Базирование и базы в машиностроении

2. БАЗИРОВАНИЕ И БАЗЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ

2.1 Основные понятия теории базирования

Для нормальной работы любой машины необходимо определённое взаимное расположение её деталей и узлов. Определённое положение должна занимать и сама заготовка на станке при её обработке. Определённость положения детали или узла в изделии и заготовки на станке достигается базированием (ориентировкой).

В общем случае базированием называется придание заготовки или изделию требуемого положения относительно выбрано системы координат.

При механической обработке деталей на металлорежущих станках под базированием понимают придание заготовке или детали требуемого положения относительно элементов станка, определяющих движение подач режущего инструмента.

Теория базирования основывается на фундаментальных представлениях о несвободной системе, изучаемых в теоретической механике. Рассмотрим некоторые из них.

Свободное твёрдое тело имеет шесть степеней свободы: три перемещения вдоль координатных осей Ox, Oy, Oz и три поворота вокруг этих осей.

Если на движение точек твёрдого тела или механической системы наложены ограничения геометрическими или кинематическими связями, то такое тело или система называется свободным телом (системой). Таким образом требуемое положение или движение твёрдого тела относительно выбранной системы координат достигается наложением геометрических или кинематических связей. При наложении геометрических связей на твёрдое тело, лишающих его трёх перемещений вдоль координатных осей и трёх поворотов вокруг этих осей, тело становится неподвижным в данной системе координат. Шесть связей, лишающих тело движения в шести направлениях, могут быть созданы контактом соединяемых тел в шести точках. В качестве примера рассмотрим базирование призматической заготовки в приспособлении по трём координатным плоскостям: XOY(A), XOZ(B) и YOZ(C) (рис. 2.1).

Для заданного ориентирования (базирования) заготовке необходимо иметь: три контактные точки А₁, А₂, А₃ в плоскости XOY(А), не лежащие на одной прямой; две точки В₁ и В₂ в плоскости XOZ(В) и одну точку С в плоскости YOZ(С).

Для фиксирования (закрепления) заготовки в приспособлении необходимо преложить силу. Таким образом, процесс установки заготовки в приспособлении или на станок состоит из базирования (ориентирования) и закрепления, обеспечивающего неизменность положения заготовки при её обработке.

Рис. 2.1. Базирование призматической детали

Базирование детали нельзя заменить её закреплением. Если из шести опорных точек отсутствует одна или несколько, то у заготовки остаётся одни или несколько степеней свободы. Это значит, что в направлении отсутствующих опорных точек положение заготовки не определено и заменить отсутствующие опорные точки закреплением с целью базирования нельзя.

Поверхность (сочетание поверхностей), линия или точка, используемые для базирования, называют базой. Опорная точка символизирует одну из связей заготовки (детали) с выбранной системой координат.

Для полной ориентации заготовки в приспособлении необходимо и достаточно иметь шесть опорных точек, расположенных определённым образом относительно базовых поверхностей заготовки (правило шести точек). Технолог и конструктор по проектированию приспособлений при необходимости полной ориентировки заготовки относительно всех трёх плоскостей прямоугольной системы координат всегда руководствуется правилом шести точек. Если в зависимости от служебного назначения деталь (узел) должна иметь определённое число степеней свободы, то соответствующее число степеней связи снимается.

Расположение опорных точек на базах заготовки (детали) и есть схема базирования.

Для условного изображения опорных точек приняты следующие знаки _/\_-опорные точки в виде спереди и сбоку детали; -♦- - опорные точки на виде сверху детали (в плане).

2.2. 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 трапециедальный 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 (рис. 2.2).