6. Базирование и базы в машиностроении

   1. Базы и опорные точки

На всех стадиях создания машины (проектирование, изготовление и измерение) возникают задачи соединения с требуемой точностью двух или большего числа деталей. Такие задачи решает конструктор при проектировании машины; технолог определяет метод установки и закрепления заготовки, режущих инструментов и измерительных устройств при изготовлении детали. Аналогичные задачи возникают при сборке и регулировке машины, а также при ее ремонте и эксплуатации.

В общем случае под базированием понимается придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.

В основе теории базирования используется положение теоретической механики, согласно которому все детали и заготовки будут считаться абсолютно твердыми телами, имеющими шесть степеней свободы относительно трех взаимно перпендикулярных осей. Лишение определенного числа степеней свободы осуществляется наложением такого же количества двухсторонних геометрических связей по опорным точкам, символизирующим связи заготовки или изделия с выбранной системой координат.

Для обеспечения неподвижности заготовки или изделия в выбранной системе координат на них необходимо наложить шесть двухсторонних связей, для создания которых необходим комплект баз (рис. 1.12). Если по служебному назначению деталь в машине или заготовка в процессе обработки должна иметь определенное число степеней свободы, то соответствующее число связей снимается. Например, шпиндель токарного станка или вал редуктора должны иметь возможность вращаться вокруг своей оси, соответственно при базировании на них будет наложено пять двухсторонних связей. При сквозном шлифовании на бесцентрово-шлифовальном станке цилиндрическая заготовка должна иметь две степени свободы – перемещение вдоль оси и вращение вокруг этой же оси. При базировании цилиндрической заготовки в трехкулачковом патроне возможно снятие одной связи (поворот вокруг оси) или двух, если положение заготовки не ограничивается еще и вдоль оси.

Под базой понимают поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание двух поверхностей, ось, точку, принадлежащую заготовке или изделию и используемую для базирования.

На теоретических схемах базирования опорные точки на базах показываются условными знаками: – на виде спереди и сбоку,  – на виде сверху. При оформлении технологической документации на операционных эскизах обрабатываемых заготовок базирование с опорами, зажимами и установочными устройствами показывается в соответствии с ГОСТ 3.1107-81.

На рис. 1.12 показан комплект баз с опорными точками и теоретическая схема базирования призматической детали (заготовки). При этом под комплектом баз понимается совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки или изделия.

При базировании призматических заготовок (рис. 1.12) в комплект баз входят три базы (I, II, III) с соответствующими опорными точками. Каждая из этих баз определяет положение заготовки относительно одной из плоскостей системы координат в направлении, перпендикулярном этой базе, т. е. в направлении одной из координатных осей. Очевидно, что для полной ориентировки заготовки в приспособлении необходимо использовать комплект из всех трех баз.

Связи (1, 2, 3) лишают заготовку трех степеней свободы – перемещения вдоль оси Оz и вращения вокруг осей Ох и Оу; связи (4, 5) лишают заготовку двух степеней свободы – перемещения вдоль оси Оу и вращения вокруг оси Оz, связь 6 лишает заготовку одной степени свободы – перемещения вдоль оси Ох.

В связи с тем, что опорные точки создают односторонние связи, которые накладывают ограничения на перемещение заготовок только тогда, когда перемещения происходят при приложении сил, опорные точки дополняются прижимами, обеспечивающими постоянство контакта баз с опорными точками.

Для ориентировки длинного цилиндрического тела (l > d) в пространстве необходимо соединить его цилиндрическую поверхность А или ось двумя двухсторонними связями-координатами z с плоскостью хОу и двумя связями-координатами у с плоскостью хОz (рис. 1.13), лишая этим тело четырех степеней свободы (возможности перемещения вдоль оси Оу и вдоль оси Оz, а также поворота вокруг этих же осей).

Для устранения возможности перемещения тела вдоль оси Ох необходимо соединить его торец С двуxсторонней связью - координатой х с плоскостью уОz. Для лишения тела шестой степени свободы (возможности поворота вокруг собственной оси) должна быть предусмотрена шестая двухсторонняя связь в виде опорной точки, расположенной на поверхности шпоночной канавки В.

При ориентировке в пространстве короткого цилиндрического тела (l < d) необходимо соединить его торцовую поверхность А (рис. 1.14) тремя двухсторонними связями (координатами) с плоскостью уОz.

При этом тело лишается трех степеней свободы: возможности перемещения вдоль оси Ох и вращения вокруг осейОу иОz. Для лишения телавозможности перемещения вдоль осей Оу и Оz следует соединить его цилиндрическую поверх­ность В двухсторонними связями, т. е. координатами у и z с плоскостями хОz и хОу.

Шестая двухсторонняя связь, лишающая тело возможности поворотов вокруг собственной оси, создается помещением опорной точки на поверхности шпоночной канавкиС.

Следует иметь в виду, что базирование и закрепление изделий (заготовок) – не идентичные понятия. Закрепление – это приложение сил или пар сил к изделию или заготовке для обеспечения постоянства их положения, достигнутого при базиро­вании.