Взаимного расположения поверхностей детали

Напомним, что к этим показателям относятся расстояние между двумя поверхностями и относительный поворот одной поверхности относительно другой (угловой размер). При этом одна из связанных между собой размерами поверхностей использована конструктором в качестве конструкторской размерной базы (КРБ). Напомним также, что под конструкторской размерной базой понимают поверхность, ее ось или точку, которые использовал конструктор для определения положения другой поверхности в конструктивной форме детали.

Для достижения такого рода показателей точности в технологическом процессе изготовления детали технолог может воспользоваться одной из следующих возможностей:

1) копированием на детали соответствующего размера инструмента, комплекта инструментов или станка;

2) соответствующим выбором технологических баз (ТБ) при обработке связанных размерами взаимного расположения поверхностей.

Использование первой возможности позволяет решать задачу достижения требуемого взаимного расположения двух поверхностей еще до начала их обработки. Этот (или эти) размер создается в инструменте при его изготовлении, в комплекте инструментов многоинструментной наладки или в технологическом оборудовании и переносится затем (копируется) на деталь во время обработки в одной технологической системе связанных между собою поверхностей. Таким образом решение некоторых задач выносится из технологической системы и достигается на подготовительных этапах (при изготовлении инструментов, технологической оснастки или оборудования).

Рис.6.13. Схемы получения копированием размеров взаимного

расположения поверхностей детали

На рис. 6.13 приведены примеры использования таких возможностей. Требуемая перпендикулярность торца к оси цилиндрической шейки вала А достигается при врезном одновременном шлифовании этих поверхностей по схеме на рис. 6.13,аза счет копирования на детали расположения образующих двух рабочих поверхностей шлифовального круга (усеченных конусов) под углом 90⁰, достигнутого после его правки. Требуемая соосность двух отверстий (см. рис. 6.13,б) обеспечивается их обработкой комбинированной разверткой, и эта соосность достигается при изготовлении развертки. Расстояние l между двумя плоскими торцами ступенчатого вала (см. рис. 6.13,в) получается на детали копированием размера между вершинами двух подрезных резцов,.установленных в поперечном суппорте многорезцового токарного полуавтомата, его точность достигается наладкой многорезцового блока перед обработкой на станке или даже вне его. Соосность двух отверстий под подшипники в корпусе С₀ (см. рис. 6.13,г) достигается при одновременном их растачивании с двух сторон на двухшпиндельном горизонтально-расточном станке копированием соосности двух шпинделей, полученной при изготовлении станка.

К сожалению, в силу различных причин конструктивного, технологического и экономического характера достигать копиро­ванием требуемую точность взаимного расположения поверхностей не всегда возможно. В таких случаях приходится использовать вторую возможность – выбирать при обработке связанных размерами взаимного расположения поверхностей соответствующие технологические базы. Возникает естественный вопрос – как правильно сделать этот выбор?

Выбор тех или иных технологических баз приводит технолога в различные ситуации, каждая из которых требует от него определенных решений и действий. Рассмотрим подробно эти возможные ситуации на примере получения при обработке корпуса заданного конструктором размера К, который описывает положение оси отверстия относительно плоскости основания лапок (рис. 6.14,а). Связанные размером К поверхности обрабатываются в двух ТС; фрезерной, схема которой приведена на рис. 6.14,б и расточной, возможные варианты которой приведены на рис. 6.14,в и 6.14г, Требуемые показатели точности отверстия (диаметр, форма, шероховатость) обеспечиваются выбранным методом обработки, например, чистовым растачиванием, условия достижения этих показателей и результат одинаковы в обоих вариантах выполнения расточной операции.

Различие в вариантах заключается в используемых в каждом случае технологических базах: в варианте на рис. 6.14,в в качестве технологической базы (ТБ) в направлении размера К технолог использует конструкторскую размерную базу (КРБ) – плоскость основания лапок, а в варианте на рис. 6.14,г – верхнюю плоскость корпуса, т.е. поверхность, отличную от КРБ, не совпадающую с ней.

Рис. 6.14. Варианты достижения точности конструкторского размера К

при различных схемах базирования корпуса на операции растачивания

Появление в технологическом процессе обработки детали первого или второго вариантов расточной операции является результатом выбора технологом разных схем базирования заготовки для обработки отверстия. Другими словами, технолог выбором технологической базы для обработки отверстия сам себя может поставить в одну из двух ситуаций, и эти ситуации различаются по признаку совпадения при обработке отверстия технологической базы с конструкторской размерной базой. Покажем, что различный выбор технологической базы для выполнения одной и той же операции приводит к существенным последствиям для достижимой точности заданного конструктором размера К.

В первом варианте при совмещении ТБ с КРБ (рис. 6.14,в) конструкторский размер К' получается равным технологическому размеру расточной операции Т_Р. Под технологическим понимают размер, описывающий во время обработки детали положение обрабатываемой поверхности относительно используемой технологической базы.

Величина и погрешность такого размера определяются только используемой для обработки технологической системой и условиями ее работы. Технологический размер и его погрешность не зависят от предшествующих или последующих операций, он формируется как замыкающее звено некоторой технологической размерной цепи, составляющими звеньями которой являются внутренние размеры используемой технологической системы. Например, на рис.6.15,б показаны схема растачивания отверстия в корпусе и технологические размерные цепи Е и γ, которые описывают формирование технологических размеров А = Е_Δ и γ при совмещении ТБ с КРБ. Как видно на рис. 6.15,б, составляющие звенья размерных цепей Е и γ представляют собой размеры элементов технологической системы: Е₁ и γ₁ – размеры приспособления для установки заготовки, Е₂, Е₃, и γ₂ γ₃ γ₄ – размеры станка, Е₄ – наладочный размер, описывающий положение оси расточной скалки относительно плоскости направляющих станины станка.

На рис. 6.14 технологические размерные цепи, описывающие формирование технологических размеров, условно показаны дугами, хордами которых является технологический размер Т_Р. Итак, при совмещении ТБ с КРБ (растачивание отверстия по схеме на рис. 6.14,в) заданный конструктором размер К получается равным технологическому размеру Т_Р: К = = Т_Р.

Рис.6.15. Схема растачивания отверстия в корпусе и технологические размерные цепи, описывающие формирование технологических размеров расположения оси отверстия относительно технологической базы

Из этого следует, что технолог может задать допуск технологического размера равным допуску конструкторского размера, т.е.:

ωК = ωТ_Р и ТТ_Р = ТК (6.15)

и для обеспечения требуемой точности размера К на операции растачивания необходимо обеспечить выполнение условия (3.5), т.е.:

(6.16)

Во втором варианте (при несовмещении ТБ с КРБ, как на рис. 6.14,г) после растачивания отверстия на детали также образуется размер К = , однако, его величина формируется уже как замыкающее звено П_Δ некоторой внешней по отношению к технологической системе расточного станка размерной цепи П. Технологический размер Т_Р = П ₁в этом случае отличается от К и, оставаясь замыкающим для внутренней технологической размерной цепи технологической системы расточного станка, теперь уже входит первым составляющим звеном в размерную цепь П. Вторым составляющим звеном цепи П, как это видно из рис. 6.14,г, является размер П₂ между выбранной технологической базой (верхней плоскостью корпуса) и конструкторской размерной базой (плоскостью основания лапок). В соответствии с теорией размерных цепей погрешность конструкторского размера К" этом случае равна:

ωК" = ωП_Δ= ωП₁ + ωП₂ = ωT_Р + ω П₂ (6.17)

Размер П₂ получен на детали ранее, при выполнении фрезерной операции (см. рис. 6.14,б) и являлся технологическим размером на этой операции, т. е.:

П₂=Т_Ф и ωП ₂ = ωТ_Ф (6.18)

С учетом (6.18) достигаемая во втором варианте точность конструкторского размера определяется погрешностью

ωК = ωК" = ωТ_Р + ωТ_Ф, (6.19)

равной сумме погрешностей технологических размеров на двух операциях: фрезерной ωТ_Ф и расточной ωТ_Р.

Сопоставление результатов двух вариантов (6.15) и (6.19) показывает, что достижимая точность размера К во втором варианте при прочих равных условиях выполнения операций фрезерования и растачивания (за исключением различия в схеме базирования на расточной операции) во втором варианте значительно, по крайней мере вдвое ниже, чем в первом. Это означает, что для достижения заданной конструктором точности размера К во втором варианте необходимо будет назначить особые, более жесткие допуски на технологические размеры обеих операций, отвечающие уравнению (6.19), записанному в полях допусков, т.е.

ТК = ТТ_Р+ТТ_Ф (6.20)

и при выполнении операцийфрезерования и растачивания обеспечить выполнение условий

ωТ_Ф ≤ ТТ_Ф и ωT_Р ≤ TT_Р (6.21)

Конечно же, выполнение при обработке условий (6.20) (6.21) во втором варианте с технической и экономической точки зрения представляет технологу гораздо больше трудностей, чем условия (6.15) в первом варианте базирования на расточной операции.

Из изложенного выше вытекает правило выбора технологической базы, получившее название "принцип совмещения баз". Суть его заключается в том, что для достижения наиболее высокой точности конструкторского размера расположения поверхности следует в качестве технологической базы при ее обработке использовать конструкторскую размерную базу.

К сожалению, рассмотренными двумя ситуациями не исчерпывается список возможных, в которых может оказаться технолог в результате выбора технологических баз. Дело в том, что при проектировании технологического процесса механической обработки детали технологу приходится обеспечивать взаимное расположение не только двух каких-либо поверхностей, одна из которых использована конструктором в качестве конструкторской размерной базы, но и требуемое взаимное положение всех поверхностей, составляющих конструктивную форму детали. Известно, что при разработке размерного описания детали конструктор может придти к цепному или координатному способам задания размеров взаимного расположения нескольких поверхностей. При этом положение части поверхностей может оказаться заданным цепным, а другой части – координатным способом. Все размерное описание детали, как правило, смешанное и содержит как цепные, так и координатные размеры.

Напомним себе суть этих способов задания размеров на примере описания расположения отверстий под подшипники одного и того же корпуса, приведенном на рис. 6.16.

Рис. 6.16. Возможные способы размерного описания конструктором расположения отверстий на корпусе

Рис. 6.16,а иллюстрирует цепной способ задания размеров расположения, а рис. 6.16,б координатный. При цепном способе каждая следующая поверхность (в примере – отверстие) задается относительно предыдущей, и размеры К₁, К₂, К₃ расположены друг за другом. В этом случае конструктор использовал три конструкторских размерных базы:

· КРБ1 – плоскость основания лапок корпуса для определения положения оси отверстия 1,

· КРБ2 - ось отверстия 1 для описания положения оси отверстия 2,

· КРБЗ - ось отверстия 2 для описания положения оси отверстия 3.

При координатном способе на рис. рис. 6.16,б положение тех же отверстий задано размерами К₁, К₂, К₃ относительно одной и той же конструкторской размерной базы – плоскости основания лапок. Необходимо подчеркнуть, что пример на рис. 6.16 отвлеченный и из него не следует, что конструктор при проектировании волен задать положение одной и той же поверхности любым способом на свой выбор. На конкретной детали состав размеров расположения диктуется необходимостью описать ее служебное назначение в машине, т.е. описать расположение поверхностей внутри каждого функционального комплекта, а затем и расположение комплектов поверхностей между собой (см. п. 6.1 настоящей главы). Но этот пример позволит наглядно провести сравнительный анализ возможных ситуаций, в которые может попасть технолог, выбирая технологические базы при проектировании технологического процесса изготовления детали, и обосновать лучшие выходы из этих ситуаций.

Возможны четыре варианта технологического решения по выбору технологических баз для достижения требуемой точности взаимного расположения поверхностей и, как следствие, возможны четыре различных ситуации, требующие оценки и сравнения для выбора лучшего решения.

При цепном способе задания конструкторских paмеров технолог может:

· следовать конструктору, используя принцип совмещения баз при выборе технологических баз и переходя на новую технологическую базу при обработке каждой следующей поверхности;

· отказаться от принципа совмещения баз, построить свои координатные размеры расположения поверхностей от одной выбранной технологической базы и, выдерживая их при обработке детали, обеспечивать заданную конструктором точность цепных размеров.

При координатном способе задания конструкторских размеров технолог тоже может:

· следовать конструктору и, используя в соответствии с принципом совмещения баз конструкторскую размерную базу в качестве технологической, получать при обработке заданные размеры также координатным способом;

· отказаться от принципа совмещения баз, построить свои цепные размеры расположения поверхностей и, выдерживая их при обработке детали, обеспечивать заданные конструктором координатные размеры.

Причины отказа от принципа совмещения баз могут быть различными. Не вдаваясь в их анализ, отметим лишь принципиальную возможность такого технологического решения. Четыре возможных варианта ситуаций сведены в табл. 6.1 и графически представлены на рис. 6.17.

Таблица 6.1

Варианты технологического обеспечения

конструкторских размеров расположения поверхностей.

№ варианта	Способ задания размеров конструктором	Способ получения размеров технологом
I	Цепной	Цепной
II	Цепной	Координатный
III	Координатный	Координатный
IV	Координатный	Цепной

В варианте I каждый конструкторский размер оказывается, технологическим за счет перехода для обработки каждого следующего отверстия на новую технологическую базу, совмещаемую с конструкторской размерной. Погрешность каждого конструкторского размера определяется только погрешностью соответствующего технологического размера и не зависит от предыдущих или последующих операций, т. е.:

ωК₁ = ωТ₁, ωК_г = ωТ₂, ωК₃ = ωТ₃. (6.22)

Рис. 6.17. Варианты технологического обеспечения конструкторских

размеров расположения поверхностей

С технической точки зрения достижимая точность определяется лишь возможностями используемых при обработке поверхностей технологических систем. Однако организация такого технологического процесса требует переустановок заготовки на новые технологические базы, а это несет необходимость иметь специальные приспособления для установки детали на ТБ1, ТБ2 и ТБЗ. При этом усложняется и удорожается технологическое оснащение технологического процесса, увеличиваются затраты на установку заготовок, удорожается вся обработка детали.

В варианте II конструкторский размер К₁ получается по-прежнему, следуя принципу совмещения баз, однако, размеры К₂ и К₃ уже не являются технологическими, так как при расточке второго и третьего отверстий технологическая база не совмещается с конструкторскими размерными КРБ2 и КРБЗ. Эти размеры получаются как замыкающие звенья размерных цепей, в которых составляющими звеньями входят технологические размеры Т₁, Т₂ и Т₂, Т₃. Тогда:

ω К₁ = ω Т₁,

ω К₂ = ω Т₁ + ωТ₂,

ω К₃ = ω Т₂ + ωТ₃ (6.23)

…………………

ω К_N = ω Т_N-1 + ωТ_N.

Таким образом, погрешности конструкторских размеров К₂, К₃, … К_N (если нужно обработать N отверстий) представляют собой суммы погрешностей двух технологических размеров. Это означает, что при назначении допусков технологических размеров в соответствии с условием (6.20) их придется ужесточить (уменьшить) в среднем вдвое сравнению с допусками конструкторских размеров, что, конечно же, потребует дополнительных затрат на их достижение при обработке детали, т.е. назначить допуски технологических размеров, исходя из необходимости выполнения следующих условий:

Т К₂ = Т Т₁ + ТТ₂,

Т К₃ = Т Т₂ + ТТ₃ (6.24)

…………………

Т К_N = Т Т_N-1 + ТТ_N.

Однако, за счет использования одной и той же технологической базы при обработке всех отверстий, которую называют в этом случае единой (постоянной) технологической базой (ЕТБ), уменьшается число переустановок детали, сокращается номенклатура приспособлений и затраты на их проектирование, изготовление и обслуживание. Получаемая при этом экономия времени и материальных средств чаще всего обеспечивает существенную выгоду по сравнению с вариантом I при достижении одинаковой точности заданных конструкторских размеров.

Вместе с тем на возможности получения размеров расположения поверхностей при установке на ЕТБ (варианта II) имеются ограничения как технического, так и экономического характера. Технические ограничения возникают тогда, когда конструктором задана такая высокая точность размеров K₂,K₃,...K_N, чтоужесточенные допуски размеров Т₁, Т₂, Т₃ ,... Т_N уже не могут быть обеспечены существующими методами обработки и (или) в имеющихся в распоряжении технолога технологических системах. Экономическое ограничение наступает тогда, когда дополнительные затраты на достижение более высокой точности технологических размеров превысят экономию от сокращения номенклатуры приспособлений, объема и сложности работ по установкам заготовок в используемых технологических системах.

Вариант III объединяет в себе технические и экономические достоинства первых двух рассмотренных выше вариантов, т.е. за счет использования принципа совмещения баз получается ωК₁ = ωТ₁, ωК_г = ωТ₂, ωК₃ = ωТ₃, что позволяет назначить допуски технологических размеров равными допускам соответствующих конструкторских размеровкак и в варианте I. Но вся обработка, отличие от варианта 1, ведется в одном и том же приспособлении за счет использования единой технологической базы, что и позволяет получить организационно-экономические достоинства варианта II.

Вариант IV объединяет в себе и усиливает технические и экономические недостатки первых двух рассмотренных выше вариантов. За счет использования при обработке оси очередного отверстия в качестве новой технологической базы нарушается принцип совмещения баз и размеры К₂, K₃,... K_N получаются как замыкающие звенья соответствующих размерных цепей, содержащих цепные технологические размеры T₁, T₂ ,...T_N, причем, чем больше номер размера K_i, тем большее количество составляющих звеньев имеет размерная цепь, описывающая его образование:

ω К₁ = ω Т₁,

ω К₂ = ω Т₁ + ωТ₂,

ω К₃ = ω Т₁ + ωТ₂ + ωТ₃,(6.24)

ω К₄ = ω Т₁ + ωТ₂+ ωТ₃+ ωТ₄,

…………………………………

ω К_N = ω Т₁ + ωТ₂+ … + ωТ_N

Во-вторых, всякий переход на новую технологическую базу несет дополнительные расходы, связанные с переустановкой заготовки и присущие первому варианту.

Сравнивая между собой все четыре варианта ситуаций, возникающих в результате того или иного выбора технологических баз для достижения требуемой точности взаимного расположения всех поверхностей детали, можно сформулировать следующие рекомендации по выбору технологических баз на операциях технологического процесса:

1. Никогда не следует строить технологический процесс обработки детали с технологическими базами по варианту IV.

2. Наиболее предпочтительным с технической и экономической точки зрения является вариант III.

3. Если конструкторские размеры образуют цепь, то предпочтительнее использовать вариант II с единой технологической базой, как дающий значительные организационные и экономические выгоды.

4. Вариант I следует использовать только в тех случаях, когда требуемую точность цепных конструкторских размеров невозможно устойчиво обеспечивать по варианту II.

Проведенный сравнительный анализ вариантов обеспечения точности конструкторских размеров расположения поверхностей позволяет сформулировать важнейший принцип выбора технологических баз для всех операций технологического процесса – принцип единства баз. Он гласит: при выборе технологических баз необходимо стремиться использовать при обработке всех или большинства поверхностей детали одну и ту же (единую) технологическую базу.