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 całkowicie zbędne z punku widzenia konstruktora. Elementy stanowiące bazy sztuczne mogą być ewen­tualnie w końcu obróbki usunięte, np. nadlewki na korpusie przedstawio­nym, na rys. 85(slajd 6) , ułatwiające ustalenie części.

Baza technologiczna wg normy PN, jest to baza produkcyjna przyjęta w celu określenia położenia w przedmiocie jakiegoś punktu, linii lub po­wierzchni przy realizowaniu procesu technologicznego tego przedmiotu.

Baza kontrolna jest bazą produkcyjną przyjętą przy kontroli zgod­ności rzeczywistego wykonania z wykonaniem zamierzonym, czyli te ele­menty, które przyjmujemy jako punkty odniesienia przy dokonywaniu pomiarów. Za regułę przyjmujemy, że bazy kontrolne gotowych części i zespołów powinny się pokrywać z odpowiednimi bazami konstrukcyj­nymi

Bazy technologiczne z kolei dzieli się na bazy montażowe i obróbko­we. Pierwsze służą do ustalania położenia części w stosunku do innych części przy montażu, drugie — do ustalania półwyrobu w stosunku do narzędzi podczas przeróbki plastycznej lub obróbki wiórowej.

Dla zwiększenia dokładności montażu dąży się do tego, aby bazy kon­strukcyjne i montażowe pokrywały się. Możliwe jest to, gdy bazą kon­strukcyjną jest powierzchnia lub krawędź rzeczywista. Jeżeli bazami konstrukcyjnymi są element} czysto geometryczne -staje się to niemo­żliwe.

Różnicę między bazą konstrukcyjną a montażową uwidacznia nastę­pujący przykład. W przedstawionej na rys. 87 przekładni ślimakowej ważnym warunkiem jest pokrywanie się płaszczyzny symetrii ślimacznicy 2 i płaszczyzny poziomej przeprowadzonej przez oś ślimaka 3

Rys. 87. Przekładnia ślimakowa

Osiąga się to przy spełnieniu warunku a — b. Przy wymiarze a bazami konstrukcyjnymi są powierzchnia L i płaszczyzna symetrii ślimacznicy, przy wy­miarze b zaś powierzchnia K nadlewu w korpusie 1 i oś otworu ślimaka. Bazą montażową lub ślimaka będzie powierzchnia otworu, a błąd spowo­dowany różnicą baz będzie równy połowie dopuszczalnej różnicy średnic otworu i czopów ślimaka.

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.

Bazy obróbkowe ze względu na sposób wykorzystania można podzie­lić na:

- stykowe,

- nastawcze ,

- sprzężone

Bazą obróbkową stykową nazywa się powierzchnię, którą obrabiany półwyrób opiera się bezpośrednio o odpowiednie powierzchnie obrabiarki lub przyrządu i uzyskuje właściwe położenie bez potrzeby dalszych mani­pulacji, oraz bez konieczności sprawdzenia prawidłowości położenia.

Tak więc wra­cając do przykładów z rys. 3.7, 3.8 i 3.9 bazami obróbkowymi stykowymi nazwiemy w danym przypadku wszystkie powierzchnie ustalające.

Bazy obróbkowe stykowe mają szerokie zastosowanie w produkcji seryjnej i masowej na obrabiarkach ustawianych na wymiar. Żądana 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.3. 11) zapewnia się przez ustawienie osi freza 0-0 w odległości „a" od płaszczyzny stołu frezarki, na której ustawiono przedmiot 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.

Przykładem może być rys. 88, gdzie — po ustaleniu przedmiotu przez dociśnięcie powierzchni A_t do płaszczyzny uchwytu .A, dociśnięcie pła­szczyzny Cj do powierzchni czołowej kołka oporowego C i płaszczyzny Bj do dwu kołków bocznych B nie zachodzi potrzeba żadnych dalszych manipulacji.

Przyjęcie baz stykowych przy właściwym ustawieniu obrabiarki za­bezpiecza żądaną dokładność obróbki partii i dlatego jest bardzo rozpo­wszechnione w produkcji seryjnej i masowej.

Bazą obróbkową nastawczą nazywa się powierzchnię obrabianego przedmiotu, według której odbywa się każdorazowe ustalanie go na obra­biarce albo ustalanie narzędzia względem przedmiotu.

Na przykład przy wytaczaniu gniazd łożysk silnika Dieseła (rys. 89) chodzi o zabezpieczenie równoległości osi tych otworów do powierzchni A, będącej podstawą dla boku cylindrowego. Ramę ustawia się poziomu­jąc powierzchnię A za pomocą podkładek klinowych zakładanych między powierzchnię oporową B a powierzchnię C podstawki.

Dokładność wykonania i jakość powierzchni oporowych nie mają tu wpływu na dokładność ustalenia części do obróbki. Metoda ta nie wymaga skomplikowanych przyrządów, dlatego jest ona w szerokim zakresie sto­sowana w produkcji małoseryjnej, gdzie zwiększenie czasu ustawienia nie ma tak dużego znaczenia.

Rys. 88. Ustalanie półwyrobu w przy­rządzie Rys. 89. Przykład stosowania bazy ob­róbkowej

nastawczej

Bazą obróbkową sprzężoną nazywa się powierzchnię, według której wyznacza się położenie obrabianych powierzchni i która jest powiązana z tymi powierzchniami bezpośrednimi wymiarami oraz obrabiana wraz z nimi przy jednym ustawieniu.

Baza sprzężona jest zwykle związana bezpośrednim wymiarem z po­wierzchnią ustalającą przedmiot. W ten sposób powierzchnia stykowa jest bazą obróbkową dla bazy sprzężonej; dla wszystkich pozostałych powierz­chni bazą obróbkową będzie baza sprzężona. Przy obróbce części wskaza­nej na rys.3.12 gdzie powierzchnia A i B są związane wymiarem b, naj­lepszym rozwiązaniem będzie obróbka zespołem frezów, przy czym b =(D1-D2)/2. Powierzchnia A jest tu bazą sprzężoną dla powierzchni B. Obróbkę zaś powierzchni A przeprowadza się przy wykorzystaniu po­wierzchni C jako stykowej bazy obróbkowej powierzchni A.

. W tym przypadku wymiar ,,b" uzyskuje­my przez dobór odpowiednich wymiarów frezów.

Powierzchnia ustalająca przedmiotu C 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 procesu technologicznego, gdyż należałoby obróbkę tego przedmiotu wykonać w dwóch operacjach, co podwyższyłoby koszt wykonania. Z tych względów bazy obróbkowe sprzężone są szeroko stosowane przy pracy na obrabiarkach nastawianych. Według baz sprzężonych narzędzie lub zespól narzędzi przechodzi od jednej obrabianej powierzchni do drugiej zgodnie z podanym na rysunku wymiarem okre­ślającym odległość między nimi.

Inny przykład bazy sprzężonej pokazano na rys. 91. W tym przypadku obrabia się powierzchnię czołową A narzędziem ustawionym na wymiar h =50 od bazy stykowej C i równocześnie obrabia się wymiar a od bazy sprzężonej A.

. W ten sposób łatwo jest utrzymać tolerancję +0,1 bez ogra­niczenia tolerancji na wymiarze 50. Gdyby dla obróbki powierzchni B wychodzić z bazy stykowej C, dotrzymanie wymagań dla wymiaru10+0,1 wymagałoby zmniejszenia tolerancji dla wymiarów 40 do -0,05 i 50 do+0,05.

Stosowanie baz sprzężonych umożliwia uproszczenie przyrządów ob­róbkowych, jak również bezpośrednie pomiary na obrabiarce oraz ułat­wia koncentrację operacji. W rezultacie otrzymuje się dokładność wy­konania wyższą niż przy stosowaniu baz stykowych.

Wybór baz obróbkowych

Obróbka bez uprzedniego trasowania wnosi zasadnicze zmiany do pro­cesu „technologicznego". Jeżeli podczas trasowania okaże się, że wskutek wadliwie dobranej bazy wyjściowej surówka „nie wydaje" (naddatek na którejś powierzchni obrabianej jest za mały), wówczas istnieje jeszcze na ogół możliwość uratowania surówki przez przesunięcie pierwszej linii tra­serskiej.

Natomiast przy obróbce w uchwytach (bez trasowania) wybór pierw­szych baz decyduje o mniejszym lub większym procencie sztuk brako­wych Trudność wyboru baz rośnie w miarę komplikowania się kształtu surówek.

Prowadzenie obróbki w przyrządach, gdzie oparcie powierzchni styko­wych półwyrobu o punkty oporowe przyrządu automatycznie ustala poło­żenie półwyrobu- w stosunku do narzędzia wymaga znacznie większej do­kładności wykonania surówek.

Dla produkcji seryjnej surówki muszą być wykonywane wg 1 i 2 klasy dokładności surówek. Wobec możliwych róż­nic między kolejnymi partiami, w związku np. z wybijaniem się foremnika lub deformacją modelu, zaleca się roztrasowanie pierwszej sztuki każdej partii i odpowiednią korektę ustawienia narzędzia w stosunku do przyrządu,

W produkcji wielkoseryjnej i masowej, gdzie tego rodzaju postępowa­nie jest niemożliwe, wymagania w stosunku do surówek muszą być jeszcze wyższe..

Bazy dla pierwszej operacji — bazy wstępne (bazy wyjściowe, bazy zgrubne) są ogniwem łączącym proces wykonania surówek z procesem obróbki mechanicznej.

Bazy wstępne, które nie mogą być dokładne, służą do uzyskania do­kładnych baz stałych, ustalających części podczas dalszej obróbki.

Przy wyborze baz wstępnych należy kierować się następującymi wy­tycznymi:

1. Za powierzchnie bazowe należy przyjmować te powierzchnie któ­rych położenie przy wykonywaniu surówek jest najbardziej dokładne i stałe, a więc umożliwiające otrzymanie właściwych wymiarów lub in­nych baz.

Na przykład, w odlewach nie przyjmuje się za bazy powierz­chni otworów otrzymywanych przez zastosowanie rdzeni niedostatecznie sztywnych i narażonych na przesunięcie.

Powierzchnie bazowe powinny mieć kształty możliwie proste, gdy umożliwia to łatwiejsze zorientowanie się we wszystkich szczegółach da­nego ustawienia

2. Powierzchnie bazowe powinny być możliwie równe i czyste (bez wypływek, śladów po obciętych nadlewach i wlewach, bez znaków).
W odlewach należy przyjmować za bazy raczej powierzchnie znajdujące się podczas zalewania na dole. Powierzchnie te są mniej porowate i bar­dziej gładkie. Powierzchnie bazowe powinny być dostatecznie duże, w ce­lu zmniejszenia wpływu ich lokalnych niedokładności.

3. Dla części niecałkowicie obrabianych, za bazy wstępne przyjmuje się te powierzchnie, które pozostają nie obrobione. W ten sposób zapew­nia się najmniejsze przesunięcia ich w stosunku do powierzchni obrabianych (rys. 93). Jeżeli dana część ma kilka powierzchni, które pozostają nie obrobione, za bazą wstępną należy wybierać te powierzchnie, którym chcemy zapewnić najmniejsze ich przesunięcie.

4 Przy częściach całkowicie obrabianych, za bazy wstępne, przyjmu­je się te powierzchnie, które mają najmniejsze naddatki. W ten sposób zapewnia się lepsze warunki obróbki pozostałych powierzchni, gdyż na kompensację ewentualnych błędów położenia pozostaną większe nad­datki.

Bazy wstępne służą do obróbki pierwszych powierzchni. Niedopu­szczalne jest używanie baz wstępnych do ustawiania części do dalszych operacji. Niedokładności nie obrobionych powierzchni są w tym przy­padku zbyt duże, aby można było zapewnić w dwu różnych ustawieniach jednakowe położenie części w stosunku do ostrza narzędzia.

Zasada powyższa nie dotyczy części, gdzie szereg kolejnych zabiegów jest wykonywanych przy jednym zamocowaniu (np. obróbka na rewolwerówkach). We wszystkich innych przypadkach przy dalszych operacjach należy przyjmować za bazy — powierzchnie obrabiane.

Przy wyborze baz dla dalszej obróbki należy dążyć do przyjmowania baz stałych, nie zmieniających się podczas obróbki.

Warunki, jakie po­winny być spełnione, są następujące:

1) W miarę możności należy wybierać bazy obróbkowe właściwe. Przyjęcie ich nie powoduje dodatkowej obróbki, a umożliwia dopuszcze­nie największych odchyłek przy obróbce wobec eliminacji błędu wyni­kającego ż różnicy ich położenia podczas obróbki i w gotowym mechaniz­mie.

2) Przy obróbce dokładnej należy za powierzchnie bazowe przyjmo­wać te powierzchnie, od których są stawiane wymiary tolerowane, określające położenie powierzchni obrabianej.

Rys. 94. Przykład wyboru baz obróbkowych zasadniczych

Przykładem może być wybór baz do wiercenia dwu otworów, w części przedstawionej na rys. 94, o du­żej tolerancji wymiaru h.

Jeżeli dla położenia otworów jest ważny wymiar a1, za bazę należy przyjąć powierzchnię A-A i sfrezowany kołek ustalający położenie części w kierunku równoległym do powierzchni A-A, umożliwiający skom­pensowanie (dopuszczalnych odchyłek Th wymiaru h).

Jeżeli natomiast jest ważny wymiar a2 za bazę należy przyjąć nor­malny kołek, a kompensacja tolerancji Th następuje za pomocą klina. W ten sposób w obu przypadkach błędy bazowania są równe zeru

3) Powierzchnie bazowe powinny być tak wybrane, aby było zapew­nione najmniejsze odkształcenia części obrabianej wskutek działania za­cisków i sił skrawania. W tym celu powinny być one dostatecznie duże i powinny znajdować się możliwie blisko powierzchni obrabianych. Przy­kład niewłaściwego umieszczenia zacisków przedstawiono na rys. 95.

Rys. 95. Przykład nieprawidło­wego docisku części

4) Wybór baz obróbkowych powinien zapewniać możliwie największą prostotę i najmniejszy koszt przyrządów obróbkowych oraz najkrótszy czas zakładania lub zdejmowania części.

5) Przy obróbce dokładnej, zwłaszcza w przypadku części o złożonych kształtach, należy dążyć do utrzymania zasady jedności baz, polegającej na tym, że wszystkie operacje obróbki powierzchni dokładnych należy wykonywać ustalając położenie części wg tych samych baz (jeżeli nie jest to sprzeczne z warunkiem podanym w p. 2).

Warunek ten bardzo często utrudnia i podraża konstrukcję przyrzą­dów, dlatego też przy obróbce mało dokładnej nie jest on na ogół brany pod uwagę.

Każda zmiana baz zmusza do zmiany granic dopuszczalnych odchyłek wymiarów pośrednich. Dlatego przy obróbce dokładnej, zmiany baz mo­głyby spowodować takie zawężenie tolerancji wymiarów pośrednich, że mogłoby okazać się konieczne zastosowanie specjalnych, drogich metod obróbki.

Zaleca, aby dla uproszczenia zadania wyboru baz obróbko­wych, podzielić wszystkie części na dwie grupy.

Do pierwszej grupy zalicza części, które w gotowym mechanizmie sprzęga się z nie wię­cej niż jedną częścią. Cechą charakterystyczną tej grupy jest to, że mają one nie więcej niż jeden pełny lub nawet niepełny komplet powierzchni orientujących, przy czym za komplet uważa się powierzchnię główną (3 punkty), kierunkową (2 punkty) i oporową (1 punkt). Do tej grupy można zaliczyć części, jak: dźwignie, wałki, prostsze koła zębate, pokrywki itd.

Do drugiej grupy należą części o konstrukcji bardziej złożonej, które w mechanizmie sprzęga się co najmniej z dwiema innymi częściami. Części tej grupy mają z reguły wiele kompletów powierzchni orientują­cych.

Dla pierwszej grupy części przy wykonywaniu pierwszej operacji na­leży wybierać za bazy obróbkowe: powierzchnię o największych wymia­rach, jako powierzchnię główną, powierzchnię najdłuższą, jako kierunko­wą i powierzchnię najmniejszą, jako oporową.

Przy wykonywaniu drugiej operacji za bazy obróbkowe przyjmuje się powierzchnie obrobione w pierwszej operacji. Przy wszystkich następnych operacjach za bazy przyjmuje się powierzchnie obrobione w drugiej operacji.

Przykładem może być obróbka dźwigni, przedstawiona na rys. 96a.

Dla pierwszej operacji za bazy przyjmuje się powierzchnię główną - rze­czywistą powierzchnię styku (punkty 1, 2, 3 rys. 96b), za bazę kierun­kową - oś symetrii wzdłużną (punkty 4, 5), za bazę oporową - oś sy­metrii poprzeczną (punkt 6).

Rys. 96. Dźwignia: a) schemat obróbki, b) schemat doboru baz i płaszczyzn orienta­cyjnych, c) schemat ujawnienia konstrukcyjnych baz wyobrażalnych za pomocą rysek traserskich i napunktowywania

W rozpatrywanym przypadku nie jest zachowana zasada, że dla czę­ści nie całkowicie obrobionej powierzchnia nieobrobiona powinna być ba­zą dla pierwszej operacji. Odejście od tej zasady jest dopuszczalne dla bardzo dokładnych surówek, gdzie jest zdejmowana tylko bardzo cienka warstwa materiału.

W pierwszej operacji obrabia się czoła główek A i B. W drugiej ope­racji, korzystając z otrzymanych baz, obrabia się drugie czoła.

Przy produkcji jednostkowej i małoseryjnej — bazy kierunkową i opo­rową ujawnia się przez trasowanie i napunktowywanie, jak pokazano to na rys. 96c. Ustalanie do obróbki odbywa się już na podstawie trasowa­nia.

Przy produkcji seryjnej i większej stosuje się przyrządy, jak schema­tycznie przedstawiony na rys. 97. Zsuwające się ku środkowi pryzmy usta­lają półwyrób zgodnie z osiami symetrii, przy oparciu na powierzchni głównej — na czołach główek.

Rys. 97. Schemat rozwiązania przy­rządu przy wykorzystaniu jednej bazy rzeczywistej i dwóch wyobra­żalnych

Taki sposób bazowania zapewnia równomierną grubość ścianek a i b. Dla drugiej grupy części należy przede wszystkim zorientować się w charakterze pracy danej części w złożonym mechanizmie, określić za­leżności 'pomiędzy wszystkimi powierzchniami danej części mającymi wpływ na przesunięcia kątowe i wymiarowe.

W pierwszej kolejności należy wybrać bazy zapewniające właściwe po­łożenia kątowe, a następnie (ewentualnie równocześnie) — bazy zapew­niające dokładność wymiarów odległościowych powierzchni sprzężonych.

Na rys. 98 podano przykłady kilku najczęściej spotykanych układów powierzchni bazowych. W zależności od kształtu i wielkości części oraz roli spełnianej przez daną część w mechanizmie — układy powierzchni bazujących mogą być bardzo różne.

Rys. 98. Typowe układy powierzchni bazujących

Przy obróbce brył obrotowych przez toczenie i szlifowanie typowymi układami powierzchni bazowych są:

1) Powierzchnia otworu i płaszczyzna oporowa (obróbka na trzpieniu— rys. 98b).

2). Dwa naklełki (rys. 98c).

3) Krótka powierzchnia centrująca i powierzchnia oporowa z jednej strony, przy ewentualnym podparciu kłem z drugiej strony (rys. 98d).

Przy frezowaniu i wierceniu w przyrządach typowymi układami są:

1)Płaszczyzna i dwa otwory prostopadłe (rys. 98e) albo płaszczyzna, pierścieniowe wytoczenie ustalające i otwór z boku lub opór zapobiega­jący obracaniu się.

Przy obróbce skomplikowanych odlewów najczęściej obrabia się jedną lub dwie płaszczyzny ustalając przedmiot na powierzchniach surowych, następnie wierci się i rozwierca dwa otwory prostopadłe do tych pła­szczyzn, ustalając przy tym część na płaszczyźnie obrobionej

Często stosuje się specjalne nadlewy, których obróbkę przeprowadza się skrawając małym wiórem, opierając się przy tym na bazach punkto­wych

Przy dalszej obróbce obrobione nadłewy służą za bazy obróbkowe. Ten rodzaj bazowania jest w szerokim zakresie stosowany przy obróbce blo­ków cylindrowych i karterów

silników.

2) Dwie wzajemnie prostopadłe płaszczyzny i punkt oporowy w trze­ciej płaszczyźnie prostopadłej do dwu poprzednich. Jest to układ częstostosowany przy obróbce odlewów o kształcie skrzynek. Jeżeli dana część ma pryzmatyczne powierzchnie oporowe, zwykle przyjmuje się te po­wierzchnie za bazy. zamiast dwu płaszczyzn wzajemnie prostopadłych.

3) Płaszczyzna i otwór do niej prostopadły. Ten układ stosuje się przy obróbce płaskich mało skomplikowanych części, jak dźwignie, rączki itp. W tym przypadku zwykle najpierw szlifuje się jedną stronę, a następnie wierci się otwór prostopadły do oszlifowanej powierzchni. Dalszą obróbkę prowadzi się. wychodząc z tych baz.

4) Trzy lub cztery nakiełki (rys. 98f). Zaletą tej metody jest łatwość utrzymania zasady jedności baz, jej wadą natomiast - mała sztywność układu, uniemożliwiająca bardziej intensywną obróbkę.

5) Pryzmy (rys. 98g). Sposób ten jest stosowany przy wierceniu i fre­zowaniu części zawierających elementy walców.

Specjalnym przypadkiem jest obróbka taka jak szlifowanie bezkłowe, polerowanie kulek itp., gdy bazą obróbkową jest powierzchnia obrabiana.

Błędy bazowania

Obróbka w przyrządach jest obciążona pewnym błędem. Całkowity błąd ustawienia e, jest sumą błędów ustalenia
, zamocowania
i po­łożenia
.

Błąd ustalenia
wynika ze zmian położenia bazy pomiarowej, z któ­rej korzystamy w stosunku do stałego położenia narzędzia. Tak np. przy obróbce wałka odległość ostrza narzędzia od kła wrzeciona jest stała, natomiast wymiar od czoła wałka do czoła stopnia będzie się zmieniał w zależności od zmian wymiarów nakiełka. Stąd błąd ustalenia

gdzie
— tolerancja głębokości nakiełka.

Błędu ustalenia
można uniknąć przestrzegając zgodności bazy pomia­rowej i technologicznej.

Błąd zamocowania
powstaje wskutek przesunięć powierzchni pod­stawowej przedmiotu spowodowanej przesunięciem powierzchni oporo­wych przyrządu na skutek działania sił zamocowania.

Rys.99 Schemat bazowania wg.płaszczyzn

Tak np. przy frezowaniu rowka, jak przedstawiono na rys. 99, siła dociskająca Q, będzie powodowała odkształcenia stykowe w miejscach oparcia się powierzchni półwyrobu o punkty oporowe przyrządu, powodując przesunięciu przed­miotu w stosunku do narzędzia. Wskutek zmienności sił docisku i różnej jakości powierzchni półwyrobu przesunięcia będą miały różną wartość, zmieniając się od
do
. Przesunięciom stałym można by zapobiec

przez zastosowanie odpowiedniej korekty ustawienia narzędzia. Zmiany przesunięcia powodują błąd zamocowania.

Zmniejszenie błędu zamocowania
uzyskuje się w wyniku zmniejszenia wahań sił zamocowujących przez stosowanie docisków pneumatycznych lub hydraulicznych oraz w wyniku ujednorodnienia powierzchni stykowej półwyrobu przede wszystkim przez podwyższenie klasy chropowatości (gładkości). Przy dużych wymaganiach co do dokładności stosuje się do­kładne szlifowanie lub nawet skrobanie powierzchni stykowych.

Należy zwracać uwagę na kierunek działania siły zaciskającej, przy nieprawidłowym skierowaniu siły może zajść oderwanie półwyrobu od elementów oporowych przyrządu i stąd zmiana położenia.

Błąd położenia
powstaje wskutek błędów wykonania przyrządu mocowującego, wskutek zużycia jego elementów ustalających, a głównie błędów ustawienia przyrządu na obrabiarce. Przyrządy są ustawiane bądź na stołach obrabiarek, co jest stosowane najczęściej, bądź na wrzecionach. W pierwszym przypadku ustalenie jest dokonywane przez wpusty przy­mocowane do podstawy przyrządu, a wchodzące w teowe rowki stołu obrabiarki (rys. 100).

Rys, 100. Ustalanie przyrządów na stole obrabiarki

Rzadziej zamiast wpustów stosuje się kołki cylindryczne wchodzące w odpowiedni otwór w stole. Dokładność ustalania zależy od przyjętego pasowania i wynikających z niego luzów. W prak­tyce luzy są większe od obliczeniowych wskutek błędów wykonania i zu­życia. Dla zmniejszenia błędów położenia zaleca się stosowanie węższych wpustów i dociskania przyrządu zawsze w jedną stronę.

Przy zamocowywaniu przyrządu na wrzecionie ustalanie jest dokonywane na powierz­chni końcówki wrzeciona (rys.101).

Rys.101. Sposoby ustalania przyrządów na końcówkach wrzecion robczych.

Błędy bazowania

Jedną z najczęściej stosowanych powierzchni jako bazy jest płaszczyzna. W tym przypad­ku odchyłka płaskości płaszczyzny powoduje odchyłkę ustalenia. Największe odchyłki będą w przypadku użycia powierzchni nieobrobionych jako baz. Z tych samych względów należy unikać ustawiania przedmiotu surowymi płaszczyznami na płaszczyznach uchwytu lub przyrzą­du. Wiemy, że trzy punkty wyznaczają płaszczyznę. Dlatego najlepsze jest oparcie na trzech kołkach oporowych uchwytu lub przyrządu (zwłaszcza gdy płaszczyzny są nieobrobione). Przy czym im większa jest odległość między punktami oporowymi, tym mniejszy jest błąd ustalenia przedmiotu. Ta sama nierówność powierzchni spowoduje mniejsze odchylenie w ustaleniu przedmiotu.

Drugim rodzajem powierzchni, często przyjmowanej za bazę obróbkową, jest powierzchnia walcowa. Dla powierzchni tej istnieje szereg różnych sposobów ustalania. Pierwszy z nich, to ustalanie walca przy wykorzystaniu do tego celu jego dwóch tworzących.

Z przypadkiem takim spotykamy się przy zastosowaniu dwóch stałych szczęk w trójszczękowym uchwycie to­karskim, jak również przy ustalaniu na pryzmach (bądź w uchwycie ze szczękami pryzmowymi).

Odchyłka ustalenia
w kierunku prostopadłym do podstawy pryzmy zależy od dokładności wykonania średnicy wałka (rys. 3.15). Zarys powierzchni walcowej, która w danym przypadku jest ustalająca, może zmieniać się wraz ze zmianą średnicy wałka. Dlatego przy określaniu prze­sunięć zarysu powierzchni ustalającej należy wybrać punkt charakterystyczny nie podlegający przesunięciu w skutek zmiany zarysu. Takim punktem dla zarysu kołowego jest środek tego koła. Jak wynika z rysunku środek zarysu powierzchni ustalającej może się przesuwać w zależ­ności od tolerancji średnicy
o wielkość:

Należy wyjaśni, że wielkość
oznacza odchyłkę elementu ustalającego. Odchyłka ta nie określa jednak położenia powierzchni obrabianej względem powierzchni ustalającej, gdyż jest ona niezależna od rodzaju operacji, jaka ma być wykonana na przedmiocie. Wartość
umożli­wia obliczenie błędu ustalenia
wynikającego ze sposobu ustalenia przedmiotu.

Z rys. 3.16 wynika, że
=
tylko w przypadku, gdy kierunek wymiaru obróbkowego jest zgodny z kierunkiem odchyłki
. W każdym mnym przypadku położenia powierzchni obrabia­nej, to znaczy kiedy kierunki wymiaru K i odchyłki
są różne:

=

gdzie:

y - kąt między kierunkiem wymiaru i odchyłki.

Na uwagę zasługuje szczególny przypadek, gdy y = 90° (rys. 3.16c), kiedy odchyłka usta­lenia
=0, mimo że

0 .

Wykorzystanie trzech tworzących walca zamiast dwóch nie po­woduje odchyłek ustalenia wywołanych tolerancją średnicy. W takich przypadkach stosujemy uchwyty samocentrujące lub tulejki zaciskowe, gdzie wszystkie szczęki zbliżają się do przed­miotu obróbki jednocześnie i jednakowo.

26

---