Шишкин Основы проектирования станочных приспособлений 2010. Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств Москва 2010
 Скачать 7.83 Mb.
|
|
Г Г 2 146 Рис. 3.8. Схема размера с использованием активного контроля 1 – шлифовальный круг 2 – заготовка ИП – измерительный прибор СУ – система управления. Прочие неоперационные размеры детали, получаемые в результате обработки. К прочим размерам, образующимся в результате обработки заготовки, можно отнести размеры от обработанных поверхностей или их осей до поверхностей заготовки, не обрабатываемых за один установи не являющихся ни технологическими, ни измерительными базами. Такими поверхностями могут быть поверхности, которые обрабатывались на других операциях технологического процесса поверхности заготовки, не подлежащие обработке. Например, на рис. 3.9 на операции обработки отверстия диаметром d прочим неоперационным размером является размер l 2 , если операционным является размер Рис. 3.9. Прочие неоперационные размеры Рис. 3.10. Угловой размер положения отверстия Кроме того, по виду размеры могут быть как все рассмотренные выше, линейные, таки угловые (рис. 3.10). Таблица Составляющие погрешностей операционных размеров дета ли в зависимости от структуры операционных размерных свя зей Со ст авля ющ ие погрешности операционного размера детали видаСпос об получения операционного размера детали Погрешность размера РИ По грешность установки РИ По грешность движения ИП По грешность позиционирования По грешность установки заготовки По грешность из мере- ния По грешность размера заготовки Мерным инструментом Формообразующим движением Доте хн ол оги че ск их баз+ + + + + – – 4 Между поверхностями, обработанными за один уста нов ( РИ и заготовки От измерительных база) по касанию РИ ; б) измерительной головкой Активным контролем На рис. 3.10 представлен пример углового размера положения отверстия относительно элемента профиля кулачка. Все типы операционных размеров заготовки, получаемые в результате обработки, приведены в табл. 3.1. Итак, только один вид операционных размеров зависит от конструкции приспособления – размеры, формирующиеся от технологических баз. 3.4. Погрешность установки Погрешность установки (у) заготовки в приспособления это единственная комплексная погрешность, определяемая конструкцией приспособления, которая, в свою очередь, зависит от выбранной схемы базирования. Во многих случаях этот вид погрешности по сравнению с остальными является наибольшим. Погрешность установки зависит от выбранной схемы базирования (б, сил, действующих на заготовку при ее закреплении, характеристик поверхностного слоя заготовки (з) и от положения заготовки в приспособлении, которое иногда для краткости называют погрешность приспособления (п. Погрешности базирования и закрепления всегда являются случайными. Тогда как погрешность приспособления может быть как случайной величиной, таки систематической. В первом случае погрешность установки определяется как [9]: 2 у б з п = Δ + Δ + Δ . (3.1) Погрешность приспособления характеризует при этом группу одинаковых приспособлений, применяемых для данной операции, например, приспособлений-спутников. Или применяется одно приспособление, но достаточно часто снимаемое со станка и устанавливаемое обратно на станок без дополнительной выверки его положения. В противном случае погрешность установки определяется по формуле 2 у б з п = Δ + Δ + Δ . (3.2) 149 3.4.1. Погрешность базирования Погрешность базирования – погрешность, определяющая отклонение достигнутого положения заготовки в приспособлении от требуемого. Практическую значимость имеет методика ее определения, согласно которой б определяется как расстояние между предельными положениями проекций измерительной базы на направление выполняемого размера. На рис. 3.11 представлен пример базирования заготовки потрем плоским поверхностям. Причем на правильно оформленном операционном эскизе будут даны размеры А или В, Д или Ев тоже время размеры Си будут отсутствовать, так как на данной операции не выполняются. Рис. 3.11. Погрешность базирования для призматической заготовки Согласно методике определения на рис. 3.11 выделены направления выполняемых размеров – вертикальное для Аи В и горизонтальное для Си Д. Размеры Аи В определяет технологическая база по основанию заготовки, и, соответственно, технологическая база 150 по боковой поверхности определяет размеры Д и Е. Причем измерительная база для размера А совпадает с измерительной. Тогда для множества годных заготовок, обрабатываемых на данной операции, их проекция измерительной базы всегда располагается в точке 1. Для размера В технологическая и измерительная базы не совпадают. Тогда точки пересечения проекции измерительной базы (в данном случае сама база, а не проекция) с направлением выполняемого размера В будут находиться между наименьшими наибольшим размерами высоты заготовки, те. в пределах допуска размера С. Тогда б 0 А Δ = , а бВ ТС Δ = . И соответственно, б 0 Д Δ = и бЕ ТL Δ Следует иметь ввиду то, что погрешность базирования не должна быть обезличена, так как размеры выполняются разные и необходима их конкретизация. Таким образом, для базирования заготовки потрем плоским поверхностям ее погрешность базирования закладывается на предыдущих технологических операциях при выполнении размеров Си. Погрешность базирования заготовки в виде диска с отверстием показана на рис. 3.12. Источниками погрешности базирования в этом случае являются для размера А зазор между пальцем и внутренней цилиндрической поверхностью диска. Тогда б = Δ , (3.3) где max Δ – максимальный зазор между пальцем и отверстием диска max 0max п, (3.4) где 0max d – максимальный размер отверстия п – минимальный размер пальца. Рис. 3.12. Погрешность базирования для диска с отверстием 151 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 б 2 В ТД e Δ = Δ + + , (3.5) где ТД – допуск наружного диаметра заготовки е – эксцентриситет или расстояние между осями отверстия и наружной цилиндрической поверхности. Два эксцентриситета образуются, если заготовку повернуть наполовину оборота. В общем виде б min 2 2 В п ТД d d е Δ = − + + . (3.6) 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 б 2 В ТД е Δ = + . (3.7) 152 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 1 б 1,21 А ТД Δ ≈ ⋅ , (3.8) 2 б 0,7 А ТД Δ ≈ ⋅ , (3.9) б 0,2 В А ТД Δ ≈ ⋅ . (3.10) На рис. 3.15 рассмотрен пример решения геометрической задачи для размера А 2 Рис. 3.15. Расчетная схема погрешности базирования для размера А 2 Погрешность базирования для размера А 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 153 сложно. Нона 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 ив центрах приведены в прил. 2. 154 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 min ( ) cos y y Δ = − ⋅ α , (3.11) где у и у – 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. 155 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 Аи 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, следовательно. Зависимость контактных деформаций для стыков заготовка – приспособления выражается нелинейным законом [11]: n y C Q = ⋅ , (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 Си 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 Q max до Q min , а коэффициент Сот С до С. На рис. 3.20 показан график с двумя предельными кривыми у. При Q max и Q min : 1 max min max max min min n n y y y C Q C Q = − = ⋅ − ⋅ , (3.13) 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 у отклоняется от этого закона незначительно. 156 Рис. 3.20. График для определения погрешности закрепления На рис. 3.20 показано также поле рассеяния положения заготовки у в результате упругих деформаций элементов приспособления, через которые передается сила зажима max min 2 Q Q y J − = , (3.14) где J – жесткость системы этих элементов. Поскольку у и у представляют собой поля рассеяния случайных дисциплин, то, принимая распределение в обоих по нормальному закону, получим их сумму 2 2 max min з max min min 2 ( ) ( ) cos n n Q Q C C C C J − Δ = ⋅ − ⋅ + α . (3.15) Обычно у у. В этом случае max min з max min min 0,96( ) 0,4 cos n n Q Q C Q C Q J − ⎡ ⎤ Δ ≈ ⋅ − ⋅ + ⋅ α ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ . (3.16) При у у (наличие жесткого по конструкции приспособления) з max min min ( )cos n n C Q C Q Δ ≈ ⋅ − ⋅ α . (3.17) 157 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 приданном установе поверхности, а также на точность формы обрабатываемых поверхностей. Конкретные значения коэффициентов Си 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 мкм 2 п ус и с Δ = Δ + Δ + Δ . (3.18) Формирование погрешности изготовления установочных элементов поясняет рис. 3.21. Рассмотрен пример установки заготовки натри постоянные опоры (установочная база. Линейные размеры опоры не требуют обеспечения жесткого допуска [35]. 158 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). 159 Рис. 3.23. Формирование погрешности установки приспособления на стол станка Погрешность установки приспособления на другие рабочие поверхности станков необходимо рассматривать аналогичным 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 цилиндрическим поверхностям 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. 160 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 враз. 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. 161 1. Повышение точности спутников и точности установки заготовки на спутники спутника на станок приводит к уменьшению погрешности высотного размера заготовки. Повышение точности установки заготовки на спутники спутника на станок достигается рациональной конструкцией спутника и средств крепления, тщательной очисткой контактирующих базовых поверхностей, сокращением износа этих поверхностей, стабилизацией силы закрепления. Для этого, в частности, при установке заготовок для затяжки винтовых прихватов используют динамометрические ключи. Погрешность установки спутников на станок может не превышать нескольких микрометров по соответствующей оси при выборе правильной конструкции и тщательном изготовлении спутника и приемного узла. Первый способ повышения точности, таким образом, осуществляется методом полной взаимозаменяемости. Повышение точности изготовления спутников для ГПС приводит к значительному удорожанию их. Для того чтобы можно было исключить погрешность, связанную с разбросом размеров спутников, можно всегда устанавливать заготовку данного типа только на один спутник, размер которого однажды скорректирован введением соответствующей коррекции в УЧПУ. Для другой заготовки используют другой спутники т.д. В этом случаев каждой управляющей программе можно ввести коррекцию на действительный размер спутника. Такой подход удобнее и тем, что для установки заготовок данного типа на спутнике устанавливают базирующие икре- пежные элементы для конкретного вида заготовок. 2. Использование одного спутника для обработки партии одинаковых заготовок. При изготовлении деталей одного определенного типа на одном спутнике можно скорректировать отклонение размеров этого спутника, а также сократить число переналадок спутника. Однако это возможно лишь при одновременном изготовлении в ГПС ряда различных деталей, которые можно распределить по спутникам, кроме того, потребуется постоянное переключение станка на разные программы, так как вовремя освобождения спутника от детали и закрепления на нем следующей заготовки станок не должен простаивать, а на других спутниках закреплены заготовки других типов. Быстрое переключение программ возможно лишь для УЧПУ типа СNС. Кроме того, комплект инструментов в магазине станка 162 должен позволять выполнять обработку нескольких различных заготовок, что достигается при групповой обработке заготовок. Этого удается добиться подбором обрабатываемых заготовок в группы по конструктивно-технологическим признакам, а также увеличением вместимости инструментальных магазинов станков. Необходимо также предусмотреть соответствующее планирование и управление производством. 3. Повышение точности изготовления детали достигается разделением всех спутников по размерам на несколько размерных групп. Каждая группа спутников закрепляется за одним станком, что позволяет повысить точность методом групповой взаимозаменяемости. Поле рассеяния размеров спутников в каждой группе окажется меньше общего поля рассеяния в число раз, равное числу групп сортировки. С этой же целью рекомендуется не путать спутники на разных ГПМ одной модели. Каждый модуль предназначен для работы с определенными спутниками. Однако это значительно снижает возможности ГПС при взаимодополняющих станках. Кроме того, усложняется планирование и управление работой ГПС. 4. Использование автоматической коррекции размеров для каждого спутника, те. использовании метода регулирования. Это возможно осуществить практически несколькими способами. Во-первых, можно использовать контактную головку, с помощью которой автоматически измерить координаты положения заготовки или спутника на станке и автоматически внести индивидуальную для каждого случая коррекцию в программу обработки данной заготовки на данном спутнике. Во-вторых, можно заранее измерить размеры всех спутников и закодировать каждый спутник. Размеры спутников в ГПС измеряют и составляют таблицу соответствия номера спутника и действительных отклонений его размеров [34]. Перечисленные рекомендации в сумме дают возможность существенно уменьшить погрешность установки в целом. |