20) Обоснование и выбор схем базирования. Классификация базовых поверхностей.

Базирование - придание заготовке или изделию требуемого положения, относительно выбранной схемы базирования

Для полной определенности положения твердого тела в пространстве необходимо и достаточно наложить на точки тела шесть двусторонних геометрических связей и тем самым лишить его шести степеней свободы.

Опорная точка – точка, символизирующая одну из связей заготовки или изделия с выбранной системой координат.

При базировании заготовки или изделия в выбранной системе координат, чтобы лишить тело степеней свободы на него необходимо наложить двусторонние геометрические связи. Необходимое и достаточное условие для базирования твердого тела наложение на него не более шести двусторонних связей.

Правило шести точек – создание шести опорных точек при базировании.

Если по служебному назначению изделие имеет определенное число степеней свободы, то соответствующее количество связей не накладывается. Если требуется обеспечить движение, то накладываются соответствующие кинематические связи.

Для формирования системы координат необходим комплект баз.

Комплект баз – совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия.

На базах комплекта обозначаются опорные точки, символизирующие связи с выбранной системой координат, таким образом создается схема базирования.

Схема базирования – схема расположения опорных точек на базах.

Опорные точки на схеме базирования изображают условными значками и пронумеровывают порядковыми номерами, начиная с базы имеющей наибольшее количество опорных точек. Если в какой либо проекции одна опорная точка накладывается на другую, изображается одна точка, и проставляются номера совмещенных точек. Число проекций на схеме базирования должно быть достаточным для четкого представления о размещении опорных точек.

На токарно - винторезную операцию заготовка (отливка) поступает с размерами ø346,6мм с отверстием ø 44,6 мм длиной 91,9 мм. Рассматриваются следующие варианты установки:

1)  в трёхкулачковом патроне без базирования по торцу;

2)  в трёхкулачковом патроне с базированием по торцу;

Вариант с базированием по торцу является предпочтительным, так как для данной схемы погрешности базирования на размер 86,4 мм (Установ А)  и на размер 84 мм (Установ Б) равны e_Б(86,4)=0 мм и e_Б(84)=0 мм, а для варианта без базирования по торцу данные погрешности отличны от ноля. Кроме того, при первом варианте может получиться большой перекос, ведь база лишает заготовку только двух степеней свободы (оставшиеся 4 лишаются при закреплении).

При втором варианте заготовка лишается пяти степеней свободы при базировании, так как торец служит установочной базой, лишающей заготовку 3 степеней свободы (одного перемещения и двух вращений), а наружная цилиндрическая поверхность служит двойной опорной базой (лишает заготовку двух перемещений). Шестая степень свободы  лишается при закреплении.

На операцию 020 токарную с ЧПУ заготовка поступает с размерами ø340мм с отверстием ø 74 мм длиной 84 мм. Рассматриваются следующие варианты установки:

3)  в трёхкулачковом патроне с базированием по Æ340;

4)  в трёхкулачковом патроне с базированием по Æ260 (Установ А) и Æ240(Установ Б);

При обоих вариантах заготовка лишается пяти степеней свободы при базировании, так как торец служит установочной базой, лишающей заготовку 3 степеней свободы (одного перемещения и двух вращений), а наружная цилиндрическая поверхность служит двойной опорной базой (лишает заготовку двух перемещений). Шестая степень свободы  лишается при закреплении.

Более предпочтителен на Установе А  вариант базирования за меньший диаметр Æ260, так как погрешность закрепления будет меньше, чем при закреплении за Æ340.

На Установе Б выбираем вариант базирования за Æ 340, так как хотя погрешность закрепления будет больше, но Æ240 не обрабатывается.

На операцию сверлильную с ЧПУ рассматриваются следующие варианты базирования

Первый вариант обеспечивает большую точность при тех же затратах, потому что отверстия выполняются по 9 квалитету, но на меньший размер и допуск меньше, а следовательно и погрешность базирования будет меньше.

Кроме того, обработка отверстий при использовании базирования по первому варианту обеспечивает большую жёсткость системы, а следовательно точность обработки будет выше.

Первый вариант схемы закрепления, показанный на (рисунок 8.5), является предпочтительным, так как обеспечивается большая жёсткость системы и более рационально действие поля уравновешивающих сил (ПУС) по отношению к полю возмущающих сил (ПВС) от действия сил резания.

Классификация поверхностей и баз

Классификация поверхностей. Всё многообразие поверхностей деталей и машин можно разделить на три группы: рабочие, базовые и свободные поверхности.

Рабочие поверхности – поверхности, при помощи которых определяется положение данной детали в изделии  или заготовки на станке, например ёлочный или трапецеидальный профили замков лопаток ГТД, опорные поверхности вала и др.

Базовые поверхности – поверхности, при помощи которых определяется положение данной детали в изделии или заготовки на станке, например елочный и трапецеидальный профили замков лопаток ГТД, опорные поверхности вала и др.

Свободные поверхности – поверхности, не соприкасающиеся с поверхностями других деталей и не имеющие прямого функционального назначения.

Рабочие и базовые поверхности имеют более высокую точность и малую шероховатость поверхности, они определяют выбор методов обработки и их последовательность при изготовлении детали.

Классификация баз. Существует несколько признаков для классификации баз: 1) по назначению, 2) лишаемым степеням свободы и 3)  характеру проявления баз.

1) Классификация баз по назначению. Базирование необходимо для всех стадий создания изделия: конструирование, изготовление и измерение. Отсюда вытекает необходимость разделения аз по назначению на три вида: конструкторские, технологические и измерительные.

Конструкторская база – поверхность, линия или точка, используемые конструктором для определения положения детали или узла в изделии. Конструкторские базы бывают основные и вспомогательные.

Основная база – это конструкторская база, принадлежащая данной детали или узлу и используемая для определения присоединяемой к ним детали или узла.

Вспомогательная конструкторская база – это база, принадлежащая данной детали или узлу и используемая для определения присоединяемой к ним детали или узла.

Технологическая база – поверхность или образующая поверхности, используемые для определения положения заготовки или узла в процессе изготовления или ремонта. Технологическая база выбирается при проектировании технологического процесса.

Измерительная база – поверхность, образующая или точка поверхности, относительно которой проверяется положение обработанной поверхности, т.е. проверяемой операционный размер.

2) Классификация баз по лишаемым степеням свободы. По лишаемым степеням свободы размечают установочные, направляющие опорные базы

Установочная база лишает заготовку трех степеней свободы: перемещения вдоль одной координатной оси OZ и поворотов вокруг двух других осей – OX и OY.

Направляющая база лишает заготовку двух степеней свободы: перемещения вдоль одной координатной оси OY и поворота вокруг другой OZ.

Опорная база лишает заготовку одной степени свободы: перемещения вдоль одной координатной оси OX или поворота вокруг той же оси.

3) Классификация баз по характеру их проявления.

По характеру проявления различают явные (реальные) и скрытые (условные) базы (рис. 2.3).

Явная база – база заготовки в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.

Скрытая база – база заготовки в виде воображаемой плоскости, оси или точки.

Выбор технологических баз

Общие требования к технологическим базам. Установочной базой обычно служит наибольшая поверхность заготовки, позволяющая разместить три опорные точки не на одной прямой и не большом расстоянии друг от друга.

Наиболее протяженную поверхность используют для направляющей базы, контактирующей с двумя опорными точками. Для опорной базы, находящейся в контакте с одной опорной точкой, можно использовать поверхность любых размеров и формы при условии отсутствия на ней дефектов (литников, заусенцев, литейных и штамповочных швов). Каждая из указанных баз определяет положение заготовки в направлении, перпендикулярном к этой базе, т.е. в направлении одной из осей системы координат.

При установке заготовки в приспособление или на станке в ряде случаев нет необходимости в полной ориентации заготовок в пространстве с использованием всего комплекта из трех баз, несущих шесть опорных точек. Число опорных точек определяется операцией, прежде всего числом выдерживаемых в ней операционных размеров и их расположением по отношению к осям координат. От этого зависит число баз, необходимых для базирования заготовки, а следовательно и число опорных точек.

Так, например, при обработке плоскости призматической заготовки (рис. 2.4, а) ее ориентировка на станке в направлении горизонтальных осей координат для получения размера l не требуется, поэтому боковые поверхности заготовки теряют значения баз. В данном случае требуемая ориентировка заготовки осуществляется только одной установочной базой А, а ее боковые поверхности используются только для закрепления и в базировании заготовки не участвуют.

Для получения у заготовки двух размеров l₁ и l₂ (рис. 2.4, б) возникает необходимость ее ориентировки не только с помощью установочной базы А, но так же и направляющей базы В. Если при обработке требуется выдержать три размера l₁, l₂ и l₃ в разных координатных плоскостях (рис. 2.4, в), то для ориентировки заготовки необходимо использовать весь комплект из трех баз, т.е. поверхности А, В и С.

Технологическая база, служащая для установки заготовки на 1-ой механической обработки, называется первой.

Чистовая база – обрабатываемая поверхность заготовки, служащая в качестве технологической базы.

Основная технологическая база – поверхности деталей, предусмотренные конструкцией (предоставлены на чертеже)

Искусственная технологическая база – создана технологом специально, в случае, если нельзя использовать в качестве технологической базы поверхности конструкции.

Назначение технологических баз. При назначении технологических баз руководствуются принципами совмещения и постоянства баз.

Принцип совмещения (единства) баз – стремление к совмещению технологической базы с конструкторской и измерительными базами. При совмещении конструкторской, технологической и измерительной баз обработка заготовки (детали) осуществляется по размерам, проставленным в рабочем чертеже детали, с использованием всего поля допуска на размер, предусмотренный конструктором.

Если технологическая база не совпадает с конструкторской и измерительной базами, технолог вынужден производить замену размеров, проставленных в рабочем чертеже от конструкторских и измерительных баз, более удобными для обработки технологическими размерами, проставленными непосредственно от технологических баз. В этом случае неизбежен пересчет размеров и ужесточение допусков на размеры, выдерживаемые при обработке заготовки, а это приводит к удорожанию процесса обработки и снижению его производительности.

Принцип постоянства технологических баз – стремление к использованию одной и той же технологической базы для обработки заготовки (детали) и на последующих операциях.

Стремление осуществить обработку заготовки от одной и той же технологической базы объясняется тем, что любая смена технологической базы увеличивает погрешность взаимного расположения поверхностей, обработанных от различных технологических баз, дополнительно внося в нее погрешности взаимного расположения самих технологических баз, от которых производиться обработка поверхностей. Принцип постоянства баз реализуется при обработке деталей в центрах, при обработке пера и замка лопатки ротора турбины от так называемых «плоских» баз (рис. 2.5).

Сохранение технологической базы постоянной при обработке заготовок на различных операциях чрезвычайно желательно, однако на практике встречаются случаи, когда выполнение этого требования может привести к чрезмерному усложнению конструкции приспособления и его удорожанию.

Закрепление заготовки

В процессе обработки заготовка (деталь) соответственно сориентирована, должна быть неподвижной. Это достигается ее закреплением в приспособлении или на станке. Во всех случаях закрепленная заготовка должна быть лишена шести степеней свободы.

С этой целью применяются разнообразные зажимные устройства.

Следует отметить, что чем меньше число баз и опорных точек, используемых при базировании заготовок, тем проще, производительнее и дешевле получается конструкция приспособлений.