Погрешности установки заготовок на станках и в приспособлениях

Установкой согласно ГОСТ 21495 - 76 называется базирование и закрепление заготовки или изделия.

Погрешностью установки по ГОСТ 21495 - 76 называется отклонение фактически достигнутого положения заготовки от заданного положения. Фактическое положение заготовки определяется ее базированием и закреплением. Кроме того, на фактическое положение заготовки влияет точность изготовления деталей приспособления, а также точность его положения на станке. Необходимо отметить также влияние износа рабочих поверхностей приспособления в процессе эксплуатации. Поэтому погрешность установки определяется как совокупность погрешностей базирования , закрепления иприспособления . Когда указанные погрешности рассматриваются как случайные величины, то погрешность установки определяется по правилу сложения случайных величин

Погрешность базирования возникает при нарушении принципа совмещения или единства баз, когда технологическая и измерительной базы не совпадают. Эта погрешность образуется при обработке заготовок партиями на предварительно настроенных станках по методу автоматического получения размеров. Если размеры получаются методом пробных ходов и замеров, то погрешность базирования не возникает. Пример для иллюстрации этого принципа представлен на рис.11.33. Как было уже рассмотрено ранее, погрешность базирования возникает из-за влияния рассеяния размера (в), полученного на предыдущей операции, на размер (а), который получается на текущей операции. При совмещении баз за счет установки заготовки на текущей операции в положении, представленном на рис.11.34, погрешность базирования исключается.

Погрешность закрепления возникает от действия сил, которые удерживают заготовку при механической обработке. Эта погрешность возникает из-за упругих деформаций заготовки, деталей приспособления, а также контактных поверхностей на стыке технологических баз и установочных элементов. Упругая деформация зависит от величины и схемы приложения сил к заготовке, ее конфигурации, свойств материала, а также конструкции приспособления.

Погрешность приспособления возникаетиз-за неточностей изготовления деталей приспособления и установки его на станке, а также из-за изнашивания рабочих поверхностей приспособления в процессе эксплуатации.

Рассмотрим образование погрешностей установки на примере механической обработки на токарном станке тонкостенной втулки. Чертеж втулки представлен на рис.12.7,а. Заготовкой для втулки может быть пруток или труба. Пусть заготовкой для втулки будет труба с припуском на обработку, т.е. большим наружным диаметром и более толстой стенкой. Использование заготовки с отверстием позволяет уменьшить отходы металла в виде стружки. Для установки заготовки используется трехкулачковый самоцентрирующий патрон (рис.12.7,б).

Рассмотрим два варианта обработки. Сначала примем, что обработка производится за две операции. Содержание первой операции включает три технологических перехода: подрезку торца, обработку наружной поверхности и отрезку втулки по длине. На второй операции втулку растачивают по внутреннему диаметру. Схема растачивания представлена на рис.12.7,в.

При обработке по данной технологии образуются все три вида погрешностей: базирования, закрепления и приспособления. Погрешность базирования возникает при обработке по методу автоматического получения размеров из-за нарушения принципа совмещения баз, когда технологическая и измерительная базы не совпадают. Причиной образования погрешности является влияние рассеяние размера, полученного на предыдущей операции на размер, который получается на следующей операции.

Схема базирования и схема установа при обработке втулки в трехкулачковом патроне представлена на рис.12.8. Согласно принятой классификации баз в машиностроении, при установке втулки в самоцентрирующем трехкулачковом патроне, базой принято считать ось втулки под названием: технологическая, двойная направляющая, скрытая база. Для контроля толщины стенки на второй операции после растачивания за базу принимается наружная или внутренняя поверхности втулки. В данном случае имеет место несовпадение баз с нарушением вышеуказанного принципа и образованием погрешности базирования.

Определим границы рассеяния наружного диаметра втулки, в пределах которых обеспечивается заданная точность толщины стенки. На рис.12.9 представлена схема для определения этих границ. На первой операции заготовка обрабатывается по наружному диаметру, который может меняться в пределах допуска от наименьшего до наибольшего . На второй операции для растачивания заготовки по внутреннему диаметру необходимо станок настроить так, чтобы получить толщину стенки в пределах допуска . Настройка станка производится при обработке первой заготовки. Допустим, наружный диаметр этой заготовки соответствует середине допуска на этот диаметр и равен . Тогда настройка станка на середину допуска по толщине стенки дает величину внутреннего диаметра втулки равной . Очевидно, что средние линии полей допусков наружного диаметра и стенки втулки будут совпадать. Толщина стенки при этом будет равна среднему ее значению . В этой связи, при условии, что внутренний диаметр втулки не будет меняться при обработке других заготовок на этой операции, границами наружного диаметра, в которых обеспечивается толщина стенки в пределах допуска, будут размеры и . У деталей, с наружным диаметром вне этих границ, толщина стенки будет выходить за пределы допуска. Поэтому некоторая часть деталей из партии может оказаться бракованной.

Рассмотрим образование погрешности закрепления в виде отклонения от круглости внутренней поверхности втулки при растачивании. При закреплении тонкостенной втулки в трехкулачковом патроне под действием сил от зажимов возникнет деформация ее поперечного сечения.

На рис.12.10 в первой позиции показано поперечное сечение заготовки втулки до закрепления. После закрепления в трехкулачковом патроне, поперечное сечение втулки примет форму, показанную на рис.12.10 во второй позиции. Как следует из рисунка, возникнет отклонение от круглости как внутренней, так и наружной поверхности. Растачиванием внутренней поверхности погрешность ее формы будет устранена, в то время как погрешность формы наружной поверхности останется. Это состояние изделия показано в третьей позиции. После открепления детали первоначальная форма наружной поверхности, которую она имела до закрепления, будет восстановлена, а внутренняя поверхность приобретет форму, показанную в четвертой позиции. Таким образом, при закреплении заготовки в трехкулачковом патроне в результате ее упругой деформации возникла погрешность в виде отклонения от круглости внутренней поверхности втулки.

Теперь рассмотрим образование погрешности приспособления в виде отклонения от соосности наружной и внутренней поверхностей втулки. Как было отмечено ранее, растачивание втулки производится при закреплении ее в трехкулачковом патроне. Ось втулки после закрепления до растачивания будет совпадать с осью патрона. Ось патрона из-за неточностей его установки на шпинделе и износа деталей механизма перемещения кулачков не совпадает с осью шпинделя. Однако после растачивания ось внутренней поверхности станет совпадать с осью шпинделя, в то время как ось наружной поверхности останется совмещенной с осью патрона. Таким образом, после растачивания возникнет отклонение от соосности наружной и внутренней поверхности втулки, т.е. появится погрешность приспособления.

Рассмотрим другой вариант механической обработки втулки, когда вышеуказанные погрешности не возникают. Будем вести обработку за одну операцию по методу автоматического получения размеров на предварительно настроенном токарно-револьверном станке (рис. 11.9). Заготовкой для втулки будет также труба. На первом переходе точением обрабатываются одновременно наружная и внутренняя поверхности втулки. Резцы установлены на оправке, размещенной в гнезде револьверной головки (рис.12.11). Точение поверхностей производится продольным перемещением револьверного суппорта. На следующем переходе готовая деталь отрезается от заготовки.

Рассмотрим, как в данном случае реализован принцип совмещения баз, что исключает погрешность базирования в виде влияния рассеяния наружного диаметра втулки на толщину ее стенки. Очевидно, устранить погрешность базирования за счет совмещения измерительной и технологической скрытой базы нельзя, т.к. ось втулки не является материальным объектом. Произведем настройку станка для одновременной обработки наружной и внутренней поверхностей втулки. За настроечную базу можно принять любую из этих поверхностей. Обе они обрабатываются на одном установе, связаны диаметральным размером с технологической базой – осью заготовки, а также между собой толщиною стенки. Одновременно каждая из этих поверхностей может быть выбрана за измерительную базу, т.к. между ними есть размерная связь. Следовательно, имеет место совмещение технологической настроечной и измерительной баз. Погрешность базирования в этом случае не возникает, т.к. исключается влияние рассеяния наружного диаметра на толщину стенки.

Применение указанной технологии дает возможность практически исключить погрешность закрепления в виде отклонения от круглости внутренней поверхности втулки при растачивании, т.к. труба зажата кулачками вне зоны обработки, где формируется будущее изделие. Деформация поперечного сечения от сил зажима будет небольшой.

Погрешность приспособления в виде отклонения от соосности наружной и внутренней поверхностей втулки тоже не возникает, т.к. эти поверхности обрабатываются за один установ и их оси после обработки будут совпадать с осью шпинделя.