Poniżej przedstawiono elementarne podstawy wybranych zagadnień z podjętego tematu. Uchwyty obróbkowe odgrywają kluczową role w UOPN. Obrazek wyróżniający przedstawia zastosowanie uchwytu trójszczękowego jako osi sterowanej w ramach obróbki 5-osiowej. Tradycyjnie tego typu uchwyty w technologicznym ujęciu klasyfikacyjnym to głównie uchwyty tokarskie i szlifierskie. Jednak pewna uniwersalność zastosowania i zwarta konstrukcja umożliwiają wykorzystanie uchwytów trójszczękowych na różnych obrabiarkach oraz stanowiskach pomiarowych (kontrola techniczna). Uchwyty szczękowe są najczęściej stosowanym rodzajem oprzyrządowania technologicznego do ustalania i mocowania przedmiotów w tokarkach. Obecnie stosowane tego typu uchwyty posiadają już zamocowanie mechaniczne, przy którym operator nie wykonuje żadnych czynności z tym związanych. Zaletą uchwytów trójszczękowych jest ich zdolność do samocentrowania ustalanego i mocowanego przedmiotu obrabianego.

Dobór uchwytów obróbkowych stanowi zadanie realizowane na etapie technologicznego przygotowania produkcji. W zakresie symboli stosowanych w dokumentacji procesu technologicznego odpowiednie informacje przedstawiono w Tuleja-proces technologiczny. Wprowadzenie. Ustalenie i zamocowanie to cele dla jakich stosuje się uchwyty obróbkowe. W przypadku tokarek uchwyt obróbkowy (np. uniwersalny uchwyt trójszczękowy) zapewnia również realizację ruchu roboczego przedmiotu obrabianego. Zastosowane symboli oraz ich umiejscowienia wskazują główną powierzchnię, za którą następuje zamocowanie przedmiotu oraz powierzchnie ustalające (ilustracja 1).

Ilustracja 1. Przykładowe oznakowania uchwytów obróbkowych do otworów na przykładzie części klasy tuleja.

Ilustracja 1.a przedstawia uchwyt trójszczękowy (liczba 3) oraz powierzchnię ustalającą jako powierzchnię czołową szczęk uchwytu. Uchwyty tego typu dedykowane są do powierzchni surowych (np. odlew, odkuwka). Ilustracja 1.b ukazuje uchwyt przeznaczony do mocowania na powierzchniach poddanych już wcześniejszej obróbce (obróbka zgrubna lub kształtująca). Odpowiednia gładkość powierzchni szczęk uchwytu trójszczękowego ma na celu minimalizowanie wystąpienia uszkodzenia powierzchni przedmiotu obrabianego. Ilustracja 1.c pokazuje zastosowanie trzpienia rozprężnego.

W przypadku ustalania przedmiotu obrabianego w uchwycie trójszczękowym istotną rolę odgrywa przesunięcie osi ciężkości względem osi uchwytu. Uchwyty są wyważane statycznie co w ujęciu dynamiki procesu skrawania nie jest rozwiązaniem najlepszym.

Błąd zamocowania dla danego wymiaru lub odchyłki zależy od zmiany położenia bazy w kierunku wymiaru lub odchyłki co wynika z kolei z oddziaływania sił mocujących. W ramach błędu zamocowania wyróżnia się:

• stykowe odkształcenia w miejscu styku powierzchni uchwytu i przedmiotu,
• przemieszczanie się elementów związane z odkształceniem powierzchni i powstałymi luzami,
• odkształcenia kształtu elementów przyrządu,
• odkształcenia kształtu przedmiotu obrabianego,
• niedokładności geometryczne elementów ustalających.

Zatem ustalenie i zamocowanie przedmiotu w uchwycie trójszczękowym wymaga uwagi. W przypadku obróbki np. części klasy tuleja w pierwszej operacji konieczne jest zamocowanie przedmiotu (półfabrykatu, np. odlew lub odkuwka) z wykorzystaniem powierzchni surowych, które ze względu na dokładności geometryczne wcześniejszych procesów technologicznych mogą być przyczyną błędu zamocowania (np. nadlew, ubytek, błąd kształtu)

Ilustracja 2 przedstawia przykład klasycznego uchwytu trójszczękowego o szczękach skonfigurowanych do powierzchni wewnętrznych.

Ilustracja 2. Uchwyt trójszczękowy firmy SCHUNK – stoisko podczas targów TOOLEX 2015 w Sosnowcu

Kolejnym przykładem jest uchwyt wieloszczękowy, w przypadku którego na symbolu w dokumentacji technologicznej powinna być liczba 6 zamiast 6. Uchwyty zaprezentowane na ilustracjach 2 i 3 są uchwytami bez tzw. przelotu. Zatem półfabrykat z prętu musi być uzyskany w wyniku pocięcia pręta na innych stanowisku.

Ilustracja 3. Uchwyt wieloszczękowy (6. szczękowy) firmy SHUNK – stoisko podczas targów TOOLEX 2015 w Sosnowcu

Za najważniejszy element w uchwytach obróbkowych wieloszczękowych należy uznać same szczęki (twarde, miękkie, jednolite, dzielone). Za podstawowe uznaje się szczęki twarde jednolite (uchwyty z mechanizmem spiralnym o znacznych zakresach przesunięć szczęk). W przypadku uchwytów o mocowaniu mechanicznym, w którym zakresy przesunięć szczęk są niewielkie (nawet poniżej 10 mm) można stosować tzw. szczęki dzielone, w których część dolna szczęki (twarda) jest na stałe związana z uchwytem. Górna część jest ustalona z reguły na rowku w pierwszym dolnym komponencie i do niej zamocowana. szczęki miękkie zaleca się do stosowania przy mocowaniu przedmiotów z obrobioną już powierzchnią, czy części cienkościennych. Zaletą szczęk miękkich (stal ulepszana cieplnie, stopy aluminium, tworzywa sztuczne, także wzmacniane włóknem szklanym) jest to, że w przypadku szczęk dzielonych obniżają masę, tym samym wartość siły odśrodkowej [1]. Szczęki są komponentami wymiennymi.

Ciekawym rozwiązaniem są szczęki wahliwe, które są wykorzystywane do mocowania przedmiotów cienkościennych oraz podatnych na odkształcenia. Jednak takie rozwiązanie, podobnie jak wiele innych ma przede wszystkim charakter przyrządu technologicznego specjalistycznego lub specjalnego.

Jako uchwyty obróbkowe tokarskie stosuje się także trzpienie tokarskie m.in. rozprężne (ilustracja 4) oraz stałe (mocowanie na powierzchni czołowej przedmiotu poprzez dokręcenie nakrętki).

Ilustracja 4. Przykład trzpieni rozprężnych (firma KIPP Polska Sp. z o.o.)

Przedstawione na ilustracji 4 przykładowe trzpienie rozprężne są wykonane ze stali konstrukcyjnej oksydowanej. Śruba ze stożkiem wykonana jest ze stali do nawęglania utwardzanej dyfuzyjnie. Uzyskiwane siły mocujące w zależności od dedykowanych zakresów średnic wahają się od 1 do 44 kN. Rozprężenie elementów mocujących następuje poprzez dokręcanie śruby ze stożkiem.

Istnieje wiele konstrukcji trzpieni rozprężnych (tokarskie, z tuleją rozprężną, ze sprężynami krążkowymi, z wałeczkami, wkładkami płytkowymi).

Mocowanie przedmiotu z zastosowaniem trzpieni rozprężnych w przypadku toczenia polega na wykorzystaniu sił tarcia, a zatem istotną rolę odgrywa długość otworu na jakim działać będzie element rozprężny realizując siłę mocującą. Przy czym nie ma jednej żelaznej reguły. Przy toczeniu zarówno może się sprawdzić długość rzędu 4 średnic, a w przypadku szlifowania długość w zasadzie może być równa ułamkowi średnicy ze względu na niewielkie siły skrawania.

Opracowując proces technologiczny należy zdawać sobie sprawę z różnorodności technik ustalania i mocowania przedmiotu. Są to integralne zagadnienia należące do najtrudniejszych ze względu na zakres zagadnień.

Materiały źródłowe

1. Feld M., Uchwyty obróbkowe, WNT 2002
2. Dobrzański T., Przyrządy i uchwyty obróbkowe. Poradnik konstruktora, PWT 1956
3. Materiały handlowe firmy Kipp Polska Sp. z o.o.