Oprzyrządowanie technologiczne ma istotny wpływ na dokładność obróbki przedmiotu na obrabiarce. Ustalenie i zamocowanie przedmiotu to czynności obecne w każdej operacji technologicznej. Poruszone tu zagadnienie zaliczane są do trudniejszych ze względu na konieczność indywidualnego podejścia do każdej operacji. Ustalenie przedmiotu obrabianego, zamocowanie, w tym m.in. dobór baz obróbkowych to zagadnienie wieloczynnikowe. O poziomie trudności niech świadczy fakt, że trudno o dedykowane moduły czy programy CAD w zakresie projektowania oprzyrządowania technologicznego.

Ustalenie przedmiotu, zwane inaczej bazowaniem stykowym [Porembski 1976] to nadanie określonego położenia przedmiotu obrabianego na kierunkach mających znaczenie w procesie obróbki. Określone bazy stykowe przedmiotu stykają się z odpowiednimi elementami ustalającymi czy to przyrządu, czy to obrabiarki.

Z reguły przedmiotowi nie odbiera się wszystkich stopni swobody, tylko te, których odebranie jest konieczne do przeprowadzenia danej obróbki.

Ustalenie przedmiotu, czyli zetknięcie jego powierzchni bazowych z elementami oporowymi oprzyrządowania technologicznego nazywa się ustawieniem przedmiotu w przyrządzie [Porembski1976]. W przedmiocie obrabianym wyróżnia się następujące rodzaje powierzchni:

• bazy stykowe (powierzchnie ustalające),
• powierzchnie oporowe,
• powierzchnie zamocowania,

W oprzyrządowaniu technologicznym wyróżnia się elementy ustalające, oporowe oraz zamocowania.

Baza stykowa zaliczana jest do baz obróbkowych, czyli bazy technologicznej zdefiniowanej w procesie technologicznym dla przedmiotu obrabianego w celu określenia w przedmiocie danej powierzchni przy jej obróbce.

W przypadku stykowej bazy obróbkowej przedmiot obrabiany zostaje właściwie usytuowany w oprzyrządowaniu bez konieczności regulowania i weryfikacji poprawności jego położenia.

Baza stykowa, która po ustaleniu przedmiotu nie zmienia swojego położenia w istotnym kierunku ze względu na obróbkę przedmiotu nazywa się bazą stykową główną.

Otwory walcowe w przedmiocie obrabianym są stosowane do jego ustalania jako bazy stykowe główne lub bazy stykowe pomocnicze. Gdy otwór walcowy w przedmiocie obrabianym ma stanowić bazę stykową główną to element ustalający (np. kołek ustalający) powinien odbierać 4 stopnie swobody.

Bardzo często spotykanym rozwiązaniem (ilustracja 2) jest przypadek kiedy płaszczyzna przedmiotu obrabianego stanowi główną bazę stykową, a otwór walcowy jest bazą stykową pomocniczą. W tym rozwiązaniu element ustalający powinien odbierać 1 lub 2 stopnie swobody.

Na ilustracji 1 przedstawiono wybrane konstrukcje kołków ustalających. W artykule Ustalenie kątowe w procesie technologicznym opisano podstawowe zagadnienia związane z ustaleniem kątowym oraz omówiono kilka przykładów.

Pasowanie otworu i części walcowej kołka ustalającego podano na rys.1 i określono je jako H7/p6. Powierzchnie ustalające kołka powinny mieć chropowatość Ra1,25 (współcześnie wykonuje się Ra0,8). Kołki wykonywane są ze stali i hartowane do 50 HRC. Natomiast pasowanie otworu w przedmiocie obrabianem i kołka ustalającego to z reguły H9/g6.

Na ilustracji 2 przedstawiono rozwiązanie przytoczone powyżej, w którym dokładność ustalenia na kołku ustalającym zależy od:

• wartości luzu między powierzchnią otworu walcowego a powierzchnią elementu ustalającego,
• odchyłki prostopadłości osi otworu względem głównej bazy stykowej.

Poniższy wzór (na podstawie rys.2) stanowi największy błąd ustalenia przedmiotu ε :

Dla bardzo małych kątów β i jednocześnie niskich kołków ustalających wcześniejszy wzór można zapisać następująco:

gdzie λ to luz minimalny wyrażony wzorem:

Przyjmując wartość odcinka MN jako (równanie 4):

W przybliżeniu wysokość kołka ustalającego wynosi (równanie 5):

Kołki ustalające są dostępne handlowo lub projektowane i wykonywane na zamówienie.

Wyróżnia się kołki ustalające pełne (1 i 4 od lewej na ilustracji 1) oraz ścięte (2 i 3 na ilustracji 1). Kołki pełne współpracują z powierzchniami ustalającymi (otworami walcowymi) przedmiotu obrabianego całą swoją powierzchnią walcową. Kołek ścięty wyłącznie fragmentem powierzchni walcowych. Para kołek pełny i kołek ścięty wraz z płaszczyzną jako główną bazą stykową umożliwiają kątowe ustalenie przedmiotu w uchwycie obróbkowym. Na ilustracji 3 pokazano poglądowo współpracę kołka pełnego i ściętego. Nie pokazano elementów ustalających głównej bazy stykowej (płaszczyzny przedmiotu). W tym przypadku kołek ścięty odbiera tylko 1 stopień swobody, kołek pełny 2 stopnie swobody, a płaszczyzna 3.

Rozstawienie wzajemne otworów L ma określoną tolerancję symetryczną.

Przykłady wykorzystania kołków pełnego i ściętego

Parę kołków pełnego i ściętego stosuje się nie tylko w ustaleniu kątowym przedmiotów obrabianych ale także w innych przypadkach gdzie takie ustalenie jest wymagane. Na ilustracjach 4 i 5 przedstawiono zdjęcia EMM (Elastycznego Modułu Montażowego), wykorzystywanego w Zakładzie Automatyzacji Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem ITW WMT PW). Na zdjęcia EMM pokazany jest fragmentarycznie. Pokazano bazowanie palet w przestrzeni montażowej – właśnie z wykorzystaniem powierzchni jako bazy głównej oraz pary kołka pełnego i ściętego. Usytuowanie kołków pełnego i ściętego zaznaczono za pomocą czerwonych okręgów. Należy zwrócić uwagę na to jak kołek ścięty jest ustawiony względem pełnego – kołek ścięty działa na kierunku prostopadłym do prostej łączącej kołki. Paleta na stanowisku roboczym jest podnoszona, a para kołków pełnego i ściętego zapewnia ustalenie kątowe. Jednoznaczne ustalenie palety jest konieczne dla prawidłowego działania manipulatora lub robota przemysłowego w określonym układzie współrzędnych.

Na ilustracjach 6 i 7 pokazano przykład specjalnego uchwytu obróbkowego frezarskiego. Rowek (ścięcie) wykonywany jest w określonej orientacji kątowej względem dwóch otworów. W celu wykorzystania otworów do ustalenia kątowego by mogły one współpracować z parą kołków pełnego i ściętego muszą one być wykonane co najmniej w klasie tolerancji IT9.

Na ilustracji 7 przedstawiono powierzchnie ustalające – płaszczyznę jako główną bazę stykową oraz parę kołków pełnego i ściętego zapewniających jednoznaczne ustalenie kątowe.

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