Nollapistekiinnitin

Mikä on nollapistekiinnitin?

Nollapistekiinnitin on tarkkuudessaan huippuluokkaa oleva kappaleenkiinnitysjärjestelmä, joka paikoittaa työstettävän kappaleen toistettavasti samalle paikalle kaikkiin suuntiin. Nollapistekiinnityksen ehdoton etu on sen toistotarkkuus, joka on parhaimmillaan jopa 0,005 mm kiinnityskertojen välillä. Nollapistekiinnitin tarjoaa merkittäviä etuja erityisesti lyhyen asetusaikansa ansiosta, joka voi johtaa jopa 90 % asetusaikojen vähenemiseen verrattuna perinteisiin kiinnitysmenetelmiin. Kiinnitys tapahtuu vetotappien ja sylinterien muodostamassa järjestelmässä, joissa vetotappien avulla työkappale kiinnittyy tarkasti paikoilleen sylinteriin joko hydraulisen tai pneumaattisen lukitusmekanismin avulla.

Nollapistekiinnittimen osat

Nollapistekiinnittimen keskeisimpiä osia ovat työkoneeseen asennettava sylinteri ja työkappaleeseen kiinnitettävä vetotappi. Sylinteri toimii koko kiinnitysjärjestelmän nollapisteenä, tarjoten työkappaleelle tarkan paikoituksen ja varmistaa vetotapin ja kappaleen tukevan kiinnittämisen. Sylinteri valmistetaan usein ruostumattomasta teräksestä ja sen lukitusjärjestelmä voi olla toteutettu erilaisilla tavoilla, kuten kuulalukituksella, holkkilukituksella tai kynsilukituksella. Lukitusjärjestelmän ylläpitoon ei tarvita ulkoista voimanlähdettä, sillä lukitus tapahtuu jousivoimalla, mutta lukituksen irrotus vaatii joko hydraulisen tai pneumaattisen paineen.

Vetotappi kiinnitetään työkappaleeseen tai kiinnitinlevyyn ja se mahdollistaa työkappaleen kiinnittymisen sylinteriin. Vetotapissa on ura tai olake, joka vastaa sylinterin lukitsevaa elementtiä ja se vetäytyy sylinterin sisään tietyllä voimalla lukituksen aikana. Tämä varmistaa, että kappale pysyy tiiviisti paikoillaan sylinterin otsapintaa vasten. Vetotappeja on erilaisten paikoitustarkkuuksien varmistamiseksi kolmea tyyppiä: keskittävä tappi, linjaava tappi ja ohjaava tappi.

Erilaiset nollapistekiinnittimien sylinterimallit

• Kasettimaiset sylinterit ovat suunniteltu asennettaviksi pysyväksi osaksi työstökoneen runkoa. Sylinterit kiinnitetään koneistamalla aukko, joka vastaa sylinterin pohjan mittoja ja mahdollistaa sylinterin asentamisen työstökoneen pöydän pinnan tasolle. Kasettimaisten sylinterien hydrauliikka- ja paineilmaliitännät sijaitsevat sylinterin pohjassa. Sylinterissä on sisäänrakennettu lukituksenpoistojärjestelmä ja öljytila sekä kanavat anturoille.
• Upotettavat sylinterit eroavat kasettimaisista matalamman asennussyvyytensä ansiosta. Tämä tarkoittaa, että sylinterin yläosa jää näkyviin työstökoneen pöydän pinnan yläpuolelle. Erityisesti matala asennussyvyys mahdollistaa sylinterin käyttöä esimerkiksi ohuemmissa pöydissä ja paleteissa. Upotettavissa sylintereissä ei ole sisäistä öljytilaa, vaan öljytila muodostuu sylinterin ja asennusreiän pohjan välille. Tämä ratkaisu mahdollistaa hydraulisen tai pneumaattisen lukituksen irrotuksen sylinterin pohjasta.
• Pinta-asennettavat sylinterit soveltuvat erityisesti vanhojen työstökoneiden päivittämiseen, koska ne voidaan asentaa suoraan olemassa oleviin kiinnityspöytiin, kuten T-urapöytiin ja reikälevyihin. Tämä tekee niistä joustavan vaihtoehdon monille eri työstökoneille, vähentäen tarvetta uudelleenkalibroinnille ja laajoille asennusmuutostöille.
• Seinäasennettavat sylinterit ovat erityisesti suunniteltu käytettäväksi esimerkiksi kulmahyllyissä tai kiinnitintorneissa, joissa kappale laskutetaan nosturin avulla. Sylinterin ulos työntyvä koukku auttaa vetotappia asettumaan uraan ja kun lukitus palautetaan, koukku vetää vetotapin sylinterin sisään lukittuen sinne.
• Indeksoivat sylinterit ovat varustettu mekanismilla, joka mahdollistaa kappaleen paikoituksen tietyissä kulmissa sylinterin otsapinnan urien avulla. Tämä mahdollistaa kappaleen kiinnittämisen eri kulmiin hyvällä tarkkuudella. Esimerkiksi uritetut sylinterit ja niiden reiät varmistavat, että kappale pysyy tarkasti paikallaan ja pyörimisliike estetään, mikä on erityisen tärkeää suurilla työstövoimilla tehtävissä töissä.

Erilaiset vetotapit nollapistekiinnitinjärjestelmässä

Nollapistekiinnitinjärjestelmän vetotapit ovat keskeinen osa järjestelmää ja ne vastaavat kappaleen paikoittamisesta ja kiinnittämisestä sylinteriin. Eri vetotapeilla on omat erityispiirteensä, joiden avulla varmistetaan tarkkuus ja luotettavuus eri sovelluskohteissa.

Keskittävä tappi

Keskittävä tappi määrittelee kiinnityksen nollapisteen ja on kriittinen komponentti kiinnitystarkkuuden saavuttamiseksi. Tämä vetotappi on suunniteltu sopimaan sylinterin keskireiän tarkkaan sovitteeseen, varmistaen, että kappale sijoittuu täsmälleen oikeaan kohtaan.

• Ominaisuus: Keskittävän tapin ohjaava pinta on koneistettu erittäin tarkkaan sovitteeseen.
• Käyttö: Yleensä käytetään sovelluksissa, joissa tarvitaan yksi tappi ja sen on oltava keskittävä. Useampaa keskittävää tappia ei voi käyttää yhtä kappaletta kiinnitettäessä, koska se voisi johtaa ylikireään kiinnitykseen ja epätarkkuuksiin.

Linjaava tappi

Linjaava tappi määrittelee kiinnityksen tiettyyn akselin suuntaan. Se on suunniteltu tukemaan ja keskittämään kappaleet tarkasti toiseen suuntaan kuin keskittävä tappi.

• Ominaisuus: Tapin ohjauspinnalta on koneistettu kaksi ohutta pintaa vastakkaisille puolille, ja muu osa ohjauspinnasta on alikoko.
• Käyttö: Linjaava tappi toimii y-akselilla keskittävän tapin ollessa x-akselilla. Tämä sallii kappaleen lämpölaajenemisen x-akselilla.

Ohjaava tappi

Ohjaava tappi toimii pääasiassa kappaleen kiinnittämisessä ja pitää sen paikallaan. Ohjaavan tapin paikoituspinta on alimitassa, mikä tarkoittaa, että se ei vaikuta kappaleen paikoitukseen.

• Ominaisuus: Paikoituspinta on täysin alimitassa noin 0,5–1,5 mm.
• Käyttö: Käytetään silloin, kun kappaleen pitää pysyä paikallaan, mutta tarkkaa paikoitusta tai indeksöintiä ei tarvita. Ohjaava tappi ainoastaan kiinnittää kappaleen tukevasti.

Vetotappien kiinnitysmenetelmä

Vetotapit kiinnitetään kappaleeseen tai palettiin useilla eri menetelmillä, riippuen kappaleen muodosta ja vaatimuksista:

• Ruuvikiinnitys: Yksi yleisimmistä menetelmistä, jossa vetotappi kiinnitetään ruuvilla työstettävään kappaleeseen.
• Upottaminen: Vetotappi upotetaan tarkasti koneistettuun reikään, joka noudattaa valmistajan toleransseja.
• Erikoisruuvit: Joissain tapauksissa käytetään erityisesti suunniteltuja ruuveja vetotapin kiinnittämiseksi.

Vetotappien erityyppiset rakenteet

Kuulalaakeri- ja holkkirakenteet ovat yleisiä vetotappiteknologioita:

• Kuulalaakerit: Teräskuulat lukitsevat vetotapin sylinteriin. Kuulat asettuvat vetotapin uraan ja jousivoimalla lukitsevat tapin paikalleen.
• Holkit: Holkissa on joustavia kynsiä, jotka lukitsevat vetotapin ympärille. Holkki painautuu vetotapin olaketta vasten ja tarjoaa vahvan kiinnityksen.
• Kynsilukitus: Kynsilukituksessa käytetään kahta jousikuormitteista kynttä, jotka liikkuvat sylinterin akselisuunnassa. Lukituksen irrottaminen tapahtuu vetämällä kynnet pois vetotapin urasta.

Nollapistekiinnittämisen edut

Nollapistekiinnittimien käytöstä on lukuisia etuja:

• Korkea toistotarkkuus: Nollapistekiinnittimien toistotarkkuus on parhaimmillaan jopa 0,005 mm kiinnitysten välillä, mikä mahdollistaa erittäin tarkan paikoituksen ja vähentää asetusten säätötarvetta.
• Nopea asetusaika: Nollapistekiinnittimet mahdollistavat erittäin nopeat asetukset, jolloin asetusaika voi lyhentyä jopa 90 % verrattuna perinteisiin menetelmiin. Tämä parantaa koneen käyttöastetta ja tuotannon tehokkuutta.
• Yhtenäinen kiinnitys: Nollapistekiinnittimiä voidaan käyttää eri koneiden välillä ilman, että kiinnitystä tarvitsee kalibroida uudelleen. Tämä helpottaa kappaleiden siirtämistä koneiden välillä.
• Monipuolisuus: Kiinnitetty kappale jää yleensä lähes kaikkien pintojensa osalta vapaaksi työstöjä varten, mahdollistaen viiden, jopa kuuden sivun työstämisen yhdellä kiinnityksellä.
• Soveltuvuus automaatioon: Nollapistekiinnittimet ovat hyvin sovellettavissa miehittämättömään ja automatisoituun tuotantoon, mikä vähentää työvoimakustannuksia ja virhemahdollisuuksia.
• Vähäiset kappalejännitykset: Usein nollapistekiinnittimen aiheuttamat jännitykset kiinnitettävään kappaleeseen ovat vähäisempiä kuin perinteisillä kiinnitysmenetelmillä, mikä voi parantaa kappaleiden laatua.
• Työturvallisuus: Luotettavampi kiinnitys vähentää riskiä, että kappale irtoaa tai muuttuu työstön aikana, mikä parantaa työturvallisuutta.

Nollapistekiinnittimen haitat

Vaikka nollapistekiinnittimillä on monia etuja, tiettyjä haittoja ja rajoituksia on myös olemassa:

• Korkeat investointikustannukset: Nollapistekiinnittimen hankinta ja käyttöönotto voi olla merkittävä investointi, erityisesti pienille konepajoille. Kiinnittimien ja niihin liittyvien hydrauliikka- tai pneumaattisten järjestelmien hankintakustannukset ovat suhteellisen korkeat.
• Hydraulisten- ja pneumaattisten järjestelmien tarve: Nollapistekiinnittimen lukituksen irrotukseen tarvitaan yleensä hydraulista tai pneumaattista painetta. Tämä voi vaatia konepajan infrastruktuurin päivittämistä tai lisäjärjestelmien hankintaa.
• Epäpuhtauksien vaikutus: Lastut ja muut epäpuhtaudet voivat aiheuttaa ongelmia nollapistekiinnittimien toiminnalle. Puhdistusjärjestelmät ja ennaltaehkäisevät toimenpiteet ovat välttämättömiä kiinnityksen luotettavuuden varmistamiseksi.
• Koneistustarpeet: Jotta vetotappi voidaan asentaa suoraan kiinnitettävään kappaleeseen, tarvitaan lisäkoneistuksia. Nämä voivat lisätä valmistuskustannuksia ja pidentää tuotantoaikaa.
• Rajoitukset kappaleen muodolle: Vetotapin kiinnityksen ja paikoituksen asettamat rajoitukset voivat rajoittaa kiinnitettävän kappaleen muotoa. Tämä voi tehdä nollapistekiinnittimen käytöstä haastavaa monimutkaisempien geometrioiden kanssa.
• Painorajoitukset: Suurille ja raskaiden kappaleiden kiinnittäminen voi olla ongelmallista, sillä nollapistekiinnittimen lukitus- ja kiinnipitovoimilla on rajansa. Vaikka on olemassa erityisiä suurten kappaleiden nollapistekiinnitysjärjestelmiä, nekin kohtaavat rajoituksensa mittasuhteiden ja voimien suhteen.

Nollapistekiinnittimen käyttökohteet

Nollapistekiinnittimet ovat erittäin monikäyttöisiä ja soveltuvat hyvin erilaisiin konepajateollisuuden tarpeisiin:

• Koneistus: Nollapistekiinnittimet ovat erityisen hyödyllisiä CNC-koneistuksessa. Koneistuksen korkea tarkkuus ja lyhyet asetukset parantavat tuotannon tehokkuutta ja laatua. Nollapistekiinnittimillä voi myös kiinnittää kappaleen siten, että koneistus on mahdollista viideltä sivulta, mikä voi merkittävästi vähentää kappaleen käsittely- ja valmistusaikaa.
• Hitsaus: Hitsauksessa nollapistekiinnittäminen varmistaa tarkkuuden ja vähentää asetusaikoja. Täsmällinen kiinnitys parantaa hitsaussaumojen laatua ja vähentää mahdollisia virheitä.
• Automatisoitu tuotanto: Nollapistekiinnittimet sopivat erinomaisesti automatisoituihin tuotantolinjoihin, joissa kappaleiden vaihtaminen tapahtuu usein ja nopeasti. Kiinnittimet mahdollistavat korkean toistotarkkuuden ja vähentävät inhimillisten virheiden riskiä.
• Jigit ja kokoonpanotyökalut: Nollapistekiinnittimiä voidaan käyttää erilaisissa jigeissä ja kokoonpanotyökaluina vaikkapa kokoonpanolinjalla, jossa niiden nopea kiinnitys ja irrotus ovat hyödyksi.
• Testauksessa ja mittauksessa: Nollapistekiinnittimet ovat hyödyllisiä myös laadunvarmistuksessa, mittauksessa ja testauksessa, jossa tarkkuus ja toistettavuus ovat keskeisiä vaatimuksia.
• Prototyyppien valmistus: Prototyyppien valmistuksessa tarvitaan usein nopeaa kiinnitystä ja irrottamista. Nollapistekiinnittimien avulla prototyypit saadaan valmistettua ja muutettua tehokkaasti ja nopeasti.

Nollapistekiinnittimien valinnassa ja käytössä on tärkeää huomioida sen tarjoamat edut ja mahdolliset käyttökohteet tuotannon tehostamiseksi ja laadun parantamiseksi. Vaikka alkuinvestoinnit voivat olla korkeammat, kiinnittämisen nopeus, tarkkuus ja monipuolisuus voivat tuoda merkittäviä säästöjä ja parantaa tuottavuutta pitkällä aikavälillä.

Yhteenveto

Nollapistekiinnitin on edistyksellinen ja tehokas ratkaisu työkappaleiden paikoitukseen ja kiinnitykseen. Se yhdistää korkean tarkkuuden, lyhyet asetukset ja monipuolisuuden, joka sopii erinomaisesti modernin konepajateollisuuden tarpeisiin. Sen käyttö voi merkittävästi parantaa tuotantotehokkuutta ja vähentää valmistusprosessien asetusaikoja, mikä tekee siitä suositeltavan vaihtoehdon erilaisiin työkappaleiden kiinnitystarpeisiin. Haasteena ovat korkeammat investointikustannukset ja tarvittavien hydraulisten tai pneumaattisten järjestelmien asennus, mutta pitkässä juoksussa säästöt asetusaikoihin ja parantunut tarkkuus voivat tuoda merkittäviä kustannushyötyjä.