Основи базування деталей та заготовок (стр. 1 из 10)

Основи базування деталей та заготовок

1. Поняття про базу та базування

У процесі виготовлення машини виникають задачі з’єднання з необхідною точністю двох або більшої кількості деталей. Такі задачі виникають також при складанні регулюванні машин та їх механізмів, при обробці деталей на різних технологічних системах, коли деталь необхідно встановити і закріпити із заданою точністю на столі верстата або в пристрої. Аналогічні задачі доводиться розв’язувати при встановленні та закріпленні різального інструменту на шпинделі верстата, борштанзі, різцетримачі, а також щоразу, коли необхідно виконати вимірювання деталі або заготовки за допомогою будь-якого вимірювального інструменту або пристрою.

Для розв’язування задач такого виду служать основи базування.

За державним стандартом база – це поверхня або сполучення поверхонь, вісь, точка, які належать заготовці або виробу і використовуються для базування.

Рис. 1. Види баз

Базування – це надання заготовці або виробу потрібного положення відносно вибраної системи координат: при складанні – надання деталі потрібного положення у виробі відносно інших, раніше встановлених деталей або виробів; при механічній обробці – надання заготовці потрібного положення на верстаті відносно його елементів, що визначають траєкторію відносного руху деталі та оброблювального інструменту; при вимірюванні – надання заготовці або деталі потрібного положення відносно вимірювального інструменту.

Базами можуть бути: площина (рис. 1, а), циліндр (рис. 1, б), сукупність поверхонь (рис. 1, в, г), лінія: вісь (рис. 1, д), коло (рис. 1, е), точка (точки) (рис. 1, ж).

2. Основні положення теорії базування [1]

В основу теорії покладений розділ теоретичної механіки про визначення положення твердого тіла в просторі.

Як відомо, теоретична механіка розглядає два стани тіла: спокою та руху. Ці поняття мають сенс лише тоді, коли вказується система відліку. Якщо положення тіла відносно системи відліку протягом часу не змінюється – тіло перебуває в стані спокою, якщо змінюється – в стані руху.

Потрібні положення або рух тіла відносно системи розрахунку досягається накладанням на нього геометричних або кінематичних зв’язків.

Зв’язками називають умови, які накладаються або на положення, або на швидкості точок тіла. В першому випадку зв’язки називають геометричними (голономними), в другому – кінематичними (неголономними). Якщо на тіло накладені геометричні зв’язки, то завдяки їм деякі переміщення тіла виявляються неможливими.

Можливим переміщенням тіла називаються елементарні переміщення, які можна здійснити без порушення накладених на тіло зв’язків. Кількість таких можливих переміщень називають числом ступенів вільності даного тіла.

Якщо тверде тіло може одержувати будь-яке переміщення в просторі, то таке тіло називають вільним. Таке тіло має шість ступенів вільності: три переміщення вздовж координатних осей і три – повороту навколо цих осей.

Таким чином, щоб зробити тіло нерухомим, потрібно позбавити тіло шести ступенів вільності, а для цього накласти на нього шість зв’язків.

Виберемо за систему відліку прямокутну систему координат OXYZ. В цій системі розташуємо абсолютно тверде тіло, з яким жорстко зв’язана система координат O'X'Y'Z' (рис. 2). Тому зв’язки можна накладати на цю систему.

Визначити положення рухомої системи координат O'X'Y'Z' відносно системи ОХУZ можна двома способами:

1) задати положення початку координат O' відносно O радіусом-вектором r і трьома кутами Ейлера (прецесії –ψ, мутації – θ і власного обертання – φ).

Тоді умови перебування тіла в стані спокою будуть наступні: r = const; ψ = const; θ = const; φ = const.

2)накласти геометричні зв’язки на координатні площини системи O'X'Y'Z'

Тим самим тіло позбавляється трьох переміщень вздовж осей декартової системи координат і трьох поворотів навколо цих осей, тобто тіло стає нерухомим у системі (див. рис. 2).

Умови перебування тіла в стані спокою в цьому випадку матимуть вигляд: z1 = const; z2 = const; z3 = const; x4 = const; x5 = const; y6 = const.

Рис. 2. Зв’язки твердого тіла

Таким чином, зв’язками забезпечується задане положення тіла в системі ОХУZ у кожний розглядуваний момент часу.

За реальних умов зв’язки практично здійснюються за допомогою матеріальних тіл. Реалізація двосторонніх геометричних зв’язків досягається стиканням поверхонь тіла з поверхнями іншого тіла, до якого воно приєднується, і прикладанням сил і пар сил для забезпечення контакту між ними.

Реальні тіла-деталі обмежені криволінійними поверхнями, тому можуть контактувати лише на окремих елементарних площадках, які умовно вважаються точками контакту (рис. 3).

Рис. 3. Контакт двох твердих тіл

Для того щоб реальні зв’язки відповідали теоретичним (жорсткий двосторонній зв’язок), для фіксації досягнутого положення необхідне прикладання сил і пар сил – силового замикання.

Таким чином, матеріалізація геометричних зв’язків досягається за допомогою шести точок, розташованих відповідним чином на поверхнях деталі і силового замикання.

Працюючи з кресленнями, маємо справу з ідеалізацією форми поверхонь, тому вважається, що здійснення необхідних зв’язків досягається контактом деталей по поверхнях, а наявність реальних зв’язків символізується опорними точками, які мають теоретичний характер.

Схема розміщення опорних точок на базах заготовки або виробу називається теоретичною схемою базування. На теоретичній схемі базування опорні точки зображають умовними знаками (рис. ).

Опорні точки нумеруються, починаючи з бази, на якій розташовується їх найбільша кількість. Номер точки проставляється справа від умовного знака.

Якщо в якій-небудь проекції опорна точка накладається на іншу, то зображається одна точка і біля неї проставляються номери суміщених точок.

Рис.4. Умовні позначення опорних точок (а) та зусиль (б)

Приклад застосування умовних позначень опорних точок і прикладених зусиль відносно до деталі призматичної форми наведено на рис. 5.

Рис. 5. Теоретична схема базування призматичного тіла

3. Базування тіл різної форми

3.1 Базування призматичного тіла

Відповідно до висновків теоретичної механіки, для визначення положення призматичного тіла відносно системи координат ОХУZ необхідно зв’язати його нижню поверхню А трьома жорсткими двосторонніми утримуючими зв’язками з площиною ХОУ прямокутної системи координат (рис. 6).

Рис. 6. Базування призматичного тіла

Зв’язки z позбавляють тіло переміщення вздовж координатної осі OZ, обертання навколо осей OY та OX.

Поверхня А, яка несе на собі 3 опорні точки і позбавляє тіло 3 ступенів вільності (переміщення вздовж однієї з координатних осей і обертання навколо двох інших координатних осей), називається установчою базою.

Розташування опорних точок визначається з умови рівноваги тіла під дією сил тяжіння.

Для того щоб виключити переміщення тіла вздовж осі OХ і обертання навколо осі OZ, зв’яжемо поверхню В відповідно двома зв’язками x4, x5 з площиною ZОY.

Поверхня В, яка позбавляє тіло (заготовку) двох ступенів вільності (переміщення вздовж однієї координатної осі і обертання навколо іншої осі), називається напрямною базою.

Таким чином, тіло має можливість тільки переміщуватись вздовж осі OY. Для виключення і цього переміщення зв’яжемо поверхню С одним жорстоким двостороннім зв’язком з площиною ZOХ.

Поверхня С, яка несе на собі одну опорну точку і позбавляє тіло 1 ступеня вільності (переміщення вздовж однієї з координатних осей), називається опорною базою. Сукупність трьох баз, що утворює систему координат заготовки (виробу), складає комплект баз.

Реалізація розглянутої теоретичної схеми базування здійснюється встановленням заготовки на установчі елементи пристрою.

Невідривний контакт баз із установчими елементами пристрою забезпечується прикладанням сил затискання.

3.2 Базування циліндричного тіла

Зв’язавши циліндричну поверхню А (рис. 7) двома жорсткими двосторонніми зв’язками з площиною XOY і двома – з площиною YOZ, циліндричне тіло позбавляється 4 ступенів вільності, зв’язки Z позбавляють тіло переміщення вздовж осі OZ і обертання навколо осі ОХ, зв’язки Х – переміщення вздовж осі ОХ і обертання навколо осі OZ.

Рис. 7. Базування циліндричного тіла (довгого)

Поверхня А, яка несе на собі чотири опорні точки і позбавляє тіло чотирьох ступенів вільності (переміщень вздовж двох координатних осей і обертання навколо цих самих осей), називається подвійною напрямною базою.

Для усунення можливості переміщення тіла вздовж осі ОY необхідно з’єднати його торець С двостороннім зв’язком – координатою y з площиною XOZ.

Поверхня С позбавляє тіло одного ступеня вільності. Переміщення вздовж осі OY називається опорною базою.

Для позбавлення тіла шостого ступеня точності (можливості обертання навколо власної осі) повинен бути передбачений шостий двосторонній зв’язок у вигляді опорної точки, що розташована на поверхні шпонкової канавки В.

Поверхня В, яка несе в собі одну опорну точку і позбавляє тіло одного ступеня вільності (обертання навколо однієї з координатних осей), називається другою опорною базою.

Реалізація теоретичної схеми базування найчастіше здійснюється за допомогою призм.