3 ZASADY BAZOWANIA PRZEDMIOTU.doc

26

WYKŁAD 3

Zasady bazowania przedmiotów obrabianych. Bazy obróbkowe i zasady ich wyboru.

Zasady ustalania przedmiotów obrabianych.

             W każdej operacji lub zabiegu przedmiot musi być jednoznacznie ustawiony na obrabiar­ce. Na ustawienie składają się dwie czynności:

1- ustalenie, tj. określenie położenia na obrabiarce w stosunku do drogi

  ruchu roboczego narzędzia,

2-oraz zamocowania (w pewnych przypadkach część może podlegać obróbce bez mocowania np. przy szlifowaniu bezkłowym).

Pod określeniem ustalanie lub usytuowanie    przedmiotu należy rozu­mieć nadanie mu jednoznacznego położenia względem obrabiarki (a więc umiejscowienie w przestrzeni) i narzędzia lub narzędzia lub względem  ruchu roboczego narzędzia.

Ustalenie przedmiotu bezpośrednio na obrabiarce bądź też w przyrządzie lub uchwycie wpływa na obrabiane powierzchnie, a tym samym dokładność ustalenia ma wpływ na

dokład­ność obróbki.

Jak wiadomo z mechaniki ogólnej, każdy przedmiot w przestrzeni ma 6 stopni swobody.  Jeżeli przedmiot odniesiemy do układu trzech wzajemnie prostopadłych osi współrzędnych (rys. 3.1), to możne 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.

Rys. 3.1. Sześć stopni swobody ciała w przestrzeni.

Ustalenie przedmiotu przy obróbce lub 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, należy go oprzeć w sześciu punktach.

Tak np. przedmiot położony płaską powierzchnią na płaszczyźnie stołu obrabiarki lub przyrządu (płaszczyzna xy) ma odebrane trzy stopnie swobody (trzy punkty nie leżące na jednej prostej tworzą płaszczy­znę), a więc może obracać się dookoła osi „z" i przesuwać w kierunku osi „x" i „y" (rys. 3.2).

Nie można 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. 3.2, 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 przedstawiono na rys. 3.3

Ustalenia innych brył geometrycznych dokonuje się również za pomocą sześciu punktów oporowych. Przy ustalaniu  przedmiotu np. o kształcie walca, które najłatwiej ustala się na pryzmach. Wałek ustawiony na pryzmie ma odebrane 4 stopnie swobody: 1, 2, 3, 4 (rys. 3.4). 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. 3.5) ma ode­brane 4 stopnie swobody i może przesuwać się wzdłuż swojej osi i obracać się naokoło tej osi.

Przy obróbce często nie zawsze jest konieczne dokładne ustalenie po­łożenia części we wszystkich kierunkach układu współrzędnych. Na przy­kład przy zamocowaniu przedmiotu w uchwycie samocentrującym to­karki można nie ustalać położenia wałka w stosunku do jego własnej osi obrotu. Przy szlifowaniu powierzchni płytki położenie jej w kierunku obu współrzędnych poziomych nie ma żadnego wpływu na grubość płytki. Istotne znaczenie w tym wypadku ma tylko płaszczyzna główna.

Jeżeli przedmiotowi zostanie odebrany dwukrotnie ten sam stopień swobody, wtedy występuje tzw. przestalenie. Najprostszym przykładem przestałenia są dwa nakiełki, ponieważ do ustalania 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.

Na przykład bardzo często korbowód ustala się w sposób przedstawiony na rys. 3.6a, to znaczy na powierzchni czołowej AA główek (związane 3 stopnie 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 ustalania zastosujemy długi kołek, który zwiąże 4stopnie swobody, analogicznie do wałka ustalonego za pomocą pryzmy  to przy braku prostopadłości osi otworu B do powierzchni czołowej nastąpi ugię­cie kołka (rys. 3.6c) lub odkształcenie korbowodu (rys. 3.6b). Przykład ten wskazuje, że przestalenia należy na ogół unikać i stosować tylko w wyjątkowych przypadkach

Stosowanie nadmiernej liczby punktów oporowych, tj. więcej niż licz­ba konieczna do związania wszystkich części stopni swobody, może spo­wodować deformację obrabianej części lub wadliwe ustalenie jej położenia.

Slajd 6

Nadmierna liczba punktów oporowych nie ma ujemnego wpływu na prawidłowość ustalenia części tylko wtedy, gdy powierzchnie ustalające obrabianej części są wykonane z taką dokładnością, że nadliczbowe punk­ty oporowe dochodzą do styku z powierzchniami bazowymi ani nie zmie­niając położenia przedmiotu, ani nie powodując jego deformacji.

Na przykład przy obróbce płytki wskazanej na rys. 82, jeżeli powierzchni A-A jest obrobiona dostatecznie dokładnie, ustalenie na dwu płaskich progach będzie równie prawidłowe, jak i na 3 punktach oporowych. Przy pierw­szych operacjach jednak, gdy ustalenie jest dokonywane wg powierzchni surowych, z reguły stosuje się opory punktowe (rys. 83)  - kołki oporowe z kulistą powierzchnią oporową.

Rys.82 i 83

Dla zapobieżenia deformacjom przedmio­tu pod naciskiem narzędzia stosuje się ewentualnie pomocnicze opory regulowane, które doprowadza się do styku z powierzchnią bazową po ustaleniu i zamocowaniu przedmiotu obrabianego (rys. 84).

Rys.84 i 85 opory regulowane. Zastosowanie nadlewów jako pomocniczych powierzchni ustalających.

Zastosowanie płaszczyzn zamiast punktów oporowych zwiększa sztyw­ność układu i umożliwia stosowanie bardziej intensywnej obróbki. Stąd przy obróbce odlewów o nieregularnych kształtach, jak np. bloków cylindrowych (rys. 85), przewiduje się specjalne nadlewki A, które podlegają obróbce w pierwszych operacjach, przy bardzo niewielkich warstwach zbieranych, oraz służą jako powierzchnie ustalające przy dalszej ob­róbce.

Różne operacje wymagają pozbawienia przedmiotu różnej liczby stopni swobody.

Struga­nie np. płaszczyzny płytki (rys. 3.7), przy zachowaniu warunków równoległości tej płaszczyzny do podstawy, wymaga do ustalenia położenia przedmiotu pozbawienia go trzech stopni swobo­dy. Natomiast wykonanie rowka równoległego do jednego z boków płytki (rys. 3.8) wymaga pozbawienia pięciu stopni swobody, a wiercenie otworu, którego oś jest oddalona od krawędzi płytki, o pewne określone wielkości (rys. 3,9), 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 ( u)

- oporowe, ( o)

-zamocowania.( z )

Powierzchnie ustalające U są to powierzchnie obrabianej części,których zetknięcie z odpowiednimi ele­mentami ustalającymi przyrządu lub obrabiarki nadaje przedmiotowi żądane, jednoznaczne po­łożenie w kierunku wymiarów uzyskiwanych w danej operacji lub zabiegu. Na przykład dla struganej płytki (rys.3.7), 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. 3.8), 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 ustalania nią przedmiotu, odbiera temu przed­miotowi co najmniej trzy stopnie swobody.

Główną powierzchnią ustalającą może być:

- większa płaszczyzna (ustalanie nią odbiera trzy stopnie swobody),

- dłuższa powierzchnia walcowa (odbiera cztery stopnie swobody),

- powierzchnia stożkowa (pięć stopnie swobody).

Powierzchnia ustalająca pomocnicza odbiera przedmiotowi dwa lub jeden stopień swobody.

              Powierzchnie oporowe O są to 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, powierzchnia pod­stawy płytki (rys. 3.9) lub powierzchnia boczna płytki opierająca się o opory 4 i 5 (rys. 3.8).

              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 3.7, 3.8 i 3.9 strzałkami określono kieru­nek działania sił mocujących przedmiot, a tym samym i powierzchnie zamocowania.

Klasyfikacja baz.

Powierzchnie, linie lub punkty półwyrobu, wg  których orientuje się część przy ustaleniu, nazywa się powierzchniami bazowymi lub bazami, a cały zabieg ustalania wg baz — bazowaniem.

Zgodnie z normą PN-64/M-01151, bazą (przy określaniu w przedmiocie położenia jakiegoś punktu linii lub powierzchni) jest każ­dy punkt, linia lub powierzchnia przedmiotu, względem których położe­nie innego rozpatrywanego punktu, linii lub powierzchni określone zo­staje w sposób bezpośredni.

Zespoły baz są to wszystkie jednocześnie występujące bazy jakiegoś punktu, linii lub powierzchni przedmiotu.

Baza konstrukcyjna jest to baza przyjęta przy konstru­owaniu wyrobu w celu określenia położenia w przedmiocie, wchodzącym w skład tego wyrobu, jakiegoś punktu linii lub powierzchni, w sposób uwarunkowany prawidłowością współpracy tego przedmiotu z innymi przedmiotami w wyrobie.

          Formułując to inaczej bazą konstrukcyjną nazywa się powierzchnię, linię lub punkt, wg których ustala się odpowiednio do założeń konstruk­tora położenia danej części w zespole w stosunku do innych części, a w sa­mej części określenie wzajemnego położenia powierzchni, linii i punk­tów.

Od tych baz z reguły stawia się wymiary na rysunkach  konstrukcyj­nych.       Zwraca się uwagę na to, że bazami konstrukcyjnymi mogą być za­równo elementy rzeczywiste istniejące w danej części, jak również osie symetrii, osie otworów, wałków itp. elementy wyobrażalne.

Baza produkcyjna jest to baza przyjęta w pro­cesie produkcyjnym przedmiotu w celu określenia położenia w przedmio­cie jakiegoś punktu, linii lub powierzchni w sposób uwarunkowany spo­sobem wytwarzania przedmiotu i całego wyrobu, w skład którego wcho­dzi przedmiot.

Bazy produkcyjne ze względu na ich znaczenie można podzielić na właściwe i zastępcze oraz ze względu na przeznaczenia — na technologicz­ne i kontrolne.

Bazy produkcyjne są właściwe, jeżeli pokrywają się z pojęciem baz konstrukcyjnych, tj. są potrzebne nie tylko dla przeprowadzenia procesu technologicznego, ale mają istotne znaczenie dla konstrukcji, W takich przypadkach żądany wymiar otrzymuje się bez żadnych przeliczeń i moż­na wykorzystać cały zakres tolerancji danego wymiaru, przewidziany przez konstruktora.

Jednak w wielu przypadkach konstrukcja przedmiotu uniemożliwia zastosowanie bazy produkcyjnej właściwej lub też wymagałaby budowy bardzo skomplikowanych i niewygodnych przyrządów obróbkowych. Wówczas stosuje się bazy produkcyjne zastępcze.

Np. 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.).

Bazami produkcyjnymi zastępczymi nazywa się te płaszczyzny, któ­rych położenie względem powierzchni obrabianej w gotowym przedmio­cie nie ma bezpośredniego znaczenia i które wskutek tego mogłyby być obrobiane z mniejszą dokładnością lub nawet pozostać nieobrobione

Na przykład przy frezowaniu rowka o kształcie jaskółczego ogona rys.3.13, gdzie ważny jest wymiar a, można posługiwać się bazą właściwą B, co wpływałoby na wy­korzystanie przy obróbce całej tolerancji wymiaru „a" zgodną z bazą konstrukcyjną, jednakże jest wówczas konieczne za­stosowanie bardzo niewygodnego i mało wydajnego przyrządu z dociskiem do płaszczyzny B.

W praktyce w tym przypadku bazę właściwą zastępuje się bazą za­stępczą C, przy czym wymiar a jest różnicą wymiarów b i c i  osiąga się w dwóch zabiegach. Najpierw obrabia się powierzchnię B na wymiar „b" wystawiony od zastępczej bazy obróbkowej C (rys. 3.13c), a następnie wyko­nuje się rowek o kształcie jaskółczego ogona z warunkiem uzyskania wymiaru „c", który po­prowadzony jest od bazy zastępczej (rys. 3.13d). Ponieważ tolerancja

wypadkowego wymiaru łańcucha wymiarowego jest równa sumie tolerancji wymiarów składowych tolerancję wymia­ru b trzeba będzie znacznie zawęzić, pomimo że — jak wynika to ze spo­sobu wymiarowania — nie jest to potrzebne dla prawidłowego działania mechanizmu. Inaczej jednak nie dałoby się zachować tolerancji dla waż­nego wymiaru a, który jest w takim układzie wymiarem wypadkowym.

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 się sumie wymiarów  składowych,

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.

Będzie to operacja frezarska na frezarce poziomej lub pionowej. Z uwagi na postawione wymiary należałoby przyjąć jako bazy właściwe 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   jest wymiarem istniejącym, zaś wymiar jest wymiarem żądanym, musi być więc spełniony następujący warunek:

skąd:  X = 45 - 25 = 20;  x1= -0,1; x2 = -0,1

czyli:

Widzimy  więc, że osiągnięcie wymiaru jest niemożliwe, gdyż jego tolerancja równa się zeru. Jedynym możliwym rozwiązaniem jest zmniejszenie tolerancji wymiaru 45. Jeżeli w po­przednich operacjach wykonamy płytkę o wymiarze , zamiast o wymiarze, wów­czas mamy warunek:

lub:                

Osiągnięcie takiego wymiaru jest możliwe. Podobnie postępujemy dla określenia wymiaru postawionego do bazy B:

stąd:

Wobec zbyt wąskiej tolerancji wymiaru „10" należy zacieśnić tolerancję dla wymiaru „15"

z na i wówczas otrzymujemy:

lub:                 

Na rys. 3.14b 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.

Oprócz tych baz można  rozróżnić - czego norma nie przewiduje —-bazy produkcyjne: naturalne i sztuczne

Bazami naturalnymi są elementy danej części wynikające z jej kon­strukcji, tj. zadań przewidzianych dla niej przez konstruktora, bazami  sztucznymi  natomiast – elementy dodane przez technologa dla ułatwienia ustalenia położenia danej części, a ca...