Погрешности базирования. ГОСТ 21495-76 Базирование и базы в машиностроении

Базирование играет ключевую роль при изготовлении деталей. От точности баз зависит качество готовых изделий. Давайте разберемся, что такое погрешности базирования, как их рассчитать и минимизировать при производстве.

Понятие погрешности базирования

Погрешность базирования - это отклонение фактически достигнутого при базировании положения заготовки или детали от заданного в чертеже.^[1] Причиной возникновения погрешности базирования является несовпадение установочной базы с измерительной.^[2]

Различают несколько видов баз:

• Установочные базы - поверхности, по которым происходит закрепление заготовки.
• Измерительные базы - поверхности, относительно которых измеряются обрабатываемые размеры.
• Вспомогательные базы - дополнительные опорные поверхности.

Допустимая погрешность базирования рассчитывается по формуле^[3]:

εБ.ДОП = δ - ∆

где δ - допуск на размер, ∆ - погрешность размера.

Например, если допуск на диаметр отверстия равен 0,2 мм, а погрешность диаметра после предыдущей операции составляет 0,1 мм, то допустимая погрешность базирования будет 0,2 - 0,1 = 0,1 мм.

Методики расчета погрешностей базирования

Методика расчета погрешности базирования зависит от способа установки заготовки:

• При базировании по плоскости погрешность, как правило, отсутствует.
• При базировании по центрам погрешность определяется зазором в посадке.
• При базировании в призме погрешность зависит от диаметра заготовки.
• При базировании по пальцу в отверстии учитывается величина зазора.

Рассмотрим пример расчета погрешности базирования цилиндрической заготовки в призме (рис. 1).^[4]

Из рисунка видно, что при изменении диаметра заготовки D от D_min до D_max положение измерительной базы смещается на величину:

OO₁ = (D_max - D_min)/2tgα

где α - угол призмы.

Это смещение и будет являться погрешностью базирования размера A. Таким образом, чем больше допуск на диаметр заготовки и чем меньше угол призмы - тем выше погрешность базирования.

Способы минимизации погрешностей

Существует несколько основных способов минимизации погрешностей базирования:

1. Совмещение установочной и измерительной баз - это полностью устраняет погрешность.
2. Повторное использование одних и тех же баз на разных операциях (принцип постоянства баз).
3. Применение самоцентрирующих приспособлений и патронов.
4. Контроль точности исходных заготовок.
5. Автоматизация процессов закрепления и измерения.
6. Выбор оптимальных режимов резания.

Один из наиболее эффективных способов - использование самоцентрирующих патронов и призм. Они автоматически выставляют заготовку в правильное положение и компенсируют возможные отклонения размеров.^[2]

Также важно контролировать качество предыдущих операций и исходных заготовок, чтобы минимизировать отклонение их размеров. А при выборе режимов резания нужно ориентироваться на рекомендации технолога для конкретного оборудования и материала.

Современные технологии, такие как автоматизированные измерительные комплексы, средства Виконтроля и искусственный интеллект, позволяют значительно повысить точность базирования на всех этапах производственного процесса.

Пример расчета погрешности для конкретной детали

Рассмотрим на примере, как рассчитать погрешность базирования для конкретной детали при различных операциях механической обработки. Допустим, необходимо изготовить корпус подшипника (рис. 2). В чертеже заданы допуски на размеры отверстий и поверхностей.

На операции фрезерования поверхности А корпус устанавливается на плоскость. Поскольку установочная и измерительная базы совпадают, погрешность базирования будет равна нулю.

На операции сверления отверстия Б корпус закрепляется в призме за базовую поверхность В. Отклонение размера поверхности В после предыдущей операции составляет 0,1 мм. Допуск на диаметр отверстия Б - 0,2 мм. Следовательно, допустимая погрешность базирования составит 0,2 - 0,1 = 0,1 мм.

При растачивании отверстия Д корпус устанавливается по базовой поверхности Г. Здесь нужно учитывать возможный зазор в посадке, который принимаем равным 0,05 мм. Тогда погрешность базирования будет равна этому зазору, то есть 0,05 мм. Это меньше допуска на размер отверстия Д, равного 0,15 мм.

Таким образом, для каждой операции рассчитывается допустимая погрешность исходя из допусков на размеры и точности предыдущих операций. Это позволяет обеспечить необходимую точность обработки на каждом этапе.

Причины брака из-за ошибок базирования

Неправильное базирование часто становится причиной брака деталей. К типичным дефектам из-за ошибок базирования относятся:

• Несоответствие размеров готовой детали чертежу.
• Нарушение соосности или перпендикулярности поверхностей.
• Отклонение формы поверхностей от заданной.
• Повышенная вибрация и неравномерный износ инструмента.

Например, при изготовлении корпуса подшипника неправильная установка заготовки может привести к биению посадочных мест под подшипники или несоосности отверстий. Это сделает подшипник непригодным к эксплуатации.

Поэтому очень важно тщательно контролировать соблюдение технологии базирования на каждой операции. А также регулярно проверять соответствие размеров и взаимного расположения поверхностей чертежу.

ГОСТ 21495-76 Базирование и базы в машиностроении

Основные требования к базированию изложены в ГОСТ 21495-76^[1]:

• База должна обеспечивать заданную точность изготовления детали.
• Необходимо стремиться к совмещению измерительных и технологических баз.
• Следует минимизировать количество смен баз при обработке.
• Базы должны располагаться на наиболее жестких и стабильных поверхностях.

В стандарте приведена классификация различных типов баз, даны рекомендации по их выбору и методы обеспечения точности.

Соблюдение требований ГОСТа при проектировании техпроцессов позволяет свести к минимуму погрешности базирования и повысить качество обработки.

Перспективы совершенствования процессов базирования

Дальнейшее совершенствование базирования связано с внедрением новых технологий:

• Применение систем технического зрения для автоматического контроля установки.
• Использование промышленных роботов и манипуляторов для загрузки и фиксации заготовок.
• Разработка "умных" самонастраивающихся станков и инструментов.
• Моделирование процессов методом конечных элементов.
• Проектирование специализированных базирующих устройств и оснастки.

Внедрение этих технологий позволит вывести точность базирования на качественно новый уровень. А также существенно сократить трудозатраты и повысить производительность обработки.

Типичные ошибки базирования

Несмотря на существующие стандарты и рекомендации, на практике нередко встречаются типичные ошибки базирования:

• Использование неточных, изношенных или загрязненных базирующих поверхностей.
• Неправильный выбор схемы базирования, не обеспечивающей требуемую точность.
• Чрезмерное количество перебазирований при обработке детали.
• Применение нежестких, неустойчивых баз.
• Базирование по поверхностям, деформирующимся при закреплении.

Такие ошибки приводят к увеличению погрешности базирования и браку деталей. Чтобы их избежать, необходимо тщательно проектировать техпроцесс и выбирать надежные способы крепления заготовок из металла.

Контроль погрешностей базирования

Для поддержания требуемого качества обработки необходим постоянный контроль погрешностей базирования. Он может проводиться следующими методами:

• Визуальный осмотр и измерение готовых деталей.
• Анализ соосности и взаимного расположения поверхностей.
• Периодическая проверка точности базирующих элементов.
• Использование специальных контрольных приспособлений и калибров.
• Автоматический контроль в процессе обработки с помощью датчиков.

Регулярный контроль позволяет своевременно выявлять проблемы базирования и принимать корректирующие меры, например, замену или ремонт изношенных базирующих элементов.

Пути повышения точности базирования

Для повышения точности базирования рекомендуются следующие меры:

1. Применение высокоточного оборудования и оснастки.
2. Использование самоцентрирующих патронов и призм.
3. Автоматизация процессов закрепления и позиционирования.
4. Ужесточение допусков на заготовки и инструмент.
5. Внедрение средств активного контроля размеров.
6. Обучение персонала правилам базирования.

Повышение квалификации рабочих, занятых базированием, также играет большую роль. Опытный оператор способен компенсировать недостатки оснастки и добиться высокой точности. Комплексный подход, включающий технические и организационные мероприятия, позволяет минимизировать погрешности базирования в производстве.