Ustalenie kątowe odgrywa bardzo ważną rolę, szczególnie w procesach technologicznych wykorzystujących konwencjonalne obrabiarki. Kwestia ustalenia kątowego przedmiotu obrabianego jest szczególnie widoczna w operacjach technologicznych frezowania i wiercenia. Zagadnienie ustalenia kątowego było już poruszane na łamach tego wortalu.  W poście pt. Ustalenie przedmiotu. Część 1. Bazowanie na otworze omówiono wykorzystanie kołka pełnego i ściętego do kątowego ustalenia palety w podsystemie transportowym. Dokładnie takie same zasady obowiązuję przy kętowym ustalaniu przedmiotu obrabianego. W artykule Bazy technologiczne w obróbce CNC odniesiono się do ustalania kątowego w przypadku obrabiarek CNC i wykorzystania ich właściwości, w tym sond przedmiotowych. Proces technologiczny z użyciem obrabiarek konwencjonalnych umożliwia przejrzyste, pełne zapoznanie się z różnego rodzaju zależnościami i relacjami między powierzchniami. W przypadku obrabiarek CNC pewne kwestie wydają się być ukryte, nie można ich dostrzec tak dobrze jak na obrabiarkach konwencjonalnych. Dlatego z edukacyjnego punktu widzenia warto jest realizować projekty procesów technologicznych z użyciem wyłącznie obrabiarek konwencjonalnych.

Ustalenie kątowe

Ustalenie kątowe odgrywa istotną rolę nie tylko przy frezowaniu i wierceniu, ale także przy dłutowaniu. Te trzy metody obróbkowe szczególnie wymagają analizy w kontekście ustalenia przedmiotu obrabianego. W obrabiarkach konwencjonalnych to uchwyt obróbkowy odpowiada za ustalenie kątowe (ilustracja 1 i 2), a w obrabiarkach CNC ustalenie kątowe realizuje się z wykorzystaniem kontroli obrotów napędu głównego, stołu uchylno-obrotowego oraz przy użyciu sondy przedmiotowej (ilustracja 3 i 4).

Ilustracja 1. Przykład uchwytu obróbkowego frezarskiego z ustaleniem kątowym.

Ilustracja 2. Uchwyt obróbkowy z ilustracji 1 z przedmiotem obrabianym. Na pierwszym planie ustawiak narzędziowy.

Uchwyt obróbkowy frezarski (ilustracja 1) do ustalenia kątowego wykorzystuje współpracującą parę kołków: pełnego i ściętego. Obrót wokół kołka pełnego jest odebrany poprzez kołek ścięty. Osie kołków są prostopadłe do powierzchni płaskiej. Powierzchnia ta stanowi główną stykową bazę obróbkową. Na ilustracji 2 pokazano ten sam uchwyt obróbkowy z ustalonym i zamocowanym przedmiotem obrabianym. Ustalenie następuje z użyciem głównej stykowej bazy obróbkowej oraz kołków pełnego i ściętego. Do zamocowania służą dwie łapy mocujące z nakrętkami zapewniającymi siłę docisku.

Widoczny na pierwszym planie ilustracji 2 ustawiak narzędziowy wykorzystywany był do ustawienia freza (tarczowego lub trzpieniowego/palcowego). Omawiany uchwyt obróbkowy służył do obróbki widocznego na ilustracji 2 rowka.

W przypadku omówionym na ilustracjach 1 i 2 ustalenie kątowe wynika z wzajemnego położenia otworów przedmiotu obrabianego (wykorzystanych pod kołki pełny i ścięty) a rowkiem, który jest równoległy do prostej przechodzącej przez środek otworów w przedmiocie.

Ilustracja 3. Przestrzeń obróbkowa 5-osiowego frezarskiego pionowego centrum obróbkowego CNC GF Machining Solutions Mikron Mill P 500 UD.

Ilustracja 4. Sonda przedmiotowa we frezarskim pionowym centrum obróbkowym CNC.

W przypadku obrabiarek CNC ustalenie kątowe realizowane jest w następujący sposób:

• poprzez kontrolę położenia wrzeciona (kontrola obrotu uchwytu trójszczękowego lub stołu uchylno-obrotowego);
• poprzez wykorzystanie sondy przedmiotowej do weryfikacji położenia przedmiotu obrabianego w przestrzeni roboczej i wprowadzenie modyfikacji w programie obróbkowym NC.

Przykłady zależności kątowych

Przykład 1

Na ilustracji 5 pokazano przykładową część klasy tuleja i tarcza. Na ilustracji zaznaczono niektóre wybrane powierzchnie zależne kątowo. Dodatkowo część tarczy ma kształt trójkąta równobocznego. W samej tarczy mam trzy otwory, które kątowo uzależnione są od trójkątnego kształtu tarczy. Po lewej stronie widać powierzchnie płaskie układające się względem siebie w kształt kwadratu. Oś poprzecznego gwintowanego otworu jest równoległa do jednych i prostopadłych do drugich powierzchni płaskich. Oś utworu poprzecznego przechodzi przez oś z jednego z trzech otworów w tarczy. Ta przykładowa część klasy tuleja i tarcza jest bardzo dobrym przykładem złożonych zależności wzajemnych położeń kątowych.

Ilustracja 5. Przykładowa część klasy tuleja i tarcza.

W procesie technologicznym części z ilustracji 5 z użyciem obrabiarek konwencjonalnych ustalenie kątowe na potrzeby wielu operacji technologicznych można zrealizować podobnie jak na ilustracji 1 (kołek pełny i ścięty). W tym celu otwór główny należy wykonać wstępnie z tolerancją pod pasowanie H9. Nie można otworu głównego wykonać na gotowo przed obróbką otworu poprzecznego. H9 jest to pasowanie wymagane pod kołek pełny i ścięty. Jeden z trzech otworów w tarczy należy obrobić z pod pasowanie H9 (wiercenie, rozwiercanie). Wówczas mamy możliwość zastosowania kołka pełnego i ściętego.

Jednak obróbka otworów w tarczy wymaga odmiennego podejścia. Kołek pełny współpracuje z powierzchnią otworu głównego, a pryzma dosuwna obejmuje powierzchnię zewnętrzna jednego wybranego rogu tarczy. W sytuacji kiedy powierzchnia zewnętrzna tarczy nie jest obrabiana (Rysunek konstrukcyjny a technologia. Jak czytać?) takie ustalenie z pryzmą dosuwną można zrealizować wyłącznie raz, zgodnie z zasadą doboru baz technologicznych. Powierzchnię surową można wykorzystać wyłącznie jeden raz w dane operacji technologicznej.

Przykład 2

Na ilustracji 6 pokazano kolejną część klasy tuleja i tarcza z rowkiem wpustowym wzdłuż osi głównego otworu części.

Ilustracja 6. Część klasy tuleja i tarcza z rowkiem wpustowym wzdłuż osi otworu głównego.

Część na ilustracji 6 można nazwać klasycznym przykładem zależności kątowej między otworami w tarczy a rowkiem wpustowym w otworze głównym wzdłuż jego osi. Szerokość rowka wpustowego wynosi 12H12, a to zbyt duże klasa dokładności by rowek wpustowy wykorzystać pod wpust pełniącego rolę kołka ściętego. W produkcji seryjnej dla procesu technologicznego, z obrabiarkami konwencjonalnymi, otwór oraz rowek wpustowy można wykonać w jednej operacji technologicznej przeciągania. Jednak by to było uzasadnione technologicznie trzeba zmienić wartość szerokości rowka z 12H12 na 12H9. Zmiana taka wymaga akceptacji ze strony konstruktora i/lub zleceniodawcy. Ustalenie kątowe do obróbki 4 otworów w tarczy polega na wykorzystaniu kołka pełnego w otworze głównym oraz kołka ściętego w rowku wpustowym.

W przypadku produkcji jednostkowej współcześnie stosuje się obrabiarki CNC metodę dłutowania do obróbki rowka wpustowego. Ustalenie kątowe realizuje się jak opisano powyżej dla obrabiarek CNC.

Przykład 3

Wałek na ilustracji 7 posiada powierzchnię płaską. W tym przypadku nie ma potrzeby ustalenia kątowego gdyż żadna inna powierzchnia nie jest w zależności kątowej.

Ilustracja 7. Przykładowy wałek.

Przedstawione powyżej przykłady pokazują, że w zależności od uwarunkowań konstrukcyjnych możemy mieć bardziej lub mnie złożone zależności kątowe wymuszające wykorzystanie ustalenia kątowego.

Źródła

• Feld M., Podstawy projektowania procesów technologicznych typowych części maszyn, WNT 2000
• Feld M., Uchwyty obróbkowe, WNT 2002
• Kapiński S., Skawiński P., Sobieszczański, Sobolewski J.Z., Projektowanie technologii maszyn, OWPW2002
• Puff T., Technologia budowy maszyn, PWN 1985
• Porembski J., Przyrządy i uchwyty obróbkowe. Podstawy teoretyczne i zasady projektowania, OWPW 1976
• Notatki własne autora.
• Dobrzański T., Przyrządy i uchwyty obróbkowe. Poradnik konstruktora, PWT 1956