Об основных понятиях и определениях теории базирования

УДК 621.767.

М. А. БЕЛОВ

ОБ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЯХ И ОПРЕДЕЛЕНИЯХ ТЕОРИИ БАЗИРОВАНИЯ

Проанализированы основные понятия и определения теории базирования. Показана необходимость совершенствования терминологии.

Ключевые слова: теория базирования, терминология.

Базирование в процессе создания машины является начальным звеном, определяющим структуру размерных связей в конструкции машины и в технологических процессах изготовления сборочных единиц, деталей и сборки машины. От правильного решения вопросов базирования во многом зависит качество деталей и машины в целом. Поэтому теории базирования на разных этапах развития технологии машиностроения уделяли внимание многие исследователи.

Как показывает анализ научных публикаций и учебной литературы [1 - 11], и до настоящего времени, несмотря даже на существование стандарта ГОСТ 21495-76 «Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения», существуют различные точки зрения на вопросы терминологии теории базирования (особенно при механической обработке). Разные авторы предлагают различные подходы к формированию системы основных понятий и определений этой теории, в частности, системы классификации баз. По-разному трактуются положения указанного стандарта, вплоть до того, что вместо рекомендуемых стандартом условных обозначений опорных точек предлагается использовать условные обозначения опор по ГОСТ 3.1107-81 [7] или даже условные обозначения собственной разработки [2].

Особенно заметно возрос интерес к вопросам теории базирования в последние годы. В научной печати возобновилась дискуссия на тему совершенствования терминологии, относящейся к теории базирования, уточнения понятий и определений, особенно в части базирования заготовок на операциях механической обработки, введения новых понятий. При этом совершенствование существующего ГОСТ 21495-76 (далее для краткости ГОСТ) разными авторами рассматривается как необходимость, поскольку зачастую нечёткие понятия теории базирования,

приведённые в указанном стандарте, не позволяют строго формализовать и автоматизировать сложные процедуры назначения схем базирования, схем установки, расчёта погрешностей, в том числе погрешностей базирования и установки, и создания на этой основе соответствующих систем автоматизированного проектирования.

В связи с вышеизложенным, считаем необходимым высказать некоторые соображения по поводу необходимости совершенствования системы понятий, терминов и определений теории базирования.

Термин «базирование». В ГОСТе базирование определяется как «придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат». При этом предполагается, что заготовке или изделию, как материальным телам, можно придать некое «требуемое», то есть идеальное положение относительно выбранной системы координат. Однако очевидно, что такое возможно лишь при условии, что рассматривается одни или несколько идеальных заготовок (изделий) с абсолютно одинаковыми размерами, с абсолютно точным взаимным расположением поверхностей. В машиностроении же (в отличие от теоретической механики) не рассматривается базирование неких идеальных тел, а идёт речь о базировании на операциях механической обработки или сборки партии заготовок или изделий, причём каждая заготовка или каждое изделие в партии отличается от другой заготовки или изделия, то есть имеет место рассеивание параметров качества в партии. В силу рассеивания размеров в партии заготовок или изделий придать каждой поверхности заготовок (изделий) «требуемое» идеальное положение нельзя. Можно придать требуемое (точное) положение лишь каким-то отдельным поверхностям заготовок или изделий в партии. В связи с изложенным целесообразно определять понятие «базирование» как «придание какой-либо поверхности (оси поверхности) или

каким-либо поверхностям (осям поверхностей) заготовок или изделий требуемого положения относительно выбранной системы координат». При этом более чётко и точно можно определить и понятие «погрешность базирования».

Термин «погрешность базирования». В справочнике [7] совершенно справедливо, на наш взгляд, указывается, что погрешность базирования «не является абстрактной величиной, а относится к конкретному размеру». Приведённое же в ГОСТе определение погрешности базирования как «отклонения фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого» абстрактно, так как относится к заготовке или изделию в целом (и даже не к партии!), а не к какому-то конкретному размеру или конкретной поверхности. Продолжая логические рассуждения, приведённые при анализе термина «базирование», можно предложить определять погрешность базирования применительно к одной заготовке или изделию как «отклонение фактически достигнутого положения какой-либо поверхности (оси поверхности) заготовки или изделия при базировании от требуемого». Применительно к партии заготовок или изделий под погрешностью базирования следовало бы понимать «разность предельных положений какой-либо поверхности (оси поверхности) заготовки или изделия в партии при базировании от требуемого».

Аналогично можно определить и понятие «погрешность установки».

При этом совершенно оправдано структурировать погрешность базирования как функцию, зависящую от двух составляющих:

- погрешности несовмещения баз или, как более правильно, погрешности несовмещения исходной (измерительной) базы (поверхности или оси) выдерживаемого размера с системой координат теоретической схемы установки (с

одной координатной плоскостью системы координат теоретической схемы установки для линейных и некоторых угловых размеров или (иногда) с двумя координатными плоскостями для других угловых размеров); указанную составляющую погрешности базирования некоторые авторы (например, [10]) называют погрешностью схемы установки;

- погрешности базирования, связанной с отличием реальных форм контактирующих при базировании поверхностей от идеальных.

Первая из двух вышеуказанных составляющих погрешности базирования показывает, как могут наследоваться погрешности линейных размеров и погрешности взаимного расположения поверхностей поступающей на выполняемую технологическую операцию заготовки на выдерживаемых на этой операции линейных и угловых размерах. Вторая составляющая погрешности базирования отражает влияние наследования макро- и микрогеометрии поверхностей поступающей на операцию заготовки на точность обработки.

Термины «база и комплект баз». В ГОСТе «комплект баз» определяется как «совокупность трёх баз, образующих систему координат заготовки или изделия». Ранее в стандарте определено и понятие «база» как «поверхность..., ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования». Рассматриваемые понятия, естественно, должны иметь единство и общность, так как связаны одним корневым понятием «база» [11].

Между тем, легко показать, что «комплект» может быть образован и совокупностью, например, двух баз, если под базой понимать поверхность или её ось (рис. 1). А, например, положение шара в пространстве точно определяется даже с помощью одной поверхности шара или с помощью его центра (одной точки!).

Рис. 1. Схема базирования с использованием комплекта баз, состоящего из осей цилиндрических поверхностей

Если же авторы ГОСТа под «совокупностью трёх баз» понимали совокупность трёх координатных плоскостей (то есть совокупность «геометрических баз» по определению автора работы [11]), то некорректным оказывается приведённое в ГОСТе понятие «база». Чтобы разрешить это противоречие, следует ввести два новых понятия: «базы первого рода» («геометрические базы»), под которыми понимается плоскость, линия на плоскости, точка на оси (примерно то же предлагается и в работе [11]); «базы второго рода» в виде реальных или воображаемых плоскостей, осей, точек, принадлежащих заготовке или изделию. При этом под комплектом баз понимается «совокупность трёх геометрических баз ...» или «совокупность баз второго рода ...», образующих систему координат заготовки или изделия.

Термины, относящиеся к видам баз. Ряд авторов отмечают нестройность классификации баз по числу лишаемых степеней свободы [10, 11 и др.] и с этим трудно не согласится. Например, если под базой понимается «поверхность, ось, точка», то непонятно, почему поверхность шара (или центр шара) не введена в состав понятий (например, как тройная опорная база [10]). Или почему в состав баз не включены коническая, винтовая и т. п. поверхности. На рис. 1 показана база (опорные точки 5 и 6), которую нельзя назвать двойной опорной, хотя она и создана на оси цилиндрической поверхности с

Ь < Б: эта база лишает заготовку перемещения вдоль и поворота вокруг одной оси.

Нечётка и классификация баз по характеру проявления. Её можно уточнить, введя понятия «скрытая база первого вида» и «скрытая база второго вида» (рис. 2).

Скрытые базы первого вида расположены на осях и плоскостях симметрии реальных поверхностей заготовки. Базирование заготовок с использованием скрытых баз первого вида позволяет точно выдерживать размеры, заданные между обрабатываемыми поверхностями (или их осями) и осями или плоскостями симметрии поверхностей, принятыми в качестве технологических баз (ТБ).

Скрытые базы второго вида расположены на воображаемых осях и плоскостях, проведённых мысленно перпендикулярно конструктивно оформленным базам. Их используют лишь для получения полного комплекта баз. При этом расположение опорных точек на таких скрытых базах никак не связано с обеспечением точности по тем или иным размерам. С этой точки зрения, скрытые базы второго вида можно было бы называть «мнимыми» базами.

Предлагаемая классификация скрытых баз позволяет системно подходить к решению задач расчётов точности обработки заготовок. Например, при фрезеровании открытого паза вдоль образующей цилиндрической заготовки (рис. 2, а) для обеспечения максимальной (для

<:*

-Ф-«

ж А 3

Рис. 2. Базирование заготовок типа тел вращения с использованием скрытых

баз первого (а, б) и второго (а) видов

данной технологической системы) точности по линейным размерам А и Е в качестве скрытой первого вида двойной направляющей ТБ использована ось цилиндрической поверхности (точки 1 - 4), а для обеспечения высокой точности по размерам А, Е и (3 на операции фрезерования полуоткрытого паза (рис. 2, б) использованы скрытые первого вида двойная направляющая (точки 1 - 4) и опорная от проворота (точка 6) ТБ. Если же нет необходимости точно определять положение цилиндрической заготовки в направлении вдоль собственной оси и в направлении вращения вокруг оси (см., например, рис. 2, а), то для доведения на схеме базирования числа опорных точек до шести можно использовать две скрытые второго вида опорные ТБ (точки 5 и 6 на рис. 2, а).

Изложенные выше предложения послужат решению актуальной для машиностроения задачи развития теории базирования заготовок и изделий.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Балакшин, Б. С. Основы технологии машиностроения / Б. С. Балакшин. - М.: Машиностроение, 1969. - 358 с.

2. Маталин, А. А. Технология механической обработки / А. А. Маталин. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1977.-464 с.

3. Колкер, Я. Д. Базирование и базы в машиностроении / Я. Д. Колкер, О. Н. Руднев. - Киев: Выща школа, 1991. - 100 с.

4. Коганов, И. А. Основы базирования / И. А. Коганов, Д. С. Каплан. - Тула: ТулГТУ, 1993.- 128 с.

5. Худобин, Л. В. Базирование заготовок и расчеты точности механической обработки /

Л. В. Худобин, М. А. Белов, А. Н. Унянин. -Ульяновск: УлПИ, 1994. - 188 с.

6. Технология машиностроения: Кн. 1. Основы технологии машиностроения / Э. Л. Жуков, И. М. Козарь, С. Л. Мурашкин и др.; под ред. С. Л. Мурашкина. - М.: Высшая школа, 2003. -278 с.

7. Обработка металлов резанием: Справочник технолога / А. А. Панов, В. В. Аникин, Н. Г. Бойм и др.; под общ. ред. А. А. Панова. -М.: Машиностроение, 1988. - 736 с.

8. Байор, Б. Н. О развитии методологии базирования / Б. Н. Байор // СТИН. - 2000. - № 3. -С. 24-26.

9. Емельянов, В. Н. О разработке теоретических схем базирования / В. Н. Емельянов // СТИН. - 2002. - № 1. - С. 32 - 34.

10. Махаринский, Е. И. О теории базирования при механической обработке / Е. И. Махаринский, Ю. Е. Махаринский, Н. В. Беляков // СТИН. -2005.-№4. - С. 29-31 .

11. Колыбенко, Е. Н. Системные знания теории базирования / Е. Н. Колыбенко // Вестник машиностроения. - 2004 . - № 6. - С. 58 - 62; -

2004. - № 8. - С. 67 - 70; - 2005. - № 5. - С. 53 -57; - 2005. - № 6. - С. 66 - 73; - 2005. - № 7. -С. 56 - 62; - 2005. - № 8. - С. 66 - 71; - 2005. -№ 9. - С. 75 - 79; - 2005. - № 10. - С. 56 - 63; -

2005.-№ 11.-С. 49-55.

Белов Михаил Александрович, доцент кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ, кандидат технических наук. Область научных интересов - исследование технологических операций и процессов с целью повышения качества изделий.