Установка по наружной цилиндрической поверхности

Базирующие устройства

Разработка правиль­ной конструкции базирую­щих устройств является одним из наиболее серьез­ных и ответственных элементов проектирования контрольного при­способления. Погрешности, вызываемые неправильной установкой детали на контрольном приспособлении, могут быть весьма значительными и приводят к недопустимо большим относительным погрешностям измерения. При проектировании любого контрольного приспособления необходимо тщательно оценить все достоинства и недостатки воз­можных в данном конкретном случае методов базирования с уче­том реальных размеров детали и установочных элементов приспо­собления. Анализ базирующего устройства должен завер­шаться подсчетом вызываемой им относительной погрешности из­мерения.

Основы теории базирования

Базирование – придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат.

Теоретически базирование детали (изделия и т.п.) связано с лишением ее шести степеней свободы.

Придание детали требуемого положения в избранной системе координат осуществляется путем соприкосновения ее поверхностей с поверхностями детали или деталей, на которые ее устанавливают или с которыми ее соединяют. Фиксация достигнутого положения и постоянство контакта обеспечивается силами, в числе которых первым проявляется действие массы самой детали и сил трения. Реальные детали машин ограничены поверхностями, имеющими отклонения формы от своего идеального прототипа. Поэтому базируемая деталь может контактировать с деталями, определяющими ее положение лишь на отдельных элементарных площадках, условно считаемых точками контакта.

В общем случае при сопряжении детали по трем поверхностям с деталями, базирующими ее, возникает шесть точек контакта. При этом точки контакта распределяются определенным образом. Базирование детали осуществляется с помощью нескольких ее поверхностей, которые выполняют функцию баз.

Базой называется поверхность, или заменяющее ее сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования.

Для базирования детали обычно требуется несколько баз, образующих систему координат. Совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки (изделия, детали) называют комплектом баз.

На схемах двусторонние связи заменяются опорными точками. Опорная точка – символ связи, который изображается в виде «галочки» или «ромбика» (рис.3.1).

Базирование призматической детали схематично можно изобразить так, как показано на рис. 3.2. Базирование призматической детали с использованием двусторонних связей представлено на рис. 3.3.

При базировании призматической детали, в качестве баз используются три поверхности, которые образуют комплект баз, включающий в себя установочную, направляющую и опорные базы (рис.3.4).

Установочной базой называется база, которая накладывает на деталь 3 двусторонние связи и, тем самым, лишает деталь трех пере-

мещений. На практических схемах установочная база отображается 3 опорными точками. Например. На рис. 3.3 первая двусторонняя связь (или первая опорная точка) лишает деталь перемещения вдоль оси OY; вторая – вращения вокруг оси параллельной OZ, третья – вращения вокруг оси параллельной OX.

Направляющей базой называется база, которая накладывает на деталь две двусторонние связи, лишает деталь двух перемещений. На практических схемах направляющая база отображается двумя опорными точками. На рис. 3.3 четвертая двусторонняя связь (или четвертая опорная точка) лишает деталь перемещения вдоль оси OX; пятая – вращения вокруг оси параллельной OZ. Опорной базой называется база, которая накладывает 1 двустороннюю связь и лишает деталь одного перемещения. На практических схемах опорная база отображается 1 опорной точкой. На рис. 3.3 шестая двусторонняя связь (или шестая опорная точка) лишает деталь перемещения вдоль оси OZ.

Любая цилиндрическая деталь имеет две плоскости симметрии, которые, пересекаясь, образуют ось. Эта особенность и позволяет использовать при базировании цилиндрической детали в качестве базы ось. Базирование цилиндрической детали с использованием двусторонних связей представлено на рис. 3.5.

При базировании цилиндрической детали в качестве баз используются ось и две плоские поверхности, которые образуют комплект баз, включающий в себя двойную направляющую и две опорные базы (рис. 3.6).

Двойной направляющей базой называется база, которая накладывает 4 двусторонние связи и лишает, тем самым, деталь 4-х перемещений. На практических схемах двойная направляющая база отображается 4 опорными точками. Например. На рис. 3.5 первая двусторонняя связь лишает деталь перемещения вдоль оси OY, вторая – вращения вокруг оси OX, третья — перемещения в вдоль оси OX, четвертая — вращения вокруг оси OY.

Из двух опорных баз у цилиндрической детали одна лишает деталь перемещения, а другая вращения. На рис. 3.5. пятая опорная точка лишает деталь вращения вокруг оси OZ, а шестая – перемещения вдоль оси OZ.

Деталь типа «диск», как правило, имеет две плоскости симметрии, которые, пересекаясь, образуют ось, и хорошо развитые торцовые поверхности. Базирование детали типа «диск» с использованием двусторонних связей приведено на рис. 3.7.

При базировании детали типа «диск» в качестве баз используются ось и две плоскости, которые образуют комплект, включающий в себя установочную, двойную опорную и опорную базы (рис. 3.8).

Установочная база – лишает деталь трех степеней свободы. Эта база была рассмотрена при базировании призматической детали. У диска эта база выполняет ту же функцию – она лишает деталь одного перемещения и двух вращений.

Первая двусторонняя связь (первая опорная точка) лишает деталь перемещения вдоль оси OZ (рис. 3.7); вторая – вращения вокруг оси параллельной OY; третья – вращения вокруг оси параллельной OX.

Двойной опорной базой называется база, которая накладывает 2 двусторонние связи и лишает деталь 2 перемещений во взаимно перпендикулярных направлениях. Обе двусторонние связи накладываются на оси, но одна в горизонтальной, а другая в вертикальной плоскости симметрии.

Опорная база накладывает одну двустороннюю связь и лишает деталь типа «диск» вращения вокруг своей оси. Располагается такая база как можно дальше от оси в горизонтальной или вертикальной плоскости симметрии. Реализуется в виде паза или лыски на цилиндрической поверхности детали.

Итак, при базировании любой детали действует правило «шести точек». Сущность его такова: для определения положения детали необходимо и достаточно лишить ее шести степеней свободы, то есть задать координаты шести точек. При нарушении правила шести точек появляется неопределенность базирования.

Базирование необходимо на всех стадиях создания изделия. Несмотря на разнообразие задач, возникающих при этом, ГОСТ 21495-76 предусмотрена классификация баз по трем признакам: по решаемым задачам, по числу лишаемых степеней свободы и по конструктивному оформлению. Схематично классификация баз представлена на рис.3.9.

Конструкторской базой называется база, которая определяет положение детали или сборочной единицы. Различают конструкторские базы основные и вспомогательные.

Основная база – база, принадлежащая детали и используемая для определения ее положения в изделие.

Вспомогательная база – база, принадлежащая детали используемая для определения положения присоединяемой к ней детали.

Технологическая база называется база, которая определяет положение заготовки или изделия в процессе изготовления и ремонта.

Измерительной базой называется база, которая определяет положение заготовки или изделия и средств измерения.

По числу лишаемых степеней свободы базы различают: установочную, направляющую, опорную, двойную направляющую, двойную опорную.

По конструкторскому оформлению различают базы явные и скрытые.

Явной базой называется реальная поверхность, разметочная риска или точка пересечения рисок. Скрытой базой называется ось, воображаемая поверхность или точка.

Правильность конструкции контрольного приспособления и точ­ность его работы в значительной степени предопределяются пра­вильным выбором базы измерения. Подход к выбору баз измерения должен быть различным в за­висимости от того, на каком этапе технологического процесса на­мечается произвести проверку детали.

Контрольные приспособления, предназначенные для промежу­точного межоперационного контроля, должны использовать по возможности технологиче­скую базу, которая была принята в соответствующем станочном приспособлении.

Контрольные приспособления, предназначенные для проверки окончательно обработанных деталей, должны исполь­зовать в качестве базы измерения конструкторскую базу детали. Это обеспечит правильность детали применительно к условиям ее работы в механизме.

В некоторых случаях при проектировании контрольных приспо­соблений приходится принимать вспомогательные базы измерения, которые не являются ни технологическими, ни эксплуатационны­ми. Так как это еще более повышает возможность погрешностей измерения за счет не совмещения баз, то применения вспомогатель­ных баз следует избегать.

Наиболее характерными формами поверхностей деталей, кото­рые принимаются за базы измерения, являются плоские и цилинд­рические (наружные и внутренние) поверхности.

Установка по плоскости

Установка деталей по плоскости является широко распростра­ненным методом базирования в конструкциях контрольных приспо­соблений.

Погрешности установочной поверхности детали (отклонение от плоскостности и чистота обработки) определяют и погрешность уста­новки детали в контрольном приспособлении. Эти погрешности могут быть значительными при использовании для установки всей базовой поверхности детали. Кроме того, воз­можное отклонение от плоскостности базовой поверхности может привести к полной неопределенности установки. Практически деталь будет соприкасаться с плоскостью при­способления не всей своей поверхностью, а лишь по трем точкам. Следовательно, в конструкции контрольного приспособления целесообразно сохранить для базирования лишь три точки, обра­зующие опорный треугольник, в который должны быть вписаны и центр тяжести детали, установленной на приспособлении для из­мерения, и проекции точек приложения усилия зажима.

Наиболее широкое распространение имеют сферические (рис. 3.10, а) и плоские (рис. 3.10, б) опоры. Опоры со сферическими головками (ГОСТ 13441-68) рекомендуются для установ­ки деталей с необработанными поверхностями, опоры с плоскими головками (ГОСТ 13440-68) — для установки деталей с обработанными поверхно­стями. Следует учитывать, что сферические поверхности опор быстро изнашиваются. Для уменьшения износа они должны иметь твердость поряд­ка HRC 55…60.

Установка на три опоры нецелесообразна в тех случаях, ког­да базовая плоскость детали слишком мала, а также при нежест­кой форме детали.

В случае высокой чистоты обработки базовой поверхности (точ­ное фрезерование, шлифование и т. п.) допускается установка не по отдельным точкам, а по всей плоскости. Однако и в этом случае опорную плоскость приспособления следует выполнять преры­вистой (рис. 3.10, в), выбирая среднюю часть базовой поверхности.

При особо высокой чистоте базовой поверхности детали и хоро­шей ее плоскостности допускается установка детали на контроль­ное приспособление по всей по­верхности базовой плоскости. При этом для удаления грязи жела­тельно нанести на базовой по­верхности сетку перекрещиваю­щихся или параллельных кана­вок (рис. 3.10, г).

Установка по наружной цилиндрической поверхности

Наиболее часто применяемым установочным элементом для на­ружных цилиндрических поверхностей являются призмы (рис. 3.11).

При использовании призмы в качестве установочного элемента следует учитывать, что изменение диаметра D цилиндрической ба­зирующей поверхности детали в пределах допуска Δ дает опре­деленную погрешность измерения. Размер этой погрешности измерения зависит не только от до­пуска на диаметр базирующей поверхности детали, но от угла призмы a и от направления измерения К, т. е. от угла b между осью симметрии призмы и направлением измерения.

Из схемы, приведенной на рис. 3.11, видно, что за счет изменения диаметра детали на величину допуска D получится погрешность в положении оси детали d₀, которая легко может быть подсчитана. Так как

(3.1)

то

(3.2)

При измерении по направлению стрелки К погрешность в по­ложении оси детали на призме составит величину, которая мо­жет быть подсчитана из треугольника ЛМН. Очевидно что

, (3.3)

. (3.4)

следовательно,

. (3.5)

Теперь легко может быть подсчитана и полная величина по­грешности измерения d детали, установленной цилиндрической ба­зирующей поверхностью на призме.

(3.6)   (3.7)

В таблице 3.1 приведена зависимость погрешности измерения от допуска на диаметр базирующей поверхности при наиболее часто применяемых углах призм (a=60°; a=90° и a=120°) и различ­ных направлениях измерения ((b = 0°; (b = 45° и b = 90°).

Таблица 3.1

Угол призмы a	Погрешность при направлении измерения
b=0°	b=45°	b=90°
60°	d=1,5D	d=1,2D	d=0,5D
90°	d=1,2D	d=D	d=0,5D
120°	d=1,1D	d=0,9D	d=0,5D

Данные, приведенные в таблице, показывают, что с точки зре­ния достижения наименьшей погрешности лучшим является на­правление измерения, перпендикулярное к оси симметрии призмы (b = 90°) при любом угле призмы.

Призмы с углом a = 120° дают весьма небольшое дополнитель­ное сокращение погрешности измерения, но при столь значитель­ном растворе призмы надежность установки в ней сокращается. Этот недостаток приводит к тому, что на практике предпочитают использовать установочные призмы с углом a = 90°.

Размер H от основания призмы до оси детали, установленной для измерения, может быть подсчитан по формуле

. (3.8)

Формула для призм с углом a= 90° принимает упрощенный вид:

. (3.9)

Призмам может придаваться самая различная форма в зави­симости от требований конструкции контрольного приспособления и условий его работы. Призма должна быть достаточно жесткой, для того чтобы исклю­чить какие-либо ее деформации в процессе измерения детали. При значительной длине проверяемой детали следует применять или цельную прерывистую призму, или две самостоятельные уз­кие призмы.

Так как базирующая поверхность детали соприкасается с приз­мой лишь двумя образующими, то плоскости призмы быстро изнашиваются. Поэтому призмы должны иметь твердость до HRC 58…62. Для повышения износоустойчивости призм к их рабочим по­верхностям желательно припаивать сменные пластины из твердого сплава.

Помимо рассмотренных установочных элементов, применяются комбинированные установочно-зажимные устройства, которые на­зываются самоцентрирующими, так как в них обеспечивается оп­ределенное положение оси измеряемой детали. Этим исключается погрешность измерения за счет колебания размера базирующей поверхности в пределах установленного допуска на ее диаметр.