2. Базирование при изготовлении изделий и припуски на обработку заготовок

В процессе изготовления машины возникают задачи соединения с требуемой точностью двух и большего количества деталей, сборочных единиц и машин в агрегаты. Эти задачи возникают при сборке и регулировке агрегатов, машин и ее механизмов, а также при обработке в технологических системах, когда заготовку необходимо установить на столе станка или в приспособлении. Решение этих задач основывается на рассмотрении основ базирования [3, 5, 6, 10, 14, 16, 22, 24, 30, 34].

Объектами базирования в производственном процессе изготовления машин могут быть заготовка, деталь, сборочная единица или машина.

Базирование объекта - это ориентация его в пространстве, достигаемая путем определения или задания положения относительно другого объекта из окружения, принятого за ориентир (коротко - базу), в выбранной системе координат и в рассматриваемый момент времени.

2.1. Основы базирования и классификация баз в машиностроении

Из теоретической механики известно, что каждое свободное твердое тело имеет шесть степеней свободы относительно трех координатных перпендикулярных осей X, Y, Z. Оно может перемещаться параллельно трем координатным осям и вращаться вокруг каждой из них. Положение такого тела относительно выбранной системы координат вполне определяется шестью независимыми величинами, например, шестью координатами, т.е. для полного исключения подвижности твердого тела в пространстве необходимо лишить его шести степеней свободы: трех поступательных перемещений вдоль осей координат и трех вращений вокруг указанных осей (см. рис.2.1). Это достигается наложением связей. Под связями подразумеваются ограничения позиционного (геометрического) или кинематического характера, накладываемые на движения точек рассматриваемого тела.

В рассматриваемом случае недеформируемые стержни (координаты X, Y, Z) представляют собой двухсторонние “идеальные связи” (идеализированные связи без трения), число которых (шесть) соответствует числу степеней свободы, отбираемых у тела при наложении связей.

Рис.2.1. Связи и ориентирование тела в пространстве

Рис.2.2. Связи и ориентирование призматического тела в

пространстве

Призматическое тело с наложенными на него двухсторонними связями представляет собой по терминологии теоретической механики несвободную механическую систему. Несвободной называется механическая система (твердое тело), на движения точек которой наложены геометрические (позиционные) связи. Позиционные связи в этом случае являются идеальными, т.е. связями без трения.

В реальных условиях базирования двухсторонние позиционные связи, представленные на рис.2.2, заменяются непосредственным контактом (односторонней связью) соответствующих поверхностей или опорных точек, обеспечивающих базирование твердому телу (рис.2.3). Возникающие при этом позиционные связи являются односторонними связями. Неподвижность и определенность положения твердого тела обеспечивается условием, что . При базировании точки контакта возникнут только при приложении силы (силы тяжести или прижима). Реальная связь всегда является неидеальной, т.е. связь с кулоновым трением, и условно представляет собой состоящую по характеру ограничений идеальную связь и так называемую фрикционную связь, порождаемую трением с касательным взаимодействием в точке контакта (рис.2.4).

В отличие от идеальных опорных точек, которые предполагаются на идеальных поверхностях абсолютно твердого тела, в реальных условиях базирования материальная опорная точка в сочетании с приложенной к изделию силой лишает изделие не одной, а всех шести степеней свободы, так как не только ограничивает возможные перемещения изделия по нормали к опорной плоскости, но и воздействием сил и моментов трения исключает возможность перемещения изделия вдоль осей OX, OY и вращения вокруг осей OX, OY и OZ (рис.2.5).

Материальная опорная точка представляет собой некоторую площадку. За счет того, что поверхности изделия в действительности отличаются от идеальных, изделие не является абсолютно твердым и под действием сил деформируется.

На рис.2.4 условие неподвижности детали относительно системы отсчета обеспечивается при Z₁, Z₂, Z₃=const, F₂>P_2, F₃>P_3, и M_тр>M_вр. Условие определения положения детали обеспечивается за счет трех опорных точек, расположенных на плоскости XOY, и воображаемых плоскостей симметрии (скрытых баз), мысленно проводимых перпендикулярно имеющимся у детали базирующим поверхностям относительно плоскостей системы отсчета XOZ и YOZ.

В любом изделии для выполнения заданных функций и служебного назначения в целом необходимо обеспечить определенное взаим-

Рис.2.3. Схема установки призматического тела на шесть

опорных точек

Рис.2.4. Схема установки призматического тела на три опорные

точки, имеющие фрикционные связи.

ное расположение сборочных единиц, деталей и поверхностей деталей. Равным образом при обработке заготовок на станках они должны быть правильно ориентированы относительно рабочих узлов (деталей или их поверхностей) станка, определяющих траектории перемещений режущих инструментов (направляющих суппортов, фрезерных и резцовых головок, упоров, копировальных устройств и т.д.).

Задачи взаимной ориентации и определенности положения деталей и сборочных единиц в машинах, а также ориентации заготовок на станках при их изготовлении решаются за счёт назначения соответствующих систем координат в пределах всей машины, в пределах сборочных единиц (основа - базовая деталь) и в пределах детали (определяющая положение поверхностей детали), т.е. назначением соответствующих баз.

ГОСТ 21495-76 устанавливает термины и определения основных понятий систематики базирования и баз при проектировании, изготовлении, эксплуатации и ремонте изделий машиностроения.

Базирование - это придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.

База (недопустимо - базирующая поверхность) - это поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования.

Различают проектную и действительную базы.

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

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

Каждая из баз может иметь одну, две или три опорные точки. Опорная точка - точка, символизирующая одну из связей заготовки или изделия с избранной системой координат.

Для обеспечения неподвижности и ориентации заготовки или изделия в избранной системе координат необходим комплект баз.

Комплект баз - совокупность трёх баз, образующих систему координат заготовки или изделия.

Схемой базирования называют схему расположения опорных точек на базах заготовки или изделия (см. рис.2.6). Все опорные точки на схеме изображают условными знаками и нумеруют порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее число опорных точек.

Рис.2.5. Базирование шара в реальных условиях

Рис.2.6. Схема расположения опорных точек на базах заготовки