Рубрика: Механическая обработка
Точность детали определяется не только классом станка и качеством инструмента. Не менее важно, как именно заготовка установлена и закреплена на каждой операции. Неудачно выбранная база может «съесть» весь допуск еще до начала резания, а грамотная схема базирования позволяет получить точную деталь даже на оборудовании средней точности. Базирование — фундамент технологии механической обработки, и понимание его принципов полезно не только технологу, но и конструктору, проставляющему размеры на чертеже.
Базированием называют придание заготовке требуемого положения относительно выбранной системы координат станка и инструмента. Базирование не следует путать с закреплением: базирование определяет положение, закрепление обеспечивает его неизменность под действием сил резания. Терминология и основные определения установлены ГОСТ 21495.
База — это поверхность, линия или точка заготовки, используемая для базирования. Базой может быть реальная поверхность (плоскость, цилиндр), а может быть и геометрический элемент — ось отверстия, плоскость симметрии.
Любое твердое тело в пространстве имеет шесть степеней свободы: три перемещения вдоль осей координат и три поворота вокруг них. Чтобы полностью определить положение заготовки, нужно лишить ее всех шести степеней свободы с помощью шести опорных точек, расположенных определенным образом.
Для цилиндрических деталей применяют другие сочетания: двойная направляющая база (длинная цилиндрическая поверхность, четыре степени свободы), двойная опорная база (короткий цилиндр, две степени свободы), опорная база по торцу и, при необходимости, опорная база для угловой ориентации — по шпоночному пазу или отверстию.
Не на каждой операции нужно лишать заготовку всех шести степеней свободы. При точении гладкого вала угловое положение вокруг оси не важно, и пятой-шестой точки не требуется. Но если на валу фрезеруется шпоночный паз, ориентированный относительно другого элемента, угловая база становится обязательной.
| Вид базы | Назначение | Пример |
|---|---|---|
| Конструкторская | Определяет положение детали в изделии; от нее конструктор задает размеры | Посадочное отверстие шестерни, монтажная плоскость кронштейна |
| Основная конструкторская | Принадлежит самой детали и определяет ее положение в изделии | Ось шеек вала под подшипники |
| Вспомогательная конструкторская | Определяет положение присоединяемых деталей | Отверстие под штифт, к которому крепится другая деталь |
| Технологическая | Используется для определения положения заготовки при изготовлении | Центровые отверстия вала, технологические отверстия корпуса |
| Измерительная | Используется для определения положения детали и средств измерения | Плоскость, от которой индикатором проверяют высоту |
Явная база — реальная поверхность, на которую опирается заготовка. Скрытая база — воображаемый элемент: ось, плоскость симметрии, биссектриса угла. При установке в самоцентрирующем патроне или тисках с призматическими губками базой является ось или плоскость симметрии, которая физически не существует, но определяется контактом губок с поверхностью.
На первой операции заготовку базируют по необработанным поверхностям — это черновые базы. Их используют один раз, чтобы обработать поверхности, которые затем станут чистовыми базами для последующих операций. Повторное использование черновой базы недопустимо: шероховатая, неровная поверхность литья или поковки не обеспечивает повторяемости положения.
В качестве технологической базы желательно использовать ту же поверхность, которая является конструкторской или измерительной базой для выполняемого размера. Если это условие выполнено, погрешность базирования равна нулю. Если нет — допуск на размер приходится ужесточать, пересчитывая размерную цепь, и часть исходного допуска «расходуется» на погрешность базирования.
Желательно обрабатывать максимум поверхностей от одних и тех же баз. Каждая смена баз добавляет погрешность взаимного расположения. Классический пример — обработка вала в центрах: все наружные поверхности, обработанные от одной пары центровых отверстий, будут соосны с высокой точностью.
Погрешность базирования — отклонение фактического положения заготовки от требуемого из-за несовпадения технологической и измерительной баз или из-за допусков на базовые поверхности. Ее необходимо учитывать при назначении допусков операционных размеров.
При установке вала диаметром D с допуском Td в призме с углом 90° и фрезеровании лыски положение плоскости зависит от того, от чего задан размер:
Отсюда практический вывод: при неудачной простановке размера допуск на диаметр заготовки может оказаться больше всего допуска на размер лыски. Решение — изменить схему базирования, точнее обработать базовый диаметр или проставить размер от другой поверхности.
Полная погрешность установки включает погрешность базирования, погрешность закрепления (смещение заготовки под действием зажимных сил) и погрешность приспособления. При подготовке техпроцесса технолог оценивает сумму этих составляющих и сравнивает с допуском.
Основная схема — в центрах, с передачей крутящего момента поводковым патроном или плавающим торцевым поводком. Центровые отверстия выполняются на первых операциях и при необходимости исправляются после термообработки. Для коротких валов применяют базирование в патроне с поджимом задним центром.
Наружные поверхности обрабатываются от отверстия на оправках (разжимных, цанговых, гидропластовых). Для высокой соосности отверстие и наружный диаметр обрабатывают за один установ или отверстие делают базой с минимальными зазорами на оправке.
Классическая схема — плоскость и два отверстия. Базовую плоскость и два точных технологических отверстия обрабатывают на первых операциях, затем деталь устанавливается на плоскость, цилиндрический и срезанный палец. Эта схема обеспечивает полное базирование и высокую повторяемость.
Установочная база — большая плоскость, направляющая — длинная боковая грань, опорная — торец. Для обработки с двух сторон важно обеспечить параллельность сторон и использовать прецизионные тиски или магнитные плиты.
| Ошибка | Последствие | Как избежать |
|---|---|---|
| Повторное использование черновой базы | Смещение поверхностей, разностенность | Сделать чистовую базу на первой операции |
| Частая смена баз | Накопление погрешностей расположения | Соблюдать принцип постоянства баз |
| Пересопределение (лишние опоры) | Деформация заготовки при закреплении | Ровно шесть опорных точек, дополнительные — только регулируемые подводимые |
| Зажим вдали от опор | Изгиб заготовки, после разжатия форма искажается | Прикладывать силу закрепления над опорами |
| Загрязнение базовых поверхностей | Случайные отклонения положения | Очистка баз и приспособления перед каждой установкой |
Измерение готовой детали должно выполняться от тех же баз, которые заданы в чертеже. Если деталь обрабатывалась от одних поверхностей, а контролируется от других, возможна ситуация, когда годная по функции деталь признается браком, или наоборот. Для сложных деталей полезно заранее согласовать схему контроля и измерительные базы с заказчиком. Координатно-измерительные машины позволяют строить систему координат именно по базам чертежа, что повышает объективность контроля.
Не у каждой детали есть поверхности, удобные для базирования. Литые корпуса сложной формы, детали с криволинейными поверхностями, рычаги и вилки часто не имеют достаточно протяженных плоскостей и точных отверстий. В таких случаях создают искусственные базы — элементы, которые нужны только для изготовления.
Любая искусственная база оставляет след: отверстие, лыску, срез прилива. Если это недопустимо по внешнему виду или функции, технолог должен заранее согласовать с заказчиком место и форму технологических элементов или способ их удаления. Для деталей, изготавливаемых по образцу, наличие центровых отверстий или технологических отверстий на оригинале подсказывает, как деталь обрабатывали на исходном производстве, и помогает восстановить схему базирования.
Отдельная задача — доработка уже изготовленной или бывшей в эксплуатации детали. Исходные технологические базы могут быть удалены или изношены, а функциональные поверхности деформированы. В таком случае базой выбирают наименее изношенные функциональные поверхности, выверяя деталь по нескольким точкам индикатором, а при необходимости восстанавливают центровые отверстия от рабочих шеек.
Базирование определяет, какая часть допуска остается на собственно обработку. Правило шести точек, принципы совмещения и постоянства баз, правильный выбор черновой базы — основа любого техпроцесса. Для заказчика важно понимать, что простановка размеров в чертеже от функциональных поверхностей и наличие удобных баз заметно влияют на стоимость и стабильность качества.
Технологи «ВМС» разрабатывают схемы базирования и оснастку для каждой детали, изготавливаемой по чертежам: от валов и втулок до корпусов. Мы выполняем токарную и фрезерную обработку, а также изготавливаем запчасти по чертежам и образцам. Пришлите документацию — мы оценим технологичность и предложим оптимальный маршрут.
