Общие положения, термины и определения

При проектировании машин конструктор определяет точность отдельных элементов-деталей, сборочных единиц, а также точность их взаимного расположения. Установленная конструктором точность отдельных элементов гарантирует выполнение требований к точности работы машины. В связи с этим технологические процессы изготовления деталей сборочных единиц, машины должны обеспечить заданную на чертеже точность. Отмеченные обстоятельства диктуют необходимость грамотно решать вопросы по соответствующему расположению заготовок в процессе их механической обработки, а также расположения деталей машин, сборочных единиц, последовательность выполнения операций при выполнении технологического процесса сборки. Эффективное решение отмеченных вопросов обеспечивает теория базирования.

Положения этой теории, термины и определения приводятся в ГОСТ 21495-76.

Базированием называют придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.

Поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащие заготовке (или изделию) и используемые для базирования, называют базой.

Совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия, называют комплектом баз (рис.4.1).

Положение любого твердого тела в пространстве (в том числе заготовки при обработке) характеризуется шестью степенями свободы, определяющими возможность его перемещения и поворота относительно трех координатных осей.

Согласно теоретической механике требуемое положение твердого тела относительно выбранной системы координат достигается наложением геометрических связей.

При наложении геометрических связей тело лишается трех перемещений вдоль осей ОХ, ОУ и ОZ и трех поворотов вокруг этих осей, то есть тело становится неподвижным в системе ОХУZ.

В практических условиях тело может контактировать с поверхностями, определяющими его положение, лишь по определенным площадкам, которые условно можно считать точками контакта. Поэтому шесть связей, лишающих тело возможности двигаться в шести направлениях, могут быть созданы контактом соединяемых тел в шести точках. Это определяет правило шести точек в технологии машиностроения.

Опорная точка, символизирующая одну из связей заготовки или изделия с выбранной системой координат (рис.4.2).

База может быть проектной и действительной.

Проектная база – база, выбранная при проектировании изделия, технологического процесса изготовления или ремонта этого изделия.

Действительная база – база, фактически используемая в конструкции при изготовлении, эксплуатации или ремонте изделия.

Схемой базирования называют схему расположения опорных точек на базах (рис.4.3). Все опорные точки на схеме изображают условными знаками и нумеруют порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее число опорных точек. При наложении в какой-либо проекции одной опорной точки на другую, изображаются одна точка и около нее проставляют номера совмещенных точек. Число проекций заготовки или изделия на схеме базирования должно быть достаточным для четкого представления о размещении опорных точек.

Несмотря на разнообразие задач по базированию, оказалось возможным ограничиться тремя признаками при классификации баз:

• по назначению,
• по лишаемым степеням свободы,
• характеру проявления / 7 /.

Классификация баз по ГОСТ 21495-76 представлена в табл.4.1.

Таблица 4.1

Классификация баз

Классификация баз по назначению

Базирование необходимо на всех стадиях создания изделия: при конструировании и рассмотрении его в сборе, при изготовлении и измерении. Отсюда вытекает необходимость разделения баз по назначению на три вида: конструкторские, технологические, измерительные / 7 /.

Конструкторской называют базу, используемую для определения положения детали или сборочной единицы в изделии. Конструкторские базы подразделяются на основные и вспомогательные.

Основной называют конструкторскую базу данной детали или сборочной единицы, используемую для определения их положения в изделии (рис.4.4).

Вспомогательной называют конструкторскую базу данной детали или сборочной единицы, используемую для определения положения присоединяемого к ним (детали или сборочной единицы), рис.4.5.

Технологической называют базу, используемую для определения положения заготовки или изделия при изготовлении или ремонте. Понятие технологической базы распространяется на все стадии процесса изготовления(на изготовление детали механической обработкой, на сборку изделия и т.д.), рис.4.6.

Измерительной называют базу, используемую для определения положения заготовки или изделия и средств измерения (рис.4.7).

Классификация баз по лишаемым степеням свободы

Комплект баз может быть образован сочетанием поверхностей разных размеров и конструктивных форм (плоских, цилиндрических, конических и др.), и распределение шести связей между ними может быть различным. С точки зрения числа и свойств воспринимаемых связей база может быть установочной, направляющей, опорной, двойной направляющей или двойной опорной.

Установочной называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их трех степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей (рис.4.8).

Направляющей называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих их двух степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси (рис.4.8).

Опорной называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделие связи, лишающей их одной степени свободы – перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси (рис.4.8).

Если базирование детали или заготовки осуществляется с использованием цилиндрической (конической) поверхности большой протяженностью (соотношение ее длины и диаметра больше единицы), то с помощью такой поверхности на деталь или заготовку можно наложить четыре связи. Такая база получила название двойной направляющей (рис.4.9).

Двойной направляющей называют базу, используемую для наложения на заготовку или из делий связей, лишающих их четырех степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей (рис.4.9).

Двойной опорной называют базу, используемую для наложения на заготовку или изделий связей, лишающих их двух степеней свободы – перемещений вдоль двух координатных осей (рис.4.10).

Классификация баз по характеру проявления

По характеру проявления базы подразделяются на скрытые и явные (рис.4.11).

Скрытой называют базу в виде воображаемой плоскости, оси или точки. Явной называют базу в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.

При образовании терминов баз признаки должны располагаться в следующей последовательности: по назначению, лишаемым степеням свободы, характеру проявления, например: “технологическая направляющая скрытая база” и т.д.

Вопросы теории базирования играют ведущую роль в технологии машиностроения. Правильный выбор баз и схемы базирования в значительной мере определяет оптимальную последовательность обработки деталей, выбор рациональной конструкции приспособлений, достижимую точность и качество обработанной поверхности, производительность и себестоимость механической обработки и сборки машин.

Использование теории базирования в производственных условиях определило ряд решений, которые успешно применяются в проектных разработках. При разработке технологических процессов изготовления изделий проектировщик имеет дело с технологическими базами/ 9, 14 /.

Технологической базой, используемой при сборке, называется поверхность, линия или точка детали или сборочной единицы, относительно которых ориентируются другие детали или сборочные единицы изделия.

Технологической базой, используемой при обработке заготовок на станках, называется поверхность, линия или точка заготовки, относительно которых ориентируются ее поверхности, обрабатываемые на данном станке.

 По особенностям применения технологические базы, используемые при механической обработке, подразделяются на контактные, проверочные и настроечные.

Контактными базами называются технологические базы, непосредственно соприкасающиеся с соответствующими установочными поверхностями приспособления или станка (рис.4.6).

Проверочные базы используются для выверки положения детали на станке и в приспособлении, а для закрепления детали используются другие поверхности (рис.4.12).

Следует отметить, что использование проверочных баз не требует применения приспособлений, и работа по этим базам экономически целесообразна в единичном и мелкосерийном производстве.

Настроечной базой называется поверхность заготовки, по отношению к которой ориентируются обрабатываемые поверхности, связанная с ними непосредственными размерами и образуемая при одном установе с рассматриваемыми поверхностями заготовки / 9 /.

Примером настроечной базы может служить обработка заготовки на револьверном станке (рис.4.13). Заготовка опирается поверхностью М на соответствующий упор зажимного устройства станка, однако эта поверхность, являясь технологической опорной базой для обработки торца А заготовки на размер h, не является таковой для всех остальных торцовых поверхностей заготовки В, С, D, Е, обрабатываемых на размеры в, с, d, е. Положение поверхностей В, С, D, и Е определяется при настройке станка не положением поверхности М, а положением поверхности А, относительно которой производится установка упоров. В этом случае поверхность А, обрабатываемая при том же установе, что и рассматриваемые поверхности В, С, D, Е, является для них технологической настроечной базой.

Выше было отмечено, что для обеспечения определенного положения обрабатываемой заготовки на станке или в приспособлении необходимо и достаточно шесть опорных точек, которые расположены на трех технологических базах: установочной (три), направляющей (две), опорной (одна). При этом заготовка должна базироваться в соответствии со схемой, представленной на рис.4.6.

При выборе установочной базы необходимо принимать поверхность с наибольшими размерами, которая обеспечивает устойчивое положение заготовки. Следует отметить, что установочная база не обязательно должна занимать нижнее горизонтальное положение. Она может быть расположена вертикально, наклонно, горизонтально вверху.

Две опорные точки, расположенные на достаточном удалении друг от друга в одной плоскости, могут служить направляющей базой (узкая, но достаточно длинная боковая поверхность, она может быть заменена двумя выступающими участками, расположенными в одной плоскости).

Для опорной базы выбирают любой ровный участок соответствующей поверхности.

На рис.4.6 представлена схема, когда при установе заготовки на станке или в приспособлении она лишается всех шести степеней свободы. Однако это условие базирования не всегда следует выполнять. Например, обрабатываемая плоскость в размер “А” (рис.4.14) используется только установочная база (I). В этом случае нет необходимости предусматривать направляющую и опорную базы. Отсутствие этих баз может привести лишь к смещениям заготовки при ее установе на станке в направлениях, которые не определяют точности обработки плоскости в размер “А”. Из примера ясно, что базирование заготовок упрощается с уменьшением числа степеней свободы.

Поэтому там, где это возможно, следует стремиться к уменьшению количества опорных точек, что позволит упростить конструкцию приспособления, облегчит установку и закрепление обрабатываемой заготовки, обеспечит наиболее экономичную ее обработку.

Иногда технологические базы не обеспечивают необходимую жесткость заготовки при ее закреплении и обработке. В этих случаях прибегают к дополнительной опорной точке (поверхности). Например, при сверлении отверстия большого диаметра, возможна существенная деформация консольной части заготовки, что существенно осложнит процесс сверления (рис.4.15).

Поэтому в данном конкретном случае необходима дополнительная опорная точка. Таких точек может быть столько, сколько потребуется для обеспечения нормальных условий обработки, но они не должны изменять выбранную схему базирования. Наличие дополнительных опорных точек требует наличия соответствующих опор в приспособлении, которые должны быть подвижными и регулируемыми.

Нередко конфигурации заготовки, заданная конструктором точность размеров и геометрических параметров ее поверхностей не могут обеспечить надежную схему базирования, которая позволила бы произвести простую, производительную экономичную обработку. В этих случаях прибегают к технологическим искусственным базам, представляющим собой дополнительные поверхности, которые создаются для простого правильного решения вопросов базирования. Отмеченные поверхности специально задают чертежом детали. Характерным примером таких поверхностей являются центровые отверстия, являющиеся технологическими искусственными базами при обработке валов. Для работы вала в машине эти отверстия не нужны. В тех случаях, когда центровые отверстия чертежом не допускаются, они предусматриваются в заготовке, а затем удаляются.

Технологическим искусственными базами являются также поверхности, которые, исходя из условий базирования, обрабатываются с более высокой точностью и меньшей шероховатостью поверхности, чем это требуется по чертежу. Примером таких баз является распространенный способ базирования различных корпусов. На первых операциях обрабатываются основание корпуса и отверстия под болты, точность которых по чертежу невысокая. Но для удобства базирования и установки два из этих отверстий – наиболее удаленные друг от друга, обрабатывают более точно. Технологическими базами в этом случае будут: установочная поверхность (поверхность основания) и искусственные базы – два точно обработанных отверстия (искусственная база), рис.4.16.

В подавляющем большинстве случаев при установе заготовок используются явные базы. Однако в некоторых случаях диктуется необходимость перехода к скрытым базам. Например, при высоких требованиях к концентричности цилиндрических поверхностей I и II в качестве технологической базы используется скрытая база – ось, точно обработанная отверстиями, которая материализуется в беззазорной оправе (рис.4.17).

В ГОСТ 21495-76 определено, что все многообразие поверхностей деталей изделий машиностроения сводится к четырем видам:

• исполнительные поверхности – поверхности, при помощи которых деталь выполняет свое служебное назначение;
• конструкторские основные базы;
• конструкторские вспомогательные базы;
• свободные поверхности – поверхности, не соприкасающиеся с поверхностями других деталей.