Для обеспечения работоспособности любой машины в соответствии с ее служебным назначением при ее проектировании и сборке необходимо осуществить правильное взаимное расположение отдельных деталей и сборочных единиц. Задачи ориентировки заготовок на станках при их обработке, а также взаимной ориентировки деталей и сборочных единиц в машинах при их проектировании и сборке решаются их базированием.
Требуемая точность обработки обеспечивается:
· приданием детали вполне определенного положения относительно режущего инструмента и баз станка;
· неизменностью положения заготовки относительно баз станка (приспособления) в процессе обработки.
Согласно ГОСТ 21495 – 76 установка – это процесс базирования и закрепления заготовки или изделия.
Рассмотрим по отдельности указанные элементы процесса установки – базирование и закрепление. При рассмотрении теории базирования делается следующее допущение: все элементы технологической системы («станок – приспособление – инструмент – деталь») – абсолютно твердые тела. При соединении реальных деталей первоначальный контакт между их поверхностями происходит в точках, имеющих небольшую площадь. Давление в этих точках превышает предел текучести материала деталей. Происходит пластическая деформация материала сопрягаемых деталей – контактная деформация. При этом общая площадь контакта сопрягаемых деталей увеличивается до момента, пока давление в зоне контакта не станет меньше предела текучести материала обеих деталей. В этом процессе первоначальное положение элементов технологической системы меняется.
Теория базирования, рассматривая элементы технологической системы как абсолютно твердые тела, предполагает, что все детали контактируют между собой в точках, контактных деформаций не происходит, и положение деталей в процессе их сопряжения не меняется.
В соответствии с ГОСТ 21495 – 76 базирование – это процесс придания заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.
База – поверхность или сочетание поверхностей, или ось, или точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования.
В качестве исходной системы координат, как правило, используется декартова (прямоугольная) система координат.
Любое изделие в прямоугольной системе координат имеет шесть степеней свободы – три перемещения по осям координат и три вращения вокруг этих осей. Следовательно, для определения положения изделия относительно выбранной системы координат необходимо лишить его этих шести степеней свободы – наложить на него шесть геометрических связей.
Связями называются условия, которые налагают ограничения либо на положение точки в пространстве (геометрические связи), либо также и на ее скорость и ускорение (кинематические связи).
В прямоугольной системе координат при наложении геометрических связей призматическая заготовка лишается трех перемещений вдоль осей ОХ, ОУ и OZ и трех поворотов вокруг этих осей, т.е. тело становится неподвижным в системе OXYZ (рис.4.1, а).
Одна связь лишает изделие одной степени свободы.
Двусторонняя геометрическая связь между двумя точками на схеме показывается прерывистой линией: в обе стороны движение невозможно, расстояние между обозначенными точками, принадлежащими изделию, остается постоянным, изделие может перемещаться во всех направлениях, за исключением направления связи, и вращаться вокруг обозначенной точки.
Рис. 4.1. Геометрические связи (а) и схема базирования призматической заготовки (б)
Вторая схема характерна для деталей типа тел вращения (рис. 4.2, а).
Третья схема лишения степеней свободы используется для деталей типа «короткий цилиндр – диск» (рис. 4.3, а).
Рис. 4.2. Геометрические связи (а) и схема базирования цилиндрической заготовки (б)
Комплект баз – совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия.
Для упрощения построения схем базирования вводится понятие опорной точки как символа связи заготовки или изделия с выбранной системой координат (рис. 4.4). Опорные точки на схеме базирования изображают условными знаками (рис. 4.4) и нумеруют порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек.
Рис. 4.3. Геометрические связи (а) и схема базирования изделия типа «короткий диск» (б)
При наложении в какой-либо проекции одной опорной точки на другую изображается одна опорная 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.
Схема расположения опорных точек на чертеже изделия называется схемой базирования изделия.
При обозначении геометрических связей (см. рисунки 4.1, а; 4.2, а; 4.3, а;) их символами получим схемы базирования основных типов деталей (см. рисунки 4.1, б; 4.2, б; 4.3, б).
Следует помнить о том, что опорная точка – это символ связи, но никак не опора приспособления. Вследствие того, что не делают различия между этими двумя важными понятиями, возникает такая грубая ошибка как «неполное базирование».
Рис. 4.4. Условные обозначения опорных точек: а – на виде спереди; б – на виде сверху
Основные опоры всегда жестко связаны с корпусом приспособления.
Дополнительные опоры обязательно выполняют одним из трёх типов: регулируемыми, подводимыми или самоустанавливающимися. При установке нежесткой заготовки ее сначала базируют на основные опоры, затем подводят дополнительные опоры так, чтобы заготовка не оторвалась от основных опор. После этого стопорят дополнительные опоры, превращая их во время выполнения данной операции в жесткие опоры, и закрепляют заготовку.
Подводимые опоры не базируют: их регулировка производится уже после того, как положение изделия определено в выбранной системе координат – произведено базирование изделия. Подводимые опоры предназначены исключительно для повышения жесткости обрабатываемой заготовки (технологической системы «станок – приспособление – инструмент – деталь»).
Число дополнительных и подводимых опор не ограничено каким-либо пределом, но для упрощения конструкции приспособления число опор должно быть минимальным.
Базы различают: по назначению; по лишаемым степеням свободы, по характеру проявления.
По назначению различают следующие типы баз:
1) конструкторская база – база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии;
2) основная конструкторская база – конструкторская база данной детали или сборочной единицы, используемая для определения ее положения в изделии;
3) вспомогательная конструкторская база – конструкторская база данной детали или сборочной единицы, используемая для определения положения присоединяемого к ней изделия;
4) технологическая база – база, используемая для определения положения заготовки или изделия при изготовлении или ремонте;
5) измерительная база – база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения.
По лишаемым степеням свободы существуют следующие виды баз.
1) установочная база – база, лишающая изделие трех степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей (см. рис.4.1, б, опорные точки 1, 2, 3 и плоскость I);
2) направляющая база – база, лишающая заготовку двух степеней свободы – перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси (см. рис.4.1,б, опорные точки 4, 5 и линия II):
3) опорная база – база, лишающая изделие одной степени свободы – перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси (см. рис.4.1, б, опорная точка 6 и точка III);
4) двойная направляющая база – база, лишающая изделие четырех степеней свободы – перемещения вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей (см. рис.4.2, б, опорные точки 1, 2, 3, 4 и линия I);
5) двойная опорная база – база, лишающая изделие двух степеней свободы – перемещений вдоль 2 координатных осей (см. рис.4.3, б, опорные точки 4, 5 и точка II);
По характеру проявления есть два класса баз.
1) скрытая база – база в виде воображаемой плоскости или оси – ось вала, плоскость симметрии детали и т.п. (см. рис.4.2, б, опорные точки 1, 2, 3, 4);
2) явная база – база в виде реальной поверхности, или сочетания поверхностей, или разметочной риски, или точки пересечения рисок (см. рис.4.1, б, опорные точки 1, 2, 3).