ТОМ / TKM-6 / Параграф 7

Параграф 7. Основные понятия технологических баз. Точность изготовления деталей.

Конструктор, в процессе конструирования прибора и его частей (сборочных единиц) мысленно выбирает систему координат, относительно которой придает однозначное положение деталям, сборочным единицам и другим комплектующим изделиям. Поэтому в практике необходимо пользоваться такими понятиями как «база» и «базирование».

Базы и базирование.

Базированием называется придание заготовке требуемого положения относительно выбранной системы координат.

Базой называется поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось или точка, принадлежащие изделию или заготовке, и используемые для базирования.

Технолог при проектировании технологических процессов сборки изделий, сборочных единиц и обработки заготовок в целях обеспечения точности изготовления, обязан, как правило, использовать ту же систему координат как и конструктор, или другую, с координатными плоскостями параллельными ей. Это относится и непосредственно к обработке заготовок деталей, контролю и измерению ответственных размеров деталей и сборке изделий. Таким образом, любое изделие можно рассматривать как какое-либо твердое тело, расположенное в пространстве, причем относительное положение его определяется заданными координатами.

Различают базы проектные, выбранные при проектировании, и базы действительные, используемые фактически. Любое твердое тело, как известно, может быть однозначно ориентировано в системе координат с тремя координатами. Совокупность трех баз, образующих систему координат изделия или заготовки называют комплектом баз.

Приложение сил или пар сил к заготовке или изделию для обеспечения постоянства их положения достигнутого при базировании называется закреплением. Закрепление нельзя путать с базированием. Оно не является даже частью базирования, а является последующим действием. Процесс базирования и закрепления заготовки или изделия называется установкой.

Погрешностью базирования называется отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого расчетного положения. Погрешности базирования при выборе конкретных баз могут быть в процессе обработки деталей весьма значительными и приводить к большим отклонениям от заданных точных размеров.

Погрешностью установки называется отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при установке от требуемого положения. Таким образом, погрешность установки включает в себя как погрешность базирования, так и погрешность закрепления.

Теория базирования является общей для всех стадий создания изделий - конструирования, изготовления, измерения, а также при рассмотрении изделия в сборе. Отсюда вытекает необходимость разделения баз по назначению на три вида: конструкторские, технологические и измерительные.

Конструкторская база - база используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии. При проектировании новых деталей изделий конструктор все многообразие их поверхностей может подразделить на четыре вида:

1. Поверхности линии или точки, при помощи которых определяется положение данной детали или сборочной единицы в изделии. Эти поверхности, линии или точки являются конструкторскими базами. Такие конструкторские базы называются основными.

2. Поверхности линии или точки детали или сборочной единицы, при помощи которых определяется положение присоединяемых деталей относительно данной. Это тоже конструкторские базы, но такие базы называются вспомогательными.

3. Поверхности, при помощи которых деталь выполняет свое служебное назначение. Например - зажимные поверхности кулачков патрона, контактирующие поверхности измерительных приборов, поверхности с нанесенными шкалами и т.п. Такие поверхности носят название исполнительных поверхностей.

4. Свободные поверхности – это поверхности не соприкасающиеся с поверхностями других деталей и не несущие функций свойственных исполнительным поверхностям.

Технологической базой называется база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта.

Измерительной базой называется база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения. Или иначе - поверхность, линия или точка, от которой ведется отсчет размеров.

По лишаемым степеням свободы различают следующие базы: установочная, направляющая, опорная, двойная направляющая и двойная опорная. Установочной базой называется база, лишающая заготовку или изделие трех степеней свободы - перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг двух других осей. Направляющей базой называется база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы - перемещение вдоль одной координатной оси и пово­рота вокруг другой оси. Опорной базой называется база, лишающая заготовку или изделие одной степени свободы - перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси.

По характеру проявления базы подразделяются на скрытые и явные. Скрытой называется база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси или точки. Явной база называется в тех случаях, если она проявляется в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок на заготовке или изделии. В случае, когда измерение размеров от конструкторской базы оказывается невозможным или затруднительным допускается в чертежах давать переходной размер от конструкторской базы к технологической с тем, чтобы остальные измерения вести от измерительной базы.

Поверхности, контактирующиеся с координатными плоскостями, являются базами, определяющими положение детали, а такая схема расположения опорных точек на базах называется схемой базирования. Поскольку требуемое положение тела - детали или заготовки в выбранной системе координат определяется шестью связями, лишающими тело шести степеней свободы, то условно принимается, что шесть опорных точек на теле - детали должны теоретически контактироваться с плоскостями системы координат 0,Х,У,Z, а при реальном базировании - двухсторонними геометрическими связями с контактируемыми телами. Символизируют эти связи - опорные точки. Все опорные точки на схеме базирования изображаются с помощью этого знака и нумеруются порядковым номером (от I до 6), начиная с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек. Число проекций заготовки или изделия на схеме базирования должно быть достаточным для четкого представления.

Вид базы спереди Вид базы сбоку и сверху Вид базы за телом детали

Рис.7.1 Обозначения баз

Контактирование по шести опорным точкам, определяющее шесть связей и лишающее тело шести степеней свободы называют часто правилом шести точек.

На операционных эскизах в технологических документах проставляют условные обозначения установочных и опорных поверхностей. Примеры таких обозначений.

Неподвижная опора -

Подвижная опора -

Зажим одиночный

3

Трехкулачковый патрон и др.

Правила выбора и применение баз при разработке технологических процессов.

Первым правилом выбора баз является "Правило единства баз". Расстановкой размеров конструктор определяет размещение поверхностей и их связь с основной конструкторской базой. Нередко для точного определения размеров и допусков на них для отдельных деталей конструктор рассчитывает размерные цепи сборочных единиц. Поэтому всякое произвольное изменение размеров без ведома конструктора - их суммирование, вычитание, изменение допусков и т.д. может производиться только в результате соответствующих расчетов. Желательно таких перерасчетов не производить, а использовать размеры заданные конструктором в чертеже. Отсюда вытекает: технологическая база, должна преимущественно совпадать с конструкторской и измерительной. Единство технологической, измерительной и конструкторской баз (их совпадение) обеспечивает в процессе изготовления выполнения точности заданной конструктором для изделия. Несовпадение технологической и измерительной баз с конструкторской базой всегда вызывает погрешности базирования. Однако, при выполнении первой операции технологического процесса основная конструкторская база не может быть использована. Наоборот, поскольку основная конструкторская база, как правило, "чистая", обработанная поверхность, первая операция должна заключаться в подготовке этой поверхности.

В приведенных на рис.7.2. примерах поверхности, обозначенные знаком " V ", являются либо конструкторскими базами, либо измерительными. При использовании их в качестве технологических баз они обеспечивают отсутствие погрешности базирования. При несовпадении технологической базы с конструкторской и измерительной появляется погрешность базирования, величину которой необходимо определять расчетом.

Рисунок 7.2.

На рисунках 7.2. показаны наиболее распространенные схемы установки и базирования деталей при выполнении различных операций механической обработки резанием, с двумя видами схем обозначения баз. Теоретические схемы базирования следует использовать только для эскизов на сборочных чертежах приспособлений.

Р исунок 7.3.

При оформлении операционных эскизов скрытые базы разрешается не указывать.

Общая база для обработки пяти поверхностей (рис. 7.3.).

Вторым правилом выбора баз является правило постоянства базы. Выбрав за технологическую базу (или комплект баз) какую-либо из поверхностей (или их совокупность), желательно при многооперационном процессе эту поверхность (или совокупность поверхностей) принимать за базу (комплект баз) и для всех или большей части последующих операций. Нетрудно понять, что соблюдение постоянства баз, также как и единства баз ведут к повышению точности за счет отсутствия погрешностей базирования.

Третье правило - Правило выбора "черных" баз (необработанных поверхностей в качестве баз): I. принять черную базу, как правило, только один раз, для первой операции; 2. выбирать в качестве черной базы у литых и штампованных заготовок поверхности, на которых не может быть остатков литников, облоя и т.п. даже в зачищенном виде; 3. в качестве черной базы желательно применять поверхности отливок, штамповок и т.п. заготовок, которые остаются черными в готовой детали, т.е. поверхности, не подлежащие обработке резанием.

Пересчет размеров при смене баз.

В тех случаях, когда технолог не может использовать заданную конструктором базу (основную, вспомогательную или измерительную, от которой конструктор задал размеры), т.е. не может обеспечить единства базы - появляется погрешность базирования.

Погрешности базирования могут достигать больших значений и если технолог, отклоняясь от баз заданных конструктором, не произведет необходимые расчеты, он может создать технологический процесс, "обеспечивающий" изготовление бракованных деталей.

Точность изготовления деталей.

Точность изготовленной детали определяется степенью ее соответствия детали, спроектированной конструктором. Чем больше это соответствие, тем выше точность. Конструктор назначает требования к геометрической точности размеров, формы, взаиморасположению поверхностей и к их волнистости и шероховатости, исходя из условий «работы» деталей при эксплуатации прибора. Технолог проектирует технологический процесс, назначая методы и режим обработки, оборудование и инструмент, обеспечивающие выполнение требований конструктора. Все сказанное относится к нормированию и технологическому обеспечению и физико-механических параметров и характеристик деталей приборов.

Поскольку на всех этапах технологического процесса изготовления прибора неизбежны те или иные погрешности, достижение абсолютной точности невозможно. Возможно лишь на основе совершенствования технологии бесконечное приближение точности обработки к абсолютной. Так, если сравнительно недавно считалось точно обработанными детали, изготовленные с допусками в пределах нескольких сотых миллиметра, то в настоящее время в приборостроении требуют изготовления и изготавливаются детали с допусками в несколько микрометров и даже в несколько десятых долей микрометра.

Непрерывно повышающиеся требования к точности деталей обусловлены тем, высокая точность деталей определяет повышение качества, надежности, долговечности изделий. Повышение точности и соответственно надежности приборов позволяет уменьшить их выпуск для народного хозяйства, увеличить срок межремонтной эксплуатации, снизить расходы, связанные с их сборкой и эксплуатацией. Однако при нормировании, т. е. при назначении требований к точности обработки детали, конструктор должен учитывать и тот факт, что излишне высокая точность деталей и приборов в целом, не повышая функционального его качества, увеличивают трудоемкость и стоимость изготовления.

На рис.7.4. приведен типовой график зависимости трудоемкости и себестоимости обработки от точности. Как видно из графика, эта зависимость близка к обратно пропорциональной: с уменьшением величины допуска резко возрастает и трудоемкость (Т) и себестоимость (С) его обеспечения, при этом себестоимость возрастает быстрее трудоемкости. Как же определяется, а затем и нормируется конструктором и технологически обеспечивается технологом точность деталей?

T,C

допуск

С

Т

Рисунок 7.4.

Первая задача, решаемая конструктором, выполняется на основе анализа условий работы прибора и в нем – той или иной детали с учетом экономики ее изготовления и последующей эксплуатации. Задача решается на базе теоретических и экспериментальных данных, определяемых расчетом, или на основе результатов экспериментальных исследований.

При технологическом обеспечении заданной точности различают экономическую и предельно достижимую точность, обеспечиваемые тем или иным методом обработки.

Экономическая точность – это точность, обеспечиваемая при обычных условиях выполнения того или иного метода обработки (состояние оборудования и инструмента, точность приспособлений, квалификация рабочего).

Предельно достижимая точность – это точность, обеспечиваемая при наилучшем возможном состоянии оборудования и инструмента, наивысшей достижимой точности приспособлений, наивысшей квалификации рабочего.

Обеспечение точности механической обработки. Управление точностью обработки деталей приборов и надежное обеспечение технологом заданной конструктором точности – одна из важнейших задач совершенствования производства приборов. В последние годы выполнено большое число теоретических и экспериментальных работ, накоплен большой фактический материал о точностных возможностях различных методов обработки, оборудования, оснастки и инструмента. На основе результатов этих работ технолог может расчетно прогнозировать точность технологических процессов, процент вероятностного брака, обоснованно выбирать оптимальный в отношении технико-экономических показателей вариант технологического процесса обработки деталей.

Квалитет – характеризуется числом единиц допуска. Квалитет отражает точность технологического процесса. В ЕСДП СЭВ для размеров до 500мм установлено 19 квалитетов: IT01, IT0, IT1, IT2, IT3,…,IT17,IT – International Tolerance (Международный допуск или допуск ИСО). IT8, например, означает допуск системы по 8-му квалитету ИСО.

При существующем многообразии технологических процессов оказалось, что выбранный для регламентации их ряд R5 вполне достаточен, с одной стороны, для обеспечения действительно необходимой точности для выполнения деталями или изделиями их функционального назначения, с другой стороны, рационально ограничивает выбор значений числа единиц допуска до числа, действительно необходимого и экономически целесообразного.

Технические условия на изготовление детали, как правило, указываются непосредственно на чертеже детали. В связи с тем, что в настоящее время в промышленности применяется конструкторская документация с новыми и старыми обозначениями, приводим ряд таблиц по переводу из старых обозначений в новые.

В табл. 7.1 приведены рекомендуемые замены классов точности.

Таблица 7.1.

Классы точности в системе	Вала	1	2	2а	3			3а	4	5	7		8	9	10
	Отверстия	-	1	2	2а	3		3а	4	5	7		8	9	10
Квалитеты СЭВ		5	6	7	8	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17

Размеры относительно низкой точности (от 12-го квалитета и грубее) могут быть оговорены в чертеже общей записью в технических требованиях, а именно:

а) неуказанные предельные отклонения размеров: отверстий – Н14; валов – h14; остальных - ±JT14/2.

б) неуказанные предельные отклонения размеров: диаметров – H12, h12; остальных - ^± JT12/2.

Основные отклонения отверстий обозначают прописными литерами латинского алфавита (А, В, С, D и т.д.), а валов – строчными (а, b, с, d и т.д.). Разные основные отклонения обозначают разными буквами (рис. А 5.12 а и б). Обозначения основных отклонений говорят о расположении полей допусков относительно нулевой линии. Одинаковые отклонения обозначаются одними и теми же буквами, при этом в одном интервале эффективных параметров поля допусков одинаковы, а в разных – отличаются вторым (не основным) отклонением, из-за различных значений допусков.

Допуски (значения допусков, ширина полей допусков) обозначаются числами соответствующих квалитетов, например, Н6, Н7, Н11, Н12 означают поля допусков шестого, седьмого, одиннадцатого и двенадцатого квалитетов (рис. 7.6.).

Анализ любых технически сложных изделий позволяет выявить многократно повторяющиеся типовые сопряжения и поверхности деталей, которые должны быть стандартизованы. Стандартизованы точность геометрических параметров подшипников, зубчатых колес и передач, рабочих и контрольных калибров и т.д. Можно говорить о системах нормирования стандартных требований к точности таких объектов. При этом следует различать системы допусков и системы допусков и посадок.

Для несопрягаемых элементов и для отдельно рассматриваемых поверхностей разрабатывают системы допусков. Есть, например, системы допусков углов, системы допусков формы и расположения поверхностей и ряд других. Там где нужны стандартные сопряжения поверхностей, стандартизаторы разрабатывают системы допусков и посадок. Стандартные системы допусков и посадок включают системы для гладких цилиндрических и приравниваемых к ним поверхностей, системы для резьбовых, шпоночных и шлицевых сопряжений и ряд других.

Формы и содержание систем допусков, а также систем допусков и посадок весьма разнообразны и потому непосредственное их сопоставление затруднительно. Правильное использование норм точности различных поверхностей и сопряжений подразумевает знание каждой конкретной системы. Изучение всех систем порознь требует слишком большого времени из-за огромного количества фактического материала. Рационализация изучения систем допусков и посадок возможна за счет отсеивания маловажных подробностей и концентрации внимания на основном содержании. Понятно, что анализ каждой системы допусков и посадок должен привести к выделению аналогичных “скелетов”, если стандартизаторы правильно подошли к разработке систем. Анализ множества систем допусков и посадок подтверждает, что они построены единообразно, на некоторых общих принципах.

96