Погрешности, вызванные установкой заготовок

Рассеяние размеров, связанное с погрешностью установки. При

установке заготовки в приспособление или на станке для обра­ботки методом автоматического получения размеров достигаемая точность размеров зависит от положения измерительной базы за­готовки относительно режущего инструмента. Вспомним, что измерительной базой называют поверхности, линии или точки заготовки, от которых отсчитывают размеры при измерении или изготовлении (обработке). Колебания положения измерительной базы заготовки являются причиной возникновения погрешности установки ε, вызывающей рассеяние размеров деталей в партии. Погрешность установки заготовки, как одна из составляющих об­щей погрешности выполняемого размера, состоит из погрешнос­ти базирования ε_б, погрешности закрепления ε₃, погрешности ε_пр, вызываемой неточностью приспособления.

Погрешности базирования. Отклонение фактического положе­ния заготовки от требуемого, возникающее при несовмещении измерительной базы с технологической (установочной), называ­ют погрешностью базирования. Погрешностье ε_б представ­ляет собой расстояние между предельными положениями проек­ций измерительной базы на направление выполняемого размера. Эта погрешность всегда определяется для конкретного выполняе­мого размера при данной схеме установки. Поэтому величине ε_б в расчетах присваивают индекс соответствующего размера. Значения погрешности базирования для любого выполняемого размера определяют с помощью элементарных геометрических вычисле­ний. Следует запомнить, что при совпадении установочной базы с измерительной погрешность базирования -всегда отсутствует ε_б = 0).

Пример 1. Схема фрезерования паза в призматической заго­товке приведена на рис. 6.29, а. Положение фрезы при настройке станка определено относительно плоскостей А и В, являющихся технологическими базами заготовки. Контроль (измерение) раз­меров а и b выполняют от тех же поверхностей, выступающих те­перь в качестве измерительных баз. Как отмечено выше, при со­впадении установочных и измерительных баз погрешности бази­рования для размеров а и b отсутствуют, т.е. ε_ба = 0 и ε_бb = 0.

Поверхность С, служащая измерительной базой при выполне­нии размера с, не совпадает с установочной базой А. В этом случае погрешность базирования (см. рис. 6.29, а)

т. е. погрешность базирования заготовки для выполнения размера с равна допуску размера h — высоты заготовки. Аналогично рас­считывают значение ε_б и для других размеров:

ε_bd = d_max – d_min = l_max – l_min = T_l,

т. е. погрешность базирования для размера d равна допуску T_l, дли­ны заготовки.

Пример 2. Схема фрезерования шпоночного паза на валу, установленном в призму, дана на рис. 6.29, б. При выдерживании размеров h₁, h₂ и h₃ установочными базами служат образующие К₁(К₂), измерительными соответственно А₁(А₂), О₁(О₂) и В₁(В₂). Проектируя предельные положения этих баз на направление выполняемых размеров, определим погрешности базирования для каждого из выполняемых размеров.

Рис. 6.29. Схемы для расчета погрешностей базирования призматиче­ской (а) и цилиндрической (б) заготовок

Так, погрешность базирования для размера и, (см. рис. 6.29, б) определим как

где Т_D = D_mах – D_min — допуск диаметра заготовки; D_mах, D_min — максимальный и минимальный диаметры.

Аналагичным образом рассчитывают погрешности базирования для других размеров:

B рассмотренных примерах погрешности базирования выраже­ны в виде разности предельных размеров (или допуска) заготовки. При этом значения погрешностей — наибольшие из возможных. При обработке партии заготовок погрешность базирования для каждой отдельной заготовки является случайной, зависящей от действительного размера заготовки и редко достигает своего мак­симума. Формулы для расчета погрешностей базирования при раз­личной форме базирующих поверхностей заготовок и установоч­ных элементов приспособлений, т.е. для различных схем базиро­вания, приведены в технической литературе.

Погрешности закрепления. Перед обработкой заготовку устанав­ливают в приспособление и плотно прижимают ее базовыми по­верхностями к установочным элементам (опорам) приспособле­ния. Сила Q₃ закрепления должна быть достаточной, чтобы ис­ключить в процессе обработки сдвиг, колебания или вибрации заготовки. Одновременно под действием силы (Q₃ возникают упру­гие деформации заготовки, опор и других деталей приспособле­ния, а также контактные деформации стыков поверхностей, че­рез которые передаются силы зажима. Названные деформации приводят к смещению установочных и измерительных баз относительно выставленного на размер инструмента. Настроечные раз­меры изменяются.

Многочисленные исследования показали, что наибольшее сме­щение заготовки вызывают контактные деформации стыка заго­товка — опоры. Остальные деформации невелики, и в практике расчетов ими чаще всего пренебрегают.

Погрешность ε₃ закрепления заготовки представляет собой раз­ность проекций наибольшего и наименьшего смещения у измери­тельной базы на направление выполняемого размера при прило­жении к заготовке силы закрепления (рис. 6.30):

где α — угол между направлением выполняемого размера и на­правлением смещения измерительной базы.

Смещение у измерительной базы (величина контактных дефор­маций стыка заготовка — опоры) в общем виде выражается нели­нейным законом

y = СQ_з^m,

где С-коэффициент, характеризующий вид контакта (конст­рукцию стыка), материал заготовки, шероховатость и структуру ее поверхностного слоя; m— эмпирический показатель степени:

0,3 ≤ m ≤ 1.

Для партии заготовок при данной схеме установки коэффи­циент С изменяется от С_min до С_mах, а сила Q₃ закрепления в при­способлениях с ручными зажимными устройствами — от (Q_зmin до Q_зmax. С учетом возможных изменений С и Q₃

Рис. 6.30. Схема для расчета погрешности закрепления заготовки: А, В — измерительные базы

Величина ε₃ представляет собой расстояние между предельны­ми положениями измерительной базы. Очевидно, что погрешность закрепления для размеров а и с (см. рис. 6.30) не равна нулю (α = 0), при этом а_min = а + y_min;

а_max = a + y_max. Погрешность закрепления для размера b равна нулю, так как боковая (измерительная) база В перемещается при зажиме заготовки в собственной плоскости (α = 90°).

Значения Сиm для разных условий закрепления заготовок приводятся в литературе по технологии машиностроения. Для партии заготовок с тщательно обработанной базовой поверхно­стью, закрепляемых пневматическими, гидравлическими или дру­гими механизированными приводами, можно принять С = соnst и Q₃ = соnst. В этом случае согласно основному уравнению должно быть ε₃ = 0. Физически это означает, что смещение у измеритель­ной базы вследствие деформаций стыка для всей партии загото­вок одинаково. Соответствующей корректировкой настроечного размера удается компенсировать упругие перемещения заготов­ки, возникающие при закреплении, и выполнять размер в преде­лах допуска. В других случаях погрешность закрепления следует счи­тать случайной величиной, изменяющейся в пределах от нуля до расчетного значения.

Погрешности установки заготовки, вызываемые неточностью приспособления. Эта погрешность ε_пр определяется погрешностя­ми при изготовлении и сборке ε_изг установочных элементов при­способления, а также их износом ε_изн и ошибками установки при­способления на станке ε_уст.

Погрешность ε_изг характеризует неточность положения устано­вочных элементов приспособления. При использовании одного приспособления — это систематическая постоянная погрешность, которую частично или полностью устраняют настройкой станка. При использовании нескольких одинаковых приспособлений, например на автоматических линиях, компенсировать погрешность ε_изг не удается. Она полностью входит в состав ε_пр в качестве слу­чайной погрешности.

Погрешность изготовления приспособлений обычной точно­сти составляет 10...15 мкм, высокоточных приспособлений — 5... 10 мкм.

Составляющая ε_изн характеризует износ установочных элемен­тов (опор) приспособления. Величина износа опор зависит от про­граммы выпуска изделий (времени работы приспособления), их конструкции и размеров, материала и массы заготовки, состоя­ния ее базовой поверхности, а также от условий установки (тра­ектории движения) заготовки в приспособлении и снятия ее. Кон­структоры технологической оснастки износ опор ограничивают расчетной допустимой величиной. При эксплуатации износ конт­ролируют в период планово-предупредительных ремонтов. Если износ достигает предельно допустимой величины, производят сме­ну опор.

Составляющая ε_уст выражает погрешность установки приспо­собления, обусловленную смещением его корпуса относительно расчетного (предусмотренного чертежом) положения на станке. В массовом производстве при неизменяемом положении приспо­собления на станке погрешность ε_уст доводят выверкой до опреде­ленного минимума. Эта погрешность может быть компенсирована настройкой станка. В серийном производстве приспособления пе­риодически сменяют на станках; величина ε_уст становится при этом некомпенсируемой случайной. Смещения приспособлений на стан­ке уменьшают применением направляющих элементов (шпонок для пазов стола, центрирующих поясков, фиксаторов), а также равномерной затяжкой крепежных деталей. Значение ε_уст не долж­но превышать 10...20 мкм.

Величины ε_изг, ε_изн, ε_уст — это расстояния между предельными проекциями измерительной базы обрабатываемых заготовок на направление выполняемого размера. В проектных технологических расчетах их рассматривают как поля рассеяния случайных вели­чин, распределение которых в первом приближении следует нор­мальному закону.

Анализ составляющих погрешности установки заготовки по­зволяет обосновать конструкцию приспособления и сформулиро­вать технические условия на его изготовление, что весьма важно для точной обработки.

В зависимости от конкретной схемы обработки общее выраже­ние для расчета погрешности установки заготовки е может изме­няться. Для размеров, определяющих взаимное положение поверх­ностей, обработанных при одном закреплении заготовки, погреш­ность установки как составляющая общей погрешности равна нулю. Этот случай наблюдается при обработке заготовок из прутка на токарно-револьверных станках, автоматах, при обработке на аг­регатных и других станках. Во всех случаях погрешность установки в приспособление (или на станок) может быть рассчитана исходя из геометрических связей и анализа схемы установки и закрепле­ния заготовки.

Погрешность установки заготовки необходимо учитывать при проектировании сборочной и контрольно-измерительной оснаст­ки. При этом методика определения погрешностей та же.