Zasada 3-2-1 – podstawa projektowania przyrządów produkcyjnych
Swobodne ciało ma sześć stopni swobody: trzy przesunięcia i trzy obroty. Zasada 3-2-1 odbiera je sześcioma punktami podparcia. Trzy punkty w płaszczyźnie głównej odbierają trzy stopnie swobody, dwa w płaszczyźnie drugiej kolejne dwa, a ostatni punkt szósty. Więcej stałych podpór daje nadmierne ustalenie. Wtedy o położeniu decydują odchyłki wymiarowe detalu, a nie przyrząd.
Punkty podparcia kładziemy na powierzchniach, które są bazami na rysunku detalu, i jak najdalej od siebie. Siła docisku ma przyciskać detal do podpór, nigdy od nich odpychać. Powinna działać tam, gdzie detal jest dość sztywny, aby się nie odkształcić. Dwa kołki w dwóch otworach rozwiązujemy kołkiem walcowym i kołkiem ściętym, aby detal się nie zakleszczał.
W praktyce punkty zastępuje się często małymi powierzchniami oporowymi lub hartowanymi kołkami oporowymi, aby detal nie wciskał się w przyrząd. Przy odlewach i spawanych detalach o nierównych powierzchniach w płaszczyźnie głównej stosuje się podpory regulowane. Ważne, by zasada była zachowana: każdy stopień swobody odbieramy raz i tylko raz.
Przyrządy wiertarskie i tulejki wiertarskie
Przyrząd wiertarski prowadzi wiertło w odpowiednie miejsce bez trasowania i punktowania. Rysujemy go ze znormalizowanymi tulejkami wiertarskimi według DIN 179 (bez kołnierza) lub DIN 172 (z kołnierzem), wciskanymi w otwór o tolerancji H7. Otwór tulejki ma tolerancję F7 i daje wiertłu odpowiedni luz. Orientacyjnie długość tulejki powinna wynosić co najmniej jedną do dwóch średnic wiertła.
Odległość dolnej krawędzi tulejki od detalu decyduje o odprowadzaniu wiórów. Dla stali wartość orientacyjna to około 0,5–1 średnicy wiertła. Mniejsza odległość daje lepsze prowadzenie, ale grozi zakleszczeniem wiórów. Przy dłuższych seriach stosujemy tulejki wymienne, aby zużytą tulejkę wymienić bez wyrzucania całego przyrządu.
Przyrządu nie powinno się dać użyć źle. Asymetryczny ogranicznik lub dodatkowy kołek pasujący tylko w jednym położeniu, czyli zabezpieczenie przed pomyłką (poka-yoke), nie pozwala wywiercić detalu w lustrzanym odbiciu. Narysowanie go prawie nic nie kosztuje, a oszczędza wiele braków.
Przyrządy spawalnicze, do klejenia i montażowe
Przyrząd spawalniczy ma utrzymać części na miejscu mimo ciepła i skurczu. Podpory rozmieszczamy tak, aby spoina była dostępna, i zostawiamy miejsce na skurcz – czasem z ugięciem wstępnym, które pokaże spawanie próbne. Docisk szybkomocujący stawiamy tak, aby operator sięgał do niego bez zmiany chwytu. Podpory przy spoinie robimy z miedzi lub chronimy przed odpryskami, aby się nie przypalały i nie zużywały.
Przyrządy do klejenia i montażu rzadko potrzebują takiej sztywności, ale muszą dokładnie ustalać części i łatwo się czyścić. Tu przyrządy drukowane sprawdzają się bardzo dobrze. Typowe rozwiązanie to płyta bazowa z gniazdem odwzorowującym kontur detalu, z luzem 0,2–0,3 mm na stronę, i kołki ustalające. Kolejność montażu można wygrawerować bezpośrednio w przyrządzie.
Ergonomia wpływa i na tempo, i na jakość. Przyrząd stoi na właściwej wysokości roboczej, ciężkie części się wsuwa zamiast podnosić, a docisk jest w zasięgu ręki. Przyrząd wygodny w użyciu jest też używany prawidłowo.
Przyrządy kontrolne i sprawdziany graniczne
Przyrząd kontrolny porównuje detal z rysunkiem w kilka sekund. Detal kładziemy na tych samych bazach co przy obróbce, a powierzchnie pomiarowe lub kołki pokazują, czy wymiary krytyczne mieszczą się w tolerancji. Sprawdziany graniczne do otworów rysujemy według granic tolerancji z ISO 286. Strona przechodnia ma wymiar najmniejszy dopuszczalny, a nieprzechodnia największy.
Aby przyrząd kontrolny był wiarygodny, sam musi być znacznie dokładniejszy niż detal. Według reguły praktycznej niepewność przyrządu pomiarowego nie powinna przekraczać jednej dziesiątej tolerancji. To przesądza, czy przyrząd można wydrukować, czy trzeba go frezować i wzorcować. Jak zapisać tolerancje na rysunku, wyjaśniamy na stronie rysunki techniczne.
Przyrządy kontrolne do detali z tworzyw i blachy działają często jak negatyw detalu, w którym odchyłki widać jako szczeliny przy krawędziach. Szczelinę sprawdza się szczelinomierzem, więc kontrola jest szybka i jednakowa dla każdego operatora.
Przyrząd drukowany czy frezowany?
Przyrządy drukowane z PETG, PA lub PA wzmacnianego włóknem węglowym powstają w dzień lub dwa. Pasują do krótkich serii, montażu i kontroli z tolerancjami rzędu kilku dziesiątych milimetra. Powierzchnie zużywające się wzmacniamy wciskanymi tulejkami, wkładkami gwintowanymi i wymiennymi wkładkami. Więcej o możliwościach na stronie projektowanie pod druk 3D.
Gdy przyrząd przenosi siły skrawania lub ciepło albo wymaga dokładności setnych milimetra, rysujemy go do frezowania z aluminium lub stali z hartowanymi kołkami i tulejkami. Dostajesz wtedy rysunek z tolerancjami i zestawienie elementów znormalizowanych, zbudowane jak nasze rysunki wykonawcze. Każdy przyrząd ma numer katalogowy i rewizję, aby zawsze używać właściwej wersji.
Zaletą przyrządów drukowanych jest tania wymiana. Gdy detal się zmieni, nową wersję drukujemy w tym samym tygodniu, a starą można zachować dla starszych wariantów. Łatwo też mieć kilka identycznych przyrządów na różnych stanowiskach.
Wartości orientacyjne dla przyrządów
| Szczegół | Wartość orientacyjna lub norma |
|---|---|
| Ustalenie położenia | 3-2-1: trzy + dwa + jeden punkt podparcia odbierają sześć stopni swobody |
| Kołki w dwóch otworach | jeden kołek walcowy + jeden kołek ścięty (rombowy) |
| Tulejka wiertarska bez kołnierza | DIN 179 / ISO 4247 – otwór F7, średnica zewnętrzna n6 |
| Tulejka wiertarska z kołnierzem | DIN 172 – przy większych siłach osiowych |
| Otwór na tulejkę w przyrządzie | H7 |
| Odległość tulejka – detal | ok. 0,5–1 × średnica wiertła (stal) |
| Luz w drukowanym gnieździe | ok. 0,2–0,3 mm na stronę |
| Niepewność przyrządu pomiarowego | najwyżej ok. 1/10 tolerancji |
| Często luzowane śruby w tworzywie | mosiężne wkładki gwintowane |
Wartości orientacyjne. Ostateczny dobór zależy od materiału detalu, wielkości serii i wymaganej dokładności.
Czego potrzebujemy od Ciebie
- Model CAD detalu w STEP lub rysunek z tolerancjami
- Które wymiary i powierzchnie są krytyczne i jakie bazy przyjmuje rysunek
- Operacja: wiercenie, spawanie, klejenie, montaż lub kontrola
- Maszyna lub stanowisko: stół mocujący, imadło, rowki teowe lub robot
- Wielkość serii i liczba cykli dziennie
- Jak detal jest wkładany i wyjmowany – i przez kogo
- Elementy znormalizowane, których już używacie, np. dociski szybkomocujące i kołki
Przykładowe zlecenia
- Przyrząd wiertarski do rozstawu otworów w profilu
- Przyrząd spawalniczy do wspornika lub ramy
- Przyrząd do klejenia i pozycjonowania magnesów
- Przyrząd montażowy dla płytki i obudowy
- Przyrząd kontrolny z kołkami przechodnimi i nieprzechodnimi
- Miękkie szczęki do imadła
- Przyrząd do grawerowania i znakowania laserowego
- Uchwyt chwytaka robota
- Wzornik do gięcia rur i płaskowników
- Szablon rozstawu otworów w ścianie lub szafie
Co wpływa na cenę i termin
- Liczba wariantów obsługiwanych przez przyrząd
- Wymagania tolerancji i wybór: frezowanie czy druk
- Liczba punktów docisku i podparcia
- Potrzeba wymiennych części eksploatacyjnych i tulejek
- Czy model CAD detalu istnieje, czy trzeba go wykonać
- Dokumentacja: rysunki, zestawienie części i instrukcja
Co otrzymasz
- Przyrząd jako złożenie z detalem
- Kontrola kolizji z narzędziem, wiertłem i uchwytem spawalniczym
- Zestawienie elementów znormalizowanych z numerami katalogowymi
- Rysunki do frezowania lub pliki do druku 3D
- Wydrukowany przyrząd gotowy do użycia (opcja)
- Oznaczenie numerem katalogowym i rewizją
Częste pytania
Czym różni się przyrząd ustalający od przyrządu prowadzącego?
Przyrząd ustalający trzyma detal na miejscu podczas obróbki lub montażu. Przyrząd prowadzący dodatkowo prowadzi narzędzie, jak przyrząd wiertarski z tulejkami. W mowie potocznej oba nazywa się po prostu przyrządami.
Czy przyrząd z druku 3D wytrzyma produkcję?
Przy montażu, klejeniu i kontroli często przez tysiące cykli. Powierzchnie zużywające się wzmacniamy metalowymi tulejkami i wymiennymi wkładkami. Przyrządy przenoszące siły skrawania lub ciepło wolimy rysować do frezowania.
Na czym polega zasada 3-2-1?
To sposób odebrania sześciu stopni swobody detalu dokładnie sześcioma punktami podparcia: trzema w jednej płaszczyźnie, dwoma w drugiej i jednym w trzeciej. Detal trafia za każdym razem w to samo miejsce, bez nadmiernego ustalenia.
Czy potrzebujecie pliku CAD detalu?
Najszybciej idzie z plikiem STEP. Możemy też wyjść od rysunku, próbki lub wymiarów i najpierw zbudować model detalu.
Czy jeden przyrząd obsłuży kilka wariantów?
Tak. Dzięki wymiennym wkładkom, przestawnym ogranicznikom lub indeksowanym podporom ta sama baza obsłuży kilka rozmiarów. Na półce leży wtedy mniej przyrządów.
Jak dokładny może być przyrząd drukowany?
Przy skalibrowanym druku i obróbce krytycznych otworów dokładność wynosi typowo około ±0,1–0,2 mm. Gdy trzeba więcej, wciskamy tulejki w rozwiercone otwory albo rysujemy przyrząd do frezowania.