Лекции М 4-6 - Балаковский Институт Техники, Технологии и
advertisement
Балаковский инженерно-технологический институт - филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ Методические указания к проведению практической работы по дисциплинам: «ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ» и «ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ» для студентов специальности «Технология машиностроения» и направлений: «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Машиностроение» всех форм обучения Балаково 2015 ВВЕДЕНИЕ Качество машины обеспечивается на всех этапах ее создания от проектирования до изготовления. При реализации этих этапов для достижения точности приходится решать разноплановые задачи. Среди этих задач часто встречается задача, заключающаяся в необходимости обеспечить верное относительное положение предметов труда. При разработке конструкции машины главной задачей является придание требуемого положения одной детали относительно другой. В процессе сборки машины реализуется это положение деталей. При обработке заготовок на технологическом оборудовании невозможно получить требуемую точность, если заготовка и режущий инструмент занимают неопределенное относительное положение. Для решения всех этих задач применяется теория базирования. От их решения, во многом зависят показатели качества и себестоимости машины. 2 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы является применение полученных при изучении теоретической части курса знаний в разработке теоретических схем базирования и расчета погрешности базирования при изготовлении различных деталей машиностроения на металлорежущих станках. 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 2.1 Основы базирования Теоретическая механика рассматривает два состояния твердого тела «покоя» и «движения». Эти понятия относительны, необходимо поэтому указывать систему отсчета. Если положение тела относительно выбранной системы отсчета со временем не изменяется, то считается, что это тело покоится относительно данной системы отсчета. Если же тело изменяет свое положение относительно выбранной системы отсчета, значит тело находится в движении. Требуемое положение или движение тела достигается наложением геометрических или кинематических связей. Связями в теоретической механике называют условия, которые налагают ограничения либо только на положение, либо также и на скорость точек тела. В первом случае геометрическая связь, во втором – кинематическая. Связи обычно осуществляются в виде различных тел, стесняющих свободу движения данного тела. Независимые перемещения, которые может иметь тело, называют степенями свободы. Абсолютно твердое тело имеет шесть степеней свободы (3 перемещения и 3 вращения). Для того, чтобы придать телу необходимое положение и состояние покоя относительно выбранной системы отсчета, его надо лишить шести степеней свободы, наложив на него шесть двусторонних геометрических связей. 3 Под базированием в машиностроении понимают придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат. Под изделием подразумевают деталь, сборочную единицу, а также режущий и измерительный инструмент, приспособления, приборы и другие объекты, допускающие их представление как абсолютно твердых тел. Придание заготовке или изделию требуемого положения в избранной системе координат осуществляется в реальной ситуации путем соприкосновения ее поверхностей с поверхностями детали или деталей, на которые ее устанавливают или с которыми ее соединяют. Реальные детали машин ограничены поверхностями, имеющими отклонения формы, поэтому базируемая деталь контактирует с деталями, определяющими ее положение лишь на отдельных элементарных площадках - точках контакта. В общем случае при сопряжении детали по трем поверхностям с деталями, базирующими ее, возникает шесть точек контакта. При этом на контактирующих поверхностях точки контакта распределяются определенным образом. Базирование детали осуществляется с помощью нескольких ее поверхностей, которые выполняют функцию баз. Базой называется поверхность, или заменяющее ее сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования. Для базирования детали обычно требуется несколько баз, образующих систему координат. Совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки (изделия, детали) называют комплектом баз. На схемах двусторонние связи заменяются опорными точками. Опорная точка – символ связи, который изображается в виде «галочки» или «ромбика» (рис.1). 4 Рис. 1 Изображение опорной точки: а)- вид сбоку; б) – вид сверху При базировании призматической детали (рис. 2), в качестве баз используются три поверхности, которые образуют комплект баз, включающий в себя установочную, направляющую и опорные базы. Рис. 2 Базирование призматической детали Установочной базой называется база, которая накладывает на деталь три двусторонние связи и, тем самым, лишает деталь трех перемещений. На практических схемах установочная база отображается тремя опорными точками. Например. На рис. 2 первая двусторонняя связь (или первая опорная точка) лишает деталь перемещения вдоль оси OZ; вторая – вращения вокруг оси параллельной OX третья – вращения вокруг оси параллельной OY. Направляющей базой называется база, которая накладывает на деталь две двусторонние связи, лишает деталь двух перемещений. На практических схемах направляющая база отображается двумя опорными точками. На рис.2 четвертая двусторонняя связь (или четвертая опорная точка) лишает деталь перемещения вдоль оси OY; пятая – вращения вокруг оси параллельной OZ. 5 Опорной базой называется база, которая накладывает одной двустороннюю связь и лишает деталь одного перемещения. На практических схемах опорная база отображается одной опорной точкой. На рис. 2 шестая двусторонняя связь (или шестая опорная точка) лишает деталь перемещения вдоль оси OX. Рис. 3 Базирование призматической детали в проекциях на плоскостях Любая цилиндрическая (коническая) деталь имеет две плоскости симметрии, которые, пересекаясь, образуют ось. Эта особенность и позволяет использовать при базировании цилиндрической детали в качестве базы ось (рис. 4). При базировании цилиндрической детали в качестве баз используются ось и две плоские поверхности, которые образуют комплект баз, включающий в себя двойную направляющую и две опорные базы. Двойной направляющей базой называется база, которая накладывает четыре двусторонние связи и лишает, тем самым, деталь четырех перемещений. На практических схемах двойная направляющая база отображается четырьмя опорными точками. Например. На рис.4 первая двусторонняя связь лишает деталь перемещения вдоль оси OZ, вторая – вращения вокруг оси OY, третья - перемещения в вдоль оси OY, четвертая — вращения вокруг оси OZ. 6 Рис. 4 Базирование цилиндрической детали Из двух опорных баз у цилиндрической детали одна лишает деталь перемещения, а другая вращения. На рис. 4. пятая опорная точка лишает деталь перемещения вдоль оси OX, а шестая – вращения вокруг оси OX. Деталь типа «диск» (рис. 5), как правило, имеет две плоскости симметрии, которые, пересекаясь, образуют ось, и хорошо развитые торцовые поверхности. Рис. 5 Базирование детали типа диск При базировании детали типа «диск» в качестве баз используются ось и две плоскости, которые образуют 7 комплект, включающий в себя установочную, двойную опорную и опорную базы. Установочная база – лишает деталь трех степеней свободы. Эта база была рассмотрена при базировании призматической детали. У диска эта база выполняет ту же функцию – она лишает деталь одного перемещения и двух вращений. Первая двусторонняя связь (первая опорная точка) лишает деталь перемещения вдоль оси OY; вторая – вращения вокруг оси OZ; третья – вращения вокруг оси OX. Двойной опорной базой называется база, которая накладывает две двусторонние связи и взаимноперпендикулярных лишает деталь направлениях. двух Обе перемещений двусторонние во связи накладываются на оси, но одна в горизонтальной, а другая в вертикальной плоскости симметрии. Опорная база накладывает одну двустороннюю связь и лишает деталь типа «диск» вращения вокруг своей оси. Располагается такая база как можно дальше от оси в горизонтальной или вертикальной плоскости симметрии. Реализуется в виде паза или лыски на цилиндрической поверхности детали. Итак, при базировании любой детали действует правило «шести точек». Сущность его такова: для определения положения детали необходимо и достаточно лишить ее шести степеней свободы, то есть задать координаты шести точек. При нарушении правила шести точек появляется неопределенность базирования. Базирование необходимо на всех стадиях создания изделия. Классификация баз 1 По назначению: - конструкторские: а) основные, б) вспомогательные; - технологические; - измерительные. 8 2. По лишаемым степеням свободы: - установочная; - направляющая; - опорная; - двойная направляющая; - двойная опорная. 3. По характеру проявления: - явные; - скрытые. 2.2 Расчет погрешности базирования Для расчета погрешности базирования используются при основных расчетных модуля, характеризуемых геометрией соединения базовых поверхностей заготовок и поверхностей установочных элементов: - плоскость – плоскость (рис. 6); Рис. 6 Схемы к расчету εб по модулю «плоскость - плоскость» Выдерживаемый размер Погрешность базирования Hi 0 Hii λ1ТАi где λ1 – вероятностный коэффициент, учитывающий распределение размеров в пределах поля допуска (λ1 = 0,97); ТАi – поле допуска размера Ai 9 - цилиндр – призма (плоскость) (рис. 7); Рис. 7 Схемы к расчету εб по модулю цилиндр – призма (плоскость) Выдерживаемый размер Погрешность базирования 1 HiО 2 1 HiОi 2 1 HiB 2 1 HiH 2 Td sin sin Td Td 2 sin sin 1TA( R ) 2 sin sin Td 2 sin sin Td Td 2 При использовании самоцентрирующихся призм во всех зависимостях составляющая Td sin 0 . sin 2 Плоскость рассматривается как призма с углом α=180° Здесь λ1 – вероятностный коэффициент, учитывающий распределение размеров в пределах поля допуска (λ1 = 0,97); Тd и ТA(R) – поля допусков соответствующих размеров. 10 - цилиндр – цилиндр (рис. 8). Рис. 8 Схемы к расчету εб по модулю цилиндр – цилиндр Выдерживаемый размер Погрешность базирования λ2[Td(D) + TD(d)] + Smin ' Hi, H i λ2[Td(D) + TD(d)] + Smin + λ1TR(A) + 2е Hii При использовании самоцентрирующихся установочных элементов: Здесь λ1 Hi 0 H i' 1 Hii λ1TR(A) + 2е и λ2 – TD ( d ) вероятностные 2 коэффициенты, учитывающие распределение размеров в пределах поля допуска (λ1 = 0,97, λ2 = 0,517); Td(D), TD(d), TR(A) - поля допусков соответствующих размеров; Smin – минимальный зазор; е – отклонение от соосности внутреннего и наружного диаметров заготовки. 11 В случае если на точность выполнения размера влияют одновременно две базы, следует пользоваться комбинированным модулем, представляющим собой сочетание любых двух модулей из вышеназванных. 3. Задание 3.1 Обработку наружной поверхности шестерни Ø115 производят при установке с зазором на жесткой шпиндельной оправке. Диаметр базового отверстия втулок Ø65+0,035мм. Цилиндрическая рабочая поверхность оправки, выполненная в размер Ø65-006мм. Выявить схему базирования шестерни на оправке (рисунок 9). Вывести погрешность базирования для размера Ø115. Рис. 9 Базирование шестерни на валу Поскольку задача касается определения положений самой детали в сборочной единице, то речь может идти лишь о конструкторских основных базах. Базирующей деталью является вал, с ним связана система отсчета OXYZ. В базировании шестерни участвуют ее цилиндрическая поверхность (центральное отверстие) при соотношении L/d > 1 и левая торцовая поверхность. Отверстие лишает шестерню четырех степеней свободы: перемещений вдоль осей X, Z и поворотов тех же осей. Левый торец лишает шестерню перемещения вдоль оси Y. Поворота вокруг оси Y шестерня 12 лишается за счет сил трения между шейкой вала и отверстием при соединении с натягом. Такому сочетанию баз соответствует типовой комплект, в состав которого входят двойная направляющая и две опорные базы. По характеру проявления двойная направляющая база будет явной, первая опорная — явной и вторая опорная - скрытой. Таким образом, в состав комплекта основных баз, с помощью которых определено положение шестерни на валу, входят двойная направляющая явная, опорная и опорная скрытая базы. представлена на рисунке 10. Рис. 10. Схема базирования шестерни на валу Погрешность базирования для размера Ø115 εб = λ2[Td(D) + TD(d)] + Smin, где λ2 – вероятностный коэффициент, учитывающие распределение размеров в пределах поля допуска (λ2 = 0,517); Td(D), TD(d), - поля допусков соответствующих размеров (0,06 и 0,035); Smin – минимальный зазор (0). εб = 0,517(0,035+0,06) + 0 = 0,049 мкм 13 3.2 Выявить схему базирования и вывести возможные погрешности базирования согласно заданию (таблица 1). Таблица 1 Схема установки заготовки в Теоретическая схема базирования приспособлении 1 Установка втулки на цилиндрической оправке с зазором 2 Установка диска на оправке с зазором 3 Установка вала в центрах с использованием переднего плавающего центра 4 Установка вала в патроне в упор и с поджатием заднего центра 14 Схема установки заготовки в приспособлении 5 Установка трубы в грибковых центрах Теоретическая схема базирования 6 Установка диска в призмах 7 Установка вала на плоскости с закреплением подвижной призмой 8 Установка вала в призме с поджимом к плоскости 15 Схема установки заготовки в приспособлении 9 Установка вала в тисках Теоретическая схема базирования 10 Протягивание длинного отверстия 11 Протягивание короткого отверстия 12 Установка детали в тисках 16 Схема установки заготовки в Теоретическая схема базирования приспособлении 13 Закрепление рычага с одной подвижной призмой 14 Закрепление рычага в самоцентрирующихся призмах 15 Установка детали для расточки отверстий в корпусе 16 Закрепление головки рычага в самоцентрирующихся призмах 17 Установка втулки на разжимной оправке (с тарельчатыми пружинами) 17 Схема установки заготовки в Теоретическая схема базирования приспособлении 18 Установка диска на конической оправке 4. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Индивидуальные характеристики заготовок 2. Суммарная погрешность обработки, её составляющие 3. Погрешность базирования 4. Классификация баз 5. Три принципа базирования 6. Чем руководствуются при выборе баз 5. ВРЕМЯ, ОТВЕДЕННОЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ: Подготовка к работе Выполнение работы Оформление отчета 2,0 акад. ч. 2,0 акад. ч. 2,0 акад. ч. 18 6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ОТЧЁТА: 1) Название практической работы; 2) Цель; 3) Задание; 4) Краткие теоретические сведения; 5) Методика выполнения работы; 6) Выводы 7. ЛИТЕРАТУРА 1. Технология машиностроения: проектирование технологии изготовления изделий / В.А. Лебедев, М.А. Тамаркин, Д.П. Гепта. – Ростов н/Д: Феникс, 2008. – 361 с.: ил. – (Высшее образование). 2. Клепиков В.В. Технология машиностроения: Учебник. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М. 2004. – 860 с.: ил. – (Серия «Профессиональное образование»). 3. Технология машиностроения: В 2 кн. Кн. 1. Основы технологии машиностроения: Учеб. пособ. Для вузов/Э.Л. Жуков, И.И. Козарь, С.Л.Мурашкин и др.; Под ред. С.Л. Мурашкина. – 2-е изд., доп. – М.: Высш.шк., 2005. – 278 с.: ил. 4. Технология машиностроения: Сборник задач и упражнений: Учеб. пособие / В.И. Аверченков, и др.; под общ. ред. В.И. Аверченкова и Е.А.Подольского. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ИНФРА-М, 2005. – 288 с. – (Высшее образование) 19 БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ Методические указания к проведению практической работы по дисциплинам: «ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ» и «ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ» для студентов специальности «Технология машиностроения» и направлений: «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Машиностроение» всех форм обучения Составила: Сорокина Любовь Александровна Кудашева Ирина Олеговна Рецензент Г.М. Садчикова Редактор Л.В. Максимова Подписано в печать 03.09.08. Формат 60 х 84 1/16 Бумага тип. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно 20
