Достижение показателей точности и разработка маршрута обработки отдельных поверхностей детали.
При проектировании и реализации технологического процесса изготовления детали по каждому заданному на чертеже показателю точности должно выполняться условие
(1)
т.е. полученное в партии поле рассеяния (погрешность) показателя точности 
на должно превышать заданное конструктором поле допуска 
.
Это означает, что при проектировании технологического процесса изготовления детали технолог должен по каждому заданному показателю точности из всего арсенала средств технологического воздействия на материалы отобрать, включить в состав технологического процесса и расположить в определенной последовательности во времени и пространстве такие, которые обеспечивают заданную его величину.
Основными показателями точности отдельной поверхности являются погрешность размера поверхности, макрогеометрические (погрешности формы) и микрогеометрические (шероховатость) отклонения от формы. Достижение этих показателей точности обеспечивается выбором и реализацией соответствующих методов получения и обработки поверхности.
Как правило, деталь изготавливают в два этапа. Сначала получают заготовку, которая в какой-то степени по форме и размерам приближается к готовой детали. Выбор того или иного метода получения заготовки, как было показано в главе 5 определяется целым рядом условий технического и экономического характера. Чем точнее метод получения заготовки, тем для большего количества поверхностей может быть достигнуто условие
(2)
из которого следует, что такие поверхности не требуют дальнейшей обработки и останутся на детали необработанными (их называют иногда «черными»). Однако известно, что достижение более высокой точности заготовки приводит к значительному ее удорожанию. При этом удорожание более точных заготовок может превысить экономию от уменьшения объема и стоимости ее последующей обработки по сравнению с менее точными заготовками. Поэтому в большинстве случаев при сравнении точности размеров детали и заготовки оказывается, что условие (2) не выполняется, и тогда используют второй этап изготовления детали – обработку заготовки.
Обработка заготовки заключается в съеме с ее поверхности некоторого слоя металла, называемого припуском.
Обработка производится в технологических системах (ТС). Под технологической системой понимают динамически замкнутую систему, состоящую из станка, приспособления для установки заготовки, приспособления для установки рабочего инструмента, обрабатываемой заготовки. Например, на рис. 8 приведена схема фрезерной ТС, в которой ведется обработка на заготовке прямоугольного паза.
Каждая простая ТС реализует некоторый метод обработки. Подметодом обработки (МО) понимают разновидность воздействия на материал детали, отличающуюся подводимой в зону обработки энергией, схемой формообразования поверхности (способами создания производящих линий и их взаимных движений) конструкцией (типом) рабочего инструмента и численными значениями параметров режимов.
Есть сложные ТС, в которых последовательно для одной заготовки или параллельно для нескольких реализуются разные методы обработки. В арсенале технологии машиностроения огромное количество методов обработки заготовок и их число постоянно пополняется новыми. Не менее разнообразен и многочислен парк оборудования, на котором эти методы реализуются.
Рис. 8 Технологическая система для фрезерования:
1 – фрезерный станок; 2 – приспособление для установки заготовки (тиски); 3 – заготовка; 4 – приспособление для установки инструмента (оправка); 5 – инструмент (фреза).
При выборе методов обработки во время проектирования ТП приходится находить ответы на следующие вопросы:
· какой метод обработки и, следовательно, какую ТС применить для той или иной поверхности?
· когда однократной обработки недостаточно и требуется последовательное применение нескольких методов обработки?
· как определить необходимую и достаточную последовательность методов обработки, называемую маршрутом обработки поверхности?
Каждый метод обработки используется для улучшения показателей точности поверхности после ее обработки. Для выбора того или иного метода технолог должен знать его технологические возможности.
Под технологическими возможностями метода обработки понимают, во-первых, характеристику заготовки, для обработки которой может быть рационально применен этот метод, и, во-вторых, достигаемые при его использовании показатели точности обрабатываемой поверхности.
С точки зрения достижения показателей точности детали работа технологической системы может быть описана схемой представленной на рис. 9
Рис. 9 Схема работы технологической системы с точки зрения
достижения показателя точности детали 
.
В результате обработки заготовки в технологической системе ее размер 
рассеянный по полю 
. Именно это уменьшение поля рассеяния размера (показателя точности) и составляет смысл и цель любой обработки и может быть описано соотношением
;
где 
– уточнение технологической системы, которое показывает, во сколько раз может быть уменьшено поле рассеяния размера заготовки после ее обработки.
Уточнение является важнейшей характеристикой любой технологической системы. Величина уточнения для большинства технологических систем составляет 
. Различают проектное и фактическое уточнения. Под проектным понимают отношение допусков соответствующих размеров поверхности на заготовке и на детали:
Проектное уточнение характеризует задачу будущего маршрута получения заданной поверхности из принятой заготовки.
На основании вышеизложенных положений рассмотрим действия технолога по достижению заданных показателей точности в проектируемом технологическом процессе обработки детали. Предметом рассмотрения будут те поверхности, для которых условие (2) не выполняется, т.е. 
и заданная точность может быть достигнута лишь обработкой заготовки и уменьшением в результате ее выполнения погрешности заготовки до величины, не превышающей заданный допуск размера детали .
Методически выбор маршрута обработки поверхности детали целесообразно проводить в следующей последовательности:
1. Вначале рекомендуется провести нумерацию всех поверхностей детали, предлагаемой для изготовления. Вариант нумерации поверхностей детали-противовес, выбранного в качестве примера иллюстрации рассматриваемой методики выбора маршрута обработки поверхностей, представлен на рис. 10 Данная деталь включает 22 поверхности, все поверхности подлежат обработке. Заготовка – отливка, получаемая литьем в металлические формы (1 класс точности). Тип производства – серийный. Рекомендуемый тип оборудования – универсальное, специализированное.
Рис. 10 Противовес
2. Затем для каждой обрабатываемой поверхности на основе анализа конструкции и размерного описания детали выполненного в п. 2 уточнить и занести в таблицу 15 сведения о точности исходной заготовки, о точности и шероховатости готовой детали.
3. Исходя из данных о точности исходной заготовки и готовой детали, по каждой из поверхностей рассчитать требуемую величину уточнения, которую необходимо обеспечить в результате обработки, по формуле
(3)
где 
– точность заготовки;
– точность поверхности готовой детали;
i – порядковый номер поверхности.
В соответствии с соотношением 3 для приведенного на рис.10 противовеса расчетные проектные величины уточнения маршрутных технологических процессов обработки поверхностей составят:
| Порядковый номер поверхности |
| 
| 
|
| 11,5 | |||
| 1,15 | |||
| 21,5 | |||
| 16,1 |
Величины уточнения по всем поверхностям детали противовес представлены в таблице 14
4. Выбрать методы окончательной обработки поверхностей, обеспечивающих получение требуемой точности и шероховатости. Для выбора методов окончательной обработки поверхностей можно воспользоваться таблицей этапов обработки поверхностей (таблица 15), рекомендациями для выбора методов обработки поверхностей представленными в таблице 16 или использовать данные о точности обработки деталей на станках, приведенные в справочной литературе [12]. Метод окончательной обработки выбирается таким образом, чтобы технологические возможности его 
обеспечивали получение требуемых параметров качества поверхности 
. Выбранный метод окончательной обработки фиксируется в сводной таблице маршрутов обработки поверхностей детали (таблица 15) под номером перехода соответствующего этапу при котором достигается заданный показатель точности поверхности.
Так, анализ показателей точности поверхностей противовеса позволил на основе таблицы 15 и данных [12] выбрать в качестве окончательной обработки поверхностей следующие методы:
для поверхности 1 – чистовое обтачивание, соответствующего этапу 7 и обеспечивающего 
= 80 мкм, при 
= 100 мкм;
для поверхности 4 – тонкое алмазное обтачивание, соответствующего этапу 8 и обеспечивающего 
= 40 мкм, при 
= 40 мкм;
для поверхности 6 – черновое торцевое точение, соответствующего этапу 1 и обеспечивающего 
= 530 мкм при 
= 870 мкм;
для поверхности 8 – нарезание резьбы произвести после предварительного тонкого растачивания, соответствующего этапу 8 и обеспечивающего 
=35 мкм при 
= 40 мкм;
для поверхности 16 – чистовое растачивание, соответствующего этапу 7 и обеспечивающего 
= 54 мкм при 
= 54 мкм.
Аналогичным образом выбраны методы окончательной обработки других поверхностей. Как видно из таблицы 14 предпочтение отдано токарным методам обработки, поскольку рассматриваемая в качестве примера деталь-противовес относится к типу деталей тела вращения, обработку которых рационально осуществлять на токарных станках с ЧПУ, что отвечает условиям, сформулированным в исходных данных.
5.Далее следует, используя обобщенную таблицу этапов обработки (таблица 15) наметить маршруты обработки поверхностей, а с учетом точности достигаемой на каждом переходе включенном в маршрут определить величину уточнения выбранного маршрута технологического процесса обработки поверхности и сравнить его с величиной, рассчитанной в пункте 3. Величина уточнения выбранного маршрута обработки поверхности определяется как произведение уточнений технологических систем включенных в маршрут
, (4)
где m – номер перехода обработки поверхности; 
– уточнение технологической системы, обеспечивающей реализацию конкретного метода обработки включенного в маршрут обработки поверхности.
Маршрут обработки поверхности считается приемлемым и обеспечивает достижение заданного показателя точности если соблюдается условие
(5)
Таблица 14
Способы обработки поверхностей противовеса (рис. 10)
| № пов | Заготовка | Параметры качества поверхности | εдк | План обработки поверхностей | ||||||||||||
| Отливка – литье в металлические формы (1 кл. точности) | Тзк | Кв. точ | Тдк | Ra (Rz) | 1 пер | Тк1, мкм | 2 пер | Тк2, мкм | 3 пер | Тк3, мкм | 4 пер | Тк4, мкм | 5 пер | εк | 6 пер | |
| 2,5 | 11,5 | Черн. обтач. | Получист. обтач. | Чист. об- тач. | - | 14,4 | ||||||||||
| 6,3 | 1,15 | Черн. обтач. | - | - | - | 1,15 | ||||||||||
| 6,3 | 1,0 | Черн. обтач. | - обтач. | - | - | 1,0 | ||||||||||
| 6,3 | 1,25 | Черн. обтач. | Получист. обтач | Чист. об- тач | Тонк. об-тач. | 25,0 | К | |||||||||
| 6,3 | 1,0 | Черн. обтач. | - | - | - | 1,0 | ||||||||||
| 6,3 | 1,25 | Черн. торц. обтач. | - | - | - | 1,89 | ||||||||||
| 6,3 | 1,15 | Черн. растач. | - | - | - | 1,64 | ||||||||||
| 1,25 | 21,8 | Черн. растач. | Получист. растач. | Чист. рас- тач | Тонк. рас-тач. | Нарез. резьбы М100*2 | 25,1 | К | ||||||||
| 6,3 | 1,0 | Черн. растач. | - | - | - | 1,9 | ||||||||||
| 6,3 | 1,4 | Черн. торц. растач | - | - | - | 1,64 | ||||||||||
| 6,3 | 1,15 | Черн. растач. | - | - | - | 1,64 | ||||||||||
| 6,3 | 1,0 | Черн. растач. | - | - | - | 1,85 | ||||||||||
| 6,3 | 1,0 | Черн. растач. | - | - | - | 1,85 | ||||||||||
| 6,3 | 1,4 | Черн. растач. | - | - | - | 1,64 | ||||||||||
| 6,3 | 1,0 | Черн. растач. | - | - | - | 1,64 | ||||||||||
| 6,3 | 2,5 | Черн. растач. | Получист. растач. | Чист. рас- тач. | - | 16.3 | К | |||||||||
| - | - | 6,3 | - | Сверление | - | - | - | |||||||||
| К | 6,3 |
Таблица 15
Этапы обработки поверхностей
| Этап | Наименование | Содержание | Реализация | Наруж.пов. | Параметры качества поверхности |
| Внутр.пов. | |||||
| Плоск.пов. | Квал. | Rz (Ra), мкм | |||
| Э0 | Заготовительный | Получение заготовки | Прокатка, штамповка, литье | 16 – 12 | (>40) |
| Э1 | Черновой | Съем напусков и основного объема припусков | Черновое обтачивание Сверление, рассверливание, черновое зенкерование, черновое растачивание Черновое фрезерование, обдирочное шлифование | 14 – 12 | (80)-6,3 |
| Э2 | Термический 1 | Стабилизирующая термообработка для снятия внутренних напряжений | Отжиг, нормализация, улучшение – искусственное старение | - | - |
| Э3 | Получистовой 1 | Уточнение и правка баз | Получистовое обтачивание Рассверливание, зенкерование, черновое протягивание (притирка центровых отверстий) Получистовое фрезерование, черновое шлифование | 13 – 10 | (40)-1,6 |
| Э4 | Термический 2 | Химико-термическая обработка | Цементация, азотирование и т.д. | - | - |
| Э5 | Получистовой 2 | Назначается, если Э4=0; правка баз, съем припуска с поверхностей, не подлежащих хим.-терм. обработке | Получистовое обтачивание Притирка центровых отверстий, получистовое растачивание | 13 – 10 | (40)-1,6 |
| Э6 | Термический 3 | Упрочняющая термообработка | Закалка | - | - |
| Э7 | Чистовой 1 | Уточнение (правка баз, если Э6=0) | Чистовое обтачивание, черновое шлифование Черновое развертывание, черновое шлифование, протягивание (притирка центровых отверстий) Чистовое шлифование | 10 – 8 | 6,3-0,4 |
| Э8 | Чистовой 2 | Уточнение | Тонкое обтачивание, чистовое шлифование Тонкое растачивание, чистовое шлифование, чистовое развертывание центровых отверстий Чистовое шлифование | 8 – 6 | 1,6-0,2 |
| Э9 | Доработочный | Обработка второстепенных элементов и легкоповреждаемых поверхностей (резьб и т.д.) | Все методы механической обработки | - | - |
| Э10 | Гальванический | Нанесение покрытий | Цинкование, никелирование и др. | - | - |
| Э11 | Доводочный | Получение поверхностей особо высокой точности, снижение шероховатости | Тонкое шлифование, притирка, суперфиниш, обкатывание, выглаживание, полирование, Тонкое шлифование, притирка, хонингование, раскатывание, выглаживание, калибрование, полирование Притирка, доводка | 5 – 4 | <0,1 |
| Э12 | Контрольный | Контроль качества | Измерение размеров, шероховатости | - | - |
Таблица 16
Рекомендации для выбора методов обработки поверхностей
| Исходные данные | Рекомендуемый метод обработки | Технологические возможности | Характеристики метода | |||||||
| Точность | Вид поверхности | Необходимость координир.относит.др. размеров | Состояние материала | Тип производства | Координирование относительно пр. поверхностей | Дополнительные сведения | Производительность | Стоимость инструмента | Возможность переналадки на размер | |
| 12-14 кв. (реализуется на этапе обработки Э1) | Нар. цил. | Незави-симо | Сырой | любой | Обтачивание | До 0,1-0,15 | - | Высок. | Низк. | Есть |
| Отвер-стие | Незави-симо | Сырой | Любой | Сверление1 | До 0,15-0,25 | Кондук. | Средн. | Низк | Нет | |
| м/с | Рассверливание2 | То же | Кондук. | Средн. | Низк | Нет | ||||
| с/с к/с | Черновое зенкерование | До 0,1-0,15 | Кондук. | Высок, | Средн. | Нет | ||||
| с/с | Растачивание | До 0,08-0,12 | С напряж. | Низк. | Низк | Есть | ||||
| м/с | Расфрезеровы-вание3 | До 0,15 | - | Средн. | Низк | Есть | ||||
| Плос-кости | Незави-симо | Сырой | м/с | Строгание4 | В пред.12 кв | - | Низк. | Низк | Есть | |
| Любой | Фрезерование | То же | - | Высок. | Очень высок. | Есть | ||||
| к/с, м | Плоское протягивание | До 10 кв | - | Очень высок. | Очень высок. | Есть | ||||
| В спец. случ. | Плоское обдирочное шлифование | В пред.12 кв | - | Высок. | Низк | Есть | ||||
| 11-10 квалитет | Нар. цил. | Незави-симо | Сырой | Любой | Получистовое обтачивание | До 0,08-0,1 | - | Высок. | Низк | Есть |
| Отвер-стие | Незави-симо | Сырой | м/с | Рассверливание2 | До 0,12-0,15 | Кондук. | Средн. | Низк | Нет | |
| Получистовое растачивание | До 0,05 | С напряж. | Низк. | Низк | Есть | |||||
| с/с, к/с, м | Чистовое зенкерование | До 0,07-0,1 | Кондук. | Высок. | Средн. | Нет | ||||
| м/с, с/с | Получистовое расфрезеро-вывание3 | До 0,1 | - | Средн. | Низк | Есть | ||||
| к/с, м | Прошивка Протягивание | Нет | Шлиц. Фасон. | Очень высок. | Очень высок. | Нет | ||||
| Плос-кости | Незави-симо | Сырой | м/с | Строгание4 | До 10 кв | - | Низк | Низк | Есть | |
| Любой | Получистовое фрезерование | До 10 кв | - | Высок. | Средн. | Есть | ||||
| к/с, м | Плоское протягивание | До 10 кв | - | Очень высок. | Очень высок. | Есть | ||||
| В спец. случ. | Плоское шлифование | До 10 кв | Высок. чистота | Средн. | Низк | Есть | ||||
| 9-8 квалитет (Э7) | Нар. цил. | Есть | Сырой | Любой | Чистовое обтачивание | До 0,05 | - | Средн. | Низк | Есть |
| Закал | Любой | Шлифование | До 0,02-0,03 | Высок. чистота | Средн. | Низк | Есть | |||
| нет | Сырой | Любой | Чистовое обтачивание | До 0,05 | - | Средн. | Низк | Есть | ||
| Любой | Шлифование | До 0,02-0,03 | Высок. Чистота | Средн. | Низк | Есть | ||||
| Закал | Любой | Шлифование | До 0,02-0,03 | Высок. Чистота | Средн. | Низк | Есть |
Таблица 16 (продолжение)
| 9-8 квалитет (Э7) | Нар. цил. | Есть | Сырой | м/с | Чистовое растачивание | До 0,05 | С напряж. | Низк. | Низк. | Есть |
| с/с, к/с, м | Развертывание | До 0,05-0,06 | Кондук. втулка | Высок. | Средн. | Нет | ||||
| Закал | Любой | Внутреннее шлифование | До 0,05 | Высок. чистота | Низк. | Низк. | Есть | |||
| Алмазное (эльбор) растачивание | До 0,05 | Высок. чистота | Низк. | Низк. | Есть | |||||
| Нет | Сырой | м/с | Чистовое растачивание | До 0,05 | С напряж. | Низк. | Низк. | Есть | ||
| с/с, к/с, м | Развертывание | До 0,05-0,06 | Кондук. втулка | Высок. | Средн. | Нет | ||||
| к/с, м | Протягивание | Нет | Шлиц. отвер. | Высок. | Очень высок. | Нет | ||||
| Закал | Любой | Внутреннее шлифование | До 0,05 | Высок. чистота | Низк. | Низк. | Есть | |||
| Алмазное (эльбор) растачивание | До 0,05 | Высок. чистота | Низк. | Низк. | Есть | |||||
| Плос-кости | Незави-симо | Сырой | Любой | Тонкое (бреющее) фрезерование | До 8 кв | Высок. чистота | Средн. | Средн. | Есть | |
| Любой | Плоское шлифование | До 8 кв | Высок. чистота | Низк. | Низк. | Есть | ||||
| 7-6 квалитет (Э8) | Нар. цил. | Есть | Сырой | Любой | Тонкое обтачивание | Есть | - | Средн. | Низк. | Есть |
| Закал | Любой | Шлифование | Есть | - | Низк. | Низк. | Есть | |||
| Нет | Сырой | м/с | Тонкое обтачивание | Есть | - | Средн. | Низк. | Есть | ||
| с/с, к/с, м | Шлифование | Есть | - | Низк. | Низк. | Есть | ||||
| Закал | Любой | Шлифование | Есть | - | Низк. | Низк. | Есть | |||
| Отвер-стие | Есть | Сырой | Любой | Тонкое растачивание | Есть | - | Низк. | Низк. | Есть | |
| Нет | Сырой | м/с | Тонкое растачивание | Есть | - | Низк. | Низк. | Есть | ||
| с/с, к/с, м | Чистовое развертывание | Нет | - | Средн. | Средн. | Нет | ||||
| к/с, м | Протягивание | Нет | Шлиц. отвер. | Высок. | Низк. | Нет | ||||
| Закал | Любой | Внутреннее шлифование | Есть | - | Очень низк. | Низк. | Есть | |||
| Алмазное (эльбор) растачивание | Есть | - | Низк. | Низк. | Есть | |||||
| Плос-кости | Незави-симо | Незави- симо | Любой | Плоское шлифование | Есть | - | Низк. | Низк. | Есть |
Примечание:
1 – Самый распространенный метод получения отверстия в глухом материале
2 – При отсутствии зенкера. Предпочтительнее зенкерование.
3 – Так называемое планетарное фрезерование, т.е. движение вращающейся концевой фрезой внутри отверстия по кольцевой траектории. Используется на многоцелевых станках с системой ЧПУ типа Ф4.
4 – Только при обработке длинных узких поверхностей (например, направляющих).
Рассмотрим обеспечение условия (4),(5) на примере противовеса (рис. 10). Так, для поверхности 1 заданная точность реализуется на 7 этапе обобщенной схемы обработки детали (таблица 15). Однако в технических требованиях на эту деталь требования предусматривающие необходимость проведения химико-термической и термической обработки отсутствуют. Это позволяет для обработки поверхности 1 наметить следующий маршрут:
1) черновое обтачивание, обеспечивающее по данным [12] 
при этом величина уточнения технологической системы применяемой для выполнения этого перехода составит
2) получистовое обтачивание ( 
)
3) чистовое обтачивание ( 
)
Для оценки возможности применения намеченной последовательности обработки поверхности 1 определим величину уточнения выбранного маршрута обработки поверхности
Сравнение 
с 
(14,39>11,5) показывает, что намеченный маршрут обработки поверхности 1 обеспечивает достижение заданных на нее конструктором показателей точности.
Для поверхности 4 можно предложить следующую последовательность обработки:
1) черновое обтачивание ( 
; 
)
2) получистовое обтачивание ( 
; 
)
3) чистовое обтачивание ( 
; 
)
4) тонкое обтачивание ( 
; 
)
Для обработки поверхности 6 достаточно однократной обработки в условиях одной технологической системы путем чернового торцевого точения ( 
; 
) при этом 
Маршруты обработки других поверхностей в соответствии с изложенной методикой представлены в таблице 14.
7.2 Достижение показателей точности взаимного расположения поверхностей, выбор технологических баз и обоснование плана изготовления детали
На данном этапе необходимо, исходя из показателей точности определяющих взаимное расположение поверхностей детали наметить пути их технологического обеспечения и на этой основе определить последовательность обработки поверхностей детали, называемую планом изготовления детали. К этим показателям точности детали относятся расстояние между двумя поверхностями и относительный поворот одной поверхности относительно другой (угловой размер). Технологическим комплексом (ТК) называется совокупность поверхностей, на которые чертежом установлены жесткие допуски на взаимное расположение или на координатную связь. При этом одна из связанных между собой размерами поверхностей использована конструктором в качестве конструкторской размерной базы. Под конструкторской размерной базой (КРБ) понимают поверхность, ее ось или точку относительно которых определено положение на детали другой поверхности.
Для обеспечения этих показателей точности в технологическом процессе изготовления детали применяются два способа:
1) копирование на детали соответствующего размера инструмента, комплекта инструмента или станка;
2) соответствующий выбор технологических баз при обработке связанных размерами взаимного расположения поверхностей.
При первом способе точность взаимного расположения двух поверхностей решается до начала их обработки на стадии создания этого (или этих) размера в инструменте при его изготовлении, в комплекте инструментов многоинструментальной наладки или в технологическом оборудовании при настройке и последующим его переносом (копированием) на деталь во время обработки связанных между собой поверхностей. На рис.11 приведены примеры технологического обеспечения точности размеров взаимного расположения поверхностей детали способом копирования.
Однако в силу различных причин конструктивного, технологического и экономического характера применение этого способа ограничено, а иногда и невозможно.
Более широко в технологии изготовления деталей применяется способ основанный на выборе технологических баз. Под технологической базой (ТБ) понимают поверхность, ось или точку посредством которой устанавливается деталь в процессе обработки и определяется положение детали относительно инструмента. При выборе технологических баз технолог должен руководствоваться двумя основополагающими принципами построения технологических процессов изготовления деталей:
· принципом совмещения баз;
· принципом единства технологических баз.
Рис. 11 Схемы получения копированием размеров взаимного расположения поверхностей деталей
Суть принципа совмещения баз заключается в том, что для достижения наиболее высокой точности конструкторских размеров расположения поверхностей следует в качестве технологических баз для каждой из них использовать конструкторско-размерную базу. Технико-экономическую эффективность принципа совмещения баз проиллюстрируем на примере получения при обработке корпуса (рис. 12) заданного конструктором размера К, описывающего положение оси отверстия относительно плоскости основания лапок.
Связанные размером К поверхности обрабатываются в двух ТС: фрезерной,схема которой приведена на рис.12,б, и расточной, возможные варианты которой приведены на рис.12,в,г. Требуемые показатели точности отверстия (диаметр, шероховатость) обеспечиваются выбранным МО, например, чистовым растачиванием; условия достижения этих показателей и результат одинаковы в обоих вариантах выполнения расточной операции. Различие в вариантах заключается в используемых в каждом случае ТБ: в варианте на рис. 12,в в качестве ТБ технолог использует КРБ - плоскость основания лапок, а в варианте на рис.12,г - верхнюю плоскость корпуса, т.е. поверхность, отличную от КРБ, не совпадающую с ней. Появление в ТП обработки детали первого или второго вариантов расточной операции определяется выбором технологом разных схем базирования заготовки для обработки отверстия. Другими словами, технолог выбором ТБ для обработки отверстия сам себя может поставить в одну из двух ситуаций, и эти ситуации различаются по признаку совпадения для обрабатываемой поверхности ТБ с КРБ. Покажем, что различие в организации одной и той же операции приводит к существенным последствиям для достижимой точности заданного конструктором размера К.
В первом варианте (при совмещении ТБ с КРБ) конструкторский размер К' получается равным технологическому размеру расточной операции Тр. Под технологическим размером понимают размер, определяющий во время обработки детали положение обрабатываемой поверхности относительно используемой ТБ. Величина и погрешность такого размера определяются только используемой для обработки ТС и условиями ее работы. Технологический размер, получаемый на данной операции (переходе), и его погрешность не зависят от предшествующей или последующей обработок, можно считать, что он формируется как замыкающее звено некоторой размерной цепи ТС, составляющими звеньями которой являются ее внутренние размеры. Эта цепь условно показана некоторой дугой, а размер Т является хордой этой дуги. Таким образом, при совмещении ТБ с КРБ:
и 
(6)
Рис. 12. Варианты достижения точности конструкторского размера К при различных схемах базирования корпуса на операции растачивания отверстия
В рассматриваемом на рис. 1.12,в примере
, 
(7)
где Тр – технологический размер на операции растачивания отверстия;
– погрешность технологического размера, равная погрешнсти ТС расточного станка.
Для обеспечения заданной точности размера К на операции растачивания необходимо обеспечить выполнение условия (1)
(8)
Во втором варианте (при несовмещении ТБ с КРБ, как на рис. 12,г) после растачивания отверстия детали также образуется размер К, однако, его величина формируется уже как замыкающее звено П0 некоторой внешней по отношению к ТС расточного станка размерной цепи П. Технологический размер Тр = П1 в этом случае отличается от К и, оставаясь замыкающим для внутренней размерной цепи ТС расточного станка, теперь уже входит первым составляющим звеном в размерную цепь П. Вторым составляющим звеном цепи П, как это видно из рис. 12,г, является размер П2 между выбранной ТБ (верхней плоскостью корпуса) и КРБ (плоскостью основания лапок). В соответствии с теорией размерных цепей погрешность конструкторского размера К в этом случае равна:
(9)
Размер П2 получен на детали ранее, при выполнении фрезерной операции (см. рис. 12,б) и являлся технологическим размером для этой операции, т. е.:
и 
(10)
С учетом (9) достигаемая во втором варианте точность конструкторского размера определяется погрешностью
(11)
равной сумме погрешностей ТС, используемых на двух операциях: фрезерной 
и расточной 
.
Сопоставление результатов двух вариантов (см. 7 и 9) показывает, что достижимая точность размера К во втором варианте при прочих равных условиях выполнения операций фрезерования и растачивания (за исключением различия в схеме базирования на расточной операции) во втором варианте значительно, по крайней мере, на порядок ниже, чем в первом. Это означает, что для достижения заданной конструктором точности размера К во втором варианте необходимо будет назначить особые, более жесткие допуски на технологические размеры обеих операций, отвечающие уравнению 2.9, записанному в полях допусков, т.е.
(12)
и при выполнении операций фрезерования и растачивания обеспечить выполнение условий
и 
(13)
Конечно же, выполнение условий (13) во втором варианте с технической и экономической точек зрения представляет технологу гораздо больше трудностей, чем условия (8) в первом варианте.
Принцип единства баз представляет собой правило выбора технологических баз, которое рекомендует использовать в качестве ТБ при обработке всех или возможно большего количества поверхностей детали в разных или одной технологической системе одну и ту же – единую ТБ. Целесообразность такого подхода рассмотрим на примере организации обработки корпусной детали с тремя отверстиями, представленной на рис. 13, размерное описание которых конструктором может быть задано цепным способом (рис. 13 а,б) или координатным (13 в.г). Варианты технологического обеспечения конструкторских размеров расположения отверстий представлены на рис. 13.
Рис. 13 Варианты технологического обеспечения конструкторских размеров расположения поверхностей
В вариантеI каждый конструкторский размер оказывается технологическим за счет перехода для обработки каждого следующего отверстия на новую ТБ. Погрешность каждого конструкторского размера определяется только погрешностью соответствующего технологического размера и не зависит от предыдущих или последующих операций, т.е:
, 
, 
С технической точки зрения достижимая точность определяется лишь возможностями используемых при расточке отверстий ТС. Однако организация такого ТП требует переустановок заготовки на новые ТБ, а это несет необходимость иметь специальные приспособления для установки детали на ТБ1, ТБ2 и ТБ3. При этом усложняется и удорожается технологическое оснащение ТП, увеличиваются затраты на установку заготовок, удорожается вся обработка детали.
В вариантеII конструкторский размер К1 получается по-прежнему, следуя принципу совмещения баз, однако, размеры Кг и К3 уже не являются технологическими, так как при расточке и второго и третьего отверстий не совмещаются ТБ с КРБ2 и КРБ3. Эти размеры образуются как замыкающие звенья размерных цепей, в которых составляющими звеньями входят технологические размеры Т1, Т2 и Т2, Т3. Тогда:
; 
; 
Таким образом, погрешности конструкторских размеров Кг, К3,… Кn (если нужно обработать N отверстий) представляют собой суммы погрешностей двух технологических размеров. Это означает, что при назначении допусков технологических размеров в соответствии с условием (14) придется их ужесточить (уменьшить) в среднем вдвое по отношению к допускам конструкторских размеров, что, конечно же, потребует дополнительных затрат на их достижение при обработке детали. Однако за счет использования одной и той же ТБ при обработке всех отверстий, которую называют в этом случае единой (постоянной) ТБ,уменьшается число переустановок детали, сокращается номенклатура приспособлений и затраты на их проектирование, изготовление и обслуживание. Получаемая при этом экономия времени и материальных средств обеспечивает чаще всего существенную выгоду по сравнению с вариантом I при одной и той же точности заданных конструкторских размеров.
Вместе с тем в использовании варианта II имеются ограничения как технического, так и экономического характера. Технические ограничения возникают тогда, когда конструктором задана такая высокая точность размеров Кг, К3,… Кn, которая при ужесточении ее вдвое на размерах Тг, Т3,… Тn уже не может быть получена существующими МО и (или) в соответствующих ТС. Экономическое ограничение наступает тогда, когда дополнительные затраты на достижение более высокой точности технологических размеров превысят экономию от сокращения номенклатуры приспособлений, объема и сложности работ по установкам заготовки в используемых ТС.
Вариант III объединяет в себе технические и экономические достоинства первых двух рассмотренных выше вариантов, т.е. за счет использования принципа совмещения баз 
, 
, 
но вся обработка в отличие от варианта I, ведется в одном и том же приспособлении за счет использования единой ТБ.
Вариант IV объединяет в себе и усиливает технические и экономические недостатки первых двух рассмотренных выше вариантов. За счет использования при обработке очередного отверстия новой ТБ, во-первых, нарушается принцип совмещение баз и размеры Кг, К3,… Кn получаются как замыкающие звенья соответствующих размерных цепей, содержащих цепные технологические размеры Tl,T2,...TN, причем, чем больше номер размера Кi, тем большее количество составляющих звеньев имеет размерная цепь, описывающая его образование:
…………………….
и, во-вторых, всякий переход на новую ТБ несет дополнительные расходы, связанные с переустановкой заготовки.
Сравнивая между собой все четыре варианта, можно сформулировать следующие рекомендации по выбору ТБ на операциях ТП:
1 Никогда не следует строить ТП обработки детали по варианту IV.
2 Наиболее предпочтительным с технической и экономической точки зрения является вариант III.
3 Если конструкторские размеры образуют цепь, то предпочтительнее использовать вариант II с единой ТБ, как дающий значительные организационные и экономические выгоды.
4 Вариант I следует использовать только в тех случаях, когда требуемую точность цепных конструкторских размеров невозможно устойчиво обеспечивать по варианту II.
Принцип единства баз позволяет выработать стратегический подход к проектированию нового технологического процесса с высокими техническими и организационно-экономическими показателями.
Порядок разработки плана изготовления детали с использованием принципа единства баз заключается в следующем
1) вначале необходимо выработать и сформировать на детали совокупность поверхностей, которые могли бы служить единой ТБ и рассмотреть возможность их окончательной обработки на первой (или первых) операции.
2) наметить поверхности на заготовке, которые могли бы быть приняты в качестве технологических баз на первой (или первых) операции.
3) исходя из конструкции детали и технологических соображений, наметить для обработки поверхности, которые могут быть обработаны на первой операции совместно с обработкой поверхностей единой ТБ.
4) Определить поверхности, которые могут быть выполнены при установке детали на единую ТБ.
5) определить порядок обработки отдельных поверхностей точность положения которых невозможно обеспечить при установке на единую ТБ.
6) при ответе на вопросы 1-5 сформировать план изготовления детали, схематично увязав в нем последовательность обработки групп поверхностей с выбранными для ее обработки технологическими базами.
Рассмотрим более подробно методологические подходы в решении задач 1-5 стоящих перед технологом при выборе плана изготовления детали.
Приступая к формированию единой ТБ детали, следует отметить. Что строгих правил выбора ТБ, обеспечивающих однозначное решение задачи для каждой конкретной детали нет. Однако в работе [14] предложено ряд рекомендаций, которые позволяют технологу найти для каждой детали возможно лучшее решение этой задачи.
| Первая рекомендация заключается в том, чтобы включить в единую ТБ в каждом координатном направлении такие поверхности, их оси или точки от которых конструктором задано положение возможно большего количества поверхностей. Вторая рекомендация заключается в том, что каждая поверхность, включаемая в единую ТБ, должна отвечать признакам той базы, функцию которой ей предстоит выполнять с точки зрения числа отнимаемых у заготовки степеней свободы. Так, установочная база должна иметь наибольшую протяженность в двух координатных направлениях и лишать заготовку трех степеней свободы; направляющая база должна иметь наибольшую возможную протяженность в одном координатном |
Рис 14 Корпус редуктора и возможная
единая ТБ для ТП его обработки
|
направлении, лишая заготовку двух степеней свободы и так далее.
Третья рекомендация заключается в том, что в единую ТБ следует включать наиболее точные поверхности детали.
К сожалению, технолог достаточно часто встречается с ситуациями, когда имеющиеся на детали поверхности не вполне отвечают признакам той или иной базы, либо не обладают необходимой точностью, и тогда для использования принципа единства баз технолог вынужден вносить в конструкцию, детали некоторые изменения, не ухудшающие выполнение ею своего служебного назначения. Так, например, у корпуса на рис. 14 отверстия в лапках являются крепежными, и с точки зрения служебного назначения высокой точности их диаметров и межосевого расстояния не требуется (главное, чтобы через них прошли крепежные болты при установке редуктора в машину). Но при установке заготовки корпуса во время обработки таким отверстием на палец в схеме базирования возникает неопределенность, т.е. возможность смещения заготовки корпуса в пределах зазора между базовым отверстием и пальцем. Это смещение порождает дополнительную составляющую погрешности установки, что резко снижает точность получаемых при такой установке размеров расположения поверхностей в партии обработанных деталей. Поэтому технолог вынужден в этих случаях повышать точность отверстий, включаемых в единую ТБ, как правило, до H7 или H8. Широкие допуски на межосевые расстояния крепежных отверстий требуют существенного уменьшения диаметра одного из пальцев для обеспечения возможности установки любой заготовки из партии на два пальца, а это увеличивает зазор между отверстием и вторым пальцем и, следовательно, возможный угол поворота всей детали вокруг оси первого базового отверстия во время установки. Для уменьшения, этой составляющей погрешности установки технолог существенно повышает точность межосевого расстояния отверстий, включенных в единую ТБ. Внесенные в размерное описание корпуса изменения, конечно же, не ухудшают выполнение им своего служебного назначения, но позволяют технологу построить ТП с использованием принципа единства баз.
Иногда технолог вынужден вносить свои изменения не только в размерное описание, но и в конструкцию детали для придания поверхности
Рис. 15. Каретка револьверного суппорта и схема ее базирования
для обработки направляющих
возможности служить той или иной ТБ. Так, например, при обработке направляющих каретки револьверного суппорта токарно-револьверного станка (рис 15,а), необходимо в качестве установочной базы использовать верхнюю плоскость детали, но она не имеет достаточной протяженности и не обеспечивает ни точности установки, ни жесткости детали во время обработки. Для придания верхней плоскости необходимых признаков установочной базы технолог вводит в заготовку дополнительные конструктивные элементы – приливы "в", которые искусственно удлиняют эту плоскость на время обработки детали (см. рис. 15,б) и удаляются в конце после обработки всех поверхностейза ненадобностьюдля служебного назначения салазок в станке.
Рис. 16 Схема базирования ступенчатого вала на единую ТБ:
центровые отверстия и размерная цепь обеспечения соосности Со ступеней 1 и 2
Иногда ни одна поверхность детали не может выполнять функции той или иной ТБ и тогда технологу приходится создавать специальные поверхности для выполнения этой функции. Типичнымпримером такой ситуации может служить обработка любого ступенчатого вала, все ступени которого должны быть соосны с общей осью подшипниковых шеек. Использовать эти шейки или любые другие для установки заготовки вала на токарных, шлифовальных и других станках невозможно, и поэтому на валах создаются специальные поверхности - конические центровые отверстия, общая ось которых и выполняет функцию единой ТБ на большинстве операций ТП. Схема базирования вала на центровых отверстиях приведена на рис. 16 а. При такой установке технологическими размерами при обработке любой ступени является несоосность Hl,H2,...Hi этой ступени с общей осью конических отверстий центровых гнезд, что с точки зрения служебного назначения вала не имеет никакого значения. Требуемая же соосность двух любых ступеней С (см. рис 1 б), заданная конструктором, формируется при таком базировании по варианту II, т.е. как замыкающее звено размерной цепи, составляющими звеньями которой являются технологические размеры- несоосности Н1 и Н2 каждой из этих двух ступеней с единой ТБ - осью А центровых отверстий.
Таким образом, формируя единую ТБ, технолог может включать в этот комплект либо имеющиеся на детали реальные поверхности, могущие служить базовыми, либо внести в конструкцию детали технологические изменения, не ухудшающие ее служебного назначения, целью которых может быть либо улучшение базирующих свойств имеющихся поверхностей, либо создание специальных поверхностей для использования их только во время обработки в качестве ТБ.
При разработке ТП выбирают теоретическую схему базирования и в общем случае в качестве ТБ выбирают поверхности отвечающие следующим условиям:
1) эти поверхности должны быть достаточно протяженными, чтобы обеспечить min погрешность базирования;
2) поверхность выбранная в качестве ТБ, должна обеспечить доступ к возможно большему числу поверхностей обрабатываемых от этой базы;
3) поверхности используемые в качестве базовых должны принадлежать элементам детали, имеющим достаточную жесткость;
4) поверхности используемые в качестве базовых должны иметь по возможности высокую точность и чистоту обработки.
По стадиям обработки ТБ разделяются на: чистые (чистовые), черные (черновые).
Чистые базы – это предварительно обработанные поверхности на которые базируется деталь на всех этапах обработки.
Черные базы – это комплект необработанных поверхностей в состоянии поставки заготовки, используемых в качестве базовых только на первой операции.
Распределение чистых и черных баз между поверхностями детали следует вести от конечного результата.
Правила выбора чистых баз:
Эти правила противоречат одно другому. В качестве чистых баз выбирают поверхности отвечающие следующим требованиям:
1) Они должны соответствовать всем треб