Projektni zadatak: dokumentacija pozicionirne osi PS-1

Obrazloženje izbora. Unutarnji prsten okreće se s vretenom, pa je opterećenje za njega obodno: smjer sile obilazi cijeli prsten. Takav prsten mora sjesti čvrsto, inače bi „puzao" po rukavcu i trošio ga. Vanjski prsten miruje zajedno s kućištem i ima točkasto opterećenje; smije sjesti labavije, što olakšava montažu.

Granične mjere. Za razred mjera od 10 do 18 mm tolerancija IT6 iznosi 11 µm, za razred od 18 do 30 mm tolerancija IT7 iznosi 21 µm (provjera računom: jedinica tolerancije i = 0,45 · ∛D + 0,001 · D s geometrijskom sredinom razreda daje 10,8 µm i 20,9 µm, zaokruženo 11 i 21). Osnovno odstupanje k za taj razred i IT6 je +1 µm.

kućište: Z_max = 28,021 − 27,991 = 0,030 mm; Z_min = 28,000 − 28,000 = 0

rukavac: P_max = 12,012 − 11,992 = 0,020 mm; P_min = 12,001 − 12,000 = 0,001 mm

U kućištu je dosjed s malim zazorom (najmanji zazor jednak nuli), na rukavcu dosjed s preklopom. Primijetite: da je provrt tolerancije H7, dosjed s k6 bio bi prijelazni; kod ležaja se tolerancijsko polje provrta nalazi ispod nulte crte, pa isti k6 daje preklop. Zato se na crtežu vretena kotira samo Ø12 k6, a na crtežu nosača samo Ø28 H7 — prsten je kupovni dio i njegova tolerancija dolazi iz kataloga.

Vodilica Ø12 h6: 12,000 / 11,989 (IT6 = 11 µm, gornje odstupanje 0). Tolerancija IT7 za razred od 10 do 18 mm iznosi 18 µm. Osnovna odstupanja provrta za taj razred: H = 0, G = +6 µm, F = +16 µm.

Preporuka je F7/h6: najmanji zazor od 16 µm ostavlja mjesta mazivu i malom odstupanju paralelnosti dviju vodilica. Zazor od najviše 45 µm po promjeru daje zračnost klizača od oko ±0,02 mm, što je unutar zahtjeva ponovljivosti ±0,05 mm, ali ga troši gotovo polovicu — zato se u osnovnoj izvedbi ipak koriste linearni kuglični ležajevi. Za rukavac vretena u kliznom ležaju slobodnog kraja prikladan je Ø12 H7/f7: za promjer 12 mm to daje zazor od 0,016 do 0,052 mm (f7: −0,016 / −0,034), dovoljan da se vreteno slobodno okreće i aksijalno produljuje.

Provrt kućišta linearnog ležaja u klizaču, Ø21 H7, iznosi 21,000 / 21,021 mm; dosjed prema vanjskom prstenu linearnog ležaja određuje se iz kataloga proizvođača, jer tolerancija vanjskog promjera ležaja nije dio ovog projekta.

Korisno polje unutar okvira: A4 uspravno 210 − 30 = 180 mm × 297 − 20 = 277 mm; A3 položeno 420 − 30 = 390 mm × 277 mm; A2 položeno 564 × 400 mm.

• Postolje 400 × 120 × 10. U mjerilu 1:1 duljina 400 mm ne stane ni na A3 (390 mm), a kote i zaglavlje traže još prostora. Rješenje: A3 u mjerilu 1:2 (tlocrt 200 × 60 mm) uz detalj navojnih provrta u mjerilu 1:1, ili A2 u mjerilu 1:1. A3 1:2 je bolji izbor jer se lakše ispisuje i nosi u radionicu, a oblik je jednostavan.
• Klizač 100 × 80 × 15. Tlocrt 100 × 80, bokocrt 15 × 80 i nacrt 100 × 15 u mjerilu 1:1 stanu na A4 uspravno s kotama: širina tlocrta i bokocrta s razmakom i kotama je oko 175 mm.
• Vodilica Ø12 × 380. U mjerilu 1:2 duljina bi bila 190 mm i ne bi stala na A4 (180 mm), a promjer od 6 mm bio bi nečitak. Ispravno je A4 u mjerilu 1:1 s prekinutim prikazom: dio jednolikog presjeka izostavlja se, a kota 380 upisuje se u punoj vrijednosti.
• Sklopni crtež. Ukupna duljina osi je duljina postolja uvećana za prepust motora (duljinu motora uzmite iz kataloga). U mjerilu 1:2 cijela os stane na A3 s nacrtom i tlocrtom; sastavnica s trinaest pozicija ide na isti list iznad zaglavlja ili na poseban list A4 (PS1-00-001).

Pravilo koje se ovdje primjenjuje: mjerilo se bira iz niza normiranih mjerila (1:1, 1:2, 1:5, 2:1, 5:1…), nikad proizvoljno (npr. 1:1,5), a upisuje se u zaglavlje. Ako na listu postoji detalj u drugom mjerilu, njegovo mjerilo piše se uz oznaku detalja.

Postolje: V = 400 · 120 · 10 = 480 000 mm³ = 480 cm³; m = 480 · 2,70 = 1296 g = 1,296 kg (bez provrta, pa je to bruto masa sirovca).

Klizač: V = 100 · 80 · 15 = 120 cm³, m = 0,324 kg; oduzmu li se četiri navojna provrta M5 dubine 10 (promjer jezgre oko 4,2 mm) i dva provrta Ø5,5 kroz 15 mm, obujam se smanji za oko 1,27 cm³, pa je m ≈ 0,321 kg.

Vodilica: V = π · 6² · 380 = 42 977 mm³ ≈ 43,0 cm³; m = 0,337 kg po komadu, 0,675 kg za obje.

Vreteno: računa li se s nazivnim promjerom 12 mm, m = 0,320 kg; sa srednjim promjerom navoja d₂ = d − 0,5 · P = 10,5 mm, m = 0,245 kg. Stvarna masa je između, a točnu daje CAD model.

Zbroj poznatih masa izrađenih dijelova iznosi oko 2,54 do 2,61 kg, bez nosača i kupovnih dijelova. U zaglavlje sklopnog crteža upisuje se masa sklopa iz CAD modela, uz napomenu ako su mase kupovnih dijelova procijenjene.

s = P / (200 · 8) = 3 mm / 1600 = 0,001875 mm po mikrokoraku

hod 300 mm: 300 / 3 = 100 okretaja; 300 / 0,001875 = 160 000 mikrokoraka

v = 50 mm/s: n = 50 / 3 · 60 = 1000 min⁻¹; f = 50 / 0,001875 ≈ 26 667 Hz ≈ 26,7 kHz; t = 300 / 50 = 6 s (bez ubrzanja i usporenja)

Rezolucija nije ograničenje: ponovljivost ±0,05 mm odgovara ±26,7 mikrokoraka. Ponovljivost u praksi određuju zračnost matice, krutost spojke i točnost referentnog senzora, a ne veličina koraka. Iz frekvencije slijedi zahtjev za električni dio: izlaz upravljača koji daje impulse mora biti brzi impulsni izlaz za najmanje 26,7 kHz, a motor mora imati dovoljan moment pri 1000 min⁻¹ (provjera krivulje momenta iz kataloga).

Geometrijska provjera. Potrebna slobodna duljina vodilica između nosača:

L_potr = hod + duljina klizača + 2 · razmak = 300 + 80 + 2 · 5 = 390 mm

L_raspol = 380 − 2 · 15 = 350 mm < 390 mm ⇒ najveći hod = 350 − 80 − 10 = 260 mm

Početni podaci ne zadovoljavaju zahtjev hoda od 300 mm. Upravo to treba pokazati simulacija gibanja u CAD sklopu: klizač udara u nosač prije nego što prijeđe zadani hod. Ispravan postupak nije prešutno produljenje vodilica, nego dokumentirana izmjena: vodilica 420 mm (420 − 2 · 15 = 390 mm slobodno), a vreteno i postolje produljuju se za isti iznos od 40 mm i provjeravaju u modelu. Izmjena se upisuje u tablicu izmjena na svim zahvaćenim crtežima (PS1-00-000, -001, -005, -006) i u izvješće PS1-00-002.

Rješenje na slici P.3 slijedi četiri pravila. Prvo, baze su lijevi i donji brid, jer se od njih dio steže i mjeri. Drugo, funkcijska mjera — razmak osi navojnih provrta, koji mora odgovarati razmaku vodilica — kotira se izravno i tolerira (70 ±0,02), a ne izvodi iz razlike dviju kota od baze. Treće, lanac se ne zatvara: s kotama 15, 70 i ukupnom mjerom 100 desni rub od 15 mm se ne kotira. Četvrto, provrti jednakih mjera označavaju se zajednički (4× M5–10, 2× Ø5,5), a provrti na simetrali kotiraju se simetrično (40).

Uz crtež ide opća tolerancija (npr. ISO 2768-m), opća hrapavost Ra 3,2 uz zaglavlje i napomena o skidanju oštrih bridova. Naslonske plohe kućišta ležajeva mogu nositi toleranciju ravnosti; ako je upišete, obrazložite je na obrani.

Znak = označava funkcijski aspekt (kojem sustavu element pripada), znak + mjesni aspekt (gdje je ugrađen), znak − proizvodni aspekt (koji je to element), a dvotočka : priključak na elementu.

Mjesna oznaka osi (+OS) nije zadana u početnim podacima; ovdje je uvedena kao primjer i mora se navesti u tehničkom opisu. U shemi se, kad je sustav jasan iz zaglavlja lista, piše samo proizvodni aspekt (-B1). Razredi slovnih kodova razlikuju se među izdanjima norme i ustaljenom praksom (npr. granične sklopke kao -S ili -B, signalne svjetiljke kao -H ili -P); u projektu PS-1 zadržavaju se oznake iz popisa opreme, a u tehničkom opisu navodi se koje je pravilo primijenjeno.

ulazi: 7 od 8 zauzeto, rezerva 1 / 8 = 12,5 %; izlazi: 5 od 6 zauzeto, rezerva 1 / 6 ≈ 16,7 %

Zahtjev od 10 % je ispunjen, ali tijesno. Kad bi se tipkalo za nuždu -S0 spojilo još i izravno na ulaz, zauzeto bi bilo 8 od 8 i rezerva bi pala na nulu. To nije potrebno: stanje sigurnosnog kruga upravljač dobiva preko povratnog kontakta -K1 (I5). Ako bi naručitelj tražio rezervu od 20 %, trebalo bi 7 · 1,2 = 8,4, dakle 9 ulaza — upravljač s 8 ulaza tada ne bi bio dovoljan i trebao bi modul proširenja.

I_potr = 2,895 A · 1,25 ≈ 3,62 A ≤ 5 A ⇒ napajanje zadovoljava; opterećenje u pogonu 2,895 / 5 ≈ 58 %

Izlazna snaga napajanja je 24 V · 5 A = 120 W. Osigurač -F1 bira se tako da je veći od pogonske struje i manji od struje koju napajanje trajno daje, npr. 4 A; njegovu karakteristiku (tromi ili brzi) i ulaznu i uklopnu struju napajanja za provjeru prekidača -Q1 C6 A uzmite iz tehničkih listova. Vrijednosti potrošnje u ovom zadatku su primjer: u tehničkom opisu navedite stvarne vrijednosti iz dokumentacije odabrane opreme i izvor podatka.

ΔU = 2 · L · I · ρ / A = 2 · 3 · 2,0 · 0,0175 / 0,75 = 0,28 V (≈ 1,2 % od 24 V)

za A = 0,5 mm²: ΔU = 0,42 V (≈ 1,75 % od 24 V)

Faktor 2 uzima u obzir dolazni i povratni vodič faze. Oba presjeka daju mali pad napona. Upravljač koračnog motora ionako regulira struju faze, pa pad napona ne mijenja struju, nego smanjuje rezervu napona koja je potrebna da struja brzo naraste pri većoj brzini vrtnje. Za izbor kabela motora zato su važniji oklop, spoj oklopa na potencijal zaštitnog vodiča i vođenje odvojeno od signalnih kabela (-W3 senzora). Za usporedbu, pad napona na kabelu senzora -W3 (5 m, 3 × 0,25 mm², 0,015 A) iznosi samo oko 0,01 V.

16 · 1,2 = 19,2 ⇒ 20 stezaljki na -X1 (4 rezervne)

Priključak mreže -X0 ima zasebne stezaljke L, N i PE. Prijedlog kabela: -W1 napojni 3 × 1,5 mm² (L, N, PE); -W2 motor 4 × 0,75 mm², oklopljeni; -W3 senzor 3 × 0,25 mm²; -W4 i -W5 granične sklopke 2 × 0,5 mm²; -W6 izjednačenje potencijala postolja 1 × 4 mm², žuto-zeleni. Presjeci su prijedlog; konačni izbor obrazlaže se u tehničkom opisu prema struji, duljini i uvjetima polaganja.

Ležaj je kupovni dio s tolerancijom propisanom za ležajeve i poznatom iz kataloga. Na crtežu vretena kotira se samo ono što se na vretenu izrađuje: tolerancija rukavca k6. Dosjed kao par vidi se na sklopnom crtežu.

Pogled u smjeru osi vretena, jer se u njemu vidi kućište ležaja kao kružnica i položaj osi prema postolju; kućište se prikazuje presjekom u drugom pogledu, jer se tako vide stepenica, dosjed Ø28 H7 i širina ležaja bez nevidljivih bridova.

Dio je jednolikog presjeka, pa srednji dio ne donosi nikakav podatak. Prekid štedi format i čuva mjerilo 1:1; kotni broj uvijek je stvarna mjera dijela, neovisno o prikazu.

Razmak 70 bio bi posredna mjera s tolerancijom koja je zbroj tolerancija dviju kota. Funkcija traži upravo razmak osi vodilica, pa se on kotira izravno i tolerira.

S malim zazorom (0 do 0,030 mm za osnovnu varijantu). Vanjski prsten miruje i ima točkasto opterećenje, pa mu ne treba preklop; zazor olakšava montažu i ne dopušta da se kućište deformira.

Da s vodilicama od 380 mm, klizačem od 80 mm i razmacima do graničnih sklopki najveći hod iznosi 260 mm. Izmjena je dokumentirana: vodilice, vreteno i postolje produljuju se za 40 mm, izmjena je upisana u zaglavlja i u izvješće.

Rezolucija je samo najmanji zadani pomak. Ponovljivost ovisi o zračnosti matice, krutosti spojke, točnosti referentnog senzora i gubitku koraka. Treba je izmjeriti, a u dokumentaciji navesti mjere koje je osiguravaju.

Sigurnosni relej K1 u ormariću ORM sustava PS1. Ista oznaka je u shemi, popisu opreme, montažnom pogledu i na natpisnoj pločici u ormariću.

Prekid voda ili ispala stezaljka tada izgledaju kao aktivirana sklopka, pa se os zaustavlja. Da su radni kontakti, prekid voda ne bi se primijetio i sklopka bi zakazala upravo kad je potrebna.

Sigurnosna funkcija ne smije ovisiti o programu standardnog upravljača. -S0 djeluje na sigurnosni relej -K1, koji izravno ukida omogućenje -T1; -A1 dobiva samo povratnu informaciju.

Zbrojem vlastitih potrošnji iz tehničkih listova uz faktor rezerve 1,25: 2,895 A · 1,25 ≈ 3,62 A ≤ 5 A. Kad bi zbroj s rezervom prešao 5 A, odabralo bi se jače napajanje ili bi se upravljač motora napajao iz zasebnog izvora.

Ručni popis prestaje odgovarati shemi već pri prvoj izmjeni. Program za sheme izvodi ga iz sheme, pa su oba dokumenta uvijek usklađena.

Jednopolna shema prikazuje tok energije i zaštitu jednom crtom, s brojem vodiča označenim kosom crticom. Strujne staze prikazuju upravljačku logiku, svaki kontakt i svitak posebno, s brojevima staza i unakrsnim referencama.