Порядок разработки технологического процесса обработки детали, основанного на принципе единства баз

Принцип единства баз позволяет выработать стратегический подход к проектированию технологического процесса с высокими техническими и организационно-экономическими показателями. Основная идея проектирования технологического процесса с использованием принципа единства баз заключается в том, чтобы вначале выбрать или сформировать на детали совокупность поверхностей, которые могли бы служить единой технологической базой, и эти поверхности сразу же обработать окончательно на первой (или первых) операции. Все остальные (или большинство остальных) поверхности обраба­тывать последовательно в разных ТС, но при установке заготовок на уже обработанную единую технологическую базу. При таком базировании на операциях технологического процесса для части поверхностей размеры, описывающие их положение, будут обеспечиваться в условиях варианта Ш, для остальных - по варианту II (см. табл. 6.1 и рис. 6.17).

Для того чтобы эту идею реализовать, надо ответить сначала на несколько вопросов:

1. Как выбрать (сформировать) комплект поверхностей еди­ной технологической базы?

2. Какие поверхности заготовки можно и нужно использовать в качестве технологической базы на первой операции?

3. Как определить возможность достижения требуемой точности размеров расположения остальных поверхностей детали при установке на единую технологическую базу и что делать с теми, точность положения которых невозможно достичь при установке на единую технологическую базу?

Выбор единой технологической базы. Строгих правил выбора единой ТБ, обеспечивающих однозначное решение задачи для каждой конкретной детали, нет. Однако есть ряд обоснованных рекомендации, которые позволяют технологу найти для каждой детали возможно лучшее решение этой ответственной задачи.

Первая рекомендация вытекает из стремления создать при обработке большинства поверхностей наиболее выгодную для обеспечения точности размеров их расположения ситуацию по варианту III (см. рис. 6.17), т.е. максимально использовать преимущества координатного способа получения конструк­торских размеров. Рекомендация заключается в том, чтобы включить в единую технологическую базу в каждом координатном направлении такие поверхности, их оси или точки, от которых конструктором задано положение возможно большего количества поверхностей.

Применим эту рекомендацию к конкретной детали. На рис. 6.18 приведен эскиз некоторого корпуса червячного редуктора. Следуя первой рекомендации, нужно в единую технологическую базу включить: а) в координатном направлении Z - плоскость основания лапок, б) в направлениях ХиY– оси симметрии корпуса.

Удобно использовать в единой технологической базе плоскость основания лапок и очень неудобно - оси симметрии. Можно создать приспособление для установки корпуса по осям симметрии, но встретится ряд трудностей, так как для определения положения осей симметрии придется использовать необработанные (черные) поверхности. Тогда на нескольких операциях технологического процесса заготовка устанавливается по этим черным базам, что обусловит большие погрешности уста­новки за счет ее составляю­щей, вызванной неточностью изготовления необрабатывае­мых базовых поверхностей. Если включить в единую технологическую базу в направления Xи Yобра­ботанные отверстия под подшипники, то конструкция приспособления окажется на­столько громоздкой, что дос­туп к другим поверхностям, подлежащим обработке, будет сильно затруднен. Поэтому в направлениях Xи Yжела­тельно включить в единую технологическую базу другие поверхности детали, не соответствующие первой рекомендации. Для корпуса на рис. 6.18 такими поверхно­стями могут служить два отверстия из четырех крепежных в лапках корпуса, перпендикулярных к плоскости основания, однако, необходимо проверить, отвечают ли они другим важным рекомендациям по выбору единой технологической базы.

Вторая рекомендация вытекает из стремления обеспечить наименьшую величину погрешности установки на выбранную единую технологическую базу и заключается в том, что каждая поверхность, включаемая в единую технологическую базу, должна отвечать признакам той базы, функцию которой ей предстоит выполнять с точки зрения числа отнимаемых у заготовки степеней свободы. Так, установочная база должна иметь наибольшую возможную протяженность в двух координатных направлениях. Этому требованию в примере на рис.6.18 отвечает плоскость основания лапок. Направляющая база должна иметь наибольшую возможную протяженность в одном координатном направлении. С позиций этого признака у корпуса на рис. 6.18 направляющей базой может быть общая ось двух отверстий с наибольшим межосевым расстоянием (на рис.6.18 эти отверстия отмечены зачерненным сектором).

Рис. 6.18. Корпус редуктора и возможная единая технологическая база для технологического процесса его обработки

Третья рекомендация преследует ту же цель, что и вторая, и заключается в том, что в единую технологическую базу следует включать наиболее точные поверхности детали. К сожалению, технолог достаточно часто встречается с ситуациями, когда имеющиеся на детали поверхности не вполне отвечают признакам той или иной базы, либо не обладают необходимой точностью. В этих случаях для использования принципа единства баз технолог вынужден вносить в конструкцию детали некоторые изменения, не ухудшающие выполнение ею своего служебного назначения. Так, например, у корпуса на рис. 6.18 отверстия в лапках являются крепежными и с точки зрения служебного назначения высокой точности их диаметров и межосевого расстояния не требуется (главное, чтобы через них прошли крепежные болты при установке редуктора в машину). Но при установке заготовки корпуса во время обработки таким отверстием на палец в схеме базирования возникает неопределенность, т.е. возможность смещения заготовки корпуса в пределах зазора между базовым отверстием и пальцем. Это смещение порождает дополнительную составляющую погрешности установки, что резко снижает точность получаемых при такой установке размеров расположения поверхностей в партии обработанных деталей. Поэтому технолог вынужден в этих случаях повышать точность отверстий, включаемых в единую технологическую базу, как правило, до седьмого, а иногда и шестого квалитетов.Широкие допуски на межосевые расстояния крепежных отверстий требуют существенного уменьшения диаметра одного из пальцев для обеспечения возможности установки на два пальца любой заготовки из партии, а это увеличивает зазор между отверстием и вторым пальцем и, следовательно, возможный угол поворота всей детали вокруг оси первого базового отверстия во время установки. Для уменьшения этой составляющей погрешности установки технолог существенно повышает точность межосевого расстояния отверстий, включенных в единую технологическую базу. Внесенные изменения в размерное описание корпуса, конечно же, не ухудшают выполнение им своего служебного назначения, но позволяют технологу построить технологический процесс с использованием принципа единства баз.

Иногда технолог вынужден вносить свои изменения не только в размерное описание, но и в конструкцию детали для придания поверхности возможности служить той или иной технологической базой. Так, например, при обработке направляющих каретки револьверного суппорта токарно-револьверного станка (рис. 6.19,а) необходимо в качестве установочной базы использовать верхнюю плоскость детали, но она не имеет достаточной протяженности и не обеспечивает ни точности установки, ни жесткости детали во время обработки. Для придания верхней плоскости необходимых признаков установочной базы технолог вводит в заготовку дополнительные конструктивные элементы – приливы "в", которые искусственно удлиняют эту плоскость на время обработки детали (см. рис. 6.19,б) и удаляются в конце после обработки всех поверхностен за ненадобностью для служебного назначения салазок в станке.

Рис.6.19. Схема ее базирования каретки револьверного суппорта для обработки направляющих

Иногда ни одна поверхность детали не может выполнять функции той или иной технологической базы и тогда технологу приходится создавать специальные поверхности для выполнения этой функции. Типичным примером такой ситуации может служить обработка любого ступенчатого вала, все ступени которого должны быть соосны с общей осью подшипниковых шеек. Использовать эти шейки или любые другие для установки заготовки вала на токарных, шлифовальных и других станках невозможно, и поэтому в конструктивную форму валов вводятся специальные поверхности – конические центровые отверстия, общая ось которых и выполняет функцию единой технологической базы на большинстве операций технологического процесса. Схема базирования вала на центровых отверстиях приведена на рис. 6.20,а.

Рис. 6.20. Схема базирования ступенчатого вала на единую

технологическую базу – общую ось центровых отверстий

и размерная цепь обеспечения соосности ступеней 1 и 2

При такой установке технологическими размерами при обработке любой ступени является несоосность H₁, H₂,...H_i этой ступени с общей осью конических отверстий центровых гнезд, что с точки зрения служебного назначения вала не имеет никакого значения. Требуемая же соосность двух любых ступеней С_Δ (см. рис 6.20,б), заданная конструктором, формируется при таком базировании по варианту II, т.е. как замыкающее звено размерной цепи, составляющими звеньями которой являются технологические размеры- несоосности C₁ = Н₁ и C₂ = Н₂ каждой из этих двух ступеней c единой технологической базой – общей осью А центровых отверстий.

Таким образом, формируя единую ТБ, технолог может включать в этот комплект либо имеющиеся на детали реальные поверхности, могущие служить базовыми, либо внести в конструкцию детали технологические изменения, не ухудшающие ее служебного назначения. Целью этих изменений может быть либо улучшение базирующих свойств имеющихся поверхностей, либо создание специальных поверхностей для использования их только во время обработки в качестве технологической базы.

Определение возможности достижения требуемой точности размеров расположения поверхностей. Сформировав единую ТБ, технолог устанавливает для каждой обрабатываемой поверхности технологический размер, определяет его величину и допуск.

Для этого сперва выделяют те поверхности, для которых при установке на единую технологическую базу выдерживается принцип совмещения баз, т.е. те поверхности и заданные конструктором размеры их расположения в каждом координатном направлении, для которых выбранная единая технологическая база совпадает с конструкторской размерной. В соответствии с (6.15) в таких случаях технологический размер и, следовательно, его допуск равенконструкторскому.

Более многочисленную группу поверхностей составляют, как правило, те, для которых принцип совмещения баз при установке на единую технологическую базу в каком-либо координатном направлении не выдерживается. Для каждой такой поверхности выявляются размерные цепи, аналогичные цепи П (рис. 6.14,г), и из такой цепи рассчитываются технологические размеры и назначаются их допуски, обеспечивающие достижение заданных конструктором размеров, т.е. отвечающие условию (6.20). При этом он может попасть в одну из следующих ситуаций:

1) Условия типа (6.21) при обработке каждой поверхности могут быть выполнены, т.е. в выбранных технологических системах ТС экономично достигается точность технологических размеров, заданная по условию (6.20), что означает, что требуемое положение поверхностей может быть обеспечено при установке заготовок на единую технологическую базу.

2) Одно из условий типа (6.21) не может быть достигнуто технически, или его достижение в выбранной технологической системе экономически нецелесообразно, т.е. точность технологических размеров, определенная из условия (6.20), настолько высока, что физически не может быть обеспечена, хотя в выбранной ТС все показатели точности, относящиеся к обрабатываемой поверхности, достигаются, и для них условие (6.1) выполняется. Это означает, что заданную конструктором точность положения такой поверхности при установке на единую технологическую базу достичь невозможно. Единственная возможность обеспечить заданную конструктором точность положения такой поверхности – организовать ее обработку в той же самой технологической системе с установкой заготовки по принципу совмещения баз так, чтобы точность конструкторских размеров обеспечивалась с выполнением условий (6.15).

Выбор технологической базы для первой операции. Речь идет о той операции, где будут обрабатываться поверхности, включенные в единую технологическую базу. Выбор технологической базы для первой операции чрезвычайно важен для всего будущего технологического процесса, так как этим выбором решаются две задачи:

1. Окончательно определяется положение всех обрабатываемых на различных операциях поверхностей относительно "черных", которые останутся необработанными.

2. Распределяются припуски между всеми обрабатываемыми в будущем поверхностями заготовки.

Решение этих задач, как правило, требует использования на первой операции разных технологических баз и окончательный выбор технологической базы – всегда компромисс между различными вариантами. Поэтому строгих правил такого выбора не существует, но можно и нужно представлять себе и исследовать последствия использования различных поверхностей в качестве технологической базы на первой операции для более обоснованного и безошибочного компромиссного решения.

Рассмотрим более подробно особенности решения каждой из этих задач и их учет при выборе технологической базы для первой операции.

Задача 1. Правильное решение этой задачи очень важно, так как от него чаще всего зависит прочность детали или отдельных ее конструктивных элементов. Например, на рис. 6.21 приведены два конструктивных элемента корпуса, сечение, которых определяется конст­руктором по величине динамиче­ских нагрузок, которые этими элементами воспринимаются: толщина лапки S и толщина стенки бобышки М. Корпус крепится к основанию болтом (винтом) через отверстие в лапке (рис. 6.21, а).

Внешние нагрузки, действующие на корпус, пере­даются им через лапку на болт и далее на основание. Толщину лапки S конструктор определяет в зависимости от этих воспри­нимаемых лапкой нагрузок. Динамическими расчетами конструктор определяет номинальное значение S. Возможные или допустимые колебания этой толщины рассчитываются очень редко. А колебания эти могут быть весьма различными в зависимости от условий выполнения операции фрезерования плоскости основания лапок. Напомним, что именно эта

а) б)

Рис.6.21. Конструктивные параметры несущих элементов корпуса,

прочность которых зависит от взаимного расположения

обработанных и необработанных поверхностей

плоскость включена в единую технологическую базу (см. рис. 6.18). Варианты базирования при такой обработке приведены на рис. 6.22, а,в. Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Не обсуждая их, отметим лишь, что они в принципе возможны. Оценим их с точки зрения получаемых колебаний толщины лапки S в партии деталей после обработки. Ясно, что, во-первых, толщина лапки есть размер между обработанной и необработанной поверхностями корпуса и, во-вторых, получается на первой операции и от дальнейшей обработки не зависит.

При базировании корпуса на операции фрезерования по варианту на рис. 6.22,а толщина лапки образуется как замыкающее звено размерной цепи П, в которой сос­тавляющие звенья: П₁ = Т_Ф – техноло­гический размер на операции фрезерования; П₂ – размер между двумя плос­костями в отливке. При изучении усло­вий получения раз­мера П₂ в литейной форме (см. рис. 6.21,б) нетрудно установить, что на модели скорее всего будут заданы и перенесены на отли­вку при заливке фор­мы металлом размеры Л₁ и Л₂, размер же П₂ = Л_Δ сформируется как замыкающее звено размерной цепи Л и его погрешность просуммирует величины погрешностей двух литейных размеров:

ωП₂ = ωЛ_Δ = ωЛ₁ + ωЛ₂

Рис. 6.22. Варианты базирования корпуса при фрезеровании

плоскости основания лапок

Таким образом, погрешность толщины лапки S (разность толщин лапки в партии обработанных деталей) при этом варианте базирования:

Δ S = ω S = ωП_Δ = ωП₁ + ωП₂ = ω Т_ф + ωЛ₁ ωЛ₂ (6.25)

Попробуем оценить порядок ΔS: погрешность ω Т_ф составит несколько десятых долей миллиметра (больше или меньше в зависимости от величины номинала размера Т_ф), по­грешности размеров Л₁ ,Л₂ в отливке из чугуна могут составить не менее одного миллиметра каждая. Таким образом, колебания тол­щины лапок S в партии обработанных корпусов составит, по меньшей, мере 2,5 мм. При толщине лапки S = 10÷15 мм эти коле­бания составляют 15-25% от номинала, что, конечно же, сущест­венно отразится на динамической ее прочности и вполне может создать опасную ситуацию во время эксплуатации машины.

В варианте базирования на рис. 6.22,в толщина лапки получается как технологический размер фрезерования, т.е.

S = Т_Ф и Δ S = ω S = ω Т_ф. (6.26)

Численно неравномерность толщины лапок в партии обработанных корпусов при этом варианте базирования на первой операции составит несколько десятых долей миллиметра.

Сравнение вариантов, конечно же, в пользу второго. Пре­имущества второго варианта объяснить просто: в нем выдержива­ется принцип совмещения баз. Однако, деталь может иметь не­сколько необработанных поверхностей, положение которых отно­сительно обработанных важно для выполнения ею служебного назна­чения. Аналогичный выше проведенному анализ вариантов базирования на первой операции для обеспечения точности этих других необрабатываемых поверхностей относительно обработанных выявит несколько других, более подходящих. Сразу же возникает вопрос: какую из этих поверхностей следует использовать в качестве технологической базы на первой операции при обра­ботке единой технологической базы? Очевидно, что только одна из них может быть технологической базой на первой операции. Другими словами, на конкретной детали в ка­ждом координатном направлении положение только одной из не­обработанных поверхностей обеспечивается по схеме на рис. 6.22,в, положение других достигается более сложным путем, аналогичным схеме на рис. 6.22,а.

Для иллюстрации этой проблемы рассмотрим обеспечение другого конструктивного параметра того же самого корпуса – толщины стенки М бобышки под подшипник (см. рис. 6.21,б). Эта стенка воспринимает внутренние нагрузки редуктора, например, радиальное усилие зубчатой передачи, передаваемое на корпус от зубчатого колеса через вал и подшипник. Заданная конструктором толщина М и обусловлена величиной этой нагрузки. Чрезвычайно важно, чтобы эта толщина была одинаковой (равномерной) в разных диаметральных сечениях одной и той же детали. Если этой равномерности нет, то вполне возможна опасная с точки зрения динамической прочности стенки бобышки ситуация, когда вектор радиальной нагрузки совпадет с вектором неравномерности толщины и в более тонкой стенке возникнут критические напряжения выше предела прочности материала. Такие случаи встречаются в практике машиностроения достаточно часто. Рассмотрим роль выбора технологической базы на первой операции (фрезеровании той же плоскости основания лапок) в образовании неравностенности бобышки ΔМ.

Из рис. 6.21,б ясно, что неравностенность ΔМ равна удвоен­ной несоосности Н обработанного отверстия и необработанной наружной поверхности бобышки. Эта несоосность появится после операции растачивания отверстия при установке корпуса на еди­ную технологическую базу, как это показано на рис. 6.23,а.

Несоосность Н_Δ образу­ется как замыкающее звено размерной цепи, в которой составляю­щие звенья: Н₁ = Т_Р - технологический размер на операции растачи­вания при установке на единую технологическую базу, Н₂ – размер от плоскости единой технологической базы до оси наружной поверхности бобышки, получаемый в заготовке на предыдущей операции фрезерования.

Таким обра­зом, неравностенность

Δ М = 2ωН_Δ = 2(ωТ_Р +ωН₂). (6.27)

На рис. 6.23,б,в,г приведены три возможные схемы базиро­вания корпуса на первой операции фрезерования плоскости основания лапок. Две из них мы уже рассматри­вали, но с позиции обеспечения равномерности толщины лапки S. Оценим их теперь с точки зрения влияния на неравностенность бобышки Δ М. При фрезеровании по схеме на рис. 6.23,б размер Н₂ формируется как замыкающее звено размерной цепи Р, где составляющие звенья: Р₁ = Т_Ф – технологический размер фре­зерной операции, Р₂ – размер отливки. В литейной форме размер Р₂ в свою очередь получается как замыкающее звено размерной цени Ц, в которой составляющие звенья Ц₁ и Ц₂ - размеры отливки, определяемые моделью. Погрешность размера Р₂:

ωР₂ = ωЦ_Δ = ωЦ₁ + ωЦ₂

и тогда в целом по варианту:

Δ М = 2 Н_Δ = 2(ωТ_Р + ω Т_ф + ωЦ₁ + ωЦ₂). (6.28)

При фрезеровании по схеме на рис. 6.23,в размер Н₂ после фрезерования образуется как замыкающее звено размерной цепи Ф,в которой составляющие звенья: Ф ₁ = Т_Ф - технологический размер фрезерной операции, Ф₂ - размер отливки. В литейной форме размер Ф₂ в свою очередь образуется как замыкающее звено размерной цепи Ч, вкоторой составляющие звенья Ч₁ и Ч₂ -размеры отливки, определяемые моделью. Погрешность размера Ф₂ = Ч_Δ:

ωФ₂ = ωЧ_Δ = ω Ч₁+ ω Ч₂

ив целом по варианту:

Δ М = 2Н_Δ = 2(ωТ_Р + ω Т_ф + ω Ч₁+ ω Ч₂). (6.29)

При фрезеровании по схеме на рис. 6.23,г Н₂ = Т_Ф, так как выдерживается принцип совмещения баз и размер Н₂ от литейной формы не зависит. Неравностенность по варианту:

Δ М = 2Н _Δ = 2(ωТ_Р + ω Т_Ф). (6.30)

Сравнение полученных в трех вариантах неравностенностей (6.28), (6.29), (6.30) показывает, что на получаемую неравностенность минимальное ее значение будет в третьем варианте, так как в нем на получаемую неравностенность погрешности размеров отливки не влияют совсем. Наибольшая неравностенность будет при базированию по второму варианту (см. рис. 6.23,в). В первом варианте неравностенность окажется немного меньше, чем во втором, так как, хотя Ч₂ = Ц₂, но номинал Ч₁ значительно больше, чем у Ц₁ и поэтому ωЧ₁ > ωЦ₁ при одинаковом квалитете точности обоих размеров. Если приближенно оценить получаемую неравностенность численно, то в первых двух вариантах она составит несколько миллиметров, а в третьем - десятые доли миллиметра.

Итак, рассмотрев условия формирования в технологическом процессе обработки корпуса двух конструктивно важных для его прочности параметров - толщины лапки S и толщины стенки бобышки М – по каждому из них мы получили свои оптимальные схемы базирования на первой операции, представленные на рис. 6.22,в и 6.23,г. Волей - неволей технологу предстоит выбрать одну из них, т.е. "пожертвовать" точностью одного параметра в пользу другого. Ситуация еще более осложняется, если на детали окажется большее число конструктивных параметров, на которые окажет влияние выбор технологической базы на первой операции.

Таким образом, можно сформулировать следующую общую рекомендацию по выбору технологической базы на первой операции с точки зрения обеспечения требуемого расположения обработанных поверхностей относительно необработанных ("черных"):

1) На детали следует найти все конструктивные параметры, зависящие от расположения обработанных и необработанных поверхностей между собой,

2) По каждому такому параметру провести размерный анализ вариантов базирования на первой операции и их оценку с точки зрения влияния на достижимую точность.

3) Выбрать среди оптимальных по каждому параметру тот, который обеспечивает одновременное достижение требуемой точности всех параметров.

4) Если таких вариантов несколько, то следует отдать предпочтение тому, при котором обеспечивается наибольшая точность наиболее важного параметра служебного назначения детали.

Задача 2. Выбором технологических баз на первой операции обуславливается распределение припусков между обраба­тываемыми поверхностями заготовки. Эта задача не отражается, как первая, на показателях точности или параметрах служебного назначения детали, однако, имеет существенное влияние на расход материала и экономическую эффективность технологического процесса ее обработки. Неравномерность припуска приводит к увеличению его минимальной величины, что приводит к повышенному расходу материала, необходимость удаления увеличенных припусков ведет к дополнительным расходам энергии и инструмента, снижению режима обработки и, следовательно, увеличению времени обработки. Все вместе взятое заставляет внимательно относится к решению этой задачи при выборе технологической базы для первой операции.

Для иллюстрации важности решения второй задачи продолжим исследование вариантов технологического процесса обработки корпуса, приведенного на рис. 6.21. Варианты технологического процесса различаются схемой базирования на первой операции, единая база та же, что на рис. 6.22 и 6.23, т.е. плоскость основания лапок.

Проследим сначала, как выбор технологической базы на первой операции отразится на величине припуска, который придется снять с верхней плоскости разъема, фрезеруя ее при установке на единую технологическую базу. (рис. 6.24,в). Величина припуска должна быть достаточной для того, чтобы удалить с заготовки погрешно­сти предыдущей обработки. В схеме фрезерования верхней плоскости на рис. 6.24,в погрешности предыдущей обработки сформировали поле рассеяния размера заготовки К₂ и для их удаления припуск должен быть по крайней мере не меньше этого поля. Из схемы на рис. 6.24,в колебания припуска при обработке партии деталей, которые обусловят изменения глубины резания t, будет:

где - технологический размер на второй фрезерной операции.

При базировании на первой операции по схеме на рис. 6.24,а размер К₂ оказывается для этой операции технологическим, и его погрешность обусловлена достижимой точностью фрезерования на первой операции: ωК₂ = ωТ'_ф. Таким образом, припуск на второй операции будет изменяться в пределах т.е. для того, чтобы после фрезерованияверхней плоскости ни на одной детали не осталось необработанных мест (чернот) минимальный припуск должен быть больше суммы погрешностей технологических размеров первой и второй фрезерных операций:

(6.31)

При базировании на первой операции по схеме yа рис 6.24,б размер К₂ уже не является технологическим на этой операции и образуется как замыкающее звено размерной цепи З_Δ = К₂, в которой составляющие звенья: З₁= Т'_ф - технологический размер на первой операции и З₂ - размер отливки. Размер З₂ - это размер П₂ = Л_Δ (рис. 6.22,б) и его погрешность

ω З₂ = ω П₂ = ω Л_{Δ =} ω Л₁ + ω Л₂

представляет собой сумму погрешностей двух размеров отливки. С учетом этого возможные изменения припуска на второй фрезерной операции в этом случае будут и, следовательно, минимальный припуск на обработку должен быть:

(6.32)

Сравнение величин Z"_min в первом и втором вариантах базирования на первой операции (6.31) и (6.32) показывает, что потребуется существенно больший минимальный припуск во втором случае. Нетрудно представить себе, насколько вырастут затраты на вторую фрезерную операцию во втором случае: больший слой снимаемой материала – это дополнительный его расход, увеличение глубины резания – это увеличение энергозатрат на процесс резания, дополнительный расход инструмента и т.д.

На рис. 6.24,а,б приведены также размерные цепи для определения припусков на фрезерование плоскости лапок в каждом варианте базирования на первой операции:

первый вариант –

второй вариант – ,

где С₂ и Ж₂ - размеры отливки.

В принципе колебания припуска в первом варианте несколько больше за счет большей величины номинала размера С₂>>Ж₂ что, даже при одинаковом квалитете точности обусловит ωС₂ > ωЖ₂, однако, это различие не столь значительное, как у Z" на второй операции.

Применим такой же методический подход для анализа возможной неравномерности припуска при растачивании отверстия в бобышке корпуса, схема которого приведена на рис. 6.25,а. Неравномерность припуска (разность глубин резания Δt = t_max - t_min), возникающая на каждом обороте расточной скалки, равна удвоенной несоосности E_Δ расточенного отверстия (оси расточной скалки) и литого отверстия в приходящей на расточку заготовке. Эта несоосность формируется как замыкающее звено размерной цепи, в которой составляющие звенья: Е₁ = Т_Р – технологический размер на операции растачивания, Е₂ - размер от плоскости единой технологической базы до оси литого отверстия, полученный на первой операции:

Δt = 2ωЕ_Δ = ωЕ₁ + ωЕ₂ = ω Т_Р + ωЕ₂

На рис. 6.25,б,в,г,е приведены размерные цепи, описывающие формирование размера Е₂ и его погрешности на первой операции для четырех различных схем базирования корпуса.

Первый вариант (рис. 6.25,б):

ωЕ₂ = ωА_Δ = ω А₁ + ω А₂ =

= ω Т_ф + ω Г_Δ = ω Т_ф + ω Г₁ + ω Г₂ + ω Г₃. (6.33)

Второй вариант (рис. 6.25,в):

ωЕ₂= ωБ_Δ = ω Б₁ + ω Б₂ = ω Т_ф + ω Д_Δ =

= ω Т_ф + ω Д₁ + ω Д₂ + ω Д₃. (6.34)

Третий вариант (рис. 6.25,г):

ωЕ₂= ωВ_Δ = ω Т_ф + ω И_Δ (6.35)

Четвертый вариант (рис, 6.25,д):

ωЕ₂ = ωТ_ф, (6.36)

Сравнение получаемых неравномерностей (6.33), (6.34), (6.35), (6.36) показывает, что с точки зрения обеспечения равномерности и, следова­тельно, минимально необходимого припуска на обработку отверстия наихудшим будет второй вариант базирования (рис.6.25,в).

Конечно же, первая и вторая задачи решаются одновременно, и поэтому выбор технологической базы на первой операции – всегда поиск компромисса между возможными вариантами решения. В первую очередь необходимо обеспечить требуемые служебным назначением показатели точности детали и при этом постараться добиться лучших технико-экономических показателей технологического процесса ее изготовления. Поиск наиболее приемлемого компромиссного решения требует достаточно большого объема размерных, а нередко – и экономических расчетов и обоснований.

Подводя итоги, перечислим в сжатом виде технологические возможности обеспечения заданных конструктором показателей точности детали.

Итак, заданные показатели точности отдельно взятой поверхности в зависимости от уровня этой точности технолог может обеспечить по одному из трех возможных вариантов:

1. Выбрать метод получения заготовки, который уже в заготовительном технологическом процессе позволяет достичь требуемую точность поверхности.

2. Выбрать метод обработки и соответствующую технологическую систему, однократная обработка в которой обеспечивает достижение требуемой точности.

3. Разработать последовательность обработки поверхности несколькими методами обработки (план обработки поверхности), последний из которых обеспечивает требуемую точность. Для реализации этих методов обработки технолог может использовать простые технологические системы, через которые заготовка последовательно проходит, либо одну сложную ТС, в которой выбранные методы обработки реализуются на разных позициях. Примером такой сложной технологической системы может служить агрегатно-сверлильный многопозиционный станок, на позициях которого обрабатывается точное отверстие по седьмому квалитету Н7 сверлением, зенкерованием и развертыванием (см. рис. 1.3).

Заданную точность размеров взаимного расположения поверхностей на детали технолог может обеспечить, используя одну из двух принципиально разных возможностей:

1. Копировать на детали (переносить на деталь) соответствующий размер взаимного расположения рабочих кромок одного сложного инструмента, комплекта одновременно работающих простых инструментов или размера между исполнительными поверхностями сложного технологического оборудования (например, металлорежущего станка).

2. Выбирать для обработки каждой поверхности детали соответствующие технологические базы. При выборе технологической базы технолог руководствуется принципами совмещения баз и единства технологических баз. При этом достигаемая точность размера расположения поверхностей обуславливается погрешностями одного технологического размера (при соблюдении принципа совмещения баз), либо двух технологических размеров, eсли принцип совмещения баз нарушен в пользу принципа единства баз.

Реализация перечисленных технологических возможностей достижения заданных показателей точности детали приводит к ряду вопросов, без ответов на которые нельзя спроектировать и реализовать управляемый по точности технологический процесс. Условимся под управляемостью понимать, во-первых, возможность целенаправленного проектирования технологического процесса, гарантированно обеспечивающего достижение заданных показателей точности, во-вторых, создание и поддержание таких условий работы технологической системы при реализации спроектированного технологического процесса, при которых заданные показатели точности достигались бы при изготовлении требуемого количества деталей. Среди этих вопросов наиболее общие и важные следующие:

1. Каков арсенал методов получения заготовок, и каковы технологические возможности каждого из них?

2. Каков арсенал методов обработки заготовок, которым располагает технология машиностроения и каковы технологические возможности каждого из них?

3. Каков парк технологического оборудования, в котором реализуются методы обработки заготовок?

4. Каков арсенал рабочих инструментов, используемых при реализации методов обработки заготовок, правила их выбора и проектирования?

5. Как формируется технологический размер при обработке одной поверхности, от чего зависит его погрешность?

6. Какими принципиальными возможностями располагает технолог для проектирования и реализации управляющих воздействий на точность технологического процесса обработки деталей?

Ответы на эти вопросы содержатся в нескольких учебных дисциплинах, входящих в цикл технологической подготовки инженера –машиностроителя. Так, первый вопрос является предметом изучения дисциплины "Проектирование заготовок" второй вопрос рассматривается в специальном разделе "Методы обработки заготовок" дисциплины "Технология машиностроения", ответ на третий вопрос содержится в дисциплине "Металлорежущие станки", четвертый вопрос изучается в дисциплине "Проектирование инструментов".

Пятый и шестой вопросы рассматриваются в дисциплине "Основы технологии машиностроения" и составляют предмет изучения в последующих главах настоящего учебного пособия.

Контрольные вопросы:

1. Дайте характеристику детали как объекта и результата технологического процесса.

2. Каковы технологические возможности достижения требуемой точности отдельной поверхности детали?

3. Каковы технологические возможности достижения требуемой точности достижения требуемой точности размеров взаимного расположения поверхностей в конструктивной форме детали?

4. Какой размер принято называть технологическим?

5. В чем заключается принцип совмещения баз как одно из правил выбора технологической базы?

6. Возможные варианты выбора технологических баз для достижения требуемой точности размеров расположения всех поверхностей в конструктивной форме детали; Принцип единства технологических баз.

7. Состав и последовательность работ при проектировании технологического процесса изготовления детали с использованием принципа единства технологических баз.

8. Методика назначения и количественного задания технологических размеров.

9. Опишите особую роль первой операции и выбора для нее технологической базы.