2.11 Способы установки заготовок. Правило шести точек

Установка заготовок на станке может быть осуществлена различными способами:

• непосредственно на столе станка;

• на столе станка по разметке;

• в специальном приспособлении.

В специальных приспособлениях предусматриваются установочные поверхности для базирования заготовок.

Как известно из механики, твердое тело в пространстве имеет шесть степеней свободы: три возможных перемещения вдоль трех взаимно перпендикулярных осей координат и три возможных вращательных движения относительно тех же осей (рисунок 2.6) .

Лишить заготовку каждой из шести степеней свободы можно, прижав заготовку к соответственно расположенной неподвижной точке приспособления, называемой одноточечной опорой. Каждая неподвижная одноточечная опора лишает заготовку одной степени свободы, т.е. возможности перемещения тела по направлению нормали к поверхности тела в точке опоры. Для того чтобы лишить заготовку всех шести степеней свободы, она должна базироваться Правило шести точек заключается в том, что каждое тело должно базироваться на шести неподвижных точках, при этом тело лишается всех шести степеней свободы. Эти шесть точек должны быть расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях: три опорные точки 1, 2, 3 в плоскости XOZ, две точки 4, 5 в плоскости YOZ и одна точка 6 в плоскости XOY.

Рисунок 2.6 – Степени свободы твердого тела в пространстве

Три координаты (1, 2, 3) определяют положение заготовки относительно плоскости XOZ, что:

• лишает заготовку возможности перемещаться в направлении оси Y;

• лишает заготовку возможности вращаться вокруг осей X и Z.

Таким образом, три координаты 1, 2, 3 лишают заготовку трех степеней свободы.

Две координаты 4, 5 определяют положение заготовки относительно плоскости YOZ:

• лишают заготовку возможности перемещаться в направлении оси X;

• лишают заготовку возможности перемещаться в направлении оси Y.

Следовательно, две координаты 4, 5 лишают заготовку еще двух степеней свободы.

Одна координата 6 определяет положение заготовки относительно плоскости XOY, лишая заготовку возможности перемещаться в направлении оси Z, т.е. одна координата 6 лишает заготовку еще одной, последней степени свободы.

Следовательно, для определения положения заготовки в пространстве необходимо и достаточно иметь шесть опорных точек:

1,2,3 - определяют опорную плоскость;

4,5 - определяют направляющую плоскость;

6 - определяет упорную плоскость.

2.12 Погрешность установки

Погрешность установки Е_у есть отклонение фактически достигнутого положения при установке в специальное приспособление от требуемого. Погрешность установки возникает вследствие несовмещения измерительных и технологических баз, неоднородного качества поверхностей заготовок, неточности изготовления и износа опорных элементов приспособлений, нестабильности сил закрепления.

В общем виде погрешность установки определяется как векторная сумма

Ē_у = Ē_б + Ē_з + Ē_пр, (2.12)

где Ē_б - погрешность базирования;

Ē_з - погрешность закрепления;

Ē_пр - погрешность приспособления.

Погрешность базирования Ē_б – разность между предельными положениями, которое занимает измерительная база относительно настроенного на размер инструмента. Она возникает при несовмещении измерительной и технологической (установочной) баз заготовок.

Погрешность закрепления Ē_з - это разность между наибольшей и наименьшими величинами проекций смещения измерительной базы в направлении выполняемого размера в результате приложения к заготовке силы закрепления. В основном возникают в связи с изменением контактных перемещений в стыке «заготовка - опора приспособления». Деформациями жестких заготовок и корпуса приспособления под действием сил закрепления обычно пренебрегают.

Погрешность приспособления Ē_пр возникает в результате погрешностей изготовления приспособления, погрешности установки и фиксации приспособления на столе станка и износа установочных элементов приспособления. Погрешность изготовления приспособления зависит в основном от точности изготовления.

Разберем на примере обработки способом автоматического получения размеров определение первого слагаемого - погрешности базирования. Обрабатываемые заготовки при этом способе, при установке их в приспособление автоматически занимают вполне определенное положение относительно установленного на размер инструмента и хода инструмента, не требуя никакой проверки.

Требуется провести фрезерование нижеприведенной детали (рисунок 2.7) с базированием по плоским поверхностям. На схеме показана установка заготовки для фрезерования в ней уступа. Фреза установлена на размер А - const относительно направляющих элементов 4, 5 и на размер C - const относительно опорных элементов 1, 2, 3.

Рисунок 2.7 – определение погрешности базирования

В партии заготовок размеры В и Н колеблются в пределах установленных допусков от В_min до В_max и от Н_min до Н_max. Из геометрических связей видно, что независимо от колебания размера В, имеем а = А = const, в этом случае имеем совмещение установочной и измерительной базы.

Следовательно, на разброс размера «а» в партии деталей скажутся только явления, имеющие место в процессе обработки (как то: отжатия, вызванные нежесткостью технологической системы, износ инструмента и др.), т.к. установка заготовки обеспечивает в данном случае постоянство размера «а».

Другая картина получается для глубины уступа, т.е. размера h малое. В этом случае погрешность обработки получается в результате упругих отжатий инструмента его размерного износа и других факторов и плюс увеличение вследствие изменения положения измерительной базы.

Предельные размеры смещения измерительной базы относительно установленного на размер инструмента определяется из геометрической связи

h₁ = H_max – C; h₁ = H_min – C . (2.13)

Таким образом,

h₁ – h₂ = H_max - H_min , E_б = IT_н, (2.14)

где

Е_б - погрешность базирования, т.е. разность между предельными расстояниями измерительной базы относительно установленного на размер инструмента равна допуску (IT) на размер, который связывает измерительную и установочную базы.

Таким образом, суммарная погрешность по выдерживаемому размеру слагается из погрешности обработки и погрешности базирования, т.е.

h = _h + IT_н . (2.15)

В случае, если обработку данной детали вести способом индивидуального получения размеров, производят выверку детали относительно станка и хода инструмента, т.е. установка боковой стороны детали производится параллельно направлению движения подачи, а затем фрезеруют путем пробных стружек с расчетом получения размера h, т.е. в данном случае погрешности базирования не будет.

Вывод. При совмещении установочной и измерительной баз погрешность базирования не имеет места: Е_б = 0. Поэтому во всех случаях, когда возможно, стремятся при выборе баз обрабатываемых заготовок к совмещению установочной и измерительной баз, т.е. выбирают в качестве установочной базы поверхности, от которых задается выдерживаемый размер. В этом и заключается принцип совмещения баз.