Zasady ustalania przedmiotów obrabianych. Bazy obróbkowe i zasady ich wyboru
Treść. Zasady ustalania przedmiotów obrabianych. Bazy w technologii maszyn — charakterystyka i klasyfikacja. Zasady -wyboru baz obróbkowych. Dokładność ustalania przedmiotów. Wymiary robocze operacji i zasady ich określania.
Wskazówki metodyczne. Zagadnienie ustalania przedmiotów przy obróbce należy do zagadnień trudniejszych, a jak wskazuje praktyka, także trudno przyswajalnych przez słuchaczy. Składa się na to kilka przyczyn. Jedną z nich jest różnorodność kryteriów klasyfikacyjnych baz, co jest powodem, że ta sama powierzchnia może być jednocześnie nazwana bazą konstrukcyjną, montażową, obróbkową, zasadniczą i stykową. Te określenia są konieczne, lecz one najwięcej utrudniają zrozumienie zagadnienia.
Z tych względów przede wszystkim trzeba zapoznać się z definicjami poszczególnych pojęć. Następnie wzorując się na przedstawionych przykładach należy oznaczyć bazy na innych częściach dla założonych sposobów obróbki i ustaleń na obrabiarce.
Po przyswojeniu wszystkich definicji, przystępując do rozpatrzenia szczegółowego zagadnienia baz obróbkowych, należy w pierwszym rzędzie przypomnieć sobie z wykładu mechaniki ogólnej zasady pozbawiania ciała jednego z sześciu stopni swobody. Przypomnienie to ułatwi zrozumienie istoty ustalania położenia przedmiotu przy obróbce oraz z"asad wyboru baz. Końcowa partia materiału wykładów obejmuje zagadnienie przechodzenia z baz konstrukcyjnych na bazy obróbkowe i z tym związane zagadnienie określania tzw. „wymiarów roboczych" operacji. Zrozumienie tego zagadnienia wymaga dobrego opanowania przynajmniej dwóch działań z arytmetyki tolerancji, a mianowicie dodawania i odejmowania. Zapoznając się z przykładami związanymi z tym tematem, aby nie popełnić błędu, należy każdorazowo zastanowić się, który z przedstawionych wymiarów jest wynikowy, a który składowy. Ważne jest również przeanalizowanie otrzymanych w wyniku analizy tolerancji i stwierdzenie, czy osiągnięcie otrzymanych wymiarów w danych warunkach jest możliwe.
W dokumentacji technologicznej sposób ustalania i mocowania przedmiotów obrabianych określa się za pomocą odpowiednich symboli. Ponieważ zarówno symbole, jak i sposób znakowania są znormalizowane (norma PN-55/M-01152), jest rzeczą konieczną, aby każdy słuchacz zapoznał się z tymi symbolami i umiał je stosować w praktyce.
Bazy w technologii maszyn
Bazą (lub podstawą) w technologii maszyn w ogólnym pojęciu nazywamy powierzchnię, linię lub punkt bądź też zespół powierzchni, linii lub punktów, względem których określa się położenie innych powierzchni, linii i punktów danego przedmiotu lub powierzchni współpracujących danej części z powierzchniami innych części maszyny czy mechanizmu. Według PN-64/M-01151 rozróżniamy bazy: konstrukcyjne i produkcyjne. Bazy produkcyjne dzielimy na: technologiczne i kontrolne, przy czym jedne i drugie mogą być właściwe i zastępcze. Bazy technologiczne według wspomnianej normy dzielimy na: montażowe i obróbkowe. Schemat klasyfikacyjny baz przedstawiono na rys. 5.10. B a z y r Konstrukcyjne Produkcyjne J Właściwe Zastępcze Technologiczne Kontrolne Montażowe Obróbkowe r i Do pierwszej operacji (%jściowe) Do dalszych operacji r Stykowe Nastawc ze Sprzężone Rys. 5.10. Schemat klasyfikacyjny baz Bazą konstrukcyjną nazywamy powierzchnię, linię lub punkt (bądź też zespół powierzchni, linii lub punktów) określające położenie danej części w stosunku do innych części wg założeń konstruktora. Położenie danej części w zespole określa się wymiarem, przy czym wymaganą dokładność położenia określa się odpowiednią tolerancją wymiaru. Bazą konstrukcyjną mogą być nie tylko powierzchnie lub linie rzeczywiste, ale również elementy umowne, jak osie wałków i otworów, przekątne itp. Bazą produkcyjną nazywamy powierzchnię, linię lub punkt (bądź zespół powierzchni, linii lub punktów) przyjęte w procesie produkcyjnym przedmiotu w celu określenia położenia jakiegoś punktu, linii lub powierzchni w sposób uwarunkowany dla wytwarzania przedmiotu i całego wyrobu, w skład którego on wchodzi. Bazą właściwą nazywamy bazę produkcyjną w postaci jakiegoś punktu, linii lub powierzchni przedmiotu, identyczną z bazą konstrukcyjną. Bazą zastępczą nazywamy bazę produkcyjną w postaci jakiegoś punktu, linii lub powierzchni, różną od bazy konstrukcyjnej, to znaczy przyjętą specjalnie do wykonania przedmiotu. Szczegółowe omówienie baz właściwych i zastępczych, na przykładzie baz obróbkowych, będzie podane w końcowej części wykładu. Bazą montażową nazywamy powierzchnię, linię lub punkt (bądź zespół powierzchni, linii lub punktów) określające rzeczywiste położenie danej części w stosunku do innych części w zespole maszyny. Między bazą montażową i konstrukcyjną zachodzi różnica, która polega na tym, że baza konstrukcyjna jest bazą założoną przez konstruktora, a montażowa jest bazą faktycznie przyjętą lub uzyskaną. Innymi słowy, w pewnych przypadkach jako bazy dla określenia prawidłowości położenia i działania części w maszynie, konstruktor może przyjąć elementy umowne (jak np. osie itp.), czego nie można przyjąć przy montażu. W celu zwiększenia dokładności maszyny, należy dążyć do stosowania tych samych elementów przedmiotu jako baz konstrukcyjnych i montażowych (identyczność baz konstrukcyjnych i montażowych), lecz nie zawsze jest to możliwe. Jako przykład niepokrywania się baz konstrukcyjnych z montażowymi można przedstawić zespół stolika mikroskopu warsztatowego (rys. 5.11). Zespół ten wymiaruje się w ten sposób, żeby płaszczyzna N części drugiej leżała w płaszczyźnie poziomej, co wyraża się równaniem (22): Rys. 5.11. Bazy konstrukcyjne i montażowe stolika mikroskopu warsztatowego a+b = c + d. (22) W ten sposób konstruktor przyjął jako bazy konstrukcyjne powierzchnie M, N i P oraz dwusieczne kątów pryzmy. Tymczasem jako bazy montażowe należy przyjąć powierzchnie M, J i P oraz powierzchnie pryzm. Bazą kontrolną nazywamy bazę produkcyjną przyjętą w celu określenia położenia w przedmiocie jakiegoś punktu, linii lub powierzchni przy kontroli zgodności rzeczywistego wykonania tego przedmiotu z jego wykonaniem zamierzonym. Mówiąc inaczej bazą kontrolną nazywamy powierzchnię lub zespół powierzchni, względem których mierzy się przedmiot. Baza kontrolna powinna być powiązana bezpośrednimi wymiarami z rozpatrywanymi powierzchniami przedmiotu. Wynika z tego, że bazą kontrolną powinna być powierzchnia rzeczywista. Jednak w szeregu przypadków przyjmujemy umowne linie i punkty. Na przykład przy pomiarze kilku równoległych otworów często oś jednego bierze się za bazę kontrolną (umowną), a położenie pozostałych otworów określa się w stosunku do tej bazy. W rzeczywistości jako bazę przyjmuje się nie oś, lecz powierzchnię otworu, gdyż do pomiaru położenia otworów stosuje się trzpienie osadzone w otworach. Bazą obróbkową nazywamy powierzchnię, linię lub punkt (bądź też zespół powierzchni, linii lub punktów), względem których określa się położenie powierzchni obrabianej w danej operacji lub zabiegu. Cechą charakterystyczną bazy obróbkowej jest to, że jest zawsze związana z powierzchnią obrabianą wymiarem lub warunkiem dotyczącym wzajemnego położenia (np. warunek równoległości, prostopadłości itp.) bądź też łącznie wymiarem i warunkiem. W zależności od sposobu zastosowania, bazy obróbkowe dzielimy na: stykowe (zwane także oporowymi), sprzężone, nastawcze. Baza obróbkowa nazywa się stykową, gdy przedmiot obrabiany bezpośrednio opiera się swą bazą obróbkową na odpowiednich elementach obrabiarki lub przyrządu. Tak więc wracając do przykładów omówionych poprzednio i przedstawionych na rys. 5.7, 5.8 i 5.9 bazami obróbkowymi stykowymi nazwiemy w danym przypadku wszystkie powierzchnie ustalające. Rys. 5.12. Zastosowanie bazy stykowej przy frezowaniu Bazy obróbkowe stykowe mają szerokie zastosowanie w produkcji seryjnej i masowej na obrabiarkach nastawionych na wymiar. Żądana bowiem dokładność może być osiągnięta dość łatwo za pomocą nastawienia obrabiarki względem baz stykowych stykających się z określonymi powierzchniami obrabiarki. Na przykład dokładność wymiaru h wystawionego od bazy obróbkowej stykowej B (rys. 5.12) zapewnia się przez ustawienie osi freza 0-0 w od- ległości a = h Ą—— od płaszczyzny stołu frezarki, na której ustawiono przed-2 miot obrabiany. Należy podkreślić, że wymiar h będzie w tym przypadku stały dla całej partii, nie biorąc pod uwagę odchyłek wymiaru na skutek wszelkich innych odchyłek przypadkowych i odchyłki ustawienia. Bazą sprzężoną nazywamy powierzchnię przedmiotu, według której określa się położenie powierzchni obrabianych, i która jest powiązana z tymi powierzchniami bezpośrednimi wymiarami, przy czym może być ona obrabiana wraz z tymi powierzchniami przy jednym ustawieniu przedmiotu. Baza sprzężona zwykle jest powiązana bezpośrednio wymiarem z powierzchnią ustalającą przedmiotu. Przykład zastosowania bazy sprzężonej dla frezowania przedmiotu na wymiar b przedstawiono na rys. 5.13. Powierzchnia A, I i Z3ZZ Li r zs 3 _ ej- Rys. 5.13. Zastosowanie bazy sprzężonej przy frezowaniu rowka na wymiar b która jest jednocześnie obrabiana z powierzchnią B, jest bazą obróbkową sprzężoną dla powierzchni B. W danym przypadku wymiar b uzyskujemy przez dobór odpowiednich wymiarów frezów i wynosi on: b - Dl-B2 (23) W omawianym przypadku powierzchnia ustalająca przedmiotu G nie może być przyjęta jako baza obróbkowa dla powierzchni B; ponieważ położenie tej powierzchni względem narzędzia skrawającego wyznaczone jest nie od powierzchni C, lecz od obrabianej jednocześnie z nią powierzchni A. Należy zauważyć, że zapewnienie uzyskania wymiaru B za pomocą nastawienia obrabiarki względem bazy stykowej C doprowadza do przedłużenia 11 — Puff — Technologia procesu technologicznego, gdyż należałoby obróbkę tego przedmiotu wykonać w dwóch operacjach, co podwyższyłoby koszty wykonania. Z tych względów bazy obróbkowe sprzężone są szeroko stosowane przy pracy na obrabiarkach nastawianych. Według baz sprzężonych narzędzie lub zespół narzędzi przechodzi od jednej obrabianej powierzchni do drugiej zgodnie z podanym na rysunku wymiarem określającym odległość między nimi. Bazą nastawczą nazywamy powierzchnię lub linię obrabianego przedmiotu (np. linię wytrasowaną), według której odbywa się ustawienie przedmiotu na obrabiarce i kontrola tego ustawienia. Do najprostszych baz nastawczych należy zaliczyć linię lub punkty wytrasowane, które służą do ustawienia przedmiotu bezpośrednio na obrabiarce. Przykład zastosowania bazy nastawczej do operacji wytaczania otworów na łożyska wału korbowego przedstawiono na rys. 5.14. Dla zabezpieczenia, rów- A A Rys. 5.14. Zastosowanie bazy nastawczej do ustawienia bloku silnika w celu wytoczenia otworu łożyskowego noległości osi wytaczanych otworów łożyskowych względem powierzchni A, która jest powierzchnią styku bloku cylindrowego z ramą, ramę ustawia się na klockach C, sprawdzając dokładnie położenie powierzchni A, która w tym przypadku jest bazą nastawczą. Jak widzimy, dokładność powierzchni oporowej B nie ma wpływu na dokładność obróbki. Natomiast powierzchnia A musi być dokładnie obrobiana. Niekiedy jako bazę nastawczą można przyjąć powierzchnię nieobrobioną. Na przykład ustawiając przedmiot w uchwycie czteroszczękowym wykorzystuje się powierzchnie surowe, które w danej operacji mają być obrobione. Podobny przypadek wykorzystania powierzchni nieobrobionych jako bazy nastawczej mamy, gdy np. w dużym i kosztownym odlewie zachodzi obawa niewłaściwego wykonania otworu. Chcąc uchronić odlew przed zabrakowaniem, ustawiamy go według wspomnianego nieobrobionego otworu tak, aby pozostały minimalne naddatki na obróbkę pozostałych powierzchni. Z przykładów omówionych można wywnioskować, że bazy nastawcze są stosowane w produkcji jednostkowej i małoseryjnej. I tak jest rzeczywiście. Obróbka przedmiotów wg baz obróbkowych nastawczych jest stosowana do obróbki przedmiotów dużych, ustawianych bezpośrednio na obrabiarce, gdyż nie wymaga to złożonych przyrządów, które są niezbędne przy stosowaniu innych baz. Bazy obróbkowe w odniesieniu do gotowego przedmiotu można podzielić na właściwe i zastępcze. Bazą obróbkową właściwą nazywamy taką bazę, której położenie względem powierzchni obrabianej ma istotne znaczenie dla pracy danej części w zespole. Na przykład przy wykonywaniu uzębień bazą obróbkową właściwą będzie powierzchnia otworu w piaście koła zębatego, która jednocześnie jest bazą montażową i która jest powiązana warunkiem współosiowości z. uzębieniem (kołem podziałowym). Jak wynika z definicji i z przytoczonego przykładu, baza właściwa jest jednocześnie bazą konstrukcyjną i montażową i jest powiązana z powierzchnią obrabianą wymiarem lub warunkiem określającym wzajemne położenie (np. warunkiem równoległości, współosiowości, prostopadłości itp.). Przy stosowaniu baz właściwych jako baz obróbkowych, żądany wymiar, który wiąże pomiędzy sobą bazy konstrukcyjne, otrzymuje się bezpośrednio bez żadnych przeliczeń. Jest to wielką zaletą, gdyż istnieje możliwość całkowitego wykorzystania przy obróbce ustalonej przez konstruktora tolerancji, co bardzo upraszcza samą obróbkę i tym samym obniża jej koszty. Bazą zastępczą nazywamy taką bazę obróbkową, której położenie w stosunku do powierzchni obrabianej nie ma zasadniczego znaczenia dla przedmiotu gotowego. Przykład zastosowania bazy zastępczej przedstawiono na rys. 5.15. Dla uzyskania żądanego przez konstruktora wymiaru a (rys. 5.15a) na- Rys. 5.15. Zastosowanie baz zastępczych przy frezowaniu rowka o kształcie i wymiarach jak na rys. a) leżałoby przyjąć powierzchnię B jako bazę obróbkową, która wtedy byłaby bazą właściwą, co wpływałoby na wykorzystanie przy obróbce całej tolerancji wymiaru a. Przyjęcie takiego założenia spowoduje konieczność wykonania dość skomplikowanego przyrządu niewygodnego w obsłudze, w którym docisk byłby od dołu (tzn. płaszczyzną zamocowania byłaby powierzchnia C na rys. 5.15b). Z tych względów najczęściej przyjmuje się jako zastępczą bazę obróbko wą powierzchnię C, a wymiar konstrukcyjny a osiąga się w dwóch zabiegach. Najpierw obrabia się powierzchnię B na wymiar b wystawiony od zastępczej bazy obróbkowej C (rys 15.5c), a następnie wykonuje się rowek o kształcie jaskółczego ogona z warunkiem uzyskania wymiaru c, który poprowadzony jest od bazy zastępczej (rys. 5.15d). W tym przypadku wymiar a otrzymuje się jako wymiar zamykający łańcucha wymiarowego: b—c — a = 0, czyli: a = b — c. Jak wiadomo, tolerancja wymiaru zamykającego równa jest sumie wymiarów składowych, tj.: Ta = Tb4-Tc. Z tych względów dokładność wykonania wymiarów b i c musi być większa niż dokładność ustalona przez konstruktora, niezbędna dla prawidłowej pracy tej części w mechanizmie. Przy stosowaniu baz zastępczych należy zwrócić uwagę, że rzeczywista dokładność wymiarów wystawionych od baz właściwych będzie zależała nie tylko od dokładności uzyskanych wymiarów składowych danego łańcucha wymiarowego, lecz także od kształtu powierzchni przyjętych za bazy zastępcze i dokładności ich wykonania. W poszczególnych przypadkach może się okazać, że zacieśnienie tolerancji będzie tak duże, że zastosowany sposób obróbki może okazać się niewystarczający i trzeba przejść na bardziej dokładne sposoby obróbki lub zmienić konstrukcje przedmiotu w taki sposób, że nie będzie trudności przy obróbce z zastosowaniem baz pomocniczych. Rys. 5.16. Zastosowanie baz zastępczych przy frezowaniu wycięcia w płytce Poniżej przedstawiono tok postępowania w takich przypadkach. W płytce przedstawionej na rys. 5.16a należy wykonać wycięcie o wymiarach 25+0'1 i 5+0,1. Przeważnie będzie to operacja frezerska — na frezarce poziomej lub pionowej. Z uwagi na postawione wymiary należałoby przyjąć jako bazy za- sadnicze powierzchnie C i D. Założenie to miałoby wady, o których była mowa poprzednio. Z tych też względów zastosowano bazy zastępcze A i B, co wymaga obliczenia wymiarów od tych baz. Wymiar 45_01 jest wymiarem istniejącym, zaś wymiar 25+0,1 jest wymiarem żądanym, musi być więc spełniony następujący warunek: 45_o.i= 25+0- skąd: *S = 20:2;}. Widzimy więc, że osiągnięcie wymiaru 20i;|!;J jest niemożliwe, gdyż jego tolerancja równa jest zeru. Jedynym, możliwym rozwiązaniem jest zmniejszenie tolerancji wymiaru 45. Jeżeli w poprzedzających operacjach wykonamy płytkę o wymiarze 45_0>05, zamiast o wymiarze 45_M, wówczas mamy warunek: wtedy: lub: 19,95 _ (^05 • Osiągnięcie takiego wymiaru jest możliwe. Podobnie postępujemy dla określenia wymiaru podstawionego do bazy B: 15_0jo8— ^tjj — 5+0,1, stąd: Y"2 _ i n-o,08 V — •lu-o,i • Wobec zbyt wąskiej tolerancji wymiaru „10" należy zacieśnić tolerancję dla wymiaru „15" z 15_0 08 na 15_00S i wówczas otrzymujemy: 15-0,05-^ =5+0-1, Y*t = lOlJJ;?5 lub: = 9,95_00S. Na rys. 5.16b przedstawiono ostateczne rozwiązanie dla płytki z nowymi wymiarami. Omówiony przykład ilustruje konieczność zacieśnienia tolerancji wykonania przy zmianie baz, to jest przy przejściu od baz właściwych, które są jednocześnie bazami konstrukcyjnymi, do baz zastępczych. Należy podkreślić, że zacieśnienie tolerancji ma znaczenie wyłącznie technologiczne i obowiązuje tylko w operacjach ze sobą związanych. Tak np. kontrola międzyoperacyjna posługuje się sprawdzianami o zacieśnionych tolerancjach, a kontrola osta- teczna używa sprawdzianów o wymiarach przedstawionych na rysunkach konstrukcyjnych. W klasyfikacji baz przedstawionej na rys. 5.10, wśród baz obróbkowych rozróżnia się bazy wyjściowe (bazy do pierwszej operacji) oraz bazy do dalszych operacji. Bliższe wyjaśnienie tych pojęć będzie przedstawione w p. 5.4 — zasady wyboru baz.
Sposoby ustalania przedmiotów do obróbki. Dokładność ustalania
Zasady ustalania przedmiotów obrabianych
W każdej operacji lub zabiegu przedmiot musi być jednoznacznie ustawiony na obrabiarce. Na ustawienie składają się dwie czynności: ustalenie, to jest określenie położenia na obrabiarce w stosunku do drogi ruchu roboczego narzędzia, oraz zamocowanie. W pewnych przypadkach (np. przy szlifowaniu bezkłowym) przedmiot może być obrabiany bez mocowania. Ustalenie przedmiotu bezpośrednio na obrabiarce bądź też w przyrządzie lub w uchwycie wpływa na obrabiane powierzchnie, a tym samym dokładność ustalenia ma wpływ na dokładność obróbki. Sposób ustalenia przedmiotu wiąże się z koniecznością wykonania pewnych czynności o charakterze pomocniczym, czas trwania których wpływa na czas wykonania operacji, a więc i techniczną normę czasu operacji. Pod określeniem ustalenie lub usytuowanie czy umiejscowienie przedmiotu należy rozumieć nadanie mu jednoznacznego położenia względem obrabiarki (a więc umiejscowienie w przestrzeni) i narzędzia lub ruchu roboczego narzędzia. Jak wiadomo z mechaniki ogólnej, każdy przedmiot w przestrzeni ma 6 stopni swobody. Jeżeli przedmiot odniesiemy do układu trzech wzajemnie prostopadłych osi współrzędnych (rys. 5.1), to może on przesuwać się w jednym z tych trzech kierunków x, y, z (lub w dowolnym kierunku wypadkowym) lub obracać się dookoła osi równoległych do tych kierunków. III | z Eys. 5.1. Sześć stopni swobody ciała w przestrzeni Ustalenie przedmiotu przy obróbce lub w montażu wiąże się z pozbawieniem go jednego, kilku lub wszystkich stopni swobody. Aby pozbawić przedmiot jednego (lub kilku) z sześciu stopni swobody, należy przedmiot docisnąć do odpowiednich punktów obrabiarki, uchwytu lub przyrządu. Każdy z tych punktów pozbawia jednego stopnia swobody. Chcąc zatem pozbawić przedmiot wszystkich stopni swobody, trzeba go oprzeć w sześciu punktach. Tak np. przedmiot położony płaską powierzchnią na płaszczyźnie stołu obrabiarki lub przyrządu (płaszczyzna x, y) ma odebrane trzy stopnie swobody (trzy punkty nieleżące na jednej prostej tworzą płaszczyznę), a więc może obracać się dookoła osi z i przesuwać w kierunku osi x i y (rys. 5.2). Nie może natomiast przesuwać się w kierunku osi z, czemu przeciwdziała siła dociskająca do stołu obrabiarki lub własny ciężar oraz zmieniać swego położenia naokoło osi x i y. Gdy chcemy podobnemu przedmiotowi, jaki przedstawiono na rys. 5.2, odebrać dalsze trzy stopnie swobody musimy go oprzeć o dalsze trzy punkty, przy czym dwa z nich powinny leżeć w jednej płaszczyźnie (y, z), a trzeci w x, z, tak jak to przedstawia rys. 5.3. Rys. 5.3. Schemat ustalania przedmiotu o kształcie prostopadłościanu w przestrzeni Podobnie przedstawia się sprawa z przedmiotami o kształcie walca, które najłatwiej ustala się na pryzmach. Wałek ustawiony na pryzmie ma odebrane 4 stopnie swobody: 1, 2, 3, 4 (rys. 5.4). Chcąc ograniczyć dalsze stopnie swobody, a więc przesunięcie wzdłuż osi oraz obrót wokół tej osi, musimy dać punkt oporu 5 oraz opór 6 (np. wpust ustawiony w odpowiedni rowek na wałku). Przez analogię możemy powiedzieć, że tuleja zamocowana na trzpieniu (rys. 5.5) ma odebrane 4 stopnie swobody i może przesuwać się wzdłuż swojej osi i obracać naokoło tej osi. Jeżeli przedmiotowi zostanie odebrany dwukrotnie ten sam stopień swobody, wtedy występuje tzw. przestalenie. Najprostszym przykładem przestalenia są dwa nakiełki, ponieważ do ustalenia wykorzystano dwie powierzchnie stożkowe, z których każda pozbawia przedmiot pięciu stopni swobody. Aby jednak podwójne ograniczenie tego samego stopnia swobody nie miało wpływu na dokładność obróbki, jest rzeczą konieczną, żeby powierzchnie ograniczające ten sam stopień swobody znajdowały się w ściśle określonym względem siebie położeniu. Taki warunek wpływa na podwyższenie kosztu wykonania. Natomiast niezachowanie tego warunku może wpłynąć na nie- Rys. 5.4. Schemat ustalania przedmiotu o kształcie walca: a) ustawienie w pryzmie, b) schemat rozstawienia elementów oporowych pryzmy, c) przestrzenne przedstawienie ustalania walca w pryzmie właściwe ustalenie przedmiotu (a więc wpłynie na zmniejszenie dokładności obróbki) lub jego odkształcenie. Na przykład bardzo często korbowód ustala się w sposób przedstawiony na rys. 5.6, to znaczy na powierzchni czołowej AA główek (związane 3 stopnie Rys. 5.6. a) przykłady właściwego ustalenia, b) c) przykłady przestalenia swobody) powierzchni otworu B za pomocą krótkiego kołka (związane 2 stopnie swobody) i kołka oporowego C (związany 1 stopień swobody). Jeżeli zamiast krótkiego kołka do ustalenia zastosujemy długi kołek, który zwiąże 4 stopnie swobody, to przy braku prostopadłości osi otworu B do powierzchni czół nastąpi ugięcie kołka (rys. 5,6c) lub odkształcenie korbowodu (rys. 5.6b). Przykład ten wskazuje, że przestalania należy na ogół unikać i stosować tylko w wyjątkowych przypadkach. Eóżne operacje wymagają pozbawienia przedmiotu różnej liczby stopni swobody. Struganie np. płaszczyzny płytki (rys. 5.7), przy zachowaniu warunku równoległości tej płaszczyzny do podstawy, wymaga dla ustalenia położenia przedmiotu pozbawienia go trzech stopni swobody. Natomiast wykonanie rowka równoległego do jednego z boków płytki (rys. 5.8) wymaga pozbawienia pięciu stopni swobody, a wiercenie otworu, którego oś jest oddalona Rys. 5.5. Pozbawienie czterech stopni swobody tulei osadowej na trzpieniu od krawędzi płytki, o pewne określone wielkości (rys. 5.9), wymaga pozbawienia płytki wszystkich stopni swobody. Przy ustalaniu przedmiotu na obrabiarce lub w przyrządzie należy rozróżnić trzy powierzchnie, którymi przedmiot styka się z odpowiednimi elementami obrabiarki lub przyrządu. Są to powierzchnie: ustalające, oporowe, zamocowania. Powierzchnie ustalające U są to powierzchnie, których zetknięcie z odpowiednimi elementami ustalającymi przyrządu lub obrabiarki nadaje przedmiotowi żądane, jednoczesne położenie w kierunku wymiarów uzyskiwanych w danej operacji lub zabiegu. Na przykład dla struganej płytki (rys. 5.7), gdy chcemy osiągnąć wymiar h, powierzchnią ustalającą będzie płaszczyzna podstawy płytki stykającej się z powierzchnią stołu obrabiarki. Podobnie powierzchnią ustalającą będzie podstawa płytki, w której frezujemy rowek (rys. 5.8), jeżeli ważne jest osiągnięcie wymiaru a. Natomiast w przypadku wiercenia otworu, którego oś ma określone położenie od krawędzi płytki, powierzchniami ustalającymi będą płaszczyzny boczne płytki, a podstawa będzie powierzchnią oporową. Rozróżniamy powierzchnie ustalające główne i pomocnicze. Powierzchnią ustalającą główną nazywamy taką powierzchnię, która przy ustaleniu nią przedmiotu odbiera temu przedmiotowi co najmniej trzy stopnie swobody. Główną powierzchnią ustalającą może być: większa płaszczyzna (ustalenie nią odbiera trzy stopnie swobody), dłuższa powierzchnia walcowa (odbiera cztery stopnie swobody), — powierzchnia stożkowa (pięć stopni swobody) itp. Powierzchnia ustalająca pomocnicza odbiera przedmiotowi dwa lub jeden stopień swobody. Powierzchnie oporowe O są to te powierzchnie, których zetknięcie z elementami oporowymi obrabiarki lub przyrządu nadaje przedmiotowi określone położenie w kierunkach nie związanych z wymiarami osiąganymi w danej operacji. Na przykład będzie to, wspomniana już, powierzchnia podstawy płytki (rys. 5.9) lub powierzchnia boczna płytki opierająca się o opory 4, 5 (rys. 5.8). Powierzchnie zamocowania Z są to powierzchnie, które stykają się z elementami mocującymi uchwytu lub przyrządu bądź odpowiednimi urządzeniami (jak np. dociski) mocującymi przedmiot bezpośrednio na obrabiarce. Na rysunkach 5.7 i 5.8 strzałkami określono kierunek działania sił mocujących przedmiot, a tym samym i powierzchnie zamocowania. Z pojęciem ustalania przedmiotu łączy się zagadnienie bazy, przy czym zagadnienie to należy rozpatrywać nie tylko w zastosowaniu do opracowania procesu technologicznego części maszyn i jego realizacji, ale również w powiązaniu z konstrukcją i montażem.
Zasady wyboru baz obróbkowych
Wybór baz obróbkowych sprowadza się do określenia baz do pierwszej operacji (zwanych inaczej bazami wyjściowymi i zgrubnymi lub wstępnymi) oraz baz do dalszych operacji. Bazy do pierwszej operacji nie mogą być dokładne z uwagi na to, że są nieobrabiane, ale mimo to służą one jednak do uzyskania dokładnych baz, które będą stosowane do dalszych operacji. Z tych względów przed wyborem bazy do pierwszej operacji należy dokładnie przeanalizować sposób wykonania surówki lub materiału wyjściowego i ich kształt. Powierzchnie bazowe powinny być możliwie równe i czyste, bez śladów po obciętych nadlewach, wypływkach itp. O ile to możliwe w odlewach należy wybierać jako bazy powierzchnie znajdujące się w czasie zalewania na dole. Powierzchnie te są mniej porowate i bardziej gładkie. Poza tym należy wybierać przede wszystkim te powierzchnie, które są możliwie najdokładniej rozmieszczone względem pozostałych. Z tego powodu np. dla odlewów jako bazę dla pierwszej operacji wybieramy powierzchnię zewnętrzną, a nie otwór, który wykonany przy użyciu rdzeni może być skrzywiony lub przesunięty. Prócz tego jako bazy zgrubne powinny być wybierane powierzchnie dostatecznie duże, a to w celu zmniejszenia wpływu miejscowych niedokładności. Poza tymi ogólnymi wytycznymi przy wyborze baz do pierwszej operacji obowiązują dwie zasady. Dla przedmiotów niecałkowicie obrabianych jako bazy należy przyjmować te powierzchnie, które pozostaną nieobrobione. W ten sposób zapewnia się ich najmniejsze przesunięcie w stosunku do powierzchni obrabianych. Jeżeli przedmiot ma kilka powierzchni nieobrobionych, jako bazę do pierwszej operacji przyjmuje się powierzchnię, która może mieć najmniejsze przesunięcie w stosunku do powierzchni obrabianych. Zagadnienie to wyjaśniono na rys. 5.22. Jeśli jako bazę do obróbki w pierwszej operacji przyjmuje się powierzchnię B (rys. 5.22a), która w dalszej kolejności ma być obrabiana, zamiast powierzchni A, która ma pozostać surowa, to otrzymamy przedmiot przedstawiony na rys. 5.22b, czyli położenie powierzchni A będzie niewłaściwe. Dla przedmiotów całkowicie obrabianych jako bazy należy przyjmować powierzchnie o najmniejszych naddatkach na obróbkę, co zapewnia lepsze warunki obróbki pozostałych powierzchni, bowiem przez to pozostaną większe naddatki na usunięcie ewentualnych błędów wykonania powierzchni Obrabianych w następnych operacjach. Od tych zasad odstępuje się tylko w tych przypadkach, gdy ich realizacja uniemożliwiona jest ze względu na kształt przedmiotu lub nadmiernie złożony przyrząd. Przy wyborze baz dla dalszych operacji należy pamiętać*, że bazą obróbkową nie może być w tym przypadku powierzchnia nieobrabiana, a więc powierzchnia przyjęta dla operacji pierwszej. Niedokładności powierzchni nieobrabianych są zbyt duże, aby w dwóch różnych zamocowaniach zapewnić wystarczająco dokładne ustalenie przedmiotu. b) 7ZZZZZZZL Eys. 5.22. Wpływ wyboru powierzchni ustalającej na poprawność wykonania przedmiotu : a) przedmiot dobry, b) przedmiot wykonany źle Poza tym należy kierować się następującymi wytycznymi: o ile to jest możliwe należy dążyć do tego, aby bazy obróbkowe pokrywały się z bazami konstrukcyjnymi i montażowymi (tj. powinny być bazami właściwymi). Dzięki temu unika się zbędnego zacieśnienia tolerancji wymiarów wchodzących w skład łańcucha wymiarowego; wybór baz musi być przeprowadzony nie tylko z uwzględnieniem żądanej dokładności wymiaru, lecz także powinien uwzględniać dokładność wzajemnego położenia powierzchni i osi; jako bazy ostateczne (to jest bazy, przy których uzyskujemy ostateczne wymiary) należy przyjmować te powierzchnie, od których stawiane są wymiary tolerowane, określające położenie powierzchni obrabianej, np. wybór baz obróbkowych dla wiercenia dwóch otworów w płytce przedstawionej na rys. 5.23. Zakładając, że wymiar h ma szeroką tolerancję, wybór bazy jest Eys. 5.23. Zasady doboru baz obróbkowych dla wykonania dwóch małych otworów Tablica 5.1 Oznaczenia Objaśnienia Oznaczenie powierzchni obrabianych Powierzchnie obrabiane oznacza się linią trzykrotnie grubszą od linii konturowej rysunku umieszczonego w instrukcji technologicznej Oznaczenia podpór Podpora stała i opór * Podpora regulowana Y Podpora samonastawna Y Podpora pryzmowa stała Y Podpora pryzmowa regulowana • Podtrzymka stała (luneta, okular) Podtrzymka ruchoma Uchwyty magnetyczne Oznaczenia sterowania mechanizmów mocujących P H E Oznaczenie zamocowania: P — zamocowanie ze sterowaniem pneumatycznym, H — zamocowanie ze sterowaniem hydraulicznym, E — zamocowanie ze sterowaniem elektrycznym Oznaczenie zamocowania bez litery oznacza sterowanie ręczne 0 4- ® Widok z dołu Docisk Widok z góry Położenie strzałki wskazuje miejsce i kierunek siły docisku Oznaczenia podpór i sterowania mechanizmów mocujących, zabieraków docisków wg PN 55/M-01152 Tablica 5.1. c.d. Oznaczenia Objaśnienia ® © Widok z dołu Docisk samonastawny (wahliwy) Widok z góry Położenie strzałki wskazuje miejsce i kierunek siły docisku t t Uchwyty szczękowe Liczba n postawiona z prawej strony oznaczenia docisku oznacza liczbę szczęk uchwytu mocującego Liczba n obwiedziona kółkiem postawiona z prawej strony oznaczenia docisku oznacza liczbę szczęk przetoczonych lub przeszlifowanych uchwytu mocującego Na miejsce litery y postawionej z lewej strony oznaczenia docisku należy wstawić oznaczenie rodzaju sterowania mechanizmu mocującego Uchwyty sprężynujące (trzpienie i tuleje) Znak umieszczony na powierzchni zewnętrznej przedmiotu oznacza tuleję sprężynującą. . Znak umieszczony na powierzchni wewnętrznej przedmiotu (w otworze) oznacza trzpień rozprężny. Oznaczenie litery y jak w poprzednim znaku O Zamocowanie na trzpieniu stałym lub zamocowanie w oprawce stałej. Położenie znaku oznacza powierzchnię osiującą < Kieł stały Znak zwrócony ostrzem w stronę przedmiotu oznacza kieł zewnętrzny Znak zwrócony ostrzem od przedmiotu oznacza kieł wewnętrzny Oznaczenia części osiujących oraz zabieraków, docisków i uchwytów Tablica 5.1 c d. Oznaczenia części osiujących oraz zabieraków, docisków i uchwytów Kieł obrotowy Znak zwrócony ostrzem w stronę przedmiotu oznacza kieł zewnętrzny. Znak zwrócony ostrzem od przedmiotu oznacza kieł wewnętrzny 1 Zabierak chomątkowy Zabierak samozakleszczający zewnętrzny Zabierak czołowy Zabierak rowkowany Znak zwróć ony ostrzami w stronę przedmiotu oznacza zabierak zewnętrzny. Znak zwrócony ostrzami od przedmiotu oznacza zabierak wewnętrzny Tablica 5.2 Przykłady zastosowań oznaczeń podpór Oznaczenia Objaśnienia xl 1 x Oznaczenie podpory stałej i oporu x iii Oznaczenie podpory stałej i podpory regulowanej X 1 Y Y Oznaczenie podpór pryzmowycb stałych i oporu Oznaczenie podpory pryzmowej regulowanej, oporu i podpory pryzmowej stałej 12 — pufl — technologia 177 Tablica 5.2. c.d. Przykłady zastosowania docisków, uchwytów, części osiujących i zabieraków Oznaczenia Objaśnienia Zamocowanie w dwuszczękowym uchwycie (imadło maszynowe). Jedna podpora stała, jeden opór i docisk x—nr Zamocowanie dociskiem stałym i dociskiem samonastawnym. Jedna podpora stała, jedna podpora regulowana i opór i-, Jk k H— - + Zamocowanie ręczne na podporach pryzmowych stałych dwoma dociskami, jeden opór x 4> © Zamocowanie ręczne w przyrządzie na stole wiertarki dociskiem samonastawnym i dociskiem stałym — z góry. Podpora stała i opory I m Zamocowanie ręczne w przyrządzie na stole wiertarki, docisk z góry, podpora stała, trzpień stały Zamocowanie magnetyczne na stole szlifierki Zamocowanie kluczem ręcznym w uchwycie cztero szczękowym, szczękami zewnętrznymi Eys. 5.24. Płytka uzależniony od tego, który z wymiarów ma węższą tolerancję ax czy a2. Jeżeli jest to wymiar alf to wtedy bazą będzie powierzchnia A-A, przy czym otwór już obrobiony (duży otwór) osadzamy na kołku ściętym. Jeżeli natomiast jest to wymiar a%, jako bazę przyjmujemy otwór duży. Należy zwrócić uwagę, że w pierwszym przypadku kompensację wymiaru h uzyskujemy na ściętym kołku (rys. 5.23b), zaś w drugim za pomocą klina (rys. 5.23c); przy obróbce dokładnej należy dążyć do tego, aby wszystkie operacje były wykonywane przy tej samej bazie (zasada jedności baz). Jak już wspomniano, każda zmiana baz zmusza do zmiany granic dopuszczalnych odchyłek wymiarów pośrednich. Z tych względów zmiany baz mogłyby spowodować takie zacieśnienie tolerancji wymiarów pośrednich, że wynikłaby konieczność stosowania kosztownych sposobów obróbki. Warunek ten często komplikuje konstrukcję uchwytów i przyrządów. Dlatego też należy go stosować tylko w przypadku obróbki dokładnej oraz wtedy gdy nie jest sprzeczny z warunkiem, o którym była mowa w p.3; ustalając bazy obróbkowe należy wybierać takie powierzchnie, aby występowały najmniejsze odkształcenia przedmiotu obrabianego wskutek działania sił mocujących i sił skrawania. W tym celu powinny one być dostatecznie duże i znajdować się możliwie blisko powierzchni obrabianych. Przy opracowaniu dokumentacji technologicznej dla oznaczenia sposobu ustalania i mocowania stosuje się odpowiednie symbole ujęte normą PN-55/M-01152. W tablicy 5.1 przedstawiono sposoby oznaczania podpór oraz zabieraków, docisków podpór itp., a w tablicy 5.2 przykłady zastosowania tych symboli. Pytania i ćwiczenia kontrolne do rozdziału 5. Podać definicje pojęć „baza" wg klasyfikacji przedstawionej na rys. 5.10. Określić dla przedmiotów przedstawionych na rys. 5.8 i 5.9 bazy obróbkowe z podaniem bliższej ich charakterystyki wg klasyfikacji przedstawionej na rys. 5.10. Wyjaśnić jaka jest różnica między bazami „stykową" i „sprzężoną" i czy bazy te mogą być bazami właściwymi. W płytce ogrubości 50_0>2 należy wykonać rowek o przekroju prostokątnym o gru- bości 18+0-1 mm. Określić bazy obróbkowe oraz wymiar dla ustawienia freza (odp. 32lJ;55 — po zawężeniu tolerancji wymiaru „50" z 0,2 na 0,05). Wałek o średnicy 30+J'JI jest frezowany na jednym z końców na wymiar 16_0,i. Jaka będzie odchyłka ustalenia, jeżeli wałek jest ustawiony na pryzmie o kącie 90°. Płytka przedstawiona na rys. 5.24 ma być obrobiona zespołem frezów. Przyjmując, że powierzchnie A i B były obrobione w poprzednich operacjach, przedstawić nowe wymiary płytki potrzebne do wykonania tej operacji. Czy przy obrabianiu frezem walcowym należy zmieniać wymiarowanie płytki przedstawionej na rys. 5.24, jeżeli tak to w jaki sposób należy zmienić te wymiary ? (każde wybranie wykonujemy oddzielnie).