Koneenpiirustuksen pikaopas

ENG-A1001 Tietokoneavusteiset työkalut insinööritieteissä (A1/SolidEdge) Versio 03/2014 Jari Nokkala ja Koneenrakennustekniikan laitoksen opetushenkilökunta Koneenpiirustuksen pikaopas Tähän pikaoppaaseen on koottu keskeisimpiä perinteisten 2D-koneenpiirustusten (työkuvien) laadintaohjeita. Työpiirustukset ovat keskeinen osa tuotedokumentointia, jota tekstissä käytetään yläkäsitteenä. Huomattavasti kattavampi esitys aiheesta löytyy esim. kirjasta Aimo Pere: Koneenpiirustus 1&2 (Kirpe Oy, uusin painos on vuodelta 2012, kirja on käyttökelpoinen hakuteoksena myös myöhemmissä opinnoissa ja työelämässä). Piirustuksia laadittaessa tulee käyttää niiden esitystapaa, merkintöjä ja symboleja koskevia standardeja! Samaa kappaletta esittävien työpiirustusten tulisi laatijasta riippumatta olla samannäköisiä. Tarkista aina tuoreimmat voimassa olevat standardit! Suomessa standardeja laatii ja ylläpitää Suomen standardisoimisliitto SFS Ry. Aalto-yliopistossa aineistot löytyvät Nellin-portaalin Etsi tietokantaa -haulla kirjoittamalla siihen joko SFS tai ISO. Aineiston nimi on SFS- ja ISO-standardit. Kotimaisia SFS-standardeja yhdenmukaistetaan kansainvälisiksi esim. SFS-EN ISO - standardeiksi Sisällys: 1 Dokumentoinnin yleiset tavoitteet... 2/14 2 Miten käytän standardeja hyväksi?... 3/14 3 Projektiot... 4/14 4 Leikkauksen ottaminen... 6/14 5 Mitoittaminen... 8/14 6 Piirtämisen suunnittelu... 11/14 7 Yleisimpien virheiden välttäminen... 12/14 8 Esimerkkejä metallikappaleiden valmistamisesta työstämällä... 13/14 Liite: Termien selityksiä. 15 1

1 Dokumentoinnin yleiset tavoitteet Dokumentoinnin yhteiset pelisäännöt on sovittava, jotta tiedonkulku olisi tehokasta ja virheetöntä. Koneenpiirustuksen järkevyyden ymmärtämiseksi, tulee nähdä, mitkä ovat dokumentoinnin tavoitteet, miksi ne ovat olemassa ja miten tavoitteita on yritetty toteuttaa. Kuvan 1. laatikoihin on sijoitettu dokumentointiin liittyviä tavoitteita. Laatikot kytkeytyvät toisiinsa siten, että miksi kysymykseen voit löytää vastauksen laatikon yläpuolelta ja miten kysymyksen vastauksen laatikon alapuolelta. Voidaan esimerkiksi kysyä, miksi huonoa ja virheellistä tiedonkulkua on parannettava? Vastauksen löytää laatikon yläpuolelta: esim. koska kustannuksia on pienennettävä. Toisaalta voidaan kysyä, miten huonoa ja virheellistä tiedonkulkua on yritetty parantaa? Tiedon hallintaa lisäämällä -vastaus löytyy laatikon alapuolelta. Standardisoimisliitot myyvät: -standardeja ja Kansalliset standardisoimisliitot laativat sertifikaatteja yhdessä kansainvälisten standardisoimis- yrityksille ja rahoittavat liittojen kanssa standardeja, joiden Yritykset pyrkivät ylläpitämään kilpailukykyään ja avulla pyritään yhdenmukaiseen doku- sillä toimintaansa. ponnistelevat yltääkseen hyvään taloudelliseen tulokseen. mentointiin ja tiedon & taidon uusintami- Yritystoiminta pyrkii vaikuttamaan kahteen asiaan. seen tulevaisuudessakin. Kustannuksia alennetaan Tuottoa lisätään Huonoa ja virheellistä Johtamisella pyritään järjestäy- Tuottavuuden ylläpitämiseksi ja tiedonkulua on paran- tyneeseen ja tavoitteelliseen toimin- lisäämiseksi yritykset panostavat nettava taan. tuotteidensa laatuun. Varsinkin suurissa yrityksissä Tiedon kaaokseen pyritään Standardien välityksellä tiedonkulku on hallittava paremmin vastaamaan järjestäytymisellä. valmistukseen liittyvä tieto & taito siirretään kätevästi ja samalla tuotteiden laatu pysyy hyvänä Dokumentit eriytetään Dokumenteista tehdään ja yhdenmukaistetaan selkeitä ja yksiselitteisiä standardien avulla. standardien avulla. Standardeissa sovitaan mm. -pinnanlaadun merkinnöistä -hitsausmerkinnöistä -sovitteista Stadardeihin sisällytetään Standardeissa määritellään ne tavoitteet, -komponenttien mitoista tarkat ohjeet ja säännöt siitä, joihin dokumenttien laatimisessa tulee -pienosista ja piirteissä miten dokumentit tulisi laatia pyrkiä ja joiden avulla niitä tulkitaan. -kierteistä Vain tiettyjen Dokumentit Dokumentit Käyttötarkoituksesta Jokaiselle symbolien pelkistetään eriytetään: ja esitystavasta riip- dokumentille käyttö on mahdollisimman jokaisella on puen vain olennainen sovitaan hyväksyttyä. yksinkertaisiksi. oma tehtävä. otetaan mukaan. tietyt nimitykset. Kuva 1. Mitä järkeä koneenpiirustuksen tavoitteissa on? Tehokas ja virheetön tiedonkulku on liiketoiminnan kannalta tavoiteltava asia. Järkevällä dokumentoinilla voidaan vaikuttaa tähän asiaan. Suomen Standardisoimisliitton toimesta dokumentteja on eriytetty ja yhdenmukaistettu. SFS-standardeissa määritellään ohjeita, sääntöjä sekä suosituksia, joita piirustusten laatijoiden tulisi noudattaa. EU-maat noudattavat eurooppalaisia EN- standardeja. SFS-standardeja pyritään yhdenmukaistamaan SFS-EN standardeiksi. Dokumentoinnin pelisäännöistä on sovittava yhteisesti, jotta tiedettäisiin: a) mitä tietoa mihinkin dokumenttiin sijoitetaan ja b) miten dokumentti tulisi rakentaa. Jotta dokumentteja olisi helpompi lukea ja niitä tulkittaisiin aina samalla tavalla, ne luokitellaan käyttötarkoituksen, sisällön ja esitystavan mukaisiin luokkiin. Dokumentaatio on toimintaa, jolla pyritään nimenomaan hallitsemaan tiedon kulkua. Dokumentaatiota käytetään seuraamaan hanketta, asennusta ja järjestelmää läpi sen olemassaolon, joten ei ole yhdentekevää, miten dokumentti rakennetaan. Dokumentti on työkalu tiedon siirtämiseen: Dokumentoinnin tarkoituksena on tarpeellisen ja riittävän tiedon tarjoaminen ja säilyttäminen mahdollisimman yksinkertaisessa muodossa. Sitovaa ja tärkeää tietoa 2

siirretään dokumentteina. Dokumentti on virallinen asiakirja; siihen tulee suhtautua vakavasti. Väärää tietoa sisältävä dokumentti voi tulla kalliiksi tai aiheuttaa jopa vaaratilanteita. Vastuu dokumentin oikeellisuudesta on yleensä tiedon antajalla. Piirustukset ovat usein juridisia asiakirjoja. Dokumentoinnin järkiperäistämisellä saavutetaan kansantaloudellisesti merkittäviä kustannussäästöjä. Lisäksi standardisoimisella on vaikutusta tuotteiden laatuun ja sitä kautta myös yritysten tuottavuuteen. (vrt. kuvan 1. oikea puoli). Samalla, kun on sovittu dokumenttien yhteisistä pelisäännöistä, standardeihin on koottu arvokas valmistusmenetelmätietous helppokäyttöiseen muotoon. Standardeita laadittaessa on tarkkaan harkittu esimerkiksi se, minkä kokoisia ruuveja saa valmistaa tai miten hitsattavat rakenteet tulee suunnitella sekä, miten yhteensopivat akselit ja reiät tulisi mitoittaa jne. Akseli pintamerkkejä toleranssimerkki puolet kappaleesta on esitetty leikattuna otsikkotaulu Kuva 2. SFS-standardin mukainen työkuva. (Huom. Kuvassa on vanhemman standardin mukaisia pinnanlaatumerkkejä, huomaa uudempien merkintätapojen vastaavuus.) Vieressä on kuvitteellinen esimerkki perinteisestä yksittäisen koneenosan työpiirustuksesta. Työkuva sisältää tietoa kappaleen valmistusta varten. Dokumentin laatijasta riippumatta se tulisi näyttää tältä. Jokainen ammattitaitoinen koneistaja odottaa saavansa juuri tällaisen dokumentin kappaleen valmistusta aloittaessaan. Hän tietää tarkalleen esimerkiksi sen, mistä porattavan reiän syvyys löytyy dokumentissa. Kappaleen mittoja suunniteltaessa on osan tulevaan toimintaan kiinnitetty erityistä huomiota. Määräämällä esimerkiksi kappaleen pinnanlaatu ja valmistustarkkuus tietyn suuruiseksi, saadaan lopullisesta tuotteesta toimiva. Näiden tuoteominaisuuksien valinta on tapahtunut standardien avulla. Ilman standardeja kappaleen suunnittelu ja kuvaaminen vaatisi paljon enemmän aikaa, eikä siltikään oltaisi riittävän varmoja lopullisen tuoteen laadusta. 6.3 Ra 6.3 = = Ra 6.3 2 Miten käytät standardeja hyväksi? Selvitä, mitkä esitystavat ovat suositeltavia, mitä pitää välttää ja mitkä ovat suorastaan kiellettyjä; jos hyväksyttäviä vaihtoehtoja on useita, valitse niistä havainnollisin tai toimivin. Koneenpiirustuksen laatu mitataan pitkälti sillä, kuinka hyvin se vastaa noudatettavissa standardeissa esitettyjä ohjeita ja kuinka yksikäsitteinen se on. Mahdolliseen epäonnistumiseen on kaksi perussyytä: joko standardien mukaisia merkintöjä ei jakseta opiskella tai valitaan väärä ratkaisu piirustusta suunniteltaessa. 70 % piirustusten virheistä kuuluu ensimmäiseen ryhmään eli yleensä ei viitsitä ottaa asiasta selvää. Joitain vältettäviä mutta valitettavan tyypillisiä virheitä on esitelty kappaleessa 7. Vaikka koneenpiirustuksessa löytyy monta hyväksyttävää ratkaisua tai esitystapaa, monesti vertailtaessa yhtä ratkaisua voidaan pitää parempana kuin toista. Esimerkiksi mitoitettaessa tulee välttää pitkien mittaviivojen vetoa sekä niiden risteämiä, mutta samalla mittaviivat tulisi ryhmitellä selkeästi. Seuraaviin kappaleisiin on koottu olennaiset asiat teknisen suunnittelun alueelta aiempien vuosien kurssien lähtökohdista. Piirtämisen helpottamiseksi on seuraaviin kappaleissa poimittu kyseisen sisältöalueen tärkeimpiä ohjeita, kieltoja ja suosituksia standardeista. Vasemmanpuoleisen sarakkeen kuvalla selkeytetään asiaa. Jokainen kappale alkaa viittauksella dokumentoinnin tavoitteeseen. Kappaleeseen kuusi on koottu käytännön ohjeita piirtämisen suunnitteluja varten. HUOM!: Käytä pikaoppaan rinnalla myös muuta oppimateriaalia (esim. Peren kirjaa tai ao. aihealueen standardeja suoraan). Opas ei pyri olemaan eikä voi olla täydellinen! 3

3 Projektiot Suunnittele projektioiden valinta huolellisesti, suosi niukkaa ja selkeää esitystä. 1. Viivatyyppien käyttö kapeita ehyitä viivoja muotoviivoja Kuva 3. Eri viivatyyppien käyttö katkoviiva pistekatkoviiva Yleinen tavoite: Yksiselitteisyys ja selkeys saavutetaan sillä, että asiat esitetään kurinalaisesti ja säännönmukaisesti yhdellä tavalla. Projektioiden on esitettävä kappaleen geometria yksikäsitteisesti. Muotoviiva piirretään leveänä ja ehyenä. Muotoviivalla esitetään kappaleen uloimpia ääriviivoja. Kappaleen ulospäin tai sisäänpäin työntyvä särmä piirretään muotoviivana. Kapeaa ohutta viivaa käytetään leikkausviivoituksessa. Joskus sitä käytetään pyöreän särmän kuvaamiseen. Pistekatkoviiva piirretään kapeana viivana. Sitä käytetään (a) symmetria-akselina esim. pyörähdyskappaleissa. Se voidaan piirtää, kun (b) kappaleen muodot sijaitsevat samalla kuvitellulla suoralla (esim. poratut reiät). Pistekatkoviiva piirretään myös silloin, kun (c) tietyt pinnat sijaitsevat yhtä etäällä toisistaan (esim. kiilaura). Katkoviiva piiretään, kun muotoviiva jää kappaleen materiaalin taakse. Katkoviivaa saa käyttää ainoastaan silloin, kun piirustuksen yksiselitteisyys tai selkeys sitä vaatii (eli äärimmäisen harvoin). 2. Projektioiden valinta ja esittäminen yleisesti 3D-malleista luotavat 2D-projektiot esittävät kappaleen yksityiskohdat realistisesti, kuten silmäkin sen näkee. Ohjelmisto laskee kaareutuville muodoille oikean geometrian. Kuva 4. Miten projektio kuvataan Käsin piirrettäessä (ilman 3Dmallia) voidaan tarvittaessa kaareutuvien muotojen esitystä yksinkertaistaa, jos kuvan tulkinta ei siitä kärsi. Yleinen tavoite: Käyttötarkoituksesta ja esitystavasta riippuen vain olennainen pyritään esittämäään. Pyritään niukkaan esitykseen, joka on kuitenkin yksiselitteistä ja selkeää. Asiat esitetään kurinalaisesti ja säännönmukaisesti aina samalla tavalla. Piirustuksissa vältetään kuvauksellisesti epäselviä tilanteita, piirustusteknisesti hankalia sekä mitoitusta ajatellen epätarkoituksenmukaisia projektioita. 4

Kuva 5. Pääprojektio (oikealla on projektio katsottaessa kohdetta vasemmalta, ns. yhden käännön mukainen sijoittelu) 1) Projektiot kuvataan sellaisina, miltä ne näyttävät kohtisuoraan tarkasteltuna, ilman perspektiiviä. Esimerkiksi muropaketti voidaan esittää kuudella projektiolla, jotka näyttävät muotoviivalla piirretyiltä suorakaiteilta. 2) Pääprojektioksi valitaan sellainen projektio, josta olennaisimmat muodot näkyvät parhaiten (ja johon mitat voidaan esittää mahdollisimman yksityiskohtaisesti). 3) Pääprojektio asetetaan valmistuksen tai käyttötavan mukaiseen asentoon. 4) Mittakaavaksi pyritään valitsemaan 1:1. 3. Muiden projektioiden valinta ja esittäminen Kuva 6. Yhden käännön periaate 1) Käytä mahdollisimman vähän projektioita. Pyri valitsemaan sellainen pääprojektio, että muita projektioita ei tarvita. Ennenkuin päädyt useamman projektion käyttöön mieti, voidaanko leikkausprojektion avulla tehostaa pääprojektion esitystä ja välttää usean projektion käyttöä. 2) Mikäli välttämättä tarvitset muita projektioita, esitä ne yhden käännön periaatteen mukaisesti, varmista, että projisointitapaa kuvaava symboli on otsikkoalueessa oikein (määrittelemällä nuolilla muita katsomissuuntia, voidaan järjestyksestä poiketa liittämällä kukin projektio tiettyyn katsomissuuntaan erikseen) 3) Osaprojektiota käytetään: a) mikäli tilan tai muun erikoissyyn takia projektioita ei ole järkevä piirtää kokonaan tai b) kun kappaleen hyvin pieni muoto vaatii osasuurennosta. 4. Erikoistapaukset Mikäli kyseessä on jokin allakuvatuista erikoistapauksista tarkista tulkinta standardeista: a) Symmetrisestä kappaleesta on kuvan yksinkertistamisen takia puolet jätetty piirtämättä b) yksikäsitteinen projektio on esitetty paikallisprojektiona c) toistuvia muotoja on jätetty piirtämättä (esim. kun porattuja reikiä on hyvin monta), d) viereisten (muiden) osien keskinäinen sijainti halutaan esittää työkuvaan, e) kappaleessa on esimerkiksi pyöristyksiä, jotka vaativat näennäismuotoviivoja, f) valmistus vaatii aihion kuvaamista (esim. levytyön levityskuvat), g) eri viivatyyppejä sijaitsee päällekkäin. 5

4 Leikkauksen ottaminen Leikkaus otetaan, jotta kappaleen sisäpuoliset muodot saataisiin kuvassa näkyviin. Joskus leikkauksen ottamisella voidaan vähentää projektioiden määrää. 1. Päätös leikkauksen ottamisesta Leikkaustaso Kappaleen sisäpuolisia muotoja Kuva 7. Kappaleen leikkaaminen yhdessä tasossa Yleinen tavoite: pyritään mahdollisimman niukkaan ja selkeään esitykseen. Kaikki muodot on pystyttävä esittämään yksiselitteisesti. Leikkauksella on syy ja tavoite. Leikkaus otetaan kun: 1) kappaleessa on sisäpuolisia muotoja 2) ilman leikkausprojektiota kappaleen muotoja ei pystytä esittämään 3) kappaleesta näkyy leikattuna enemmän kuin leikkaamattomana. 2. Miten leikkaus piirretään? Kappaleiden pääakselit ohut ehyt viiva leveä muotoviiva Kuva 8. Leikkausviivoituksen suunta Yleinen tavoite: Laikkausprojektioissa leikattu pinta merkitään leikkausviivoituksella. 1) Leikkausviivat piirretään sopivan tiheiksi. 2) Leikkausviivat kulkevat 45 asteen kulmassa kappaleen pääakseleihin nähden. 3. Varmista tehokas esitys valitsemalla oikea leikkaustapa Kuva 9. Puolileikkaus Tämä muoto saatiin samaan leikkaukseen Älä unohda näitä muotoviivoja. Kuva 10. Osaleikkaus Huom! Ei muotoviivoja tasojen väliin 1. taso Yleinen tavoite: niukka ja tehokas esitys. Leikkauksen ottamiselle on vakiintunut tapa, jonka mukaan se esitetään osa-, puolitai kokoleikkauksen avulla. 1) Kun valitset leikkausta, pyri mahdollisimman yksinkertaiseen ja tiiviseen ratkaisuun. 2) Muista, että leikkaus tehdään aina mitoitusta varten. Pyri mitoittamaan reiät ja kierteet leikkausprojektioon, sijoita mitat puolileikkauksen mukaisesti: sisäpuoliset mitat leikkauksen puolelle. a) Osaleikkausta käytetään, kun leikkausta vaativa kohta on hyvin pieni. b) Jos osaleikkauksia joudutaan ottamaan monia, tulee harkita kokoleikkausta. c) Symmetriset pyörähdyskappaleet kannattaa esittää puolileikkauksen avulla. 2. taso Kuva 11. Kokoleikkaus kahdessa tasossa 6

4. Varmista tehokas esitys valitsemalla leikkaustaso(t) oikein Kuva 12. Tehokas leikkaus Reiän vienti leikkauslinjalle Kuva 13. Tehokas leikkaus Kappale on symmetrinen. Samanlaisia reikiä on kaksi kappaletta. Leikkaustaso on valittu siten, että toinen reistä jätetään leikkaamatta. Useamman leikkausprojektion käyttö olisi ollut virhe. Kuva 14. Tehokas leikkaus Yleinen tavoite: huolehdi esityksen tehokkuudesta ja yksiselitteisyydestä. 1) Valitse leikkausprojektioita mahdollisimman vähän. 2) Esitä tiiviisti: yhteen projektioon mahdollisimman paljon. 3) Pyri selkeään esitykseen. 4) Jos leikkausprojektio on pakko tehdä, tee siitä mahdollisimman tehokas siirtämällä samalle leikkauslinjalle mahdollisimman paljon muotoja. 5) Ota symmetriaviivasta kaikki teho irti eli samanlaisia muotoja kannattaa sijoittaa vain yksi leikkauslinjalle. 6) Pyörähdyskappaleet kannattaa leikata usein radiaalisuunnassa (keskipisteestä ulkokehään päin); se on kappaleen valmistukselle olennaista. 7) Mikäli leikkauksen kulku ei ole ilmeinen, osoita se nuolien avulla. Nuolilla kerrot samalla, mihin projektio on käännetty yhden käännön periaatteen mukaan. 8) Merkitse leikkaukseen tunnuskirjaimet, esimerkiksi A-A. 5. Varmista tehokas esitys Ripa- ja varsisäännön avulla Kuva 15. Vahvikkeen (rivan) esittäminen leikatussa projektiossa Vahvikeripaan ei piirretä leikkausviivoitusta. Myös erilaiset tukivarret esitetään viivoittamattomina. Kokoonpanokuva Kuva 16. Akselin esittäminen leikatussa projektiossa (akselia ympäröi leikattu holkki) Yleinen tavoite: niukkuus. Ei ole mitään järkeä leikata, jos leikkauksen avulla ei pystytä esittämään mitään uutta tai olennaista. 1) Ruuvit, mutterit, kuulat, vahvikerivat, varret ym. rakenteet eivät pidä sisällään kuin umpimateriaalia leikkaus ei tuo lisäarvoa. 6. Erikoissääntöjä poikkeustilanteisiin Yleinen tavoite: Piirustukset laaditaan pääsääntöjen mukaan, ellei tilanne toisin vaadi. 1) Muiden materiaalien leikkaus esitetään toisella tavalla kuin teräksen leikkaus (esim. betoni rakennuspiirustuksissa). 2) Pakottavassa tilanteessa, luettavuuden takia leikkausviivoitus voidaan poistaa ja sen päälle voi kirjoittaa. 3) Erittäin kapea leikkauspinta (missä viivoitus ei erotu) mustataan. 4) Pakottavassa ja selkeässä tilanteessa leikkausprojektio voidaan kääntää paikallaan 5) Erittäin pitkän kappaleen leikkausprojektiot voidaan sijoittaa pääprojektion alapuolelle. 6) Pitkä kappale voidaan esittää katkaistuna. Kuva 17. Erikoistapauksia 7

5 Mitoittaminen Mitoitus tehdään kappaleen toimintaa, valmistusta ja tarkastusta varten. Mitoittaminen on tärkeä asia ja se tulee suunnitella tarkoin. 1. Mitoitusprojektion valinta ja sijoittaminen aksiaalisuunnat Asento on oikein valittu: kappale sorvataan tässä asenossa. Tämä projektio on välttämätön. Vain tästä suunnasta aksiaalisuuntaiset pituudet näkyvät. Kuva 18. Projektioiden valinnan suunnittelu Kappaletta tarkastellaan sellaisesta suunnasta, mistä sen geometriset muodot näkyvät parhaiten ja mihin mitat voidaan sijoittaa selvästi. Projektioita valitaan mahdollisimman vähän. Projektioita valittaessa varmistutaan siitä, että mitoitettavat muodot saadaan näkyviin. Tässä vaiheessa arvioidaan leikkauksen tarpeellisuus. Kun leikkaustapa on päätetty, mietitään, miten leikkauksesta saadaan mahdollisimman tehokas. Yleinen tavoite: selkeys ja esityksen tehokkuus. Projektiot valitaan yleensä siten, että piirustuksesta saadaan yksiselitteinen. Projektioita valitaan mahdollisimman vähän. Kussakin projektiossa esitetään mahdollisimman paljon yksityiskohtia. Tämä pätee myös mitoitusprojektion valinnassa, mutta lisäksi on kiinnitettävä huomiota seuraaviin asioihin: 1) Jokaisen projektion tarpeellisuus mietitään nimenomaan mitoituksen selkeyden kannalta. Esimerkiksi leikkausprojektioita suositaan reikätietojen esittämisessä. 2) Muoto mitoitetaan sellaiseen projektioon, josta sen geometriset muodot näkyvät kaikkein selvimmin. 5) Tarvittaessa mitoitusta selvennetään leikkausprojektion avulla. Katkoviivaan mitoittamista tulee välttää. 6) Sijoita projektiot lomakkeeseen asianmukaisesti. Kuva 19. Projektioiden valinnan suunnittelu 3. Piirrä mitoitusalkiot oikein ja sijoita ne järkeviin paikkoihin Huom! Mittaviivojen etäisyys kappaleesta Toisinaan mitoitusviivojen risteämiä ei voi välttää Vältä liian pitkien mittaapuviivojen vetoa. Mitat voidaan sijoittaa myös kappaleen päälle Yleinen tavoite: Vain standardissa määriteltyjen symbolien käyttö on sallittua. Säännönmukaistamalla piirustuksesta saadaan selkeä. 1) Suorat muodot mitoitetaan janamaisten mittaviivojen avulla, ympyränkaaria mitoitetaan kulmien ja kaarien avulla. Katso kuvasta, miten mitoitusalkion osat piirretään ja miten ne sijaitsevat kappaleeseen nähden. 2) Mittaviivat sijoitetaan vakioetäisyydelle kappaleen pinnasta. 3) Pitkiä mitta-apuviivoja on vältettävä! 4) Mitoitusviivojen leikkausta tulisi välttää. Mikäli tämä ei ole vältettävissä, kumpaakaan viivaa ei piirretä katkaistuna. 5) Muotoviivoja, ääriviivoja sekä keskiviivoja ja niiden jatkeita saa käyttää mitta-apuviivoina (kapea ehyt viiva), mutta ei mittaviivoina. Kuva 20. Mitoitusalkiot ja niiden oikea sijoittaminen 8

4. Mittaluvun kirjoittaminen Kuva 21. Mittalukujen kirjoittaminen Luku ilman mittayksikköä tarkoittaa millimetejä Mittaluvut tulee kirjoittaa erittäin selkeästi! Yleinen tavoite: niukkuus ja yksikäsitteisyys. 1) Mitat ovat lopullisen kappaleen mittoja. 2) Kukin mitta esitetään vain kerran. 3) Mitat ilmoitetaan millimetreinä (yksikköä ei kuitenkaan kirjoiteta näkyviin). 4) Mittaluvun eteen voidaan sijoittaa tarkennusmerkkejä (R=säde,Ø=halkaisija,AV=avainväli ym.). 5) Mittoja luetaan alhaalta tai oikealta sivulta. 6) Viiva ei saa rajoittaa luvun kirjoittamista. 7) Valmistajan tulee saada valmistuksessa tarvittavat mitat helposti suoraan kuvasta. 5. Tärkeää: mitoitus suunnitellaan tarvelähtöisesti nivel runko välys Esimerkiksi toimiakseen nivelen on pystyttävä liikkumaan runkoon nähden. Toiminta edellyttää riittävää välystä. Välyksen suuruus on riippuvainen mittoista T2 ja T3. Kuva 22. Toiminnan ja valmistuksen vaikutus mitoitukseen Yleinen tavoite: Työpiirustuksessa (mitoitusdokumentissa) on olennaista riittävän tiedon antaminen nimenomaan kappaleen valmistamista ja sen toimintaa varten. 1) Jokaisella mitalla on tietty merkitys. a) Toimintamitat (T) ovat olennaisia toiminnan tai tilan kannalta. b) Ei-toimintamitat (V) asetetaan valmistuksen tai tarkastuksen kannalta sopivaan paikkaan. c) Muista mitoista määräytyvä apumitta (A) merkitään sulkuihin. Sillä pyritään helpottamaan dokumentin käyttäjän laskemistyötä. 6. Mieti, mitkä ovat olennaisia mittoja Suunnittelija on jättännyt mitoittamatta mm. tämän kohdan, koska näihin kohtiin valmistuksen epätarkkuudet saavat kasaantua. Kuva 23. Tärkeitä mittoja Reikä mitoitetaan aina keskipisteeseen. Jos tämä mitta merkittäisiin kuvaan olisimme sortuneet suljettuun ketjumitoitukseen. Se olisi osoitus huonosta suunnittelusta. Yleinen tavoite: Työpiirustuksessa (mitoitusdokumentissa) on olennaista riittävän tiedon antaminen nimenomaan kappaleen valmistamista ja sen toimintaa varten. Kappaletta mitoittaessaan suunnittelija ottaa kantaa siihen, mikä on olennaista tai tärkeää. Kuka tahansa pystyy määrittelemään kappaleen geometriset muodot mittojen avulla, mutta valmistuksen tai toiminnan kannalta tärkeimpien mittojen tietäminen sekä niiden esittäminen vaatii ammattitaitoa. 1) Suljettua ketjumitoitusta vältetään. Avoimesta ketjumitoituksesta on tarkoituksellisesti jätetty pois ne mitat, joihin valmistuksen epätarkkuudet saavat kasaantua. 9

yhdensuuntainen perusviiva - mitoitus Jatkuva perusviivamitoitus 2) Yhdensuuntainen perusviivamitoitus lähtee tärkeästä perusviivasta tai tasosta. 3) Myös jatkuvassa perusviivamitoituksessa otetaan kantaa kappaleen tärkeimpiin mittoihin. Lopuksi: Mitoituslähtökohdaksi tulee valita toiminnallisesti tärkeä pinta, piste tai keskiviiva. Mitoituslähtökohdaksi on lisäksi valittava tarkasti valmistettuja pintoja tai kohtia. Mitoitustavan valinnasta näkee (toivottavasti) helposti, miten suunnittelija on ajatellut kappaleen valmistettavan. Yhdistetty mitoitus Kuva 24. Mitoitustapa riippuu mitoituksen lähtökohdasta 8. Tärkeää: suunnittele mittojen esittäminen ja ryhmittely VIRHEELLINEN MITOITUS: -Projektio ei ole valmistuksen määräämässä asennossa. -mitoitusviivojen leikkauksia on liikaa. -Mitta-apuviivat liian lyhyitä tai liian pitkiä. -Kokoleikkaus on tehoton. -Valmistuksen kannalta epäolennaisia mittoja. -Mitat on sijotettu sekavasti. SAMA KAPPALE OIKEIN: -Mitat on ryhmitelty siten, että alapuolella sijaitsevat sisäpuolisten muotojen mitat. -Kappale on sorvauksen edellyttämässä asennossa. -Sorvaajan on helppo löytää kuvasta olennaiset mitat:, mikä on poran halkaisija ja kuinka syvälle reikä porataan. Samoin ulkopuolisen sorvauksen mitat on esitetty selkeästi: mihinkä mittaan sorvataan ja kuinka pitkä on sorvattavan alueen pituus. Kuva 25. Miten mitat tulisi sijoittaa? Yleinen tavoite: Esityksen tehokkuus saavutetaan niukkuuden avulla. Valmistuksen ja toiminnan kannalta olennaiseen päätyminen: 1) Mitat ryhmitellään valmistustapaa vastaavaksi (esim. sorvaus). 2) Kappaleen symmetrisyys pyritään hyödyntämään esityksessä. 3) Puolileikkauksessa kannattaa usein kappaleen sisäpuoliset mitat sijoittaa leikatulle puolelle ja ulkopuoliset leikkaamattomalle puolelle. 4) Samaan kappaleeseen tai kohtaan yhteenkuuluvat mitat on pyrittävä ryhmittelemään samaan kohtaan dokumentin luettavuuden parantamiseksi. 5) Reiät mitoitetaan niiden keskipisteeseen. Osassa olevien reikien mitoituksen tulee yleensä muodostaa keskenään mittaverkosto. Lopuksi: Ennen tietokonemallinnuksen aloittamista kannattaa piirustus ensin ainakin karkeasti hahmotella ja/tai luonnostella esim. käsin. Aluksi kannattaa tunnistaa kappaleen toimintamitat ja aloittaa mallinnus niitä hyödyntäen. Sen jälkeen suoritetaan osan muu mitoitus valmistuksen ja tarkastuksen vaatimusten mukaisesti. 10

6 Piirtämisen suunnittelu Hyvin suunniteltu on puoliksi tehty. Pääsääntö: Pyri mahdollisimman kompaktiin, yksikäsitteiseen ja selkeään esitykseen, työpiirustuksen tarkoitus on välittää yksikäsitteistä informaatiota suunnittelu-valmistus-ketjun eri toimijoiden välillä. 1. Montako projektiota tarvitaan? Selvitäänkö yhdellä projektiolla? Tarkistele kappaletta kaikista suunnista: a) Mitkä muodot ja muotojen sijainnit tulee esittää kuvassa? b) Vaatiiko tiettyjen muotojen esittäminen erityisesti tiettyä projektiota? c) Vertaile eri projektioita informatiivisuuden mukaan. Missä projektiossa kappaleen geometria näkyy parhaiten? d) Voidaanko projektioiden määrää vähentää esim käyttämällä leikkauksia? 2. Leikkausprojektion valinta Jos kappaleessa on sisäpuolisia muotoja, leikkaus on välttämätön. a) Leikkausprojektioon pyritään liittämään mahdollisimman paljon tietoa. b) Jos leikattava kohta on suhteellisen pieni, osaleikkaus on oikea ratkaisu. c) Jos kappale on symmetrinen, kannattaa harkita puolileikkausta. d) Kokoleikkaukseen päädytään, kun leikkausta vaativia muotoja on paljon. 3. Leikkaustason valinta a) Leikkaustaso valitaan siten, että esityksestä tulee selkeä ja havainnollinen. (Muissa kuin pyörähdyssymmetrisissä kappaleissa ei puolileikkausta suositella.) b) Harkitse mittojen sijoittaminen leikkausprojektioissa huolellisesti. 4. Mitoituksen suunnittelu a) Selvitä miten kappale on valmistettu. (Esim. lue Peren kirjasta kappale 7.10: Näkökohtia eri valmistusmenetelmien vaikutuksesta mitoitukseen.) b) Käy kappaleen valmistus läpi vaihe vaiheelta ja määrittele kunkin työvaiheen edellyttämät mittatiedot! Mitkä mitat ovat välttämättömiä esim. oikean työkalun valintaa varten, mitkä varsinaista työstöä varten? c) Valitse mitoituksen lähtökohdaksi tarkat lähtökohdat (esim. reikien keskipisteet, koneistetut pinnat), jotka ovat tärkeitä osan valmistuksen tai sen toiminnan kannalta. (Esim. Peren kirjan kpl 7.7.6: Mitoituslähtökohtien ) d) Käytä mitoituksessa hyväksesi kappaleen symmetrisyyttä. 11

7 Yleisimpien virheiden välttäminen opiskelijan tekemät virheet Allaolevaan listaan on koottu yleisimpiä virheitä koneenpiirustuksessa. Listan avulla voi tarkistaa esim. oman harjoitustyön. Käy lista läpi kohta kohdalta. Vertaa sitä omaan työhösi. Merkitse rasti ruutuun merkiksi siitä, että olet aivan varma, että sinun työssäsi ei ole alla kuvattua virhettä. - Projektioita on tarpeettoman monta. - Leikkauslinjaa ei osata valita oikein. - Leikkausprojektio saatetaan sijoittaa väärään paikkaan, vastoin yhden käännön periaatetta. - Ripa- ja varsisääntö on unohdettu. - Piirretään turhia katkoviivoja. - Leikatusta reiästä unohtuu muotoviiva. - Reikien paikka mitoitetaan reunasta, eikä keskipisteestä (kuvassa 26 oikein piirrettynä). - Halkaisijamerkki puuttuu (kuvassa 26 oikein piirrettynä) - Mittoja puuttuu, kuva ei ole yksiselitteinen. - Otsikkotaulua ei täytetä oikein. Mittakaava jää puuttumaan hyvin usein. - Mittaluvut sijoitetaan kuvaan siten, että ne eivät ole luettavissa alhaalta tai oikealta (kuvassa 26 asia on esitetty oikein). - Arkkipohja on valittu liian pieneksi (ahdas). - Mittojen looginen ryhmittely. - Siisteys käsinpiirrettäessä. - Kuvaa on ehostettu varjostuksilla tai muilla koneenpiirustukseen kuulumattomilla keinoilla. - Liian pitkiä symmetriaviivoja, jotka jatkuvat usein projektiosta toiseen. - Piirrettäessä kierrettä leikkausprojektioon, leikkausviivoitus päättyy väärään viivaan (kuvassa 27. asia on esitetty oikein). - Usein kierteen päättymistä kuvaavaa muotoviivaa tai ohutta ehyttä viivaa ei osata käyttää oikein (kuvassa 27. asia on esitetty oikein). - Viivanpäät eivät kohtaa toisiaan CAD:llä piirrettäessä - Mittaviivojen keskinäinen sijainti. - Muotoviivoja puuttuu. - Katkoviivoja on käytetty mitoitukseen. - Projektioita ei osata sijoittaa oikein paperille. Kuva 26. Suositeltava piirustustapa. Kuva 27. Oikein piirretty kierre (ruuvi kierrettynä kahteen mutterikierteeseen; leikkaamattomaan ja leikattuun) 12

8 Esimerkkejä metallikappaleiden valmistuksesta työstämällä. Mieti, mitä varten olet mitoittamassa? 1. Valmistustavan huomioonottaminen Valmistus vaikuttaa projektioiden ja leikkausten valintaan sekä ennenkaikkea mitoituksen suunnitteluun. Seuraavassa on kaksi yksinkertaista esimerkkiä metallikappaleiden valmistuksesta työstämällä. Tutustu mielellään myös vastaaviin kohtiin Peren kirjassa. 2. Esimerkki 1: Reikälevyn valmistaminen Miten muotojen sijainti määritellään käytännössä: Mikäli kappaleen reunapintaan saadaan jättää pieni jälki, työstökoneen terä ajetaan kiinni kappaleeseen, jonka jälkeen etäisyyttä mittaava laitteisto asetetaan nollaan. Toinen vaihtoehto on se, että mitoituksen lähtökohdan tunnistamiseen käytettään keskiöintilaitetta. Kappaleen valmistuksen kuvaus: 1) Aihiona käytetään 50x22 mm lattarautaa. 2) Aihiosta katkaistaan 110 mm pituinen pätkä. 3) Kappaleen ulkopinnat jyrsitään otsajyrsimellä määrämittoihin: 108x50x20 mm. 4) Molempien reikien keskipisteet sijaitsevat 20 mm etäisyydellä pidemmästä sivusta (108mm) mitattuna. Lyhyemmän sivun (50mm) vieressä olevan reiän keskipiste sijaitsee 21 mm etäisyydellä lyhyemmästä sivusta mitattuna. Reikien keskipisteiden keskinäisen etäisyyden tulee olla 21 mm. 5) Pora paikoitetaan em. reikien keskipisteisiin, jonka jälkeen porataan 10 mm terällä reiät läpi kappaleen. 6) Upotuksen tekemiseen valitaan tasoupotinterä, jonka ohjainosan halkaisija on 10 mm (edellisessä kohdassa poratun reiän halkaisija) ja upotusosan halkaisija 20 mm. 7) Kulmakohdan pinnan suuntainen upotus valmistetaan 6 mm:n tappijyrsimellä. Jyrsittävä pinta sijaitsee 12 mm alempana kuin kappaleen päällimmäinen pinta. 8) Kulmakohdan ura joudutaan jyrsimään kallistettavassa kiinnittimessä tappijyrsimen avulla (24 kulma). Yli 10 kpl sarjoissa kannattaa käyttää jigiä. 5 mm leveä ura sijaitsee 5 mm etäisyydellä kappaleen reunasta. 13

3. Esimerkki 2: Tartuntaelimen valmistaminen Miten muotojen sijainti määritellään käytännössä: Mikäli kappaleen reunapintaan saadaan jättää pieni jälki, terä ajetaan kiinni kappaleeseen, jonka jälkeen etäisyyttä mittaava laitteisto asetetaan nollaan. Toinen vaihtoehto on se, että mitoituksen lähtökohdan tunnistamiseen käytettään keskiöintilaitetta. Kappaleen valmistuksen kuvaus: 1) Aihiona käytetään halkaisijaltaan 60 mm akselia. 2) Akselista katkaistaan 81 mm pituinen pätkä sorvausta varten 3) Otsapinnat sorvataan tasaiseksi siten,että akselin pituudeksi jää 80 mm. 4) Läpi porattavan reiän halkaisija on 15 mm. 5) Otsapintaan sorvataan 40mm halkaisijaltaan ja 20 mm syvä upotus. 6) Kappale käännetään sorvin pakassa toisinpäin ja akselin toinen pää sorvataan 41 mm pituudelta 40 mm paksuuteen ( ). 7) Edellisessä työvaiheessa käytetyn terän nirkko (sorvin teräpalan kärjen pyöristys) on pienempi (0.5-1mm) kuin tyvisärmässä vaadittava pyöristys (R 2.5 mm). Siksi pyöristys vaatii uuden työkalun kiinnittämistä ja käyttöä. Tarkoitus on se, että tyvisärmään ( 40 mm) ja uloimpaan särmään ( 60 mm) sorvataan R 2.5 mm suuruinen pyöristys. Molempiin pyöristyksiin tarvitaan siis erillinen terä. (Halvempi ja toiminnan kannalta yhtä hyvä ratkaisu olisi ollut viisteen käyttö kappaleen uloimmassa särmässä.) Tämän jälkeen kappale on valmis jyrsittäväksi. 8) Kappale kiinnitetään tyvipäästään jakoympyrään, jossa sitä voidaan kääntää työstökoneessa haluttuun kulmaan. Paksumpi pää jyrsitään tappijyrsimen avulla 90 asteen kulmaan. Materiaalia poistetaan 20 mm syvyydeltä siten, että kappaleen otsapintaan muodostuu kuvan mukainen muoto. 14

Joidenkin koneenrakennuksessa ja suunnittelussa sekä valmistuksessa yleisesti käytettyjen termien selityksiä 3D-malli aihio CAD CAM CAE hionta jigi jyrsintä kierre koneistaminen lastuaminen leikkausprojektio lämpökäsittely olake otsapinta paikoitus pinnankarheus pinnoitus poraus 3D-CAD-ohjelmalla tehty kappaleen virtuaalinen tilavuusmalli. Valmistuksen lähtökohtana käytettävä kappale (tanko, levy,valu, tms.), sisältää työvarat. Computer Aided Design, tietokoneavusteinen suunnittelu. Computer Aided Manufacturing, tietokoneavusteinen valmistus. Computer Aided Engineering, tietokoneavusteinen analysointi ja simulointi (CADia laajempi käsite). Aineenpoisto geometrisesti epämääräisellä terällä (useita menetelmiä). Kiinnitin (tai muu vastaava) työkappaleen pitämiseksi halutussa asennossa, esim. työstön aikana. Geometrisesti määrätyllä terällä lastuava menetelmä, jossa työkalu pyörii akselinsa ympäri. Jyrsintään käytetään jyrsinkonetta. Koneenrakennuksessa yleisesti esiintyvä muoto, esimerkiksi ruuveissa ja muttereissa on standardoidut kierretyypit ja mitat. Lastuamista työstökoneessa. Aineen (lastujen) irrottaminen työstettävää materiaalia kovemmalla terällä. Lastuaminen jaetaan rouhintaan, eli ylimääräisen aineen tehokkaaseen poistamiseen ja viimeistelyyn, jolla saavutetaan haluttu mitta, muoto, sijainti ja pinnankarheus. Projektio, jossa osa kappaleesta on kuviteltu leikatuksi pois (tasoilla), esimerkiksi sisäpuolisten muotojen esittämiseksi. Kappaleen hallittu kuumentaminen ja jäähdyttäminen haluttujen kovuus-, lujuus-, sitkeys- jne. ominaisuuksien saavuttamiseksi (useita materiaalikohtaisia menetelmiä). Esimerkiksi akselissa halkaisijaltaan erikokoiset kohdat. Kappaleen (tyypillisesti pyörähdyskappaleen) pääty, akselia vastaan kohtisuorassa oleva pinta Työstökoneen työkalun (tai työstettävän kappaleen) asettaminen haluttuihin koordinaatteihin Valmistusmenetelmästä johtuva pinnan epätasaisuus (standardoitu luokitus olemassa). Kappaleen pinnan päällystäminen pinnoitteella, useita menetelmiä (metalli, muovi, maali, yms.). Geometrisesti määrätyllä terällä lastuava menetelmä, jossa työkalu pyörii akselinsa ympäri ja syöttöliike on poran akselin suuntainen. 15

pyöristys sorvaus susikappale tuotemalli työkappale työpiirustus työstö/työstäminen vaippa viiste väiste Kulmakohtaan työstetty valmistusmenetelmään liittyvä pyöreä muoto, pyöristetty (sisä-) kulma on lujuuden kannalta terävää parempi. Geometrisesti määrätyllä terällä lastuava menetelmä, jossa työkappale pyörii pituusakselinsa ympäri. Sorvaamiseen käytetään sorvia. Valmistusvaiheessa epäonnistunut, virheellinen kappale Tietokannassa oleva objekti, joka sisältää 3D-CAD-mallin lisäksi muitakin malleja, esim. työpiirustuksen, tuotehierarkian, lujuuslaskemat jne. Lastuttava, työstettävä tai koneistettava kappale, yleisnimitys kappaleelle sen eri valmistusvaiheissa. Piirustus, joka sisältää kappaleen valmistamisessa tarvittavat tiedot (mitat, pinnankarheudet, toleranssit, ym.) Yhteisnimitys lastuamiselle, leikkaamiselle ja muovaamiselle. Kappaleen uloin pinta, pyörähdyskappaleessa lieriöpinta Terävään (ulko-)kulmaan työstetty (pieni) vino pinta Olakekohtiin työstettävä ura/upotus 16