§ 13. Базы. Их выбор. Пересчет размеров и допусков при изменении баз.

Проектирование технологических процессов связано с выбором баз. Рассмотрим вначале их общую классификацию и основные сообра­жения по их выбору.

Различают базы конструкторские, сборочные, измерительные и технологические. Конструкторскими базами на­зывают совокупность поверхностей, линий или точек, посредством которых определяется расчетное положение детали (узла) относи­тельно других деталей (узлов) изделия. На чертежах изделий конст­рукторские базы часто представляют в виде геометрических элементов (оси отверстий и валов, оси симметрии, биссектрисы углов). Сборочными базами называют совокупность реальных поверхностей, определяющих фактическое положение детали (узла) в изде­лии. Сборку изделия обычно производят, сопрягая сборочные базы его элементов друг с другом без всякой выверки. В отдельных случаях сборка элементов изделия производится с выверкой их взаимного поло­жения по проверочным сборочным базам. После этого происходит фиксация элементов изделия тем пли иным способом (резьбовые де­тали, контрольные штифты и т. п.).

И з м е р и т е л ь н ы м и б а з а м и называют совокупность поверхностей, линий или точек, от которых производят отсчет выпол­няемых размеров при обработке детали (при сборке узла), или про­верку взаимного положения поверхностей детали (элементов изделия). Если в качестве измерительной базы используют реальные поверх­ности, то проверка осуществляется обычными (прямыми) методами конт­роля. При использовании геометрических линий или точек применяют косвенные методы контроля. Нередко указанные базы материально представляют посредством вспомогательных деталей (оправки, на­тянутая по оси отверстия в детали струна и пр.). Установочными технолог и ч е с к и м и базами называют сово­купность поверхностей, линий или точек, определяющих положение обрабатываемой заготовки (базовой детали, собираемого узла). При использовании приспособлений за установочные базы принимают реальные поверхности, непосредственно контактирующие с устано­вочными элементами приспособлений. Эти базы часто называют опор­ными. При установке с выверкой используют как реальные поверх­ности заготовки, так и геометрические линии и точки, материально представляемые на заготовке в виде разметочных рисок. Эти базы часто называют проверочными.

По месту положения установочных баз в технологическом про­цессе их делят на черновые или предварительные, промежуточные и окончательные. Черновые базы используют на первых операциях обработки, когда никаких обработанных поверхностей на заготовке еще нет. Они служат для создания промежуточных установочных баз, а часто сразу и окончательных, используемых для завершения обра­ботки. В общем случае последовательно используются все три ука­занные разновидности установочных баз. Нередки, однако, случаи использования только черновых и окончательных баз. При обработке деталей на автоматических линиях в так называемых приспособле­ниях-спутниках вся обработка может быть завершена при одной установке заготовки. Здесь часто используются только черновые установочные базы. Такие варианты базирования заготовок имеют места при обработке на агрегатных станках, токарных многошпиндельных автоматах и полуавтоматах, станках с программным управлением.

Черновая установочная база может быть принята только для одной установки; повторное ее использование нарушает взаимное расположение обрабатываемых поверхностей. Однако для заготовок, полученных методами точного литья и штамповки, где термин «черновая база» является условным, это правило не является обязательным.

При неточной обработке допустимо также повторное применение чер­новых баз в однотипном приспособлении с обеспечением контакта установочных элементов с базовыми поверхностями заготовки в тех же точках.

Установочные базы делят также на основные и вспомогательные. Основные базы — это те поверхности, которые предусмотрены конст­рукцией детали и выполняют определенную роль при ее работе в изде­лии. Вспомогательные базы — это поверхности, искусственно созда­ваемые на детали из технологических соображений. Для работы детали в изделии эти поверхности не нужны и после завершения обра­ботки при необходимости могут быть удалены. Возможность создания вспомогательных установочных баз должна быть предусмотрена и оговорена в конструкции детали. Примерами вспомогательных баз могут служить центровые гнезда валов, центрирующий поясок 1 и торец юбки 2 поршня автомобильного двигателя (рис.25,а), приливы 1 па заготовках (рис. 25, б) для удобства установки и крепления их при обработке, технологические бобышки 1 на заготовках турбинных лопаток (рис. 25, в).

При проектировании технологических процессов большое значе­ние имеет выбор баз. Обработку заготовок обычно начинают с созда­ния установочных баз. Для обработки промежуточных или окончатель-

ных базовых поверхностей за установочные базы приходится принимать черновую базу, т. е. необработанные поверхности заготовки. В качест­ве черновых установочных баз могут быть выбраны поверхности за­готовки либо вовсе не обрабатываемые, либо обрабатываемые в даль­нейшем. Выбранная черновая база должна обеспечивать в возможной степени равномерное снятие припуска при последующей обработке поверхностей с базированием на обработанную установочную базу и наиболее точное взаимное положение обработанных и необработан­ных поверхностей детали. Черновые базовые поверхности должны быть по возможности гладкими; не иметь штамповочных и литейных уклонов; на них не следует размещать литники, прибыли, плоскости разъема литейных форм и штампов.

Основные соображения, которыми целесообразно руководство­ваться при выборе установочных баз для обработки заготовок, можно сформулировать в следующем виде.

Следует по возможности использовать принцип совмещения баз, т. е. в качестве установочной базы брать поверхность, являющуюся измерительной базой. При этом необходимо учитывать, что лучшие результаты по точности будут достигнуты в случае, если установоч­ной и измерительной базой служит сборочная база, т. е. те поверх­ности, которые определяют положение детали в собранном изделии (например, центральное отверстие и торец ступицы зубчатого колеса). Учитывая взаимосвязь сборочной, измерительной и установочной баз, технолог при выборе баз и построении технологических процессов должен анализировать не только рабочие, но и сборочные чертежи деталей. Конструктор также должен проектировать деталь с учетом возможности совмещения сборочной, измерительной и установочной баз при ее обработке.

Следует по возможности соблюдать принцип постоянства баз и в ходе обработки на всех основных технологических операциях использовать в качестве установочных баз одни и те же поверхности. Принципы совмещения и постоянства баз совпадают в тех случаях, когда выдерживаемые размеры проставлены от одной достаточно устойчивой измерительной базы. Если измерительные базы переменны и не везде достаточно развиты по своим размерам, то первый принцип осуществить затруднительно. В этом случае осуществляют второй принцип, выбирая соответствующую постоянную установочную базу. Создание вспомогательных установочных поверхностей на деталях способствует более полному соблюдению принципа постоянства баз.

Когда постоянство установочной базы не может быть обеспечено, в качестве новой установочной базы выбирают обязательно обрабо­танные, и желательно более точно обработанные, поверхности; если при этом базовая поверхность не является измерительной, произво­дят проверочный расчет допуска на выдерживаемый размер и в случае необходимости— пересчет допусков на размеры базовых поверхностей, т. е. прибегают к более жестким технологическим допускам на разме­ры этих поверхностей.

Установочная база должна обеспечивать достаточную устойчивость и жесткость установки заготовки; это достигается соответствующими

размерами и качеством базовых поверхностей, а также их взаимным расположением.

При выборе установочных баз необходимо обеспечивать требуемую условиями выполнения данной операции ориентацию обрабатываемой подготовки в приспособлении. Для полной ориентации заготовки и приспособлении количество и расположение установочных элемен­тов должно быть таким, чтобы при соблюдении условия неотрывности от установочных элементов (т. е. сохранения плотного контакта между ними) заготовка не могла иметь сдвига и вращения относительно трех координатных осей. При выполнении этого условия заготовка лишается всех степеней свободы. Количество установочных элементов (точек) должно быть равным шести (правило шести точек); их взаим­ное положение должно обеспечивать достаточную устойчивость заго­товки в приспособлении. На рис. 26, а показан пример установки заготовок на шесть точек. Из схемы видно, что после закрепления заготовки силой Q она получает вполне ориентированное положение в пространстве.

В зависимости от условий выполнения технологической операции может быть допущена частичная (неполная) ориентация заготовки. На рис. 26, б показана схема установки диска на пять точек. Плос­ким торцом диск опирается на три точки, а цилиндрической поверх­ностью соприкасается с двумя остальными. Если по условиям обра­ботки можно снять площадку в произвольном месте, до пяти опор ока­зывается совершенно достаточно. На рис. 26, в показана схема уста­новки круглой заготовки на три точки для обдирочного шлифования ее верхнего торца; для выдерживания размера Н по толщине точная установка в горизонтальной плоскости и относительно вертикальной оси не требуется.

При установке на черновые базы применяют установочные эле­менты в виде точечных опор (штифтов). При установке на точные и чисто обработанные базы во избежание вмятин используют, опорные пластинки или другие элементы с развитой опорной поверхностью.

Для выяснения вопроса о влиянии постоянства баз на погрешность базирования рассмотрим два варианта обработки корпусной детали на настроенном станке до размеров а, b и h (рис. 27, а).

Нижняя плоскость принята за основную установочную базу. Боковые плоскости 1 и 2 используют в первом варианте обработки в качестве последовательно изменяемых установочных баз. Эти базы обработаны на предшествующих операциях; при этом от оси заготовки до плоскости 1 выдержан размер А с допуском . Во втором варианте обработки используется постоянная база 1. При определении по­грешностей базирования воспользуемся уравнениями размерных це­пей. Схемы цепей показаны на эскизах установки.

Для обработки плоскости до размера а ориентируем заготовку по боковой плоскости 1 (рис. 27, б).

Погрешность базирования для выполняемого размера а равна до­пуску на размер, связывающий установочную и измерительную базы, т. е. допуску на размер А:

Для обработки до размера ориентируем деталь по боковой плоскости 2 (рис. 27, в). В этом случае из размерной цепи имеем

Здесь — допуск на размер х, связывающий установочную и измерительную базы.

Для обработки плоскости до размера h вновь изменим схему установки (рис. 27, г) и, пользуясь тем же методом расчета, получаем

Меньшие погрешности базирования получаются при обработке плоскостей до размеров а, b и h по второму варианту, ориентируя заготовку во всех трех установках по единой не измеряемой базе 1. Тогда при обработке до размера а (см. рис. 27, б)

, т.е.

при обработке до размера b(рис. 27, б)

, т.е.

т.к.

,

при обработке до размера h (рис. 27, e)

.

Это обусловлено тем, что размер h связывает поверхности, обрабо­танные при одной и той же установке заготовки.

Таким образом, в двух последних случаях (см. рис. 27, д и е) погрешность базирования уменьшилась.

Анализируя погрешности базирования при переменных и постоян­ных базах для различных случаев обработки, приходим к выводу, что применением постоянных баз достигается уменьшение погрешности газирования. Каждая смена установочной базы при выполнении тех­нологического процесса вносит новые погрешности, зависящие от неточностей взаимного расположения баз. Сопоставляя различные схемы установки при постоянной базе, выбирают из них такую, кото­рая обеспечивает наименьшую погрешность базирования и более жест­кие допуски выдерживаемых размеров.

Указываемые на рабочих чертежах размеры, вытекающие из конфуктивных связей, часто не соответствуют условиям построения монологического процесса и неудобны для выполнения измерения дорабатываемых заготовок. По технологическим соображениям пригодится иногда изменять принятые конструктором измерительные базы. В этих случаях, а также при перемене установочных баз в про­цесе обработки, необходимо производить пересчет размеров и допусков на базе, геометрического анализа связей между конструктивными раз­мерами и принятыми базами.

Рассмотрим в виде примера чертеж кривошипного валика (рис. 28). Для условий эксплуатации важно, чтобы при изготовлении валика были выдержаны размеры l₁ , l₂ и L; при этом размер L задан с жестким допуском. Непосредственное измерение размера L в производственных условиях осуществить не представляет­ся возможным. Удобно измерять размер x¹ или размер х". Определяя один из этих размеров, технолог должен задать на него допуск, обеспечивающий соблюдение заданного конструктором допуска на размер L. Исходя из этого условии задачу можно решить следующим образом.

Если технолог решил вместо размера L задать размер х', то для цепи разме­ров L, l₁/2, l₂/2 и х' можно написать

где _l — допуск на замыкающее звено размерной цепи, который должен быть выдержан. Отсюда имеем

Тот же результат, можно получить и в отношении размера х". Из расчета видно, что допуски на размеры и /₂ должны быть более жесткими, чем до­пуск па заданный размер L, а допуск на размер х' должен быть меньше .

Рассмотрим пример пересчета до пусков при изменении цепного способа простановки размеров (рис. 29, a) на координатный от единой измерительной базы (рис. 29, б). При пересчете допус­ков нужно иметь в виду, что каждый размер, проставленный конструктором по цепному способу, является замы­кающим звеном цепи соответствующих

размеров координатного способа. Заданные конструктором допуски должны быть в процессе обработки выдержаны.. Найдем сперва допуски на коорди­натные размеры и L₂, обеспечивающие точность выполнения размера l₂ с наименьшим допуском . Из размерной цепи следует, что.

Можно принять, что

Допуски на размеры L₃ и L₄ найдем аналогичным путем из другой размерной цепи

Соответственно примем

При найденных допусках на размеры L₁,L₂, L₃ и L₄ допуски на размеры l₂ и будут полностью выдержаны. Допуски на размеры l₁ и l₃ будут также выдер­жаны, но с большим вынужденным их уменьшением. Так, на размер l₁ вместо допуска 800 мкм назначается допуск 25 мкм. Допуск на размер l₃ с 500 мкм умень­шается до значения

Если бы допуски на все размеры по рис. 29, а были одинаковы, то допуски на размеры по координатному способу следовало бы уменьшить в среднем в два раза.

Рассмотрим еще один пример пересчета допусков, связанный с изменением измерительной базы. На рис. 29, в показана корпусная деталь, в которой раста­чивается два отверстия. Размеры l₁ и l₂ конструктором проставлены от верхней плоскости, на которую устанавливается другая корпусная деталь. Расточки и этой детали связаны с расточками в рассматриваемой детали размерными соот­ношениями. В качестве установочной базы используется нижняя плоскость дета­ли. Необходимо найти допуски на новые размеры L₁ и L₂, а также на размер H.

Найдем сперва допуск на размеры и H. Для этого рассмотрим цепи раз­меров H, и , в которой размер l₁ является замыкающим звеном.

Примем и . Для определения допуска на размер рассмотрим цепь размеров Н, и /₂

Отсюда

Из рассмотренных примеров видно, что при пересчете размеров обычно приходится делать более жесткими допуски на новые размеры.