8. Основы теории базирования

8.1. Основные понятия и определения

Для того чтобы машина выполняла свое служебное назначение необходимо в процессе сборки и регулировки обеспечить требуемое относительное взаимное положение деталей и сборочных единиц с заданной точностью. Необходимо так же обеспечить правильное положение заготовки на станке или в приспособлении относительно кромок режущего инструмента. Задачи взаимной ориентации деталей и узлов при сборке машин или заготовок при обработке на станках решаются на основе теории базирования. Теория базирования является общей и распространяется на все тела, рассматриваемые как твердые, в том числе и на изделия машиностроения на всех стадиях производства.

Положение детали рассматривается относительно выбранной системы координат. В самой координатной системе положение детали определяется шестью координатами или опорными точками. Таким образом, соединение деталей можно рассматривать как совмещение их координатных плоскостей. В общем случае координатная система деталей может размещаться любым образом, но проще ее располагать на основных базах детали или по осям симметрии деталей.

Придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат носит название базирования.

Рассмотрим примеры построения координатных систем и базирование детали различных конструктивных форм:

1. Базирование детали типа прямоугольника (рис. 34).

Рисунок 34

Такие детали в плоскости XOZ лишаются трех степеней свободы: возможного перемещения относительно оси OY и вращения относительно осей OX, OZ; в плоскости YOZ деталь лишается двух степеней свободы: возможности перемещения относительно оси OX и вращения относительно оси OY; в плоскости YOX деталь лишается возможности перемещаться параллельно оси OZ.

Таким образом, каждая координата определяет расстояние одной из точек соответствующей поверхности детали, но и лишает деталь одной степени свободы.

2. Базирование детали типа цилиндр.

В качестве одной из осей координатной системы в данном случае удобно взять ее ось, которая представляет собой линию пересечения двух координатных плоскостей YOZ и XOZ (рис. 35).

В плоскости XOZ деталь лишается возможности перемещаться параллельно оси Y и вращаться относительно оси X (точки 1 и 2). В плоскости YOZ точки 3, 4 лишают деталь возможности перемещаться параллельно оси X и вращаться относительно оси Y. В плоскости YOX точка 5 лишает деталь пятой степени свободы – возможности перемещаться вдоль оси Z.

Рисунок 35

3. Базирование детали типа диск (рис. 36)

Деталь лишается трех степеней свободы в плоскости YOX – перемещения вдоль оси Z и вращения вокруг X и Y. В плоскости XOZ деталь лишается одной степени свободы – перемещения вдоль оси Y. В плоскости YOZ деталь лишается еще одной степени свободы – перемещения вдоль оси X. В плоскости XOZ деталь лишается еще одной степени свободы – возможности вращаться вокруг оси Z.

Рисунок 36

Детали с коническими поверхностями лишаются пяти степеней свободы: трех перемещений и двух поворотов.

Из рассмотренных примеров видно, что для определения положения детали относительно выбранной системы координат необходимо и достаточно иметь шесть опорных точек. Данное положение носит название правила шести точек. Добавочное количество опорных точек вызывает неопределенность положения детали, что увеличивает погрешность обработки.

Поверхности заготовок или изделий, используемые при базировании являются базами. Под базой понимают поверхность или выполняющее ту же роль сочетание поверхностей, ось, точку, принадлежащие заготовке или изделию и используемые при базировании.

Примеры базирования приведены на рис. 37.

Рисунок 37

По отнимаемым степеням свободы, базы подразделяются на следующие виды:

- установочная база – база, лишающая заготовку или изделие трех степеней свободы: двух поворотов и одного перемещения. В качестве установочной базы обычно принимают поверхности наибольших габаритных размеров;

- направляющая база – база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы: перемещения и поворота. В качестве направляющей базы обычно принимаются поверхности наибольшей протяженности при наименьшей ширине;

- опорная база – база, лишающая заготовку или изделие одной степени свободы: перемещения или поворота. В качестве опорной базы принимаются поверхности наименьших габаритных размеров;

- двойная направляющая база – база, лишающая заготовку или изделие четырех степеней свободы: двух перемещений и двух поворотов;

- двойная опорная база – база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы: двух перемещений.

По назначению базы подразделяются на конструкторские, технологические и измерительные.

Конструкторская база – база, определяющая положение детали или сборочной единицы в изделии. Конструкторские базы подразделяются на основные и вспомогательные базы.

Основная база – конструкторская база, принадлежащая детали или сборочной единице и используемая для определения их положения в изделии.

Вспомогательная база – конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения положения присоединяемой к ней детали или сборочной единицы.

На рисунке 38 приведен пример конструкторских баз при установке шестерни на вал, где основными конструкторскими базами являются поверхности торца 3, отверстия 4 и шпоночного паза 5 шестерни, а вспомогательными базами являются поверхности вала – посадочная цилиндрическая ступень вала 2, упорный торец следующей ступени вала 1, боковые поверхности шпонки 6.

Рисунок 38

Технологическая база – база, определяющая положение заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта. На рисунке 39 показаны следующие виды технологических баз: установочная технологическая база 1, направляющая технологическая база 2, опорная технологическая база 3.

Рисунок 39

Измерительная база – база, определяющая относительное положение заготовки или изделия и средства измерения. На рисунке 40 измерительной базой является поверхность 1.

Рисунок 40

По характеру применения базы подразделяются на проектные и действительные.

Проектная база – база, выбираемая при проектировании изделия технологического процесса изготовления или ремонта этого изделия.

Действительная база – база, фактически применяемая в конструкции, при изготовлении, эксплуатации и ремонте изделия.

Комплект баз – совокупность трех баз, образующих координатную систему детали (установочная, направляющая, опорная).

Под схемой базирования детали понимают схему расположения опорных точек на детали. На схеме базирования опорные точки обозначаются условными знаками и нумеруются порядковыми номерами, начиная с поверхности, на которой располагается наибольшее количество опорных точек. Если в какой-нибудь проекции опорные точки совмещаются, то указывается одна точка с совмещенными номерами точек.

Условное обозначение опор приведено на рис.41.

а) б)

а – вид спереди и с боку; б – вид сверху

Рисунок 41

Рассмотрим примеры схем базирования размерных деталей: