6.2 Назначение технологических баз при проектировании технологических процессов

Одним из наиболее сложных и принципиальных разделов проектирования техноло­гических процессов механической обработки и сборки является назначение технологи­ческих баз и базирующих поверхностей. От правильности решения вопроса о техноло­гических базах в значительной степени зависят: фактическая точность выполнения раз­меров, заданных конструктором; правильность взаимного расположения обрабатывае­мых поверхностей; точность обработки, которую должен выдерживать рабочий при вы­полнении запроектированной технологической операции; степень сложности и конст­рукция необходимых приспособлений, режущих и мерительных инструментов; общая производительность обработки детали.

В отличие от конструктора, технолог, проектирующий технологический процесс, видит в чертеже детали не одну деталь с конфигурацией и размерами, заданными конст­руктором, а рассматривает ряд форм и размеров этой детали в процессе ее превращения из заготовки в готовую деталь.

Поэтому, начинал с первой операции обработки детали, технолог должен преду­смотреть ориентировку обрабатываемых поверхностей по отношению к технологиче­ским базам.

Начиная с первой операции обработки детали, ее обрабатываемые поверхности ориентируются по отношению к технологическим базам.

Причем, в зависимости от способа применения базирующих поверхностей при об­работке деталей они подразделяются на: опорные, настроечные и проверочные бази­рующие поверхности.

Опорными базирующими поверхностями детали называются поверхности, непо­средственно соприкасающиеся с соответствующими установочными поверхностями приспособления или станка (рис. 6.1).

Опорные технологические базы, обеспечивая необходимую точность обработки партии деталей на настроенных станках, не требуют сложной настройки станка и широ­ко применяются в крупносерийном производстве.

Настроечной базирующей поверхностью технологической базы называется по­верхность детали, по отношению к которой ориентируются обрабатываемые поверхно­сти и которая связана с этими поверхностями непосредственными размерами и образует­ся при одной установке с рассматриваемыми обрабатываемыми поверхностями (см. рис. 6.1).

Заготовка опирается поверхностью М на упор зажимного устройства токарно- револьверного станка. Эта поверхность является опорной технологической базой для обработки поверхности А в размер h. Положение поверхностей В, С, D и Е определяется при настройке станка положением поверхности А, относительно которой производится установка упоров. Поэтому поверхность А, обрабатываемая при том же установке, что и поверхности В, С, D и Е, является для них настроечной технологической базой.

Особенно выгодно использование настроечных баз при применении автоматов, многорезцовых станков, гидрокопировальных станков, станков с программным управ­лением и т. д. Значительно упрощаются расчеты, простановка размеров и настройка инструмента.

При изготовлении деталей в условиях единичного и мелкосерийного производства, а также при сборке точных соединений, довольно широкое применение находят прове­рочные базы.

Рис. 6.1. Пример использования настроечной технологической базы при обработке заготовки на токарно-револьверном станке

Проверочной базирующей поверхностью называется поверхность обрабатывае­мой детали, по которой происходит выверка положения этой детали на станке или уста­новка режущего инструмента.

Примером использования проверочной базы в условиях мелкосерийного производ­ства может служить операция расточки гнезда подшипников фундаментной рамы судо­вого дизеля (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Использование проверочной базы при расточке гнезд подшипников судового дизеля

Для обеспечения параллельности оси растачиваемых гнезд подшипников (поверх­ность А)

по отношению к плоскости фундаментной рамы с блоком цилиндров (плос­кость В) при установке рамы на расточном станке с использованием индикаторов или ватерпаса выверяют положение плоскости В, являющейся технологической проверочной базой заготовки. Правильное горизонтальное положение этой поверхности достигается за счет применения специальных клиновых прокладок при установке поверхности С. При обработке по технологическим проверочным базам точность и качество опорных поверхностей заготовки (поверхность С) не оказывает влияния на точность обработки заготовки. Этот метод не требует применения сложных приспособлений для ориенти­ровки заготовки на станке. Указанные достоинства позволяют его широко использовать в тяжелом машиностроении.

В качестве проверочных базирующих поверхностей в мелкосерийном производстве часто используются обрабатываемые поверхности детали. Например, при расточке от­верстия Л, в эксцентрично изготовленной отливке для уменьшения влияния неравномер­ности припуска на расточку и устранения возможности появления черноты в отдельных местах расточенного отверстия, токарь перед расточкой выверяет установку детали в четырех кулачковом патроне или планшайбе по внутреннему, еще необработанному от­верстию (рис. 6.3).

Вопрос о выборе технологических баз решается технологом в самом начале проек­тирования технологического процесса одновременно с вопросом о последовательности и методах обработки отдельных поверхностей детали.

При этом, естественно, назначение технологических баз начинается с выбора тех­нологической базы для первой операции.

Совокупность базирующих поверхностей, используемых для первой установки де­тали, называется черновой технологической базой.

Рис. 6.3 Использование проверочной базы обрабатываемой поверхности

При выборе черновой технологической базы руководствуются следующими поло­жениями.

1. В качестве черновой технологической базы должна выбираться поверхность или совокупность поверхностей, относительно которых при первой операции могут быть обработаны поверхности, используемые в качестве базирующих, т.е. черновая база должна всегда использоваться для обработки других технологических баз.

2. Для обеспечения точности ориентировки и надежности закрепления детали в приспособлении черновая база должна иметь достаточные размеры, возможно более высокую степень точности и наименьшую шероховатость поверхности!

3. В качестве черновой базы не следует использовать поверхности, на которых расположены в отливках прибыли, а также швы, возникшие в местах разъемов опок и пресс-форм в отливках и поковках.

4. В связи с тем, что точность и шероховатость необработанных поверхностей все­гда ниже точности и выше шероховатости обработанных поверхностей, черновая база должна использоваться при обработке детали только один раз, при выполнении первой операции. Все последующие операции и установки детали должны осуществляться на обработанных базирующих поверхностях.

5. Для того чтобы обеспечить правильность взаимного расположения системы об­работанных поверхностей детали относительно необработанных, в качестве черновой технологической базы целесообразно выбирать совокупность поверхностей, остающихся необработанными.

6. В качестве черновой базы может быть взята поверхность, с которой при обра­ботке должен быть снят минимальный припуск.

7. Черновая база должна обеспечить равномерность распределения припусков, что особенно важно при обработке ответственных деталей сложной конструкций, изготав­ливаемых из отливок и поковок.

Естественно, все эти положения - не догма. Одни могут выполняться, другие - нет, но необходимо всегда стремиться к их выполнению. Например, на рис. 6.4 приведен корпус подшипника, при обработке которого черновой технологической базой является поверхность А, остающаяся необработанной. При установке на черновую базу А произ­водится обработка (фрезерование) плоскости В, выдерживая размер а и обеспечивая па­раллельность плоскостей А и В, При дальнейшей обработке корпуса подшипника (плос­кость С в размер Ь, гнездо под подшипник М, выдерживая размер с, и т.д.) в качестве технологической базы используется плоскость 3,

На рис. 6.5, а приведена схема установки шатуна на первой операции при обработ­ке торцевых поверхностей А, 3, С и D головок, которые в дальнейшем являются техно­логическими базами при обработке отверстий в головках (рис. 6,5, б). В качестве черно­вой технологической базы на первой операции используются боковые плоскости стерж­ня шатуна К, базирование по которым осуществляется в самоцентрирующихся зажимах. Этим обеспечивается выполнение и 7-го положения - равномерность снятия припуска с торцев головок шатуна.

После выбора черновой базы производится назначение технологических баз для всех последующих операций проектируемого технологического процесса, причем обыч­но руководствуются принципами единства и постоянства баз.

Принцип единства баз заключается в том, что в качестве технологических баз сле­дует принимать поверхности, которые одновременно являются конструкторскими и из­мерительными базами детали.

Рис. 6.4 Выбор черновой базы при обработке корпуса подшипника

Рис. 6.5 Базирование шатуна при обработке

При единстве (совмещении) технологических, конструкторских и измерительных баз на операциях обеспечиваются размеры, проставленные на чертеже детали, с исполь­зованием всего поля допуска на них.

Если технологическая база не совпадает с конструкторской или измерительной ба­зой, технолог должен произвести пересчет размеров, проставляемых от технологических баз. Это приведет к ужесточению допусков на технологические размеры, а следователь­но, к повышению технологической себестоимости изделия.

Рис. 6.6 Пример несовпадения конструкторской и технологической баз

Например, при обработке паза на глубину 10H14 (рис. 6.6) удобно установить заго­товку на нижнюю поверхность А. Так как дно паза В связано размером 10^+0,36 с верхней плоскостью С, то эта плоскость является для паза конструкторской и измерительной базами. В этом случае технологическая база (поверхность А) не совпадает с конструк­торской и измерительной базами.

При работе на настроенном станке расстояние от оси фрезы до плоскости стола со­храняется неизменным, а следовательно и постоянен размер, отсутствующий на чертеже. Размер глубины паза 10^+0,36 мм не будет выдержан, так как на него влияет погрешность размера 50_-0,67 мм, полученная на предыдущей операции.

На операционном эскизе при автоматическом получении точности размеров на на­строенном станке должен быть поставлен технологический размер а. Как сам размер, так и его точность определяются из замкнутой размерной цепочки (рис. 6.6).

а = 50 -10 = 40 мм

Та = 0,32-0,62 = -0,Зи мм

Так как допуск отрицательным быть не может, то необходимо увеличить допуск на размер паза 10 или уменьшить допуск на размер 50. Но допуск на размер паза задан кон­структором и не может быть уменьшен, следовательно, необходимо уменьшать допуск на размер 50, т.е. повышать точность обработки по предыдущей операции. Ужесточаем его до 50h11_(-0,16). Тогда расчет по максимуму и минимуму позволяет получить техноло­гический размер а = . Окончательно принимаем ближайшее стандартное зна­чение этого размера а = 40h11 мм.

Сущностъ принципа постоянства баз заключается в том, что при разбивке техно­логического процесса стремятся к использованию одной и той же технологической базы, не допуская без особой необходимости смены технологических баз (не считая смены черновой базы).

Стремление осуществить обработку на одной технологической базе объясняется тем, что всякая смена технологических баз увеличивает погрешность взаимного распо­ложения поверхностей, обработанных от разных технологических баз, дополнительно внося в нес погрешность взаимною расположения самих технологических баз, от кото­рых производилась обработка поверхностей. Например, если на детали, изображенной на рис. 6.7, требуется обеспечить межосевое расстояние между малым и большим отвер­стиями с точностью ∆ = ± 0,1мм, а их обработка производилась на различных операциях от разных технологических баз, соответственно А и В (рис. 6.7, б), то фактическая вели­чина смещения осей возрастет на величину допуска на размер 100, т.е. она равна (рис. 6.7, б)

∆_max = 0,46 + 0,05 + 0,05 = 0,56 мм.

При выполнении обеих операций от одной технологической базы (рис.6.7, в)

∆_max ⁼ 0,05 + 0,05 = 0,1 мм.

Требуемый допуск будет выполнен.

Особое значение базирование имеет при окончательной чистовой обработке. При назначении баз для чистовой обработки придерживаются следующих положений.

1. Для того чтобы при обработке детали можно было использовать все поля допус­ков, установленные конструктором, и не производить пересчетов размеров, как извест­но, связанных с необходимостью ужесточения конструкторских допусков, необходимо стремиться использовать основные базы.

2. Применение вспомогательных баз может быть допущено только для обработки поверхностей, имеющих большие допуски.

3. При построении технологического процесса по принципу концентрации опера­ций, целесообразно использовать настроечные технологические базы.

4. При построении технологического процесса по принципу дифференциации опе­раций, удобнее всего применять опорные технологические базы.

Для того чтобы на операционных эскизах не вычерчивать конструктивные бази­рующие и крепежные элементы приспособлений, в технологии машиностроения приня­ты следующие их обозначения (табл. 6.1).

Рис. 6.7 Применение принципа постоянства баз

Таблица 6.1 Условное обозначение опор, зажимов, установочных устройств по ГОСТ 3.1107-81

Продолжение табл. 6.1

На рис. 6.8 приведены примеры замены конструктивных элементов приспособле­ний на условные обозначения.

Рис. 6.8. Конструктивное и условное обозначение базирования и закрепления заготовок;

а - центра и поводковый патрон;

6 - трехкулачковый патрон; в - оправка; г – призма