Способы базирования заготовок приспособлением

Конструкторская база — база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.
Основная база — конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения ее положения в изделии.
Вспомогательная база — конструкторская база, принадлежащая данной детали или сборочной единице и используемая для определения положения присоединяемого к ним изделия.
Технологическая база — база, используемая для определения положения заготовки или изделия в процессе изготовления или ремонта.
Измерительная база — база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения.

По лишаемым степеням свободы

Установочная база — база, лишающая заготовку или изделие трех степеней свободы — перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей.
Направляющая база — база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы — перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси.
Опорная база — база, лишающая заготовку или изделие одной степени свободы — перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси.
Двойная направляющая база — база, лишающая заготовку или изделие четырех степеней свободы — перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей.
Двойная опорная база — база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы — перемещений вдоль двух координатных осей.

По характеру проявления

Скрытая база — база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси или точки.
Явная база — база заготовки или изделия в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.

4.1.4.Общие сведения об опорных элементах
Опора станочного приспособления — составная часть станочного приспособления с несущими поверхностями, которые сопрягаются с базами установленной заготовки. Опоры, как правило, выполняют сменными (для удобства замены при износе) и размещают на корпусе приспособления в фиксированном положении. От точности их расположения на корпусе зависит точность обработки. Опорные поверхности опор должны обладать большой износостойкостью, поэтому их обычно изготавливают из сталей марок 20, 20Х с цементацией на глубину 0,8. 1,2 мм и последующей закалкой до твердости 56. 61 НRC. Большинство опорных элементов стандартизировано.
Опоры разделяют на основные и дополнительные.
Основные опоры реализуют одну или несколько опорных точек для базирования заготовки. К ним относятся пластины, призмы, пальцы, центра и др.
Основные опоры бывают постоянными и регулируемыми. В конструкциях станочных приспособлений наибольшее распространение получили постоянные опоры. Регулируемые опоры, как правило, винтовые, служат для установки заготовок необработанными поверхностями при больших изменениях припуска на механическую обработку, а также при выверке заготовок по разметочным рискам Точность настройки регулируемых опор составляет 0,15 мм по жесткому мерителю и 0,05 мм по индикатору.
Дополнительные опоры применяют в тех случаях, если при базировании заготовка не получает достаточной устойчивости или жесткости при обработке. Количество дополнительных опор может быть любое. По принципу действия различают самоустанавливающиеся и подводимые дополнительные опоры.
Самоустанавливающиеся дополнительные опоры – опоры, у которых контактный элемент под действием пружины постоянно взаимодействует с заготовкой. Усилие пружины данной опоры выбирается таким образом, чтобы достигнутое ориентирование базы заготовки не нарушалось. После закрепления заготовки опора стопорится.
Подводимые дополнительные опоры – опоры, контактный элемент которых приводится в соприкосновение с заготовкой после ее закрепления в приспособлении.
При обработке вращающихся заготовок в качестве дополнительных опор применяют люнеты, которые бывают подводимые самоцентрирующие и самоустанавливающиеся (плавающие).

4.2.Способы базирования заготовок с главной базой, имеющей форму плоскости и опорные элементы
Установка заготовки на плоскость широко распространена в машиностроении. Опорные элементы приспособления выбираются в зависимости от состояния базовой поверхности заготовки.

Рис.1. Опорные элементы для установки заготовки по плоскости
а) – постоянная опора со сферической головкой; б) — постоянная опора с насеченной головкой; в) — постоянная опора с плоской головкой;
г) – опорная пластина гладкая; д) – опорная пластина с пазами

А). При установке заготовки на необработанную базовую плоскость используют постоянные опоры со сферической (рис.1а) или рифленой (рис.1б) головками. При этом опоры с рифленой головкой служат для установки заготовок необработанными боковыми плоскостями. Диаметр сферической опоры выбирается в зависимости от нагрузки, действующий на нее (см. табл.4.2).
Таблица 4.2. Диаметр сферической опоры в зависимости от нагрузки, действующий на нее

Данные относятся к заготовкам из стали и чугуна. При обработке заготовок их цветных металлов и сплавов предельную нагрузку уменьшают на 30…40%. Допустимая нагрузка на одну рифленую опору в 2 раза больше, чем для опор со сферической головкой того же диаметра.
Б). При установке заготовок небольших размеров на обработанные базовые плоскости используют постоянные опоры с плоской головкой (рис.1в). Допустимое давление на опору 40 кг/см2 (40Мпа).
В). При установке заготовок средних и больших размеров на обработанные базовые плоскости рекомендуется использовать опорные пластины, что по сравнению с постоянными опорами позволяет уменьшить погрешность обработки на 20…30%. Это объясняется следующим. При изготовлении заготовок больших размеров отклонение формы технологических баз обработанных чистовым фрезерованием достигает 0,05…0,1 мм. При установке такими базами на постоянные опоры с плоской головкой погрешность базирования составляет 50…70% допуска плоскостности базы, а при установке на опорные пластины – до 30%. Это объясняется наличием зазоров в стыке между опорной пластиной и технологической базой заготовки, форма которой характеризуется отклонением от плоскостности. Величина таких зазоров достигает 0,1…0,2 мм. Их наличие дает возможность отдельным участкам базы заготовки перемещаться под действием сил закрепления, причем эти перемещения много больше контактных.
Опорные пластины бывают двух исполнений: с пазами (применяются в качестве нижних опор) (рис. 1д) и без пазов (рис. 1г) применяются в качестве боковых и верхних опор. Допустимое давление на опору 40 МПа (40 кг/см2)

4.3.Способы базирования заготовок с главной базой, имеющей форму наружной цилиндрической поверхности и опорные элементы.
Установку заготовок наружной цилиндрической поверхностью производят в патроны, а также в призмы, во втулки и др.

4.3.1. Базирование на призму
Призма представляет собой деталь с двумя опорными поверхностями, расположенными под углом γ, равным 60°, 90° и 120°. Чаще γ = 90°. Погрешность базирования оси базы зависит от направления: в направлении перпендикулярном плоскости симметрии призмы δб = 0; по оси симметрии погрешность базирования определяется по формуле:
δб = а / Sin(γ /2)
где: а – допуск диаметра базы.
Конструкции призм разнообразны. Некоторые из них стандартизованы. При большой длине базы на корпусе приспособления устанавливают две стандартные призмы, располагая их, на некотором расстоянии друг от друга.
Для базирования заготовок необработанной базой применяют призмы с узкими участками установочных поверхностей (2…5 мм).
Для точной установки призмы в приспособлении она штифтуется двумя штифтами.

4.3.2.Базирование с помощью отверстия
При данном способе базирования в качестве опорного элемента используется втулка, в отверстие которой заготовка устанавливается своей двойной направляющей базой. Ось отверстия втулки располагается в приспособлении в требуемом положении. Чтобы заготовку можно было вставить в отверстие втулки необходимо предусмотреть гарантированный зазор в соединении заготовка – втулка.
При данном способе базирования погрешность базирования оси базы определяется по формуле:
δб = TD + Td + ∆
где: TD– допуск на диаметр отверстия опорной втулки;
Td — допуск на диаметр наружной поверхности базы;
∆ = 0,02 мм – гарантированный зазор в соединении заготовка – втулка.
Кроме того, в пределах зазора в соединении возможен перекос оси базы. Угол поворота α оси базы определяется по формуле:
α = arctg (Smax/L)
где: L- длина опорной втулки.
При конструировании приспособления длину втулки принимают не менее 1,5d базы, в противном случае может появиться значительный перекос α оси базы.

4.3.3.Базирование с помощью двух полуотверстий
В качестве опорного элемента при данном способе базирования используются две полувтулки, одна из которых жестко закреплена на корпусе в требуемом положении, а вторая подвижна и служит одновременно для базирования и закрепления заготовки. отверстия в них растачиваются в сборе. Благодаря тому, что полувтулки раскрываются, создается возможность удобства установки заготовки с длинными базами и нет необходимости предусматривать гарантированный зазор между базой и отверстиями в полувтулках.
В этом случае погрешность базирования оси базы определяется по формуле
δб = 0,5(TD + Td )
где: δб – погрешность базирования оси базы;
Td — допуск на диаметр наружной поверхности заготовки;
TD — допуск на диаметр отверстия полувтулки.

4.3.4.Базирование с помощью самоцентрирующих устройств
Самоцентрирующим называется устройство, опорные поверхности которого (кулачки) подвижны и связаны между собой так, что могут одновременно и с равным перемещением сближаться к оси устройства или удаляться от нее, при этом кулачки надежно центрируют закрепляемую заготовку.
Опорные поверхности самоцентрирующих устройств могут быть выполнены либо на кулачках, либо в виде сплошной цилиндрической поверхности тонкостенной втулки, упругодеформируемой при действии сил зажима.
Для перемещения опорных поверхностей в радиальном направлении служат различные механизмы, среди которых наибольшее распространение получили спирально-реечные, рычажные, клиновые, мембранные и т.п. На основе этих механизмов созданы различные варианты самоцентрирующих патронов: кулачковые, цанговые, мембранные и др.
Основное преимущество самоцентрирующих устройств состоит в том, что при установке в них заготовки погрешность базирования оси базы равна нулю. Эти устройства могут быть использованы для базирования заготовок как с обработанной, так и с необработанной базами. При необработанной базе может иметь место погрешность базирования из-за погрешности формы базы (овальность).
Тем не менее, необходимо иметь в виду, что в самоцентрирующих устройствах точность обработки зависит от исходной точности центрирующего механизма, от состояния направляющих корпуса и кулачков.

4.4.Способы базирования заготовок с главной базой, имеющей форму внутренней цилиндрической поверхности
и опорные элементы
Цилиндрические отверстия весьма часто принимаются за главную базу. Осуществить базирование заготовки отверстием – это, значит, совместить его ось с какой-то заданной линией в приспособлении. Применяется несколько способов базирования. Наибольшее распространение получили: с помощью наружной цилиндрической поверхности; конической поверхностью с малой конусностью; с помощью самоцентрирующих устройств.
4.4.1.Базирование с помощью наружной цилиндрической поверхности
При этом способе заготовка надевается отверстием на цилиндрическую оправку (палец), выполненную с такими отклонениями, чтобы в соединении заготовка-оправка обеспечивалась подвижная посадка 7-9 квалитетов.
Погрешность базирования оси базы определяется по формуле:
δб = Тотв. +Т п. +∆
где: Тотв. – допуск отверстия базы;
Тп. – допуск опорного пальца;
∆ = 0,02мм – гарантированный зазор в соединении отверстие – палец.

4.4.2.Базирование с помощью конической поверхности с малой конусностью
При этом способе заготовка главной базой – отверстием надевается на оправку с малой конусностью 1:К. В зависимости от действительного диаметра базы заготовка занимает соответствующее положение по длине оправки, при этом у каждой заготовки кромка отверстия всегда контактирует с поверхностью оправки, благодаря чему одна из точек оси базы совмещается с осью оправки. Т.о. при данном способе ось базы совмещается с осью оправки без погрешности, т.е. δб = 0.
Величина конусности 1:К в пределах 1:3000 …1:1000. С уменьшением 1:К в указанных пределах увеличивается длина контакта, однако одновременно возрастает и длина смещения и общая длина оправки, что нежелательно.
Данный способ базирования применяется только для заготовок с базами, обработанными не грубее 7 квалитета, иначе оправки получаются недопустимо длинными. Благодаря простоте конструкции опорного элемента и высокой точности базирования оси базы он используется в инструментальном производстве при шлифовании наружных поверхностей деталей.
Из-за разницы в положениях заготовок по длине оправки этот способ базирования не применяется при обработке на настроенных станках.

4.4.3.Базирование с помощью самоцентрирующих устройств
Этот метод аналогичен рассмотренному методу базирования заготовок наружной цилиндрической поверхностью в самоцентрирующем устройстве. Разница заключается лишь в том, что при базировании заготовки отверстием опорные поверхности удаляются от оси.
При данном способе погрешность базирования оси базы равна нулю, т.е. δб= 0.
При данном способе базирования заготовки она лишается 4-х степеней свободы. У нее остаются две степени свободы: возможность перемещаться вдоль оси и вращаться относительно оси базы.

4.5. Правило базирования заготовок группой баз
При базировании заготовки группой баз ни один опорный элемент не должен лишать ее тех степеней свободы, которых она уже лишена с помощью других опорных элементов.
Пользуясь этим правилом разработку способа базирования заготовки группой баз необходимо вести в следующей последовательности:
1.Из группы баз выбрать главную.
2.Определить способ базирования главной базы.
3.Установить каких степеней свободы будет лишена заготовка с помощью опорного элемента для базирования главной базы и какие степени свободы у нее останутся.
4.Выбрать способ базирования дополнительной базы, при этом нельзя допускать, чтобы опорный элемент для базирования дополнительной базы дублировал функции, выполняемые элементом для базирования главной базы.
5.При базировании заготовки тремя базами определить способ базирования второй дополнительной базы, при этом элемент для ее базирования не должен дублировать функции опорных элементов для базирования главной и дополнительной баз.

4.6. Способы базирования заготовок дополнительными базами и опорные элементы
При базировании заготовок группой баз в качестве дополнительных баз используются те же (по форме) поверхности: плоскость, цилиндрическое отверстие, наружная цилиндрическая поверхность. Рассмотрим несколько способов базирования заготовок этими базами.

4.6.1. Базирование заготовки на плоскость и отверстие, ось которого перпендикулярна ее базовой плоскости
Базирование на плоскость и отверстие, ось которой перпендикулярна ее базовой поверхности, используется при обработке деталей типа диск: крышек, фланцев, зубчатых колес и т.п. Наиболее распространенные схемы базирования заготовок представлены на рис. 2.

а б
Рис. 2 Схемы базирования заготовки на плоскость и отверстие, ось которого перпендикулярна ее базовой плоскости:
а – 1,2,3 –установочная база – нижняя торцевая поверхность заготовки, 4,5 –двойная опорная база – внутренняя цилиндрическая поверхность;
б–1,2,3 –установочная база – нижняя торцевая поверхность заготовки, 4,5 –двойная опорная база – ось внутренней цилиндрической поверхности заготовки;
При базировании заготовки по схеме рис. 2а в качестве опорных элементов для базирования отверстия применяют опорные пальцы (рис.3а), которые жестко соединяются с корпусом приспособления. Диаметр наружной поверхности пальца выполняют с такими отклонениями, чтобы в соединении отверстие заготовки — палец обеспечивалась подвижная посадка 7-9 квалитетов. Длина рабочей поверхности пальца lп определяется по формуле:
lп