Расчет точности станочного приспособления

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с методикой расчета точности проектируемого приспособления.

2.теоретический раздел

Цель расчета на точность заключается в определении требуемой точности из­готовления приспособления по выбранному параметру. Расчет, как правило, должен состоять из следующих этапов:

• выбор одной или нескольких компоновок приспособления, реализующих за­ данную технологом схему базирования заготовки на рассматриваемой опера­ции;

• выбор одного или нескольких параметров приспособления, которые оказыва­ют влияние на положение и точность обработки заготовки;

• принятие порядка расчета и выбор расчетных технологических факторов;

• определение требуемой точности изготовления приспособления по выбранным параметрам;

• внесение в ТУ сборочного чертежа приспособления требований по точности.

Выбор расчетных параметров осуществляется в результате анализа принятых схем базирования и закрепления заготовки и приспособления, а так­же точности обеспечиваемых обработкой размеров. Приспособление рассчи­тывается на точность по одному параметру в случае, если при обработке заго­товки размеры выполняются в одном направлении. По нескольким параметрам, если на заготовке выполняются размеры в нескольких направлениях [5].

Направление расчетного параметра приспособления должно совпа­дать с направлением выполняемого размера при обработке заготовки.

В зависимости от конкретных условий в качестве расчетных парамет­ров могут выступать: допуск параллельности или перпендикулярности рабочей поверхности установочных элементов к поверхности корпуса приспособления, контактирующей со станком; допуск линейных и угловых размеров; допуск со­осности и перпендикулярности осей цилиндрических поверхностей и т.п. Чаще всего параметр определяет точность положения рабочих поверхностей корпу­са, посредством которых приспособление соединяется со столом или шпинде­лем станка. Примеры выбора расчетных параметров приведены на рисунках 1 и 2.

Пример 1. В приспособлении (рисунок 1), фрезой 5 обрабаты­вается плоская поверхность А заготовки в размер (а) с допуском δ _а. Заготовка 4 устанавливается на установочные элементы (опорные пластины) 3 базовой поверхностью Б. Приспособление опорной поверхностью В корпуса 2 контакти­рует со столом 1 фрезерного станка. Так как направление расчетного размера должно совпадать с направлением выполняемого при обработке заготовки раз­мера и определять точность относительного положения рабочей поверхности установочных (поверхность Б) и поверхности корпуса приспособления, контак­тирующей со станком (поверхность В), в качестве расчетного параметра в дан­ном случае следует принять допуск параллельности на определенной длине поверхности Б установочных элементов относительно поверхности В, корпуса приспособления, либо допуск конструктивно заданного параметра между поверхностями Б и В приспособления.

Рисунок 1- Схема установки заготовки при обработке для обеспечения размеров в одном направлении

Пример 2. На фрезерном станке обрабатывается заготовка 4 (рисунок 2) по поверхностям А и В размеры (а) и (b) с допусками соответственно δ а и δ b. Базовыми поверхностями Б и Г заготовка устанавливается на опорные пластины 3 и 5 в корпусе 2 приспособления Корпус контактирует со столом 1 фрезерного станка плоскостью Д. Его положение относительно Т-образных пазов стола обеспечиваются направляющими шпонками 6. При анализе выполняемых размеров, схемы базирования и приспособления можно установить. что допуск параллельности обрабатываемых поверхностей А и В относительно поверхностей Б и Г детали 4может быть в пределах допусков выполняемых размеров а и b, т.е. δ а и δ b. Положение заготовки будет определятся положением рабочих поверхностей, контактирующих с поверхностями стола станка и определяющих положение приспособления на станке. В качестве расчетных следует выбрать два параметра: допуск параллельности плоскости Г установочных элементов 3 относительно плоскости Д корпуса приспособления и допуск параллельности плоскости Б опорной пластины 5 и боковой поверхности Е направляющих шпонок 6 корпуса.

Рисунок 2 - Схема установки заготовки при обработке для обеспечения размеров в двух направлениях.

На точность обработки влияет ряд технологических факторов, вызывающих общую погрешность обработки Ео, которая не должна превышать допуск δ выполняемого размера при обработке заготовки, т.е. Ео< δ. [3]

Для выражения допуска δ, выполняемого при обработке размера, можно воспользоваться формулой:

.

где: Δ _у - погрешность вследствие упругих отжатий технологической системы под влиянием сил резания;

Δ _H - погрешность настройки станка;

Е - погрешность установки заготовки в приспособлении;

Δ _И - погрешность от размерного изнашивания инструмента;

Δ _Т - погрешность вызываемая тепловыми деформациями технологической системы;

Σ Δ _Ф - суммарная погрешность формы обрабатываемой поверхности, обусловленная геометрическими погрешностями станка и деформацией заготовки при обработке.

Погрешность установки заготовки в приспособлении определяется из выражения:

.

где: Е_б - погрешность базирования заготовки в приспособлении;

Е_з - погрешность закрепления заготовки, возникающая в результате действия сил зажима;

Δ _пр - погрешность положения заготовки, зависящая от приспособления.

.

где: Е_ПР - погрешность изготовления приспособления по выбранному параметру;

Е_У - погрешность установки приспособления на станке;

E_И – погрешность положения заготовки, возникающая в результате изнашивания элементов приспособления.

Если в приспособлении предусмотрены элементы для направления и определения положения или траектории движения обрабатывающего инструмента, то в общей погрешности обработки заготовки может появиться еще одна составляющая – погрешность от перекоса инструмента E_П.

Общая погрешность обработки, приравненная допуску выполняемого размера, определяется зависимостью [3]

,

Отсюда погрешность изготовления приспособления

.

В связи со сложностью нахождения значений ряда величин, входящих в формулу (5) для определения Епр, погрешность изготовления приспособления можно рассчитать по упрощенной формуле (6). Расчет Епр при этом сводится к вычитанию из допуска выполняемого размера всех других составляющих общей погрешности обработки.

.

где: δ - допуск выполняемого при обработке размера заготовки;

Кт - коэффициент, учитывающий отклонение рассеяния значений составляющих величин от закона нормального распределения: Кт=1...1, 2 (в зависимости от количества значимых слагаемых; чем их больше, тем Кт ближе к единице);

Кт1 - коэффициент, учитывающий уменьшение предельного значения погрешности базирования при работе на настроенных станках: Кт1=0, 8...0, 85;

Кт2 - коэффициент, учитывающий долю погрешности обработки в суммарной погрешности, вызываемой факторами, не зависящими от приспособления (Δ у, Δ н, Δ и, Δ т, Σ Δ ф); Кт2=0.6... 0.8 (большее значение коэффициента принимается при меньшем количестве значимых величин, зависящих от приспособления);

W - экономическая точность обработки (принимается по таблицам).

Для расчета допустимой погрешности изготовления приспособления предварительно определяем значения всех составляющих входящих в формулу.

Допуск δ берется с чертежа детали (при окончательной обработке поверхности) или с операционного эскиза технологического процесса обработки заготовки (при предварительной обработке).

Погрешность базирования E δ - рассчитывается в каждом конкретном случае. В таблице 1, представлены схемы базирование и формулы, по которым следует определять погрешность базирования для типовых случаев.

Принятые обозначения:

ε ₁ – смещение (эксцентриситет) оси отверстия относительно оси наружной цилиндрической поверхности;

δ _d – допуск диаметра наружной поверхности;

S_min – односторонний минимальный гарантированный зазор;

δ _А – допуск размера базового отверстия;

δ _В – допуск размера оправки;

Δ _Ц – просадка центров.

Погрешность закрепления Е_з - определяется аналитически в случае, когда рассчитывают весьма малые смещения заготовок в прецизионных приспособлениях. В остальных случаях при расчете приспособлений на точность значения Е_з принимают по таблицам 2...5.

Рисунок 3 - Схема обра­зования погрешности ус­тановки приспособления на станке.

Погрешность уста­новки приспособления на станке Е_у возникает из-за зазоров между направляющими шпонками или установочными пальцами приспособления и Т-образными пазами или отверстиями стола станка, что характерно для фрезерных, расточных и других приспособлений (рисунок 3). Для уменьшения этих погрешностей рекомендуется точнее изготавливать посадочные места, а элементы для базирования приспособлений как можно дальше друг от друга [5]. Погрешность установки вращающихся приспособлений на токарные, зубофрезерные и другие станки зависит от точности их базирования в гнёздах станка (конусное отверстие шпинделя, центральное отверстие поворотного стола, центрирующий поясок планшайбы станка и др.).

Расчет Еу в каждом конкретном случае следует вести по схеме установки приспособления на станке (таблица 6).

Погрешность положения отверстий En, связанная с перескоком и смещением обрабатывающего инструмента возникает из-за неточности изготовления направляющих элементов приспособления (рисунок 4). Для уменьшения износа направляющей втулки между ее нижним торцом и поверхностью заготовки предусматривается зазор m (при обработке чугуна и других хрупких материалов m=(0.3...0.5)d, при обработке стали и вязких материалов m=d; при зенкеровании m< =0, 3d).

При m> 0, 3d .

При m< 0, 3d .

где S - односторонний максимальный радиальный зазор между втулкой и инструментом; d – диаметр инструмента; L – длина направляющей втулки.

Рисунок 4 – Схема образования погрешности, связанной с перекосом инструмента.

Погрешность положения заготовки, возникающая в результате изнашивания элементов приспособления Е_И характеризует изменение положения рабочих поверхностей установочных элементов в результате их изнашивания в процессе эксплуатации приспособления. На интенсивность изнашивания установочных элементов влияют их размеры, конструкция, материал и масса обрабатываемой заготовки, состояние ее базовых поверхностей.

Износ установочных элементов определяется:

- для опор с малой поверхностью контакта

.

- для опор с развитой поверхностью контакта

.

где β ₁, β ₂ – постоянные, зависящие от вида установочных элементов, определяемые по таблице 7; N - количество контактов заготовки с опорой за 1 год.

Последним расчетным факторам при расчете приспособления на точность является экономическая точность обработки ω (определяется по таблицам 8…18).

Таблица 1 - Погрешность базирования при установке в приспособлениях.

Базирование	Схема установки	Погрешность базирования для размеров
По центровым отверстиям на жёсткий передний центр
На плавающий передний центр
По внешней поверхности в зажимной цанге по упору
В самоцентрирующемся патроне с упорным торцом		(при параллельном подрезании торцов)
В самоцентрирующихся призмах
Продолжение таблицы 1
В призме при обработке отверстий по кондуктору
На плоской поверхности при обработке отверстия по кондуктору
В призме при обработке плоскости или паза
В призме при обработке плоскости или паза
В призме при обработке плоскости или паза
По отверстию на жёсткой оправке со свободной посадкой		При установке оправки на плавающий передний центр, гильзу или патрон по упору.
Продолжение таблицы 1
На разжимной оправке, на жёсткой оправке с натягом		При установке оправки на жёсткий передний центр.
По двум отверстиям на пальцах при обработке верхней поверхности
На плоскости при обработке уступа

Таблица 2 - Погрешность закрепления заготовок Ез при установке на опорные пластины, мкм.

Таблица 3 - Погрешность закрепления заготовок Ез при установке в осевом направлении при обработке на станках, мкм.

Таблица 4 - Погрешность закрепления заготовок Ез при установке на точечные опоры, мкм.

1. При установке на магнитной плите погрешность закрепления отсутствует

2. Погрешность закрепления дана по нормали к обрабатываемой поверхности

Таблица 5 - Погрешность закрепления заготовок Ез при установке на опорные пластины, мкм.

1. При установке на магнитной плите погрешность закрепления отсутствует

2. Погрешность закрепления дана по нормали к обрабатываемой поверхности

Таблица 6 - Погрешность установки приспособлений.

Схема установки	ε УС
	В направлении оси Х: 0, 01-0, 04 мм; Оси Y: значение s; Для угла β: 2arctg(S/L)
	В направлении оси Х: значение s; Оси Y: 0, 01-0, 04 мм; Для угла β:
	В направлении оси Х: 0, 03-0, 6 мм; Оси Y: значение s; Для угла β: 5-10°
Продолжение таблицы 6
	Для конуса Морзе №0: 0, 1-0, 2 мм; №1, 2, 3: 0, 15-0, 3 мм; №4, 5: 0, 2-0, 4 мм; №6: 0, 25-0, 5 мм. Для метрического конуса №80: 0, 25-0, 5 мм; №100, 200: 0, 3..0, 6 мм; В направлении оси Х: 0, 01-0, 03 мм; Оси Y: значение s; Для угла β: 2δ α
	В направлении оси Х: 0, 05-0, 2 мм; Для угла β: 2-5’
	В направлении оси Y: 0-0, 02 мм; Оси X: значение s; Для угла β: arctg(S/L); На длине l: (sl)/L
	В направлении оси Y: 0-0, 03 мм; Для угла β: 2arctg(0, 01-0, 03/L)
Примечание. Обозначения на рисунках: 1 – шпиндель, 2 – приспособление, 3 – конус, 4 – центр, 5 – деталь, 6 – стол станка, 7 – плита приспособления, 8 – кондуктор.

Таблица 7 - Значение коэффициентов для различных установочных элементов.

Таблица 8 - Экономическая точность обработки наружных цилиндрических поверхностей.

Таблица 9 - Экономическая точность обработки внутренних цилиндрических поверхностей.

Таблица 10 - Экономическая точность обработки плоскостей.

Таблица 11 - Экономическая точность обработки фасонной фрезой.

Таблица 12 - Экономическая точность обработки торцевых поверхностей.

Таблица 13 - Экономическая точность фрезерования выступов и пазов.

Таблица 14 - Экономическая точность обработки при одновременном фрезеровании параллельных поверхностей дисковыми фрезами.

Таблица 15 - Экономическая точность обработки резьбы.

Таблица 16 - Экономическая точность обработки пазов и шпоночных канавок шпоночной фрезой.

Таблица 17 - Экономическая точность соосности расположения поверхностей тел вращения.

Таблица 18 - Экономическая точность различных способов обеспечения перпендикулярности оси отверстий относительно плоскости.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Изучить настоящее методическое пособие

3.2. Получить у преподавателя схему установки заготовки в приспособлении и чертеж приспособления.

3.3. Рассчитать погрешность приспособления согласно методическим указаниям.

3.5. Сформулировать выводы по работе

4. Содержание отчета

4.1. Цель работы.

4.2. Схема установки заготовки в приспособлении.

4.3. Исходные данные.

4.4. Расчет погрешности приспособления

4.5. Вывод

5. Контрольные вопросы

5.1. Что включает в себя понятие «погрешность установки заготовки».

5.2. Что такое погрешность базирования заготовки?

5.3. Что такое погрешность закрепления заготовки и какими факторами определяется её величина?

5.4. Как при расчете точности приспособления учитывается износ установочных элементов.

5.5. Как рассчитывается погрешность установки приспособления на станке.

5.6. Как в расчете точности приспособления учитывается экономическая точность обработки.