10.2. Принципы базирования заготовок

Для снижения погрешностей базирования и уменьшения времени на установку и выверку заготовки, настройки инструментов рекомендуется использовать принципы совмещения и постоянства баз.

Принцип совмещения баз состоит в том, что при назначении технологических баз для точной обработки заго­товки в качестве технологических баз следует принимать поверх­ности, которые одновременно являются конструкторскими и изме­рительными базами детали, а также используются в качестве баз при сборке изделий. Если технологическая база не совпадает с конструкторской или измерительной базой, технолог вынужден производить замену раз­меров, проставленных в рабочих чертежах от конструкторских и измерительных баз более удобными для обработки технологиче­скими размерами, проставленными непосредственно от технологи­ческих баз. При этом происходит удлинение соответствующих раз­мерных цепей заготовки и поля допусков на исходные размеры, проставленные от конструкторских баз, распределяются между вновь введенными промежуточными размерами, связывающими тех­нологические базы с конструкторскими базами и с обрабатываемыми поверхностями. В конечном счете, это приводит к ужесточению допусков на размеры, выдерживаемые при обработке заготовок, к удорожанию процесса обработки и понижению его производитель­ности.

Принцип постоянства заключается в том, что при разработке технологического процесса необходимо стремиться к использованию одной и той же технологической базы на всех операциях, или возможно большем количестве операций. Стремление осуществить обработку на одном комплекте технологических баз объ­ясняется тем, что всякая смена технологических баз увеличивает погрешность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей, от которых производилась обработка поверхностей; при этом требуется дополнительное время на установку, выверку заготовки и настройки инструмента. Наиболее целесообразно при использовании принципа постоянства баз применять настроечные технологические базы при проектировании технологического процесса с концентрацией операций, когда обработка заготовки осуществляется за небольшое число сложных по своему содержанию операций с применением комбинированного и многолезвийного инструмента на копировальных и ЧПУ станках.

10.3. Выбор технологических баз и способов

закрепления заготовок

От выбора технологических баз в значительной мере зависят погрешности размеров и взаимного расположения обрабаты­ваемых поверхностей; сложность приспособлений, режущих и мерительных инструментов; производительность обработки. При использовании станков с ЧПУ значение правильного выбора технологических баз еще более возрастает, так как здесь обработка основывается на принципе автоматического достижения размеров настроенным инструментом.

В связи с этим выбор технологических баз осуществляется в начале проектирования технологического про­цесса для черновых, чистовых и финишных операций, одновременно с определением видов и последовательности обра­ботки поверхностей заготовки (возможно с повторными уточнениями).

Общие требования. Схема базирования и закрепления, их практическая реализация, должны обеспечивать определенное положение заготовки относительно координатной системы станка и режущих инструментов, надежность ее закрепления и неизменность базирования в течение процес­са обработки. Базовые поверхности заготовки должны обеспечивать использование простых и надежных приспособлений; удобство установки и закрепления, открепления и снятия заготовки; возможность при­ложения в нужных местах сил зажима и подвода режущих инст­рументов. Если деталь не удовлетворяет этим требованиям, необходимо предусмотреть в конструкции детали дополнительные поверхности (в виде платиков, отверстий и др.), которые образуют искусственные или дополнительные технологические базы.

При выборе баз следует учитывать основные принципы бази­рования: принципы совмещения и постоянства баз. В общем случае полный цикл обработки детали от чер­новой до отделочной операции может производится при последовательной смене комплектов баз. Однако с целью уменьшения погрешностей и увеличения производительности обработки деталей нужно стре­миться к уменьшению переустановок заготовки.

Черновые технологические базы, используемых при первом установе черновой обработки, выбираются исходя из следующих соображений. Черновые технологические базы (как и другие базы) могут быть контактными или проверочными. В качестве черновой технологической базы следует выбирать поверхности, относительно которых можно обработать поверхности чистовых баз). При обработке заготовок, полученных литьем и штамповкой, необработанные поверх­ности следует использовать в качестве баз только на первой опе­рации. При дальнейшей обработке их использование без обновления не допускается. В качестве технологических баз следует принимать поверх­ности, относительно которых в дальнейшем можно обработать наибольшее количество поверхностей, обладающих достаточной жесткостью, имеющие более высокую точность и малую шероховатость. Они не должны иметь литейных прибылей, литников, линий разъема, окалины и других дефектов. Для установочных баз применяются наибольшие по площади поверхности, для направляющих баз – наиболее протяженные, для упорных – наиболее жесткие поверхности малой площади. Все это способствует увеличению точности базирования и закрепления за­готовки в приспособлении.

У деталей, не подвергающихся полной o6pа6oтке, технологическими базами для первой операции рекомендуется принимать те поверхности, которые вообще не обрабатываются. Это обеспечит наименьшее смещение обработанных поверхностей относительно необработанных. Если у деталей обрабатываются все поверхности, в качест­ве технологических баз для первой операции целесообразно при­нимать поверхности с наименьшими припусками. В результате этого при дальнейшей обработке исключается возможность появления необработанных участков на этих поверхностях.

В связи с тем, что точность необработанных поверхностей, при­меняемых в качестве черновых баз, всегда ниже точности обработан­ных поверхностей, а шероховатость - выше шероховатости обрабо­танных поверхностей, черновая база должна использоваться при выполнении первой черновой операции. Все последующие операции и установы заготовки необ­ходимо осуществлять на повторно обработанных базовых поверхностях. Например, базовые центровые отверстия после чернового точения и термообработки, необходимо повторно обработать перед чистовым точением. Исключением могут быть случаи обработки особо точных заготовок, полученных литьем под давлением, точным прессованием, калибро­ванием, когда черновая или термическая обработка отсутствует; или случаи обработки заготовок, установленных на при­способлениях-спутниках.

При фрезерования торцовых поверхностей головок главного шатуна авиационного двигателя, которые в последующем используются в качестве установочных баз при расточке отверстий в головках шатуна, для равномерного снятия припуска, в качестве черновых баз используют боковые плоскости стержня шатуна с базированием в двух сторонних само центрирующих призматических зажимах. Обработанные с помощью черновых баз отверстия и торцы головок шатуна, используются при финишных операциях.

Если к одной из поверхностей детали предъявляются высокие требования к износостойкости, минимального и равномерного снятия припуск, то эта поверхность используется в качестве черновой базы при первой операции обработки. Например, для обеспечения снятия минимального припуска с направляющих станин станков, в целях сохра­нения высокой и равномерной их износостойкости (микротвердость и износостойкость уменьшается в глубь металла) при первой операции обработки отливки в качестве черновой базы применяется поверхность напра­вляющих.

В мелкосерийном производстве равномерное распределение при­пуска при обработке отливок и поковок часто обеспечивается за счет разметки заготовок (искусственные базы) и выверкой их положения на станке при первой операции обработки.

В серийном производстве рас­пространено применение базирования по установочным штырям, вставленным в отлитые или обработанные отверстия заготовки. После бази­рования по ним заготовки и закрепления ее в приспособлениях установочные штыри вынимают и производят чистовую обработку заготовки и в том числе отверстий. Такой метод обеспечивает равномерность распределения припуска на обработку отверстий (что особенно важно при обработке на алмазно-расточных станках), а также правильное расположение обработанных поверхностей относительно осей базирующего отвер­стия (условные базы). Это обеспечивает равномерное снятие припуска, сокращает затраты времени на установку и делает этот метод базирования экономически целесообразным.

Чистовые технологические базы, используемых при чистовой обработке, выбираются исходя из следующих соображений. При чистовой обработке особенно важным является соблю­дение принципа совмещения баз, так как в этом случае образующиеся при обработке погрешности минимальны. При совмещении конструкторских и тех­нологических баз (в том числе и измерительных баз) погрешности базирования рав­ны нулю. Наименьшие погрешности обработки достигаются при использования на всех или большинстве операциях механической обработки одних и тех же комп­лектов баз, т. е. при соблюдении принципа их единства. Базы для окончательной обработки должны иметь высокую точность размеров и геометрической формы, а также малую шеро­ховатость поверхности. Они должны иметь достаточную жесткость и не деформироваться под действием сил резания и зажима заготовки.

Базирование заготовок в приспособлении. Ранее указывалось, что процесс базирования состоит из ориентации заготовки в координатной системе станка или в приспособлении и надежном закреплении с целью обработки заготовки. Для обработки заготовки с минимальными погрешностями базирования необхо­димо обеспечить ее правильное расположение по отношению к уст­ройствам станка, определяющим траектории движения об­рабатывающего инструмента; постоянство контакта базовых поверхностей с опорами и неподвижность заготовки относи­тельно приспособления в процессе ее обработки. При практической реализации базирования конструкция оснастки должна обеспечивать ориентацию и закрепление заготовки в точном соответствии с положением теоретически связей.

Базировании шатуна в призмах. При базировании шатуна в двух подвиж­ных призмах, перемещающихся навстречу друг другу (т. е. самоцентрирующих шатун по длине), заготовка лишается трех степеней свободы (обеспечивается «направление» шатуна, так как устраняется возможность бокового перемещения каждой из его го­ловок и определяется его положение в направлении его оси).

При неподвижном положении центра в осевом направлении, когда он не только центрирует заготовку, но и служит для нее упором (обычная работа переднего центра станка), заготовка лишается трех степеней свободы. Когда центр “плавает” вдоль оси или перемещается вместе с пинолю закрепления заготовки (работа заднего центра), заготовка лишается двух степеней свободы (центр только центрирует заготовку).

При закреплении цилиндрической заготовки в патронах и на разжимных оправках по длинной цилиндриче­ской поверхности (двойная направляющая база), независимо от числа кулачков и вида зажимного устройства, заготовка лишается четырех степеней свободы.

При закреплении цилиндрической заготовки в патронах и на разжимных оправках по короткой цилиндрической поверхности патроны и оправки только центрируют заготовку в плоскости приложения кулачков и лишают ее двух степеней свободы. Направление оси заготовки при не определяется.

Если при закреплении в патронах и оправках предусматривается упор заготовки по торцу, определяющий ее положение в осевом направлении (упорная база), то заго­товка лишается еще одной, т. е. пятой степени свободы, однако в этом случае на опе­рационном эскизе кроме обозначения патрона или оправки следует дополнительно показать опору по торцу заготовки.

При базировании заготовки по длинному цилиндрическому гладкому, резьбовому или шлицевому отверстию на соответствующей оправке с упором по торцу заготовка лишается пяти степеней свободы (четыре - по двойной направляющей базе - ци­линдрической поверхности отверстия и одна по упорной базе - торцу базируемой заготовки).

При базировании коротких дисков цилиндрическая оправка также лишает заготовку пяти степеней свободы, однако по цилиндрической поверхности в этом случае осу­ществляется только центрирование заготовки с лишением ее двух степеней свободы. Направление оси диска обеспечивается его базированием по большой торцовой пло­скости (установочная база, лишающая заготовку трех степеней свободы).

При установке заготовки цилиндрическим отверстием на конической без зазорной оправке трения или конической роликовой оправке заготовка лишается пяти степеней свободы (длинный конус - упорно-направляющая база). Однако следует учитывать, что положение заготовки в осевом направлении в этом случае изменяется в широких пределах, потому что погрешность базирования в этом направлении очень сильно зависит от колебаний диаметра базового конусного отверстия в пределах его допуска, так как конусность оправки трения весьма мала.

Закрепление (зажим) заготовки основывается на использовании силовых и фрикционных связей, реализуемых в зажимных устройствах с применением механических, гидравлических, и других источников силы.

При черновой обработке валов (особенно - крупногабаритных) его левый торец базируется в кулачковом патроне, а правый во вращающемся центре. При чистовом точении валов их базирование осуществляется в центрах с использованием поводка; при точении длинномерных валов помимо центров и поводка, используются неподвижные и подвижные люнеты.

Базирование сплошных валов осуществляется по поверхностям опорных шеек и центровых отверстий, а полых валов и шпинделей – помимо базирования по указанным поверхностям - по центральному отверстию в рифленых центрах, по конусным пробкам с центровыми отверстиями.

При чистовом и тонком точении валов в целях снижения погрешности базирования по длине вала слева используют плавающий центр - с упором торца вала в упорную втулку, или в торец кулачков.

При фрезеровании шпоночных пазов и сверлении в не центровых отверстий на валах используется их базирование осуществляется по поверхностям опорных шеек в призмах. Для базирования длинных цилиндрических заготовок используются призмы, создающие четыре опорные точки для двойной направляющей базы.

Для углового базирования цилиндрических заготовок используются упоры по лыскам и пазам, впадинам или выступам зуба, образующие ­упорные базы. Измерительными базами при контроле валов являются центровые отверстия и окончательно обработанные шейки.

Базирование деталей типа дисков осуществляется в трех кулачковом самоцентрирующемся патроне с упором в торец. Основными базами фланцев являются посадочный диаметр и упорные торцы. На относительно большой по размерам торцовой поверхности создают трех опорных точки. Это обеспечивает пять идеальных односторонних силовых связей на этапе ориентации и шесть двух сторонних силовых связей при закреплении заготовки.

Базирование зубчатых колес (шестерен) типа дисков осуществляется на предварительно обработанный базовый торец и посадочное отверстие посредством разжимной штанги.

Базирование конических заготовок. При базировании длинной конической поверхности с относительно небольшой конусностью (отверстия шпинделей станков, конусные хвостовики режущих инструментов, конические оправки «трения») коническая поверхность лишает де­таль пяти степеней свободы: перемещения вдоль всех трех осей ко­ординат и поворотов вокруг двух осей системы координат), оставляя ей только одну степень свободы - возможность поворотов вокруг собственной оси, которая может рассматриваться как третья ось системы координат. В этом случае коническая по­верхность совмещает в себе функции двойной направляющей и опор­ной поверхности цилиндрической детали и может быть названа опорно-направляющей базой.

При базировании короткой конической поверх­ности с относительно большим углом конуса условия базирование осуществляется по торцевой поверхности и большему диаметру конусной поверхности. Для базировании заготовки в угловом положении необходимо создать упорную базу и лишить заготовку еще одной (шестой) степени свободы, закрепив ее, например, по шпоночному пазу или лыске), вводя ее в контакт с шестой опорной точкой и лишая заготовку шестой степени свободы.

Обозначение баз в технологической документации и нормативные значения погрешностей базирования различных типов деталей представлены в [41] и др.