Бази і їх вибір, види баз, похибки базування.

Для правильної роботи будь-якої машини необхідно забезпечити певне взаємне розташування її деталей і збірних одиниць (ЗО). При обробці деталей на верстатах заготовки також повинні бути правильно орієнтовані щодо механізмів і вузлів верстатів, що визначають траєкторії руху подачі оброблювальних інструментів (направляючих супортів, фрезерних і різцевих головок, упорів, копіювальних пристроїв і ін.). Похибки форми і розмірів оброблених заготовок визначаються відхиленнями положень ріжучих кромок і заготовок від траєкторії заданого формоутворювального руху. Завдання взаємного орієнтування деталей і складальних одиниць в машинах при їх збірці і заготовок на верстатах при виготовленні деталей розв'язуються базуванням.

У загальному випадку базуванням називається задання заготівці або виробу необхідного положення щодо вибраної системи координат (ГОСТ 21495-76). Під базуванням розуміють додання деталі або складальній одиниці необхідного положення щодо інших деталей виробу. При механічній обробці заготовок на верстатах базуванням прийнято вважати надання заготівці необхідного положення щодо елементів верстата, що визначають траєкторії руху подачі оброблювального інструменту.

За своїм призначенням і областю застосування в машинобудуванні бази підрозділяються на конструкторські, вимірники, технологічні і складальні. Конструкторськими базами називають поверхні, лінії або крапки, щодо яких па робочому кресленні деталі конструктор задає взаємне положення інших поверхонь, ліній або крапок. Конструкторськими базами на робочих кресленнях деталі служать осі отворів і валів, осі симетрії і інші геометричні елементи.

Складальними базами називають поверхні деталі, що визначають її положення щодо іншої деталі в зібраному виробі. Деталь, що є результатною для початку складання ЗО, механізму, називається базовою деталлю.

Вимірювальною базою називається поверхня, лінія або крапка від яких проводиться відлік виконуваних розмірів при обробці або вимірюванні заготовок, а також при перевірці взаємного розташування поверхонь деталей або елементів виробу (паралельності, перпендикулярності, співвісності).

Технологічна база - це база, використовувана для визначення заготівки або виробу в процесі виготовлення або ремонту (ГОСТ 21495-76). По особливостях застосування технологічні бази, використовувані при механічній обробці, підрозділяються на контактні, настроювальні і перевірочні.

Контактними базаминазиваються технологічні бази, безпосередньо дотичні з відповідними настановними поверхнями пристосування або верстата.

Настроювальною базою називаємося поверхня заготовки, по відношенню до якої орієнтується оброблювані поверхні, пов'язані з ними безпосередніми розмірами і утворювана при одному установі з даними поверхнями заготовки. Настроювальна база звичайно зв'язана безпосереднім розміром з опорною базою заготовки.

Залежно від конфігурації і вимог, що пред'являються, до неї заготовка може мати декілька настроювальних баз одного напряму розмірів.

Перевірочною базою називається поверхня, лінія або крапка заготовки або деталі, по відношенню до яких проводиться вивіряння положення заготовки на верстаті або установка ріжучого інструменту при обробці заготовки, а також вивіряння положення інших деталей або складальних одиниць при збірці виробу.

За функціональною ознакою технологічні бази підрозділяться на природні і штучні.

Якщо конфігурація заготовок не дає можливість вибрати технологічну базу, що дозволяє зручно, стійко і надійно орієнтувати і закріпити заготовку в пристосуванні або на верстаті, то вдаються до створення штучних технологічних баз. До категорії штучних технологічних баз відносяться також такі технологічні бази, які в цілях підвищення точності базування оброблюваної заготовки у пристосуванні, заздалегідь, обробляються з вищою точністю, чим це потрібний для готового виробу по кресленню.

За розміщенням в технологічному процесі встановлюваної бази діляться на чорнові (первинні), проміжні і чистові (кінцеві). Чорнові бази служать для встановлення заготовки на перших операціях обробки, коли других оброблених поверхонь ще немає.

Вибір встановлюваних баз при обробці деталей має велике значення. Вибір чорнової бази – це вирішення питання, з якої поверхні слід починати обробку заготовки. Чорнова база повинна дозволити обробку поверхонь, яка є найбільш важливою встановлюваною базою при наступній обробці інших поверхонь деталі. Чорнова база не забезпечує точність обробки, тому її використовують зазвичай тільки для першого встановлення, тільки один раз. Для деталей, не оброблюваних кругом, чорновою базою вибирають одну з необроблюваних поверхонь, та яка залишається в чорновому вигляді. При обробці деталей кругом за чорнову базу слід приймати поверхню, яка має найменший допуск в порівнянні з іншими поверхнями. Чорнові бази повинні бути і чистими і повинні мати мінімальне зміщення відносно інших поверхонь, які підлягають обробці.

Після першої операції обробки на всіх наступних операціях чорнові бази повинні бути замінені обробленими, чистовими базами. Винятком може бути обробка на револьверних верстатах, напівавтоматах і багатошпиндельних автоматах, коли деталь частково або повністю оброблюється з одного первинного встановлення по чорновій базі. При виборі чистових встановлюваних баз слід по можливості керуватися принципом суміщення баз. В загальному вигляді принцип суміщення баз полягає у використанні конструкторської та вимірювальної баз як встановлювальної бази. Базовою поверхнею вибирають поверхню деталі, відносно якої в креслені деталі координовано положення даної оброблюваної поверхні. При суміщенні встановлювальної бази з конструкторською базою похибка базування рівна нулю. На рис. 10.1 як приклад показані креслення деталі і суміщення баз останній кінцевій обробці поверхні П . За базову поверхню прийнята поверхня К , відносно якої координовано положення поверхні П (розмір А); по відношенню поверхні П поверхня К є конструкторською базою.

Якщо принцип суміщення баз неможливий за конфігурацією деталі або через інші причини, то вибирають другу базову поверхню, однак при цьому необхідно, щоб похибка базування була значно менше допуску розміру, який визначає положення даної оброблюваної поверхні. Наведемо приклад, який зображає сказане. При обробці площини ВВ при допуску на розмір а , менший ніж на розмір b (рис. 10.2., а), базування повинно бути по площині ББ, а не на площині АА, оскільки в останньому випадку не можна б було дотримати допуск розміру а. При вказаному базуванні (рис. 10.2., а)похибка базування рівна нулю. При базуванні на площину АА (рис. 10.2., б) похибка базування рівна допуску на розмір b. Якщо допуск на розмір а більший допуску на розмір b, то

базування за схемою на рис. 10.2., б неможливо.

Для забезпечення найменшої похибки від не суміщення баз необхідно як встановлювальну базу вибирати поверхню деталі. При обробці двох любих поверхонь деталі на різних встановлювальних базах похибка взаємного положення оброблюваних поверхонь виходить більшою, ніж при обробці їх на одній встановлюваній базі. Ця похибка рівна похибці взаємного розміщення встановлюваних баз. Звідси випливає принцип єдності баз, який полягає в тому, що дану поверхню і поверхню, яка є по відношенню до неї конструкторською базою, обробляють, користуючись одною і тою самою, тобто єдиною, встановлювальною базою. Звідси випливає, що принцип єдності баз охоплює тільки дві взаємозв’язані поверхні – дану розглянуту і другу, яка є конструкторською базою по відношенню до неї. При великому числі операцій і складності дотримання інших заданих розмірів, які не допускають суміщення баз, правило єдності бази розширюють до принципу постійності встановлювальної бази.

Принцип постійності встановлюваної бази полягає в тому, що на всіх технологічних операціях використовують одну і ту ж (постійну) встановлювальну базу. Умова постійності встановлювальної бази є необхідною при дотриманні жорстких вимог до точності обробки. Зміна баз може внести недопустиму похибку у взаємне розміщення поверхонь, оброблених від різних баз, тоді як постійність встановлювальної бази зменшує похибку базування від не суміщення баз.

При обробці поверхонь, які не потребують особливої точності, принцип постійності встановлюваної бази не є обов’язковим. В цьому випадку, а також коли принцип постійності встановлюваної бази не може бути виконаний, обробку ведуть від інших баз. В ряді випадків зміна встановлювальної бази спрощує обробку і конструкцію пристосування і являється економічно виправдані.

Основні схеми базування. Для орієнтації заготовки в пристосуванні або на верстаті необхідно вибрати кількість і розміщення базуючих поверхонь. Оброблювана деталь, як і будь-яке тіло, має шість степенів вільності, три можливих переміщення вздовж трьох взаємно перпендикулярних осей координат і три можливих обертання відносно них. Для правильної орієнтації заготовки у пристосуванні або механізмі необхідно і достатньо шести опорних жорстких точок, розміщених певним чином на поверхні даної деталі. Звідси витікає відоме правило базування деталей по шести опорним точкам – правило шести точок. Для позбавлення заготовки всіх шести степенів вільності необхідно шість нерухомих опорних точок, розміщених в трьох перпендикулярних площинах (рис. 10.3, а). Три опорних точки 1, 2, 3, розміщені в площині, паралельній xoz, позбавляють заготовку трьох степенів вільності: переміщення вздовж осі оу і обертання навколо осей oz і ох.

Площина, в якій заготовка встановлюється по трьох опорних точках, називається головною базуючою площиною.

Встановлення по двох точках 4, 5, розміщених у площині, паралельній yoz, позбавляє заготовку ще двох степеней вільності: переміщення вздовж осі ох і обертання навколо вертикальної осі оу.

Площина oyz називається направляючою базуючою площиною. На кінець, точка 6 в площині, паралельній хоу, позбавляє деталь останньої (шостої) степені вільності – переміщення вздовж осі oz. Площина хоу називається упорною базуючою площиною. Для певного положення заготовки по відношенню до верстата і ріжучого інструменту необхідно лише її декілька степенів вільності.

Розглянемо правило шести точок при базуванні деталі типу “вали та диски”. На рис.10.4 зображено положення опорних точок циліндричного валика в координатних площинах. Циліндрична поверхня валика має чотири опорні точки, позбавляючи валик чотирьох степенем вільності: можливість переміщуватися в напрямках осей ох та оу та обертання навколо цих осей. Торцева поверхня несе одну точку, позбавляючи валик переміщення вздовж осі oz. Циліндрична поверхня валика називається подвійною направляючою встановлювальною базою, а торцева – упорною базою. Шоста точка, проведена від поверхні шпонкової канавки, позбавляє валик шостої степні вільності – можливість обертання навколо власної осі oz.

Положення опорних точок у деталі типу диск інакше, ніж у валів. Торцева поверхня несе три точки (рис. 10.5), позбавляючи деталь трьох степенів вільності: переміщення вздовж всіх трьох осей.

Циліндрична поверхня має дві опорні точки, позбавляючи деталь обертання навколо осей оу, oz. Торцева поверхня називається головною базою, а циліндрична – подвійною упорною встановлювальною базою. Точка на боковій поверхні шпонкової канавки позбавляє деталь останньої шостої степені вільності – обертання навколо осі ох.

Як базуючі поверхні частіше вибирають площину або циліндр, хоча при необхідності можуть використовуватися інші форми. При базуванні деталі на площину для фрезерування площини М залишається три степені вільності: можливість лінійного переміщення вздовж осей ох та oz і обертання навколо осі оу (рис. 10.6). Переміщення деталі вздовж осі оу і повороти навколо осей ox i oz призведуть до відхилення за розміром а, і тому деталь необхідно позбавляти цих трьох степенів вільності.

Розглянемо інші приклади базування деталей з використанням правила шести точок. При базуванні, як показано на рис. 10.7, повинна бути залишена один степінь вільності – переміщення деталі вздовж осі oz, в противному випадку розміри а і l не будуть дотримані.

У випадку фрезерування паза з дотриманням заданих розмірів а, b, с (рис. 10.8, а) базування необхідно здійснювати за схемою на рис. 10.8., б, деталь повинна бути позбавлена всіх степенів вільності.

При базуванні на циліндричну поверхню, коли, наприклад, необхідно фрезерувати наскрізний паз заданої глибини симетрично осі циліндричної поверхні, переміщення деталі вздовж осі і поворот навколо неї відобразяться на розмірі m і розміщенні паза. Тому деталі необхідно залишити дві степені вільності (рис. 10.9).

При додатковій вимозі, щоб вісь паза проходила через центр отвору А по лінії ОО (рис.10.10.), необхідно виключити можливість повороту деталі навколо осі циліндричної поверхні. Тому при базуванні слід позбавити деталь п’яти степеней вільності, передбачивши у встановлювальних елементах пристосування штифт, який входить в отвір А (рис. 10.10).

Запитання для самоперевірки

1. Позиційні зв’язки та базування.

2. Поняття про бази.

3. Кількість баз, що необхідні для базування. Позначення баз.

4. Скриті (умовні) бази.

5. Базуюча роль спрямованих затискачів.

6. Встановлення заготовок у пристосуваннях.

7. Види баз.

8. Налагоджувальні бази.

9. Перевірочні технологічні бази.

10. Штучні технологічні бази.

11. Додаткові опорні поверхні.

12. Як призначаються технологічні бази?

13. Призначення баз для чорнової обробки.

14. Принцип суміщення (єдності) баз.

15. Принцип постійності баз.

Тема 11 Вплив якості поверхневого шару на експлуатаційні властивості деталей машин

Якість поверхні характеризується фізико-механічними і геометричними властивостями поверхневого шару деталі. До фізико-механічних властивостей відносяться структура поверхневого шару, твердість, ступінь і глибина наклепу, залишкові напруги.

Геометричними властивостями є шорсткість і напрям нерівностей поверхні, погрішності форми (конусність, овальність і ін.). Якість поверхні робить вплив на всі експлуатаційні властивості деталей машин: зносостійкість, втомну міцність, міцність нерухомих посадок, корозійну стійкість і ін. З геометричних властивостей найбільший вплив на точність механічної обробки і експлуатаційні, властивості деталей надає шорсткість поверхні.

Геометричні властивості які характеризуються шорсткістю, напрямком нерівностей (паралельні, перпендикулярні, перехресні, довільні, кругоподібні та радіальні згідно ГОСТ 2789–73), та похибкою геометричної форми в основному формуються режимами обробки (швидкість різання та подачі), властивостями та структури оброблюваного матеріалу, вібрацій інструмента та деталі у процесі обробки, жорсткості системи ВПІД та ін.

З перерахованих властивостей поверхневих шарів найбільший вплив має жорсткість. В рухомих з’єднаннях вона значно впливає на тертя та зношення поверхонь які труться. У випадку коли такі поверхні недостатньо гладкі вони дотикання тільки в окремих крапках при збільшеній густині тиску, що веде до видавлювання мащення, порушенню масляної плівки і спрямовуванню виникнення напівсухого або сухого тертя.

Збільшення шорсткості в нерухомих з’єднаннях зменшує ефективність натягу.

Міцність деталей, які мають високі нерівності, не тільки за рахунок зменшення площі перерізу, а і за рахунок концентрації напружень. Чистова обробка деталей (доводка, полірування та ін.) значно підвищують їх міцність втоми.

Зменшення шорсткості поверхні деталі значно поліпшує корозійну стійкість.

Шорсткість поверхні пов’язана і з рядом інших важливих функціональних виробів таких, як: щільність і герметичність з’єднань, відбивальну здатність поверхні, контактну жорсткість поверхні, міцність щеплень при притиранні і склеюванні, якість гальванічних і лакофарбових покрить.