79975

Технологические средства повышения конкурентоспособности машиностроительной продукции

Лекция

Производство и промышленные технологии

Базы поверхности заготовки ориентирующие ее при установке на станке. Технологические базы – поверхности определяющие положение заготовки в процессе обработки. Черновые технологические базы – это поверхности заготовки которые применяются на первых операциях при первом установе когда нет обработанных поверхностей. При установке заготовки в приспособлении для выполнения технологической операции должно обеспечиваться ориентирование осуществляемое базированием и неподвижность достигаемая закреплением заготовки.

Русский

2015-02-15

499.5 KB

0 чел.

Тема 6. Технологические средства повышения

конкурентоспособности машиностроительной продукции

Основы базирования и приспособления, применяемые

в производстве

Понятие о базах и базировании

Для нормального функционирования машин входящие в них детали и узлы должны занимать определенное взаимное расположение. Это достигается соответствующим расположением и формой сопрягаемых поверхностей деталей.

При обработке деталей на станках заготовка должна также быть правильно ориентирована относительно траектории движения исполнительных органов, обеспечивающих формообразующие движения.

Базирование – это придание заготовке определенного положения в пространстве относительно технологической системы.

Базы – поверхности заготовки, ориентирующие ее при установке на станке.

В технологии машиностроения различают базы: проектные, конструкторские, измерительные, технологические.

Проектные базы – базы, выбранные при проектировании и предназначенные для определения расчетного положения деталей относительно друг друга.

Конструкторские – базы, используемые для определения положения деталей в узле, изделии.

Измерительные – предназначенные для измерения базы, относительно которых производятся измерения. Если измерительными базами являются реальные поверхности, то метод измерения является активным, прямым методом измерения или контроля, если измерительной базой является ось, линия или точка, то измерения (контроль) производятся с помощью специальных, чаще всего оптических средств, а также оправок, штифтов (косвенный метод контроля).

Технологические базы – поверхности, определяющие положение заготовки в процессе обработки. По месту положения технологические базы в маршруте обработки различают: черновые, промежуточные и окончательные. Черновые технологические базы – это поверхности заготовки, которые применяются на первых операциях, при первом установе, когда нет обработанных поверхностей. Они используются однократно и служат для получения промежуточных и окончательных баз.  Повторное их использование при обработке не допускается.

Технологические базы делятся на основные и искусственные. Основные базы – поверхности, принадлежащие детали и используемые для определения ее положения в изделии. Искусственные базы – специально созданные поверхности, используемые только при обработке и при необходимости устраняемые на последующей (или на последней) операции. Примером искусственных баз могут быть центровые отверстия, применяемые при обработке валов. Если в годовой детали центровые отверстия  не допускаются, то они удаляются  на последней операции.

При установке заготовки в приспособлении для выполнения технологической операции должно обеспечиваться ориентирование, осуществляемое базированием, и неподвижность, достигаемая закреплением заготовки. В этой связи к технологическим базам предъявляются требования:

обеспечивать надежное закрепление заготовки в приспособлении;

обеспечивать неизменность положения заготовки в процессе обработки;

быть прочными и жесткими, чтобы исключить деформации под действием сил резания и сил зажима;

располагаться таким образом, чтобы непосредственно воспринимать силу резания и силу зажима;

располагаться как можно ближе к обрабатываемой поверхности.

Правильное ориентирование заготовки в приспособлении обеспечивается установочными элементами, лишающими заготовку 6-ти степеней свободы (3-х вращений относительно осей и 3-х перемещений вдоль осей). Это правило 6-ти точек. Точки должны быть расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях (рис.  12).

Опорные элементы (точки) 1,2 и 3 определяют положение заготовки в плоскости xоz и лишают 3-х степеней свободы: перемещение относительно оси оy, вращение относительно oz, вращение относительно ox.

База, лишающая заготовку 3-х степеней свободы заготовки, называется установочной.

Опорные элементы 4 и 5 находятся в плоскости zoy и определяют положение заготовки относительно этой плоскости и лишают 2-х степеней свободы: вращение относительно оси oy, перемещение относительно оси ox. Такая база называется направляющей.

Рис. 12. Ориентирование заготовки в пространстве

Опорный элемент 6 лишает перемещения вдоль оси oz (то есть лишает одной степени свободы), эта база называется упорной базой.

При назначении баз пользуются принципами постоянства и совмещения баз. Принцип совмещения (единства) заключается в том, что в качестве технологических баз используются те поверхности заготовки, которые одновременно являются конструкторскими и измерительными базами, а также являются базами при сборке. При совмещении технологических баз с конструкторскими и измерительными обработка осуществляется по размерам, представленным на чертежах с использованием всего поля допуска на размер. При несовпадении баз увеличивается размерная цепь, что приводит к ужесточению допусков, а, следовательно, к снижению производительности, трудоемкости и резкому повышению себестоимости.

Например, при обработке паза  глубиной А (рис. 13) заготовка, высотой В, устанавливается в приспособлении на нижнюю поверхность 1 (технологическая база). При этом режущий инструмент (фреза) настроен на станке на размер С. Размер А плоскости паза 3 определяется относительно плоскости 2, являющейся конструкторской и измерительной базой. Несовпадение измерительной 2 и технологической 1 баз – нарушение принципа совмещения  баз.

На настроенном станке размер С=Const, поэтому  А=В-С, что требует повышения точности выполнения размера В.

Принцип постоянства баз заключается в том, что при разработке технологических процессов необходимо стремиться, чтобы при различных видах обработки использовались одни и те же поверхности в качестве технологических баз.

                                                           

Рис. 13.  Обработка при не соблюдении принципа совмещения баз

Принцип постоянства баз соблюдается при использовании искусственных баз и при обработке на обрабатывающих центрах (многоцелевых станках).

Основные рекомендации при выборе технологических баз

  1.  Базы выбираются для каждой (конкретной) операции. При этом разрабатываются схемы базирования и сравниваются варианты их реализации.
  2.  Базовые поверхности должны иметь простую форму и достаточную протяженность. Это прощает конструкцию приспособления и повышает надежность базирования и закрепления.
  3.  Поверхности должны обеспечивать однозначность базирования.
  4.  Выбор черновых баз должен обеспечивать равномерность распределения припусков при обработке.
  5.  Стремиться в качестве черновых баз выбирать те поверхности, которые в готовой детали должны оставаться не обработанными (в целях обеспечения правильного взаимного расположения обрабатываемых поверхностей относительно необработанных).
  6.  Базовые поверхности после первой операции (черновые базы) должны быть заменены  (нецелесообразно, а иногда и недопустимо использовать черновые базы на последующих операциях).
  7.  На всех последующих операциях необходимо придерживаться принципов совмещения технологических, конструкционных и измерительных баз, а также принципа постоянства баз.
  8.  Базы должны обеспечивать возможность обработки с одной установки максимальное количество поверхностей (особенно для станков с ЧПУ и обрабатывающих центров).

Эти рекомендации не являются правилами безупречного их выполнения. Некоторые пункты этих рекомендаций даже входят в противоречие и одновременно их реализовать не возможно. Поэтому этот этап, как и другие, носит творческий характер, требует анализа возможных вариантов, их преимуществ и недостатков.

Краткие сведения о приспособлениях

Приспособления – это средства технического оснащения, предназначенные для установки заготовок (или инструмента) на технологическом оборудовании, дополняющие и расширяющие его возможности.

Приспособления классифицируются по целевому назначению и по специализации.

По целевому назначению:

станочные, предназначенные для установки заготовок на станках (токарные, фрезерные, сверлильные и др.);

станочные, предназначенные для установки обрабатывающих инструментов;

сборочные, предназначенные для обеспечения правильного взаимного положения деталей и сборочных единиц при сборке;

контрольные, предназначенные для проверки точности заготовок, деталей и т.п.;

транспортные, обеспечивающие перемещение, транспортирование, кантование изделий, оснастки и т.п.

По специализации (универсальности):

универсальные (безналадочные и наладочные);

специализированные (безналадочные и наладочные);

специальные (сборно-разборные, универсально-сборные, неразборные);

Структура приспособления содержит следующие элементы: установочные, зажимные, направляющие, силовые приводы, вспомогательные, корпусные.

  1.  Установочные элементы – опоры, обеспечивающие ориентирование заготовки в пространстве (базирование). В качестве установочных элементов используются при базировании:

по плоским поверхностям – точечные опоры (сферические, плоские, рифленные), опорные пластины;

по наружным цилиндрическим поверхностям – призмы, втулки, полувтулки, цанги, кулачки самоцентрирующих патронов;

по внутренним поверхностям – оправки, пальцы, сухари, кулачки разжимных устройств;

по центровым гнездам и фаскам отверстий – центры (неподвижные, вращающиеся, плавающие).

  1.  Зажимные элементы – это элементы, предназначенные для надежного контакта базовых поверхностей заготовки с установочными элементами и предотвращения ее смещения при обработке (винтовые, клиновые, рычажные, эксцентриковые, цанговые и др.).
  2.   Направляющие элементы – применяются для направления инструмента (сверл, зенкеров, разверток, дорнов, борштанг и др.) в виде кондукторных втулок. Такие элементы обеспечивают также правильное положение обрабатываемых поверхностей, кинематику перемещения режущего инструмента (например, копиры).
  3.  Силовые приводы – устройства, обеспечивающие силовое воздействие для закрепления заготовки. Они должны обладать быстродействием, стабильностью усилия, простотой и безопасностью эксплуатации. В производстве находят применение пневматические, вакуумные, гидравлические, электромагнитные, магнитные, электромеханические, центробежно-инерционные, комбинированные и другие типы силовых приводов.
  4.  Вспомогательные элементы – это элементы, обеспечивающие расширение технологических возможностей приспособлений (повышение быстродействия, удобство в эксплуатации и обслуживании и др.). К таким элементам относятся: поворотные и делительные устройства, фиксаторы, выталкиватели, прижимы, тормозные устройства и др.
  5.  Корпусные элементы объединяют все элементы приспособления в единое целое. Целесообразно применение стандартизованных и нормализованных элементов корпусов приспособлений.

Приспособления проектируются на конкретную операцию. При этом придерживаются следующей последовательности:

  1.  Вычерчивается в тонких линиях контур заготовки в достаточном количестве проекций. Принимается решение об одно- или многоместности  (многопозиционности) приспособления.
  2.  Создается теоретическая схема базирования (схема расположения опорных точек, отражающая правило 6 точек).
  3.  Последовательно, в соответствии со схемами базирования относительно контуров заготовки вычерчиваются установочные элементы, затем зажимные устройства, направляющие и вспомогательные элементы во всех проекциях.
  4.  Все элементы приспособления объединяются в контур корпуса.
  5.  Выбирается и вычерчивается силовой привод.
  6.  Производятся расчеты на точность согласно теории размерных цепей.
  7.  Выполняется силовой расчет (сил резания и зажима).
  8.  Выполняется прочностной расчет элементов конструкции.

        9. Проставляются посадочные, присоединительные, габаритные размеры на сборочном чертеже.

Понятие о технологических размерных  цепях

Виды и структура размерных цепей

Взаимное положение деталей в узле (в сборочной единице), а также расположение отдельных поверхностей в детали, определяется линейными или угловыми размерами. Эти размеры устанавливают расстояние между соответствующими поверхностями деталей или осями отдельных деталей и образуют замкнутые размерные цепи.

Размерной цепью называют совокупность расположенных по замкнутому контуру размеров, определяющих взаимное расположение поверхностей одной детали или нескольких деталей в сборочной единице.

Размерные цепи бывают конструкторские и технологические. Конструкторская размерная цепь определяет расстояние между поверхностями деталей или их осями в изделии. Технологическая размерная цепь определяет расстояние поверхностей деталей в процессе изготовления, сборки или в процессе настройки станка на размер.

По взаимному расположению размерных цепей они делятся на: линейные; плоские; пространственные.

Линейные размерные цепи – это  цепи, в которых размеры можно спроектировать без их искажения на линию либо на несколько параллельных линий. Плоские размерные цепи – цепи, размеры которых непараллельны, но лежат в плоскости или нескольких параллельных плоскостях. Пространственные размерные цепи – цепи, размеры которых непараллельны и лежат в непараллельных плоскостях.

Размеры, входящие в размерную цепь называются звеньями. Различают звенья составляющие и замыкающие. Замыкающее звено – это размер, который получается последним в процессе обработки детали или в процессе сборки узла. Его точность и величина зависит от точности и величины составляющих звеньев. Замыкающее звено сборочной единицы, которое определяет функционирование узла, называют функциональным или исходным (зазоры, натяги, величина изделия).

Составляющие звенья обозначают: А12,…АnАm-1; В1, …Вn…Вm-1.

Замыкающие (или  исходные) – А 0, В0.  

Составляющие звенья бывают увеличивающие и уменьшающие. Увеличивающие – это звенья, с увеличением которых замыкающее звено увеличивается. Обозначаются: А1, А2, В1.

Уменьшающие – такие звенья, с увеличением которых замыкающее звено уменьшается. Обозначаются: А3, А4, В2.

Расчет и анализ размерных цепей позволяют установить количественную связь между размерами деталей, уточнить допуски взаимосвязанных размеров, определить наиболее рентабельный вид взаимозаменяемости, добиться правильной расстановки размеров на чертеже, определить операционные допуски и пересчитать технологические размеры.

Расчет размерных цепей является обязательным этапом конструирования. Он позволяет повысить качество, снизить трудоемкость изготовления. Сущность расчета сводится к установлению допусков звеньев размерной цепи, исходя из требований конструкций и технологий.

На практике решаются 2 задачи:

прямая (проектная), согласно которой по заданным параметрам исходного звена рассчитываются номинальные размеры, допуски, предельные размеры составляющих звеньев;

обратная (проверочная) – по заданным параметрам составляющих звеньев определяют параметры замыкающего звена.

В зависимости от поставленной задачи технологические цепи могут рассчитываться следующими способами:

на минимум – максимум (при полной взаимозаменяемости);

вероятностный способ;

метод групповой взаимозаменяемости (при селективной сборке);

метод, учитывающий возможности подгонки и подборки деталей при сборке.

Расчет размерных цепей по методу полной

взаимозаменяемости

Этот метод обеспечивает требуемую точность замыкающего звена при отсутствии дополнительных работ над составляющими звеньями (изменение размеров, подгонки, подбора, выбора). При сборке деталей, изготовленных по принципу полной взаимозаменяемости, расчет размерных цепей осуществляется по минимуму – максимуму, при котором учитываются только предельные размеры составляющих звеньев и самые неблагоприятные их сочетания. Расчет на минимум – максимум начинается с построения размерных цепей (рис.  14).      

Уравнение размерной цепи, выражающее зависимость номинального размера замыкающего звена А0 от номинальных размеров составляющих звеньев, имеет вид:

.                                    (30)

В общем виде:

.                                       (31)

где m – общее число звеньев с учетом исходного (замыкающего) звена;

n – количество увеличивающих звеньев.

Рис. 14.    Построение размерной цепи

Величина допуска замыкающего звена равна сумме допусков всех составляющих звеньев размерной цепи:

.                                          (32)

Верхнее предельное отклонение замыкающего звена равно разности сумм верхних отклонений увеличивающих звеньев и нижних отклонений уменьшающих звеньев:

.                           (33)

Нижнее предельное отклонение замыкающего звена равно разности сумм нижних отклонений увеличивающих и верхних отклонений уменьшающих звеньев:

.                        (34)

Координата середины поля допуска определяется:

.                                     (35)

При решении прямой задачи в целях ускорения расчетов размерных цепей метод минимума – максимума предусматривает назначение экономически достижимых допусков на все составляющие звенья, за исключением одного – регулирующего звена, величина которого определяется:

.                                   (36)

В качестве регулирующего звена выбирается любое из составляющих звеньев цепи. С технологической точки зрения удобнее принимать то из звеньев, которое наиболее доступно при изготовлении и не вызывает затруднений при измерении.

Предельные отклонения всех звеньев размерной цепи обычно назначают как для основных валов h или основных отверстий H. То есть допуски назначаются «в тело». Если поверхность не относится ни к валам, ни к отверстиям, то допуск назначается симметричным.

Проектирование заготовок

Трудоемкость и себестоимость механической обработки тем меньше, чем больше форма заготовки приближается к форме  готовой детали, чем выше точность размеров заготовок. В ряде случаев метод получения заготовки может исключить механическую обработку некоторых поверхностей. Вместе с тем точные методы и способы получения заготовок, как правило, значительно дороже обычных.

Существуют следующие методы получения заготовок: литье, ковка и штамповка, прокат, комбинированный метод, порошковая металлургия.

Выбор метода и способа получения заготовки зависит от ее конфигурации, материала, программы выпуска, производственных условий и определяется экономическим анализом.

Припуски для механической обработки

Проектирование заготовки предполагает ее конструирование –разработку чертежа с формой, размерами с допусками, что возможно только после установления припусков.

Припуском называется слой материала, удаляемый в виде стружки при механической обработке исходной заготовки в целях придания ей требуемых форм, точности размеров, правильности расположения и качества поверхностей готовой детали.

Различают припуски промежуточные и общие. Промежуточным припуском называется слой материала, снимаемый при выполнении данного технологического перехода. Суммарный по переходам припуск – операционный. Общий припуск рассматривается как сумма промежуточных (операционных) припусков по всему технологическому маршруту обработки.

Припуски по расположению на поверхностях заготовки могут быть симметричными и асимметричными.

Симметричные припуски – слой материала, располагаемый симметрично относительно оси заготовки  (для тел вращения), либо с двух противоположных сторон обрабатываемых одновременно. Асимметричные (односторонние) – слой  материала различной величины на противоположных, обрабатываемых последовательно поверхностях либо с одной стороны.

Припуски также различают: минимальные Zmin, максимальные  Zmax, номинальные  ZH.

Минимальный припуск Zmin –  это минимальный слой материала, который может быть удален с заготовки на выполняемом  i-ом переходе.      Максимальный Zmax – слой материала, который может быть удален с заготовки и включающий минимальный припуск и допуски на выполняемом и предшествующем переходах. Номинальный припуск ZH – это номинальный слой материала, учитывающий минимальное значение припуска и допуск предшествующего перехода.

Установление оптимальных припусков имеет важное технико-экономическое значение. Завышенные припуски требуют введения дополнительных переходов, увеличения трудоёмкости механической обработки, привлечения дополнительных единиц оборудования, технологической оснастки, энергозатрат.

При заниженных припусках не устраняются дефекты предшествующих переходов (глубина дефектного слоя, шероховатости и искажения форм поверхности), повышаются требования к точности заготовок, повышается вероятность брака.

Существует 2 метода определения припусков:

опытно-статистический, который основывается на определении припусков по таблицам, нормативным материалам, полученным на основе статистических данных ведущих предприятий. Это метод не учитывает конкретных условий производства, схем базирования, закрепления деталей, следовательно, является завышенным;

расчетно-аналитический, который основывается на анализе производственных погрешностей, возникающих при конкретных условиях обработки, расчете промежуточных припусков с учетом устранения дефектов предшествующих переходов, погрешностей установки детали на выполняемом переходе и на последующем суммировании указанных припусков.

Расчетно – аналитический метод определения припусков предложен профессором Кованом В.М. Согласно этому методу расчет ведется по минимальному припуску с учетом следующих факторов:

  1.  Средняя высота неровностей (Rz)i-1 поверхности на предшествующем переходе.
  2.  Глубина дефектного слоя hi-1 предшествующего перехода.

3. Суммарные пространственные отклонения ΔΣi-1 обрабатываемой поверхности предшествующего перехода относительно базовой поверхности заготовки (несоосность, непараллельность торцевых поверхностей относительно оси заготовки).

4. Погрешность установки εi, возникающая на выполняемом переходе.

Предполагается, что на каждом выполняемом переходе обработки такие дефекты предшествующих переходов как (Rz)i-1, hi-1 и ΔΣi-1 будут устранены полностью или частично (в зависимости от конкретных условий). Погрешности установки εi устарняются на выполняемом переходе.

Суммарные пространственные отклонения поверхностей и погрешности установки представляют собой векторы и определяются по правилу сложения векторов.

При обработке, например, тел вращения (осесимметричных деталей) величина минимального симметричного припуска определяется выражением:

.                  (37)

Имеются и другие частные расчетные формулы для определения одно- и двухсторонних минимальных припусков при конкретных условиях обработки.

Составляющие элементы этих формул определяют из соответствующих нормативных данных, приведенных в справочниках.

При проектировании маршрута обработки поверхностей в целях достижения требуемой точности, правильности формы, качества поверхностей детали определяется количество технологических переходов. Каждый переход характеризуется среднеэкономическим значением точности, регламентируется последовательность переходов.

Теоретической основой определения межоперационных допусков и припусков является коэффициент уточнения.

Коэффициент уточнения данной поверхности:

,                                              (38)

где   – допуск заготовки;

– допуск готовой детали.

Коэффициент уточнения на переходе:

,                                             (39)

где Тi-1 – допуск для предшествующего перехода.

Тi –  допуск для выполняемого перехода, на практике Ki=2…4.

Величину промежуточного (операционного) допуска на каждую операцию, (межоперационный размер) заготовки выбирают в зависимости от среднеэкономической точности принятого способа обработки, конфигурации изделия и вида заготовки. При этом назначение точности способа обработки зависит также от типа применяемого оборудования. Величина допуска должна согласовываться с величиной соответствующего припуска. Приблизительно допуск составляет 0,25…0,45 величины припуска будущего перехода. Допуск задается «в тело» (для валов – h, для отверстий – H).

При обработке наружных поверхностей размеры заготовки уменьшаются, при обработке внутренних – увеличиваются. В первом случае размер заготовки получается прибавлением к размеру готовой детали величины припуска, во втором – от размера готовой детали вычитается величина припуска.

Припуски, допуски, межоперационные размеры удобно представлять в виде схемы (рис. 15).

Предположим, осуществляется обработка наружной поверхности (вала). Необходимо получить номинальный размер d по 6 квалитету из заготовки типа штамповка. Учитывая среднеэкономическую точность нижепринятых способов обработки,  составим маршрут обработки поверхности (табл. 4).


                                                                              d3

                                                              d2              

Рис. 15. Схема расположения припусков, полей допусков и межоперационных размеров

Таблица 4

Маршрут и качество обработки поверхности заготовки

Маршрут обработки

Точность (IT)

Шероховатость

Заготовка (штамповка)

  1.  Черновое точение
  2.  Чистовое точение
  3.  Предварительное шлифование
  4.  Окончательное шлифование

17

14

10

8

6

Rz 320

Rz 80

Rz 40

Rz 25

0,63

На схеме представлено: dзаг, d1, d2, d3, d4=dд - номинальные межоперационные размеры для заготовки, чернового и чистового точения, для предварительного и окончательного шлифования соответственно. Причем, d4, то есть номинальный межоперационный размер окончательного шлифования равен размеру детали , (2Zmin)i и (2ZH)i – соответственно минимальные и номинальные припуски по переходам маршрута обработки.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10213. Расчет кабеля 344.5 KB
  Расчет кабеля Краткая теория. Кабель – это один или несколько изолированных проводников заключенных в общую защитную оболочку. Голландское слово кабель переводится на русский язык как канат. Различные кабели в нашей стране их выпускают более 1000 типов используют...
10214. Расчет пластины погруженной в жидкость 197 KB
  Расчет пластины погруженной в жидкость. Краткая теория. Нагрев неограниченной пластины. Дана неограниченная пластина толщина которой равна 2R. В начальный момент времени пластина помещается в среду с постоянной температурой . Между ограничивающими поверх
10215. Расчет стационарного или не стационарного температурного поля бака трансформатора 137 KB
  Расчет стационарного или не стационарного температурного поля бака трансформатора Краткая теория. Система индукционного нагрева представляет собой в общем случае источник питания индуктор нагреваемое тело и окружающую среду. Источник питания будь то генерат
10216. КОНСТИТУЦИОННО-ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УГОЛОВНО-ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ И ГРАЖДАНСКОГО ОБЩЕТВА 281.5 KB
  Анализ исторического опыта взаимодействия общественных организаций и органов, исполняющих наказание в виде лишения свободы. Разработка теоретических аспектов необходимых для создания эффективной системы взаимодействия. Анализ нормативно-правовой базы регулирующей взаимодействие институтов гражданского общества с подразделениями УИС...
10221. Реформы в области образования и просвещения 28.66 KB
  Реформы в области образования и просвещения В истории народного образования России петровская эпоха занимает особое место уже потому что в это время впервые были созданы светские учебные заведения. Однако потребность в светском образовании определилась ещё в семнадц