнения всех расчетов и нахождения искомых звеньев выполняется обратный переход к абсолютным величинам.

Например, заданные чертежом отклонения от перпендикулярности поверхностей (18), (28) протяженностью 10 мм (до оси обработанной детали) относительно поверхности (38) протяженностью 46 мм равны 0,05 мм.

При расчете положения поверхности (28) относительно поверхности (38) необходимы преобразования: (0 0,05 )100/10=0 0,5 мм, и поверхность (38) относи-

тельно (18) и (28): (0 0,05 )100/46=0 0,108 мм.

5.3.3. Звенья-припуски

Припуск всегда является звеном определенной размерной цепи, так как с его помощью формируется замкнутый контур размеров.

В простейшем случае припуск замыкают два составляющих размера. Они появились на предшествующей операции и выполняемой или на предшествующем и выполняемом технологических переходах.

Если размеры А0 и А5 получены в пределах заданных допусков ТА0 и ТА5 (Т(18_27) и Т(18_28)), то они являются составляющими звеньями, а припуск в таких цепях исполняет роль замыкающего звена и уравнение размерной цепи имеет вид, представленный на рис. 5.2. Когда с обрабатываемой поверхности необходимо удалить только следы от предшествующей обработки, значение минимального припуска берется с учетом высоты неровностей профиля Rz, образовавшегося на предшествующей операции или технологическом переходе. Тогда наименьшее предельное значение припуска Zmin=Rz.

Кначалу главы

Коглавлению

149

5 . Т ЕХНО Л ОГ ИЧ ЕС К И Е Р АЗМЕР Н ЫЕ ЦЕП И

Если следует удалить не только шероховатость, но и дефектный слой

Zmin=Rz+Df,

где Rz – высота неровностей, образовавшихся на предшествующей операции; Df – глубина дефектного слоя, образовавшегося на предшествующей операции или технологическом переходе.

При обработке такой припуск должен быть снят в точке, где расстояние между предшествующей поверхностью и вновь полученной поверхностью минимально. Во всех остальных точках удаляется несколько больший слой. Однако припуск можно рассматривать и с других позиций.

5.3.3.1. При обработке со съемом слоя металла заданной толщины в процессах суперфиниширования, хонингования или притирки для расчета операционных размеров можно принять припуск за составляющее звено, а окончательный размер детали – за замыкающее звено.

Тогда операционная размерная цепь примет вид:

для размеров типа «вал» – [А(ок.р)]=А(пр)–Z; для размеров типа «отверстие» – [А(ок.р)]=А(пр)+Z,

где А(ок.р) – окончательный размер – замыкающее звено; А(пр) – размер на предшествующей операции;

Z – припуск – выполняемый размер (составляющее звено).

жимы в технологической системе; износ инструмента; погрешности установки заготовки; пространственные отклонения базовой поверхности, образовавшиеся на предшествующей операции. Здесь припуск является составляющим звеном и на него может быть установлен допуск, как для звена-размера. Минимальный припуск должен обеспечивать обработку поверхности без следов от предшествующей операции или технологического перехода.

Кначалу главы

Коглавлению

150