2.5. Базирование детали

Базой называют совокупность поверхностей, линий или точек детали, по отношению к которым ориентируются другие детали изделия или по отношению к которым ориентируются поверхности детали, обрабатываемые на данной операции.

В зависимости от служебного назначения все поверхности детали подразделяются на: основные, присоединительные, исполнительные и свободные.

Под основными понимают поверхности, с помощью которых опреде­ляют положение данной детали относительно другой, к которой она присоединяется.

Присоединительными называют поверхности детали, определяющие положение всех присоединяемых к ней других деталей.

Исполнительные поверхности - поверхности, выполняющие служебное назначение.

Свободной поверхностью называется поверхность, предназначенная для соединения основных и присоединительных поверхностей и испол­нительной поверхности между собой с образованием совместно необхо­димой для конструкции формы детали.

Элементы детали, обра­зующие комплекты основных и присоединительных поверх­ностей, характеризуют тех­нологические базы, т.е. элемен­ты, используемые в процессе обработки для установления взаимосвязи между располо­жением режущей кромки ин­струмента и обрабатываемой поверхностью.

По характеру своего применения (при конструировании, изготов­лении деталей и сборке механизмов и машин) базы подразделяют на: конструкторские, сборочные, измерительные и установочные.

Конструкторскими и сборочными базами называют поверхности, линии или точки деталей, с помощью которых определяют ее положе­ние относительно других деталей на сборочном чертеже (конструктор­ские базы) или при сборке (сборочные базы). В качестве конструктор­ских баз используют также линии симметрии: оси валов и отверстий, биссектрисы углов и т. п. Для всех деталей вращения одной из конструкторских баз всегда является ось вращения.

Сборочными базами детали могут быть только ма­териальные поверхности, т. е. поверхности, выпол­няющие служебное назначение.

Как правило, положение детали относительно других деталей определяют комплектом из двух или трех баз.

Установочной базой детали называют совокупность поверхно­стей, линий или точек, относительно которых ориентируется при изготовлении детали поверхность, обрабатываемая на данной опе­рации.

В зависимости от способа применения установочных баз при обра­ботке их подразделяют на опорные установочные и проверочные уста­новочные базы.

Установочная база называется опорной, если обрабатываемая де­таль непосредственно опирается своей установочной базой на соответ­ствующие поверхности станка или приспособления.

Проверочной установочной базой назы­вается поверхность обрабатываемой заго­товки, по которой происходит выверка положения этой заготовки на станке или установка режущего инструмента. Установочные базы под­разделяются на основные и вспомогатель­ные.

Основной установочной базой называет­ся такая установочная база, расположение которой относительно обрабатываемой по­верхности имеет существенное значение с точки зрения работы детали в собранном изделии.

Вспомогательной установочной базой называется такая устано­вочная база, расположение которой относительно обрабатываемой поверхности в готовом изделии непосредственного значения не имеет, к применению вспомогательных баз прибегают в тех случаях, когда конструкция детали исключает возможность использования основной базы детали в качестве установочной базы или требует для этого изго­товления сложных или неудобных приспособлений.

Для наибольшей точности изготовления деталей, а следовательно, и лучших эксплуатационных результатов необходимо стремиться к тому, чтобы конструкторские и технологические базы представляли собой одни и те же поверхности, т. е. чтобы по возможности осуществ­лять установку заготовки при обработке и измерении от тех же поверх­ностей, которые будут определять положение детали в собранном узле или машине.

Во всех случаях, когда конструкторские и технологические базы не совпадают, возникают погрешности базирования (измерения), что приводит к необходимости перерасчета допусков.

Схемы базирования зависят от формы поверхностей обрабатывае­мых заготовок, большинство которых, как правило, ограничено пло­скими, цилиндрическими или коническими поверхностями, используе­мыми в качестве опорных баз.

Основными схемами базирования являются: базирование приз­матических деталей; базирование длинных цилиндрических деталей; базирование коротких цилиндрических деталей.

Схема базирования призматических дета­лей. Эта схема предусматривает базирование заготовок деталей типа плит, крышек, картеров и др. Каждая обрабатываемая заготовка призматической формы, если ее рассматривать в системе трех взаимно перпендикулярных осей (рис. 2.1), имеет шесть степеней свободы: три перемещения вдоль осей Ох, Оу, Оz и три пере­мещения при повороте относительно этих же осей. Положение заготовки в пространстве опре­деляется шестью координатами (рис. 2.1, пунктирные линии).

Рис. 2.1. Схема положения заготовки в системе трех

взаимно перпендикулярных плоскостей

Три степени свободы, т, е. возможность пере­мещаться в направлении оси Оz и вращаться вокруг осей Ох и Оу, ограничиваются тремя координатами, определяющими положение заго­товки относительно плоскости хОу.

Две степени свободы, т. е. возможность пере­мещаться в направлении оси Ох и вращаться вокруг оси Оz, ограничиваются двумя коорди­натами, определяющими положение заготовки относительно плоско­сти уОz.

Шестая координата, определяющая положение заготовки относи­тельно плоскости хОz, ограничивает ее возможность перемещения в на­правлении оси Оу, т. е. лишает ее шестой - последней степени сво­боды.

Этот порядок установки заготовок призматической формы назы­вается правилом шести точек. Это правило распространяется не только на заготовки призматической формы, базируемые по их наруж­ному контуру, но и на заготовки другой формы, при использовании для их установки любых поверхностей, выбранных для базирования.

Увеличение опорных точек сверх шести не только не улучшает, но и ухудшает условия установки, так как обрабатываемая заготовка, как правило, имеет отклонения от правильной геометрической формы, местные неровности поверхности, что может приводить к самопроиз­вольной установке заготовки в приспособлении.

Нижняя поверхность заготовки с тремя опорными точками называется главной установочной базой. Как правило, в качестве главной установочной базы выбирают поверхность с наибольшими размерами.

Боковая поверхность с двумя опор­ными точками называется направляющей установочной базой, для которой выби­рают поверхность наибольшей протя­женности.

Поверхность с одной опорной точкой называется упорной установочной базой.

Свои особенности имеют схемы базирования длинных и коротких цилиндрических деталей.

Выбор установочных баз производят с целью наметить как сами базы, так и порядок их смены (если необ­ходимо) при выполнении технологического процесса механической об­работки детали. Исходными данными при выборе баз являются: рабочий чертеж детали с простановкой заданных размеров, технические условия на ее изготовление, вид заготовки, а также желаемая степень автоматизации процесса. При выборе баз учитывают условия работы детали в механизме. Принятая схема базирования определяет конструктивные схемы приспособлений и вли­яет на точность размеров и взаимного положения поверхностей детали. Наилучшие результата по точности обработки обеспечиваются при выдерживании принципа совмещения баз. В этом случае погреш­ности базирования равны нулю. При невозможности выдержать данный принцип (например, из-за недостаточной устойчивости заго­товки при малых размерах измерительной базы) за установочную базу принимают другую поверхность, стремясь уменьшить не­желательные последствия несовмещения баз.

Выдерживание принципа постоянства баз способствует повышению точности взаимного положения поверхностей детали. Высокая степень концентричности поверхностей вращения обеспечивается, в частности, при использовании одной и той же установочной базы. Соблюдение дан­ного принципа повышает однотипность приспособлений и схем уста­новки, что важно при автоматизации технологического процесса. Стремление более полно выдержать этот принцип приводит к созданию на детали искусственных (вспомогательных) баз: бобышек, платиков, центровых гнезд, установочных поясков и других элементов, а также к выполнению всей обработки за один установ на базе черных поверх­ностей исходной заготовки. Последний случай имеет место при обра­ботке деталей из прутка на автоматах, многопозиционных и агрегат­ных станках, а также при использовании приспособлений-спутников на автоматических линиях.

При выборе баз должны быть сформулированы требования по точ­ности и шероховатости их обработки, а также предусмотрена необ­ходимость повторной обработки в целях ликвидации возможной де­формации от действия остаточных напряжений в материале заготовки. Выбор баз связан с первой наметкой плана обработки детали, который подвергается дальнейшей детализации на последующих этапах про­ектирования технологического процесса.

При обработке валов и некоторых других заготовок, имеющих базовые поверхности в виде центровых гнезд (или конических фасок), в качестве установочных элементов используют центры. Различные конструктивные формы центров показаны на рис. 2.2. Схема установки на обычный жесткий центр приведена на рис. 2.2, а; на рис. 2.2, б пока­зана установка заготовки конической фаской на срезанный центр; на рис. 2.2, в — конструкций вращающегося центра для токарных работ; на рис. 2.2, г — установка заготовки на специальный срезанный с рифлениями и на рис. 2.2, д — конструкция поводкового центра для пере­дачи момента благодаря внедрению рифлений в базовую поверхность гнезда заготовки. Этот центр обеспечивает передачу момента, необхо­димого для чистовой обработки, но портит поверхность гнезда. Для точной установки заготовок по длине применяют плавающий передний центр (рис. 2.2, е).

Рис. 2.2. Виды центров

Если базирование производится по наружной цилиндрической поверхности, то применяются самоцентрирующие трехкулачковые патроны, которые производят базирование по одной цилиндрической шейке. Если вал длинный, то другой конец вала базируется по поверхности центрового отверстия.

Длинные валы, особенно при обработке на фрезерных станках (фрезерование шпоночных канавок, плоскостей) базируются по наружным цилиндрическим поверхностям, которые устанавли­вают в призмы. Для чисто обработанных баз применяют широкие призмы (рис 2.3, а), для черновых — узкие (рис. 2.3, б); на рис. 2.3, в показан способ установки заготовки 2 на четыре постоянные опоры 3, запрессованные в боковые поверхности призмы 1.

Рис. 2.3. Виды призм

В приспособлениях при­меняют главным образом жесткие призмы с углом α = 90°.

Погрешности базирования при установке в призму зависят от допуска на диаметр цилиндрической поверхности заготовки, а также от погрешностей ее формы.

Установку заготовок с базированием по отверстиям производят на пальцы или оправки. Упорной базой служат торцевая поверхность заготовки, определяю­щая ее положение по длине, и раз­личные элементы (шпоночная канав­ка, отверстие и др.), определяющие угловое положение обрабатываемой заготовки относительно оси основной базы.

Примеры жестких оправок приве­дены на рис. 2.4. На рис. 2.4, а пока­зана коническая оправка (конусность 1/₁₅₀₀— 1/₂₀₀₀), на кото­рую обрабатываемую заготовку на­колачивают легкими ударами. Бла­годаря расклинивающему действию оправки заготовка удерживается от провертывания при обработке. Не­достаток этой оправки — отсутст­вие точной ориентации заготовки по длине.

На рис. 2.4, б показана конструк­ция оправки, на которую обрабаты­ваемую заготовку насаживают с натягом. Используя при запрес­совке упорные кольца (на рисунке не показаны), точно ориентируют заго­товку по длине оправки. При наличии кольцевой выточки можно подрезать оба торца заготовки. Шейка 2 — направляющая; ее диаметр обеспечивает свободное надевание заго­товки вручную.

На рис. 2.4, б показана оправка, на которую заготовку насаживают с зазором. Положение заготовки по длине определяется буртом 1 оправки, ее провертывание предупреждается затяжкой гайки 3 или шпонкой 2 (если в заготовке имеется шпоночная канавка). При исполь­зовании этих оправок базовые отверстия заготовок рекомендуется обра­батывать по 7-му квалитету.

Рис. 2.4. Виды жестких оправок

Оправки рекомендуется выполнять из стали, термически обраба­тывать (закалка или цементация с последующей закалкой) и тщатель­но шлифовать. В центровых гнездах целесообразно предусматривать защитные фаски, чтобы предохранить их от случайных повреждений. Для того чтобы приводить во вращение оправку, на ее правом конце делают квадрат, лыски или запрессовывают поводковый палец.

Наряду с жесткими применяют и разжимные оправки. На рис. 2.5, а показана центровая оправка с разжимной цангой. Затя­гивая гайку 5, перемещают цангу 3 влево по конической части оправки 4, последняя раздвигает цангу 3 (имеющую продольные разрезы), которая зажимает заготовку 2 по внутренней поверхности. Гайка 1 ограничивает перемещение цанги влево.

Рис. 2.5. Виды разжимных оправок

На рис. 2.5, б приведена конструкция консольной разжимной оправки. Заготовку закрепляют затяжкой внутреннего конуса. Раз­жимные оправки по сравнению с жесткими обеспечивают меньшую кон­центричность обработки.

На рис. 2.5, в приведена конструкция консольной оправки с тремя сухарями 1, раздвигаемыми внутренним конусом 2. Эту оправку применяют для установки толстостенных заготовок.

Оправка с упругой гильзой, разжимаемой изнутри гидро­пластом, показана на рис. 2.5, г. Затягивая винт 3, сжимают пластическую массу 1, которая, разжимая тонкостенную гильзу 2, прочно закрепляет заготовку.

Оправки с гидропластом обеспечивают высокую степень концен­тричности (биение 0,005 - 0,01 мм).

При обработке заготовки плит, рам, станин, корпусных и других деталей применяют установку на два отверстия с параллельными осями и перпендикулярную им плоскость. Она обеспечивает простую конструкцию приспособления, принцип постоянства баз и фиксацию заготовок на автоматических линиях. Базовую плоскость заготовки подвергают чистовой обработке, а отверстия развертывают по 2-му классу точности. Установочными элементами служат два пальца (жестких или выдвижных) и опорные планки.

Принципиальная схема установки показана на рис. 2.6, а. Один из пальцев выполняют цилиндрической, а другой — ромбической.

Рис. 2.6. Схема установки базовой плоскости на два пальца

Схема базирования может осуществляться также установкой на четыре центра, из которых два жестких и два выдвижных.

При шлифовании осевых отверстий цилиндрических и конических зубчатых колес применяют базирование по рабочим поверхностям зубьев, обеспечивая этим высокую концентричность зубчатого колеса.

Кроме перечисленных поверхностей в качестве установочных баз можно применять в отдельных случаях наружные и внутренние сферические, резьбовые и шлицевые поверхности, а также различное их сочетание.