|
ГОУСПО Пермский Авиационный техникум им. А.Д. Швецова
Реферат
по дисциплине «Технологическая оснастка»
на тему
:
«Установочные элементы станочных приспособлений и базирования заготовок с установкой на них»
Выполнила:
Кузнецова М.И.
ТМ-03-2
Проверил:
Морозов И.С.
2005
Введение
Повышение производительности механической обработки в значительной степени зависит от уровня механизации и автоматизации станочных приспособлений. Анализ времени обработки на универсальных металлорежущих станках показывает, что время резания (машинное время) составляет 17…38% штучно-калькуляционного времени, а остальное (вспомогательное) время затрачивается в основном на установку и закрепление (раскрепление и съем) заготовок.
Существенно повысить производительность механической обработки можно лишь при резком сокращении вспомогательного времени благодаря применению прогрессивной технологической оснастки, в частности быстродействующих механизированных станках.
Наиболее значительную долю в общем парке технологической оснастки составляют приспособления, применяемые для установки и закрепления заготовок деталей, обрабатываемых на металлорежущих станках.
Установочными элементами приспособлений называются приспособления для определения положения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего инструмента.
Понятие о базах
На чертеже или операционном эскизе, каждая из обрабатываемых поверхностей связана с другими элементами детали, координирующими размерами и соотношениями.
Координирующие размеры
– расстояния между плоскостями, осями и другими элементами детали.
Соотношение
– параллельность, взаимная перпендикулярность, концентричность, соосность поверхностей и осей.
Базой
называют поверхность, заменяющую ее совокупность поверхностей, ось, точку детали или сборочной единицы, по отношению к которым ориентируются другие детали изделия или поверхности детали, обрабатываемые или собираемые на данной операции (ГОСТ 21495-76).
Виды баз заготовок, их назначение.
По характеру своего назначения (при конструировании, изготовлении деталей, измерении и сборке механизмов и машин) базы подразделяются на конструкторские, технологические и измерительные.
Конструкторской базой
называются элементы, с которыми обрабатываемая поверхность или ее ось связана с координирующими размерами и соотношениями.
Группу конструкторских баз составляют основные и вспомогательные базы, учет которых при конструировании (выборе конструктивных форм поверхностей, их относительного положения, простановки размеров, разработке норм точности и т. п.) имеет существенное значение. Основная база определяет положение самой детали или сборочной единицы в изделии, а вспомогательная база – положение присоединяемой детали или сборочной единицы относительно данной детали.
Как правило, положение детали относительно других деталей определяют комплектом из двух или трех баз.
Технологической базой
называют поверхность, определяющую положение детали или сборочной единицы в процессе их изготовления.
Измерительной базой
называют поверхность, определяющую относительное положение детали или сборочной единицы и средств измерения.
Как известно из теоретической механики, требуемое положение твердого тела относительно системы координат Oxyz
может быть задано путем наложения на него шести двусторонних связей, лишающих тело трех перемещений вдоль осей Ox, Oy, Oz
и трех поворотов вокруг этой оси. Наложение двусторонних связей достигается соприкосновением базирующих поверхностей тела с базирующими поверхностями других тел (или тела), к которым (или которому) оно присоединяется, и приложения силового замыкания для обеспечения необходимого контакта. Поэтому независимо от назначения базы могут различаться лишь по числу отнимаемых от базируемой детали или сборочное единицы степеней свободы и по конструктивному оформлению.
По числу лишаемых базой степеней свободы они подразделяются на установочные, направляющие, опорные, двойные направляющие и двойные опорные.
Рис. 1.
Установочной
называется база, лишающая деталь или сборочную единицу трех степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг двух других осей (рис. 1, а, поверхность I).
Направляющей
называется база, лишающая деталь или сборочную единицу двух степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси (рис. 1, а, поверхность II).
Опорной
называется база, лишающая деталь или сборочную единицу одной степени свободы – перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси (рис. 1, а, поверхность III).
Двойной направляющей
базой называется база, лишающая деталь или сборочную единицу четырех степеней свободы – двух перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих же осей (рис. 1, б, поверхность IV).
Двойной опорной
называется база, лишающая деталь или сборочную единицу двух степеней свободы – перемещения вдоль двух координатных осей (рис. 1, в, поверхность V).
Рис. 2.
По оформлению базы подразделяются на скрытые и конструктивно оформленные. К скрытым базам относятся мысленно проводимая плоскость, ось или точка, используемые в качестве одной из баз (рис. 2, II и III); к конструктивно оформленным – реальная поверхность детали или заменяющее ее сочетание поверхностей, используемое в качестве одной из баз (рис. 2, I).
Способы установки заготовок в приспособлении
Под установкой заготовки в приспособление
понимают ее базирование на установочные элементы и закрепление.
В зависимости от заданной технологической операции может потребоваться полная или частичная ориентация заготовки в пространстве относительно выбранной системы координат (режущего инструмента или неподвижных частей станка). При полной ориентации заготовке придается определенное единственно возможное положение в приспособлении. При частичной ориентации по условиям обработки не требуется точная установка заготовки или допускается ее произвольное положение (поворот) относительно какой-либо оси (например, установка кольца или диска в кулачках патрона). Это позволяет упростить установочную схему и конструкцию приспособления в целом.
Установку заготовок по технологическим базам производят тремя способами.
По первому способу
базы заготовки плотно прижимают к установочным элементам приспособления. Для полной ориентации число и расположение опор должно быть таким, чтобы соблюдалось условие неотрывности баз заготовки от приспособления, т. е. не должно быть сдвига или вращения заготовки относительно трех координатных осей. В этом случае заготовка лишается всех степеней свободы и положение ее баз в пространстве является вполне определенным. Число опор (точек), на которые устанавливают заготовку, должно быть равным шести (правило шести точек); их взаимное расположение должно обеспечивать устойчивую установку заготовки в приспособлении. Для этой цели расстояние между опорами следует выбирать по возможности большим и во всяком случае таким, чтобы под действием силы тяжести не возникало опрокидывающего момента.
Рис. 3. Примеры полной (а, б) и неполной (в) ориентации заготовки в приспособлении
На рис. 3, а, б показаны различные варианты базирования заготовок на шесть точек. При полном контакте (неотрывности) опор с базами заготовок последние получают ориентированное и единообразное положение относительно трех координатных осей и возможность поворота вокруг них.
На рис. 3, в дан пример неполной ориентации: гладкая цилиндрическая заготовка базируется на четыре точки (установка в призму) с упором ее торцовой плоскости в пятую. При такой схеме установки угловое положение заготовки относительно оси Z не фиксируется. В ряде случаев (сверление осевого или одного радиального отверстия, фрезерование паза вдоль образующей) угловая координация заготовки не нужна, вследствие чего надобность в шестой точке отпадает.
Рис. 4. Пример применения дополнительной опоры (кроме шести основных) и вспомогательного зажима: 1, 2, 3 – базовые плоскости; 4 – дополнительная опора;
Q
и
Q
1
– силы зажима
Второй способ
, используемый при обработке заготовок малой жесткости или недостаточной их устойчивости вследствие малой протяженности базовых поверхностей, предусматривает увеличение числа опорных точек (более шести). На рис. 4 приведен пример установки прямоугольной заготовки с длинным нежестким кронштейном, у которого обработке подвергается торец бобышки. Помимо основных шести опор, на которые заготовка ставится базовыми плоскостями 1, 2 и 3 и зажимается прижимом, здесь применена дополнительная подводимая опора 4, к которой заготовку прижимает вспомогательный зажимной механизм. Это существенно повышает жесткость технологической системы, и обработку можно вести с более производительными режимами резания.
Основные опоры приспособления жестко связаны с его корпусом. При наличии погрешностей формы и размеров заготовок они всегда должны обеспечить установку на шесть точек. При этом контакт баз заготовок с опорами осуществляется в заданном месте, благодаря чему достигается одинаковая устойчивость установки всех заготовок. Если, например, нижняя боковая плоскость заготовки имеет выпуклость или иное искажение формы, то ее контакт с опорами приспособления независимо от этого должен происходить в одних и тех же местах.
Дополнительные опоры выполняются регулируемыми или самоустанавливающимися. В этом случае при установке каждой отдельной заготовки они индивидуально подводятся (самоустанавливаются) к поверхности заготовки, а затем контрятся, превращаясь на время выполнения данной операции в жесткие опоры. Если число основных опор не должно быть больше шести, то число дополнительных – не ограничено, но в целях упрощения конструкции приспособления их число должно быть минимальным.
Третий способ
базирования применяется на оборудовании с ЧПУ (станках и координатно-измерительных машинах). После установки заготовки в приспособлении проверяют фактическое положение ряда поверхностей заготовки. Отклонение в положении заданной поверхности может быть компенсировано смещениями и поворотами станка, соответствующей коррекцией управляющей программы. В этом случае наиболее рациональным образом можно «выкроить» деталь из конкретной заготовки, равномернее распределить припуски на обработку. Трудоемкость такого базирования достаточно высокая, но процесс легко подвергается автоматизации. Точность установки заготовки с использованием ЧПУ обусловлена погрешностями измерения и методическими погрешностями. Этот способ применяют в серийном производстве.
Основные схемы базирования заготовок
Схемы базирования зависят от формы поверхностей обрабатываемых заготовок, большинство которых, как правило, ограничено плоскими, цилиндрическими или коническими поверхностями.
Основными схемами базирования являются: 1) базирование призматических деталей; 2) базирование длинных цилиндрических деталей; 3) базирование коротких цилиндрических деталей.
Схема базирования призматических деталей.
Эта схема предусматривает базирование заготовок деталей типа плит, крышек, картеров и др. каждая обрабатываемая заготовка призматической формы, если ее рассматривать в системе трех взаимно перпендикулярных осей (рис. 5), имеет шесть степеней свободы: три перемещения вдоль осей Ox
,
Oy
,
Oz
и три перемещения при повороте относительно этих же осей. Положение заготовки в пространстве определяется шестью координатами (рис. 5, штриховые линии).
Рис. 5.
Три степени свободы, т. е. возможность перемещаться в направлении оси Oz
и вращаться вокруг осей Ox
и Oy
, ограничиваются тремя координатами, определяющими положение заготовки относительно плоскости xOy
. Две степени свободы, т. е. возможность перемещаться в направлении оси Ox
и вращаться вокруг оси Oz
, ограничиваются двумя координатами, определяющими положение заготовки относительно плоскости yOz
. Шестая координата, определяющая положение заготовки относительно плоскости xOz
, ограничивает ее возможность перемещения в направлении оси Oy
, т. е. лишает ее шестой – последней степени свободы.
Нижняя поверхность заготовки с тремя опорными точками является установочной базой. Как правило, в качестве установочной базы выбирают поверхность с наибольшими размерами. Боковая поверхность я двумя опорными точками является направляющей базой, для которой выбирают поверхность наибольшей протяженности. Поверхность с одной опорной точкой является опорной базой.
Рис. 6.
Схема базирования длинных цилиндрических деталей.
Из рис. 6. видно, что положение вала в пространстве определяется пятью координатами, которые лишают заготовку пяти степеней свободы перемещения в направлениях осей Ox
,
Oy
,
Oz
и вращения вокруг осей Ox
и Oz
. Шестая степень свободы, т. е. вращение вокруг собственной оси, в данном случае ограничивается координатой, проведенной от поверхности шпоночной канавки А. Четыре опорные точки, расположенные на цилиндрической поверхности вала, образуют двойную направляющую базу. Опорная точка, расположенная на торце валика, и шпоночный паз определяют поверхности, служащие опорными базами.
Схема базирования коротких цилиндрических деталей.
К коротким цилиндрическим деталям относятся диски, кольца и пр. Установочной базой у этих деталей является торцевая поверхность, на которой размещаются три опорные точки (рис. 7). Две опорные точки, размещенные на короткой цилиндрической поверхности, образуют двойную опорную базу. Шестая степень свободы ограничивается в данном случае шпоночным пазом А.
Рис. 7. Рис. 8.
Схемы полного базирования
, т. е. базирования с лишением обрабатываемой заготовки всех шести степеней свободы, применяют при необходимости получить точную координацию размеров в трех направлениях по осям x
,
y
,
z
; для базирования таких заготовок необходим комплект из трех баз.
При необходимости получения размеров в двух или только в одном направлении можно применить схему упрощенного базирования
.
На рис. 8 показана заготовка с подлежащим обработке уступом А, положение которого определяется размерами а и б. Неточность установки заготовки относительно оси y
не имеет значения, поэтому в данном случае достаточно использовать две базирующих поверхности I и II, а торец заготовки использовать как опорную (но не базирующую) поверхность, прилегающую к упору (на схеме не показан), который предусмотрен для восприятия продольной составляющей сила резания.
Назначение установочных элементов в приспособлении, требования, предъявляемые к ним
Механическая обработка, в результате которой достигаются заданные форма поверхностей, их взаимное расположение и размеры, осуществляется в процессе относительного движения заготовки и режущего инструмента. Для обеспечения требуемой точности обработки заготовке должно быть придано вполне определенное положение относительно режущего инструмента. При этом она должна быть надежно закреплена во избежание смещения под действием сил, возникающих при резании. Детали и механизмы приспособления, обеспечивающие правильное и однообразное положение заготовки относительно инструмента, называются установочными элементами (опорами). Длительное сохранение точности размеров этих элементов и их взаимного расположения необходимо учитывать при конструировании и изготовлении приспособлений.
К установочным элементам предъявляются следующие требования:
· число и расположение установочных элементов должно обеспечивать необходимую ориентацию заготовки согласно принятой в технологическом процессе схеме базирования, а также достаточную ее устойчивость;
· при использовании черновых баз с шероховатостью до 3-го класса установочные элементы целесообразно выполнять с ограниченной опорной поверхностью в целях уменьшения влияния погрешностей этих баз на устойчивость заготовки;
· установочные элементы не должны повреждать технологические базы, что особенно важно при установке заготовок на окончательно обработанные поверхности;
· установочные элементы по возможности должны быть жестко зафиксированы. Для повышения жесткости крепления целесообразно улучшать качество сопряжения установочных элементов с корпусом приспособления, применяя шлифование, а в отдельных случаях шабрение или притирку поверхностей стыка;
· для повышения износостойкости опоры выполняют из сталей 45 или 20 (20Х) и подвергают термической обработке для получения твердости HRC 58…62. Несущие поверхности опор целесообразно шлифовать, доводя шероховатость их поверхности до 8-го класса;
· в целях упрощения и ускорения ремонта приспособления его установочные элементы должны быть легкосменными.
Соблюдение этих требований предохраняет приспособление от брака при обработке и сокращает время и средства, затрачиваемые на его ремонт.
Принципы выбора установочных элементов
Опоры выбирают исходя из формы и состояния технологических баз, массы и материала заготовки, ожидаемых силовых реакций опор. Часто заготовки устанавливают плоскими поверхностями на опорные штыри и пластины.
При использовании штыря с плоской головкой, база заготовки должна быть обработана. Давление на такой штырь не должно превышать 400 кг/см2
или 40 МПа. Штырь со сферической головкой выдерживает нагрузку до 3 т и база заготовки может быть необработанна.
Требования к штырю с насеченной головкой такие же как со сферической головкой, но сила зажима заготовки может быть меньше, т. к. трение заготовки и штыря больше.
Для установки заготовок на обработанные верхние и боковые поверхности применяются опорные пластины гладкие, а на нижние поверхности применяются пластины с прорезанными пазами для уменьшения площади соприкосновения и для лучшего размещения стружки.
Короткие круглые заготовки устанавливают на призму с гладкими боковыми поверхностями. А для базирования длинных заготовок с необработанными поверхностями используют призму с узкими полосками (2-5 мм) или с запрессованными сменными штырями.
Базируются также заготовки по двум цилиндрическим отверстиям на установочные пальцы и опорную плоскость. Такое базирование обеспечивает необходимую точность установки. Увеличение числа пальцев не дает повышения точности установки, а наоборот ухудшает ее.
Установочные пальцы бывают цилиндрическими, постоянно установленные в корпусе приспособления. Диаметры базовых отверстий 1,6 – 20 мм. Сменные, расположенные во втулках, и срезанные, которые применяются при базировании заготовок на опорную плоскость и два пальца, что снижает требования к точности расстояния между базовыми отверстиями.
При обработке нежестких деталей применяются вспомогательные опоры: винтовые, регулируемые и самоустанавливающиеся.
Для базирования заготовок типа тел вращения применяют патроны, оправки, центра. Детали, имеющие внутреннюю цилиндрическую поверхность устанавливаются на оправки. Оправки бывают жесткие и разжимные. Жесткие оправки бывают киническими и цилиндрическими с гарантированным натягом или зазором. Центровые оправки имеют центровые гнезда (отверстия). Для передачи крутящего момента от станка на деталь обычно устанавливается поводок или хомут, который упирается в неподвижную часть шпинделя станка. Конические оправки обеспечивают высокую точность центрирования, конусность рабочей части оправки мала.
Заготовка удерживается от поворота за счет натяга и зажима ее не требуется, но конические оправки не дают точной установки заготовок по длине, т. к. допуск на базовое отверстие у заготовок в пределах партии колеблется, т. е. торцы и уступы на предварительно настроенных станках обрабатывать невозможно.
Нельзя базировать на такие оправки длинные детали, т. к. они будут удерживаться только одним концом. Оправки под запрессовку обеспечивают высокую точность центрирования, а с применением при запрессовке упорных колец можно точно устанавливать заготовку по длине. На таких оправках можно обрабатывать оба торца, уступы и т. д. Недостаток: необходимо иметь оборудование для запрессовки и распрессовки.
Погрешности базирования при установке детали плоскостью, в призму, на оправке по внутреннему отверстию, плоскостью и на два цилиндрических пальца
Погрешность базирования при установке деталей плоскостью.
Рис. 9.
I – опорная установочная база. На рис. 9, а она является конструкторской, погрешность базирования равняется нулю. Размер 30±0,15 будет в пределах допуска. На рис. 9, б та же установочная база вспомогательная, а конструкторской является поверхность III, которая колеблется при обработке ее на величину допуска 0,28 мм. Эта погрешность входит в суммарную погрешность 20±0,15, тогда на погрешность настройки и обработки остается 0,3-0,28=0,02 мм, что явно мало. Размер 20±0,15 чертежный и технолог изменить его не может, значит надо уменьшить допуск на размер 50. δ50
= εδ
= δ20
– Δ. δ50
и δ20
– допуски на размеры 50 и 20. εδ
– погрешность базирования. Δ – суммарная погрешность без погрешности базирования, определяется по таблице средней экономической точности.
Для заготовки литой в металлическую форму Δ=0,1 мм, допуск на размер 50 будет равен δ50
= 0,3-0,1=0,2 мм => размеры будут 20±0,15 и 50±0,1. но лучше деталь перебазировать. Установочной базой сделать поверхность III, тогда она будет совпадать с конструкторской базой и погрешность базирования будет равняться нулю, размер 20±0,15 будет выполняться в пределах допуска.
Погрешность базирования цилиндрических деталей при установке их в призму.
Рис. 10.
α – угол наклона боковых поверхностей призмы;
; О1
О2
– центры заготовки по максимальному и минимальному диаметру в пределах допуска.
Величина погрешности базирования в этом случае зависит от допуска на базовый диаметр D.
или
Если размер обрабатываемой поверхности задан от центра заготовки, то погрешность в этом случае Δδ
= О1
О2
.
Если от верхней точки цилиндрической поверхности, то Δδ1
= К1
К2
, если от нижней точки Δδ2
= С1
С2
.
Наибольшая погрешность К1
К2
будет равняться А К1
-АК2
, О1
О2
= АО1
-АО2
, С1
С2
= АС1
-АС2
.
ОВ1
– максимальный радиус или D1
/2; ОВ1
= D2
/2
Из Δ А1
О1
В1
: О1
В1
/ О1
А1
=sin(α/2);
;
;
Погрешность установки деталей на оправке по внутреннему отверстию.
Рис. 11.
Конструкторской базой диаметров D1
и D2
является ось отверстия заготовки, а установочной базой – ось оправки. Берем худший случай, когда в сопряжении возможен максимальный зазор.
где
- биение по диаметрам D1
и D2
; Smin
– минимальный зазор между внутренним отверстием детали и оправкой;
- допуски на диаметр отверстия и оправки.
Погрешность установки деталей на опорную плоскость и на два цилиндрических пальца.
А0
и Б0
– расстояния между центрами базовых отверстий и пальцев.
δ0
– допуск на межцентровое расстояние базовых отверстий.
δп
– допуск на межцентровое расстояние пальцев.
S1
min
– минимальный зазор первого отверстия с пальцем.
S2
min
– минимальный зазор второго отверстия с пальцем.
условие возможности установки детали на 2 цилиндрических пальца
Заключение
В процессе написания данного реферата я узнала, что для установки на черновые базы применяют постоянные и регулируемые опоры. Установку на чисто обработанные базы осуществляют с помощью опорных пластинок и штырей с плоской и рифленой головками. По наружным цилиндрическим поверхностям заготовки устанавливают в призмы. Установку заготовок с базированием по отверстиям производят на пальцы или оправки. При обработке валов и некоторых других заготовок, имеющих базовые поверхности в виде центровых гнезд в качестве установочных элементов используют центры. Также я узнала как осуществляется базирование заготовок с установкой на эти элементы.
Список литературы
Данилевский В. В. «Технология машиностроения». М., «Высшая школа», 1977.
Черпаков Б. И. «технологическая оснастка». М.: Издательский центр «Академия», 2003.
|