Шишкин Основы проектирования станочных приспособлений 2010
.pdf
Если диск с отверстием устанавливается на разжимной установочный элемент, то погрешность базирования на размер А становится равной нулю, так как ось отверстия – измерительная база размера А, совпадает с осью пальца.
Для размера В кроме зазора на погрешность базирования окажет влияние допуск наружного диаметра диска, причем только его половина, так как верхняя часть диска удаляется при обработке. Кроме этого, внутренняя поверхность отверстия диска и его наружная поверхность могут быть обработаны со смещением осей (рис. 3.13). Обработка без смещения возможна при обработке этих поверхностей с одной установки.
Рис. 3.13. Проявление эксцентриситета в погрешности базирования
Тогда
бВ = max + |
ТД |
+ 2e , |
(3.5) |
|
2 |
|
|
где ТД – допуск наружного диаметра заготовки; е – эксцентриситет или расстояние между осями отверстия и наружной цилиндрической поверхности.
Два эксцентриситета образуются, если заготовку повернуть на половину оборота.
В общем виде
бВ = d0max −dпmin + |
ТД |
+2е. |
(3.6) |
|
2 |
|
|
Если же палец или оправка разжимные зазор ∆ становится равным нулю, и, следовательно погрешность базирования по размеру А равна нулю. Для размера В погрешность базирования равна
бВ = |
ТД |
+ 2е. |
(3.7) |
|
2 |
|
|
151
Базирование заготовки по наружной цилиндрической поверхности в призме или призмах представлено на рис. 3.14.
Рис. 3.14. Выполняемые размеры при фрезеровании лыски
Погрешность базирования определяется решением геометрических задач для каждого выполняемого размера. Так, например, если угол призмы составляет 90°, то
бА ≈1,21 ТД , |
(3.8) |
|
1 |
|
|
бА |
≈ 0,7 ТД , |
(3.9) |
2 |
|
|
бА |
≈ 0,2 ТД . |
(3.10) |
В |
|
|
На рис. 3.15 рассмотрен пример решения геометрической задачи для размера А2.
Рис. 3.15. Расчетная схема погрешности базирования для размера А2
Погрешность базирования для размера А2 можно свести до нуля, если призму развернуть на 90° или применить две подвижные призмы с общим зажимным винтом с правой и левой резьбой (возможно применение рычажной системы) (рис. 3.16), что более
152
сложно. Но на фрезерно-центровальных станках для валов применяется именно такая схема.
Рис. 3.16. Схема уменьшения погрешности базирования для обработки в призме или призмах
Проявление погрешности базирования заготовки, установленной на два пальца, носит аналогичный характер, как и при базировании на один палец. Только появляется дополнительные виды погрешностей: угловая погрешность и отклонение от симметричности(рис. 3.17).
Рис. 3.17. Погрешности базирования при установке заготовки на два пальца
Аналогичным образом формируется погрешность базирования заготовки в двух призмах. На рис. 3.18 показана угловая погрешность базирования заготовки в призмах.
Более общие расчетные формулы для расчета погрешности базирования в призме, при установке заготовки на установочные пальцы и в центрах приведены в прил. 2.
153
Рис. 3.18. Угловая погрешность базирования заготовки в призмах
3.4.2. Погрешность закрепления
Погрешность закрепления – это разность между наибольшей и наименьшей проекциями смещения измерительной базы на направление выполняемого размера при приложении к заготовке силы закрепления:
з = ( ymax − ymin ) cosα, |
(3.11) |
где уmax и уmin – максимальное и минимальное смещения проекции измерительной базы на направление выполняемого размера; α – угол между направлением смещения измерительной базы и направлением измерительной базы.
На рис. 3.19 показано смещение измерительной базы под действием силы закрепления Q.
Рис. 3.19. Схема формирования погрешности закрепления.
154
Источниками смещения заготовки, в первую очередь, являются контакты заготовки с опорами (рис. 3.19, б). Дополнительно происходит смещение в контактах опоры с промежуточной втулкой, если она есть, в контактах втулки и корпуса. Тогда погрешность закрепления размеров А и В ≠ 0, а погрешность закрепления размера Е ∆зЕ равна нулю, так как угол α между направлением смещения измерительной базы и направлением размера Е составляет 90° и, следова-
тельно, cos 90° = 0.
Зависимость контактных деформаций для стыков заготовка – приспособления выражается нелинейным законом [11]:
y = C Qn , |
(3.12) |
где Q – сила, приходящаяся на опору (n < 1); С – коэффициент, характеризующий вид контакта, материал, шероховатость поверхности и верхний слой заготовки.
Для типовых случаев С и n находят экспериментально. Аналитическое решение контактной задачи затруднительно, так как на поверхностях заготовки имеются микро- и макронеровности, при соприкосновении которых с установочными элементами возникают неправильные и случайно расположенные места контакта. Наличие на этих поверхностях литейной корки или обезуглероженного слоя (у поковок), механические свойства которых отличны от глубинных слоев металла, создает особые условия возникновения контактных деформаций. Величина их обычно меньше глубины поверхностного слоя.
При обработке партии заготовок сила Q колеблется от Qmax до
Qmin, а коэффициент С – от Сmax до Сmin. На рис. 3.20 показан график с двумя предельными кривыми у. При Qmax и Qmin:
y = y |
max |
− y |
min |
= C |
max |
Qn |
−C |
min |
Qn |
, |
(3.13) |
1 |
|
|
max |
|
min |
|
|
что характеризует поле рассеяния перемещений заготовки в результате ее деформации при контакте с опорами приспособления. При распределении величин Q и С по нормальному закону (подтверждается экспериментально) распределение величины у1 отклоняется от этого закона незначительно.
155
Рис. 3.20. График для определения погрешности закрепления
На рис. 3.20 показано также поле рассеяния положения заготовки у2 в результате упругих деформаций элементов приспособления, через которые передается сила зажима:
y2 |
= |
Qmax −Qmin |
, |
(3.14) |
|
||||
|
|
J |
|
|
где J – жесткость системы этих элементов.
Поскольку у1 и у2 представляют собой поля рассеяния случайных дисциплин, то, принимая распределение в обоих по нормальному закону, получим их сумму:
|
|
|
|
|
|
|
|
Cn |
|
|
|
|
|
Cn |
|
)2 + |
(Q |
−Q |
)2 |
|
|
|||
|
|
з |
= |
(C |
max |
|
−C |
min |
|
|
max |
min |
|
|
cosα. |
(3.15) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
min |
|
|
|
J 2 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обычно у1 > у2. В этом случае |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
з |
≈ |
0,96(C |
max |
Qn |
−C |
min |
Qn |
|
) |
+0,4 |
Qmax −Qmin |
cosα . |
(3.16) |
|||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
min |
|
|
|
|
J |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При у1 ≥ 4у2 (наличие жесткого по конструкции приспособления)
з |
≈ (C |
max |
Qn |
−C |
min |
Qn |
)cosα. |
(3.17) |
|
max |
|
min |
|
|
156
Из приведенных зависимостей следует, что ∆з = 0 при постоянной силе закрепления заготовок (Q = const) и одинаковом качестве их базовых поверхностей (С = const), а также при смещении заготовок перпендикулярно к выдерживаемому размеру (α = 90°).
Величину ∆з уменьшают, стабилизируя силу закрепления (применение пневматических и гидравлических зажимов вместо ручных), повышая жесткость стыка опоры приспособления (базовая поверхность заготовки), улучшая качество базовых поверхностей, а также увеличивая жесткость приспособления в направлении передачи силы закрепления. Погрешность закрепления, как и погрешность базировании, не влияет на точность диаметров и размеров, связывающих обрабатываемые при данном установе поверхности, а также на точность формы обрабатываемых поверхностей.
Конкретные значения коэффициентов С и n приведены в прил. 3.
3.4.3. Погрешность положения заготовки в приспособлении
Погрешность положения заготовки ∆п, краткая форма погрешность приспособления, определяется погрешностями при изготовлении и сборке его установочных элементов ∆ус, износом последних ∆и и ошибками установки приспособления на станке ∆с.
Составляющая ∆ус характеризует неточность положения установочных элементов приспособления. При использовании одного приспособления – это систематическая постоянная погрешность, которую частично или полностью устраняют настройкой станка. При использовании нескольких одинаковых приспособлений (при- способлений-дублеров, приспособлений-спутников) эта величина не компенсируется настройкой станка и полностью входит в состав ∆п. Технологические возможности изготовления приспособления обеспечивают ∆ус в пределах 0-15 мкм, а для прецизионных приспособлений – 0-10 мкм:
п = 2ус + и2 + с2 . |
(3.18) |
Формирование погрешности изготовления установочных элементов поясняет рис. 3.21. Рассмотрен пример установки заготовки на три постоянные опоры (установочная база). Линейные размеры опоры не требуют обеспечения жесткого допуска [35].
157
Рис. 3.21. Формирование погрешности изготовления и сборки установочных элементов
Погрешность, вызванная износом установочных элементов, показана на рис. 3.22 на примере цилиндрических постоянных опор и призм.
Рис. 3.22. Износ установочных элементов
Предельные значения износа не регламентированы [36], но дают возможность расчета длительности их эксплуатации для обеспечения требуемой погрешности обработки.
Погрешность установки приспособления на станок ∆с можно пояснить на примере установки машинных тисов на стол фрезерного станка (рис. 3.23).
158
Рис. 3.23. Формирование погрешности установки приспособления на стол станка
Погрешность установки приспособления на другие рабочие поверхности станковнеобходиморассматриватьаналогичным образом.
3.4.4. Рекомендации по уменьшению составляющих погрешности установки заготовок в станочных приспособлениях
Погрешность базирования ∆б можно уменьшить, в первую очередь, за счет совмещения технологической и измерительной баз, что дает возможность свести ∆б до нуля. Необходимо выбирать рациональные размеры и расположение установочных элементов в приспособлении (чем больше расстояние между цилиндрическими установочными пальцами, тем меньше погрешность базирования по плоскости и двум внутренним цилиндрическимповерхностям отверстии).
Необходимо за счет посадок (в разумных пределах) уменьшать зазоры при посадке на установочные пальцы.
Уменьшение погрешности закрепления можно достигнуть за счет стабилизации силы закрепления Q. Это возможно при использовании механизированных приводов зажимных устройств. Другим резервом уменьшения ∆з является повышение жесткости стыка заготовка – установочные элементы приспособления.
Еще одним резервом уменьшения погрешности закрепления ∆з является улучшение базовых поверхностей заготовки.
159
Снижение погрешности приспособления можно достичь, если, например, обработать постоянные опоры в сборе на плоскошлифовальных станках (рис. 3.24).
Рис. 3.24. Формирование погрешности приспособления ∆
Или выверкой приспособления относительно станины станка. Выверка машинных тисов на столе фрезерного станка показана на рис. 3.25.
Рис. 3.25. Выверка машинных тисов на столе фрезерного станка
Уменьшение износа установочных элементов можно достичь за счет хромирования рабочих поверхностей, что дает повышение износостойкости в 2-3 раза.
Если использовать твердый сплав для изготовления установочных элементов, то можно повысить износостойкость в 7-10 раз. Но данной рекомендации следует придерживаться в разумных пределах, так как стоимость деталей из твердого сплава выше, а обрабатывать его сложнее.
Таким образом, такой вариант следует рекомендовать только для установочных элементов малых размеров.
При применении приспособлений-спутников рекомендуется придерживаться ниже перечисленных рекомендаций.
160