Określenie położenia obrabianych przedmiotów w przyrządach do pozycjonowania

Automatyzacja wielu procesów w przemyśle, produkcji i montażu wymaga dokładnej znajomości warunków ramowych i wymaganych sekwencji ruchów. W tym celu często stosuje się przyrządy do pozycjonowania. Pozycja komponentu w urządzeniu musi zostać jasno zdefiniowana. Uchwyt przedmiotu obrabianego definiuje pozycję w celu przeprowadzenia powtarzalnej kontroli lub odebrania materiałów w taki sposób, aby można je było wyprodukować względem pozycji wyjściowej. W tym celu wykorzystywane są różne przyrządy do pozycjonowania z produkcji narzędzi i matryc, takie jak urządzenia testowe lub urządzenia montażowe.

Dlaczego określanie pozycji przedmiotów obrabianych jest ważne?

Podczas montażu komponenty i podzespoły muszą być prawidłowo przechowywane, przenoszone i umieszczane w magazynie części. Położenie komponentów, półproduktów lub przedmiotów obrabianych musi być jasno określone i powtarzalne w przyrządach do pozycjonowania w celu produkcji zgodnej z jakością i przeprowadzania testów w produkcji masowej.

Do łączenia i rozdzielania stosowane są różne przyrządy testowe i montażowe, które ograniczają jak najwięcej stopni swobody za pomocą mechanicznych elementów pozycjonujących lub prowadnic.

Do określania pozycji oraz sprawdzania i zwalniania prawidłowego pozycjonowania mogą być również wykorzystywane czujniki, takie jak kamery, czujniki wiązki, wyłączniki krańcowe lub pneumatyczne elementy sterujące. Dzięki temu możliwa jest również inspekcja komponentów.

Określanie pozycji ma kluczowe znaczenie na przykład w następujących procesach precyzyjnej produkcji i montażu:

• Spawanie: Sworznie ustalające i przyrządy do pozycjonowania są używane do produkcji wysokiej jakości spoin spawalniczych w celu precyzyjnego pozycjonowania elementów.
• Przetwarzanie CNC: Elementy obrabiane są precyzyjnie pozycjonowane w celu wykonania frezowania, wiercenia i toczenia. Systemy określania położenia, takie jak systemy mocowania przedmiotu obrabianego i systemy mocowania z punktem zerowym, są używane do utrzymywania przedmiotów obrabianych w prawidłowej pozycji.
• Konstrukcja prototypów: Podczas tworzenia prototypów oraz zadań badawczo-rozwojowych, określenie położenia narzędzi jest ważne w celu przetestowania i sprawdzenia nowych projektów.
• Robotyka: W robotyce narzędzia i manipulatory muszą być precyzyjnie pozycjonowane, aby wykonywać zadania, takie jak pobieranie i umieszczanie przedmiotów obrabianych lub wykonywanie operacji spawania i montażu.

Zasady ustalania pozycji

Ustalanie pozycji opiera się na wyrównaniu względem ustalonych geometrii i ma na celu zapewnienie powtarzalności w odniesieniu do osi współrzędnych. Określenie pozycji zawsze wymaga zatem układu odniesienia lub punktu odniesienia. Odniesienie to może zostać następnie wykorzystane do wiarygodnego pomiaru położenia i orientacji obiektu. Odniesieniem może być układ współrzędnych, punkt odniesienia lub inny z góry określony układ odniesienia.

Podejścia do pozycjonowania

Pozycjonowanie odbywa się za pomocą przyrządów do pozycjonowania, które zazwyczaj mają stałe powierzchnie odniesienia i dodatkowo odpowiednie pomoce do wstawiania w odniesieniu do układu współrzędnych narzędzia. Ułatwia to automatyczny montaż i separację, a także montaż ręczny.

Korzystanie z przyrządów do pozycjonowania

Przyrządy do pozycjonowania są podzbiorem narzędzi produkcyjnych. Na przykład:

• Przyrządy montażowe: Utrzymują one obrabiane elementy we właściwej pozycji podczas procesu montażu, często za pomocą płyt czołowych. Zapewniają prawidłowy skład zespołów z poszczególnych komponentów.
• Osprzęt inspekcyjny: Sprawdza jakość, tolerancje lub wydajność przedmiotu obrabianego, np. sprzęt pomiarowy i testujący.
• Urządzenia/uchwyty mocujące: Utrzymują one elementy obrabiane w odpowiedniej pozycji podczas procesu obróbki, np. podczas frezowania lub łączenia. Przykładami urządzeń mocujących są na przykład magnetyczne urządzenia mocujące w obrabiarkach lub uchwyty lub uchwyty tokarskie do frezarek.
• Przyrządy do wiercenia: Są one używane do wiercenia, gwintowania lub montażu. Przykłady urządzeń mocujących obejmują uchwyty wiertarek.

Mechaniczne przyrządy do pozycjonowania są szczególnie ważne przy określaniu pozycji. Służą one do pozycjonowania lub zabezpieczania przedmiotów obrabianych w celu ich obróbki i są szczególnie przydatne w powtarzalnych procesach przemysłowych. Celem jest uniemożliwienie ruchu przedmiotu obrabianego we wszystkich stopniach swobody lub umożliwienie jego regulacji w określony sposób (stopnie swobody regulacji):

• Translacyjne stopnie swobody (osie: X, Y, Z)
• Obrotowe stopnie swobody (obrót wokół osi: X, Y, Z)

Przyrządy do pozycjonowania często mają te same podstawowe elementy:

• Płyta bazowa z ogranicznikami: Zapobiega ruchowi w dół, przechylaniu lub toczeniu.
• Sworznie ustalające: Ograniczają one ruch liniowy i zniekształcenia.
• Zaciski przegubowe: Ograniczają ruch w górę.

Wyśrodkowanie elementów obrabianych

Centrowanie to proces lub technika pozycjonowania przedmiotu obrabianego w taki sposób, aby był on precyzyjnie wyrównany względem osi lub płaszczyzny. Centrowanie uzyskuje się za pomocą specjalnych elementów mocujących i mechanizmów mocujących.

Przedmioty obrabiane, które mają być umieszczone w uchwycie, są wyposażone w precyzyjnie dopasowane otwory lub wgłębienia, które dokładnie pasują do elementów centrujących uchwytu. Następnie elementy obrabiane są umieszczane na elementach centrujących, co zwykle odbywa się automatycznie dzięki precyzyjnie dopasowanym otworom. Po wyśrodkowaniu elementów obrabianych są one mocowane w tej pozycji, aby zapewnić, że nie będą się ślizgać ani przesuwać podczas procesu produkcyjnego. Można to zrobić poprzez zaciśnięcie, przykręcenie, zaciśnięcie lub inne metody mocowania.

Sworznie ustalające również odgrywają ważną rolę w procesie centrowania.

Użycie sworzni ustalających

Przyrządy do pozycjonowania często zawierają specjalne elementy centrujące, takie jak sworznie ustalające. Zazwyczaj są one wykonane z twardego materiału, takiego jak stal. Kołki ustalające są stosowane w przyrządach kontrolnych w celu zapewnienia, że wyprodukowane części lub zespoły spełniają określone tolerancje i specyfikacje. Jeśli obrabiany przedmiot nie jest prawidłowo ustawiony, nie pasuje do sworzni ustalających, co wskazuje na usterkę.

W zależności od zastosowania, sensowne może być użycie sworzni ustalających z różnymi główkami:

• Stożkowe: Do pozycjonowania promieniowego zalecane są sworznie ustalające ze stożkowymi główkami. Mogą one zminimalizować zacinanie się.
• W kształcie rombu: W porównaniu do kształtu okrągłego główka w kształcie rombu zapewnia dodatkowy prześwit z boku. Pozwala to zminimalizować tolerancje.
• Kuliste: Sworznie ustalające z kulistą główką minimalizują prawdopodobieństwo uszkodzenia elementu obrabianego.
• Płaskie: Płaska główka jest zalecana do prowadzenia bocznego lub w przypadku korzystania z prostych krawędzi z boku sworznia w celu ustawienia powierzchni na określonej wysokości. W tym przypadku nie zaleca się jednak pozycjonowania w dół, ponieważ może to spowodować uszkodzenie elementu obrabianego.

Zabezpieczanie elementów obrabianych w uchwycie

Podczas transportu lub kontroli elementów obrabianych konieczne jest zabezpieczenie ich w określonej pozycji w uchwycie. Powierzchnia nośna i powierzchnia wyrównująca elementów mocujących mogą mieć płaską lub strukturalną powierzchnię dla każdego obszaru zastosowania i materiału. Wybór materiałów zależy również od środowiska pracy i oczekiwanego obciążenia komponentów. Można tu stosować różne metale i tworzywa sztuczne lub ceramikę i drewno.

Powierzchnie mogą mieć już otwory lub elementy mocujące, aby umożliwić bezpieczne umieszczenie podczas transportu przedmiotu obrabianego, procesu obróbki i kontroli. Sworznie ustalające służą do utrzymywania przedmiotów obrabianych w prawidłowej pozycji poprzez zatrzaśnięcie w odpowiednich otworach lub uchwytach w elemencie obrabianym. Zapewnia to, że element obrabiany spełnia wymagane tolerancje i specyfikacje po przetworzeniu. W zależności od koncepcji transportu elementu obrabianego, na nośniku przedmiotu obrabianego może znajdować się wiele uchwytów elementu obrabianego, które następnie przechodzą przez poszczególne stacje procesowe i testowe po wielu torach.

Kontrola komponentów i elementów obrabianych

Aby się upewnić, że elementy obrabiane w nośniku przedmiotów obrabianych spełniają wymagane kryteria kontroli i specyfikacje, konieczne jest ich rejestrowanie i ocena za pomocą jednostek kontrolnych. Aby zachować powtarzalność i niezawodność procesu, konieczne jest przeprowadzenie analizy systemu pomiarowego dla procesu pomiaru i testowania. Analiza systemu pomiarowego sprawdza, czy wyniki pomiarów są prawidłowe i powtarzalne oraz jak inne parametry procesu wpływają na wynik.